Введение к работе
Актуальность работы. Способы упрочнения металлов и сплавов являются основными задачами совреме ного материаловедения. Особые трудности вызывает разработка сплавов, которые должны иметь целый комплекс оптимальных свойств, стабильных в широком температурном интервале. К сплавам акого типа относятся контактные материалы для слаботочной техники. Формировать комплекс свойств, необходимых для контакті'ого материала, удается при использовании фазовых превращений и, прежде всего, атомного упорядочения. В качестве контактных материалов в промышленности успешно используются высокопрочные упорядоченные сплавы золото —медь со сверхструктурон L10, содержащие 75 и 80 вес.% золота, и сплавы со сверхструктурой Lb с пониженным содержанием драгметаллов в количестве 54 вес.% золота и 6 вес.% платины. Однако содержание дорогих и дефицитных металлов в таких сплавах остается еще высоким. Постоянно растущие цены ,на золото и платину сдерживают широкое использование контактных упорядоченных сплавов в приборостроении и делают необходимость создания более эк лгомичных сплавов весьма актуальным исследованием.
Цель работы. Использовать процесс атомного упорядочения дія улучшения структуры и свойств сплавов на основе палладия. Разработать новый способ упрочнения упорядоченных сплавов со сверхструктурой В2. Создать новые высокопрочные упорядоченные сплавы, которые можно было бы рекомендовать , к использованию в качестве контактных материалов на основе палладия.
Задачи исследования. Среди палладиевых сплавов для исследования выбрана система палладий — медь. Возможность упрочнения таких сплавов в результате фазового перехода проблематична, так как в упорядоченном состоянии сплавы не имеют доменных границ. В связи с этим все известные ' для упорядоченных "сплавов способы доменнограничного упрочнения [Л.І] в сплавах палладий — медь не могут быть использованы. Совмещение упрочнений от распада пересыщенного твердого раствора и атомного упорядочения дает хорошие результаты, и сплавы палладий — медь, дополнительно легированные серебром, имеют высокие прочностные свойства [Л.2}. Однако при э. jm сплавы становятся двухфазными, выделяющаяся в упорядоченной матрице фаза палладий-серебро не имеет дальнего порядка, что мешает использовать такие
сплавы в однородных контактных парах. Высокую надежност электроконтактирования и износостойкость позволяют реализоват только упорядоченные сплавы. При наличии в структуре сплав неупорядоченной фазы в контактном пятне присутствуют участкі сочленения неупорядоченной фазы с неупорядоченной фазой, которьг качественного электроконтактирования не имеют.
В связи с этим новый сплав на основе палладия, который предстой создать в настоящей работе, должен быть однофазным или можо1 содержать в упорядоченной матрице фазу выделения с дальним порядком Возможным механизмом упрочнения упорядоченных сплавов палладий -медь может оказаться способ измельчения зерен, хотя известные і литературе попытки получить мелкозернистую структуру этих силавої даже при многократном фазовом переходе позволили уменьшить зс>рн< только до 2 — 3 мкм. Для noAV4eHH.« высокопрочного состояню упорядоченных сплавов палладий—медь уменьшить в них зерн< необходимо до размера в десятые доли микрона, об этом свидетельствуют результаты исследований упорядоченных сплавов палладий — мель-серебро. Сплавы становились высокопрочными, когда дисперсності прерывистого распада в упорядоченной матрице была соизмерима с десятыми долями микрона [A.2J.
Целесообразно исследовать влияние модифицирующих добавок не величину зерен упорядоченных сплавов палладий — медь, такие работь ранее не проводились. Это обусловлено тем. обстоятельством, чтс измельчение зерен прежде всего предполагает проведение низкотемпературных рекристаллизационных отжигов, а упорядоченные сплавы при температурах ниже критической температуры упорядочения не рекристаллизуются вообще или рекристаллизуются на несколько порядков медленнее, чем в неупорядоченном состоянии. Дислокации, наследуемые из деформированного неупорядоченного состояния, при установлении в сплаве дальнего порядка становятся неподвижными, так как их вектор Бюргерса меньше, чем должен быть у сверхструктурных дислокаций [Л.З). Рекристаллизация же сплавов при температурах выше фазового перехода формирует крупнозернистую структуру и для поставленной задачи непригодна.
Таким образом, задачей настоящего исследования является
.. 4
выяснение механизма фазовой перекристаллизации в условиях, когда дислокации, возникшие от предварительной деформации, теряют подвижность, . а следовательно, не могут формировать зародышей рекристаллизации. Если рекристаллизация сплава все же окажется возможной, то следующей задачей является выяснение влияния на зеренную структуру сплава палладий медь легирующих добавок рутения, иридия, платины и золо га.
При условии, что измельчение зерен упорядоченного сплава палладий — медь удастся реализовать, можно будет приступить к решению . основной задачи настоящего исследования: разработке высокопрочного упорядоченного контактного сплава на основе палладия.
Научная новизна. В результате проведенного исследования установлено, что в системах палладий — медь, палладий —медь —золото и палладий —медь—золото —серебро атомное упорядочение по типу В2 сопровождается фазовой перекристаллизацией без участия дислокаций, созданных предварительной деформацией сплавов в неупорядоченном состоянии. Дислокации, наследуемые от деформации неупорядоченного . сплава, превращаются в неподвижный дислокационный каркас из —за установления дальнего порядка в сплаве и соответствующего увеличения вектора Бюргерса сверхструктурных дислокаций , [Л.З], а также в результате смены типа кристаллической структуры с ГЦК — решеткой на структуру с ОЦК —решеткой.
Фазовая перекристаллизация упорядочивающихся сплавов ниже температуры фазового перехода с образованием зерен — монодоменов и с сохг пением в них дислокационного ' каркаса, наследуемого из неупорядоченного состояния, обнаружена впервые.
Повышенная плотность дислокаций, наследуемых из неупорядоченного состояния, стимулирует рекристаллизацию, которая является вторичным процессом и происходит в уже упорядоченном сплаве. В зависимости от термической обработки сплава можно получить самый различный интервал между процессами фазовой перекристаллизации и последующей рекристаллизации. При изотермических выдержках временной отрыв этих прощ сов друг от друга наибольший. В некоторых случаях он достигает несколько сотен
часов. Отжиг в режиме непрерывного повышения температурь сокращает время между фазовой перекристаллизацией і рекристаллизацией и является наиболее удобной схемой термическое обработки. Совместно процессы фазовой перекристаллизации і рекристаллизации происходят лишь при наследовании сверхструктурны) дислокаций, когда предварительная деформация сплава осуществляется і упорядоченном состоянии.
Использование фазовой перекристаллизации, которая, каї
оказалось, формирует зерна на порядок мельче, чем аналогична? рекристаллизация, позволило получить ультрамелкозернистую структур) упорядоченных сплавов с размером зерен в десятые доли микрона Предел текучести ультрамелкозернистых упорядоченных палладиевы) сплавов достигает 1000 —*200 іИПа, при сохранении пластичности їн менее 20% равномерного удлинения при растяжении. Новизна способе упрочнения сплавов со сверхструк -урой В2 подтверждена патентное экспертизой (заявка № 95109511 с положительным решением оі 24.04.96г.).
Построен разрез диаграммы состояния системы палладий — медь -платина в сечении PdCu -PtCu. Обнаружена потеря устойчивости дальнего порядка в сплавах палладий — медь при введении в них платины, поэтому использование платины для легирования упорядоченных палладиевых сплавов является нецелесообразным.
Установлено, что микродобавки иридия и рутения для измельчения зерен упорядоченных сплавов палладий — медь не эффективны.
Практическая значимость. Разработаны' новые высокопрочные упорядоченные сплавы . палладий —медь —золото и палладий — медь— золото — серебро, которые можно рекомендовать к использованию в приборостроении в качестве контактных сплавов на основе палладия. Содержание золота в сплавах снижено до 18 — 20 вес.%. Разработанные сплавы превосходят лучшие зарубежные аналоги фирмы "Ney Со' (США) не только по прочностным свойствам, но имеют, кроме того, повышенную пластичность и низкое значение удельного электросопротивления. Предел текучести, предел прочности, удлинение и удельное электросопротивление сплава Полиней 7 равны 1020 МПа, 1260
МПа, 2% и 33-10-8 Ом-м. Эти же свойства нового упорядоченного однофазного сплава палладий - медь - золото соответственно равны 1100 МПа, 1670 МПа, 22% и 7-10-8 Ом-м. Высокая стабильность структуры и свойств упорядоченных сплавов и возможность использовать их в однородных контактных парах превращают упорядоченные сплавы в особый класс контактных материалов для прецизионного приборостроения.
На зашиту выносятся:
1. Экспериментальные результаты исследования процессов (разовой
перекристаллизации и рекристаллизации в упорядоченных сплавах со
сверхструїстурой В2 при температурах ниже критической температуры
упорядочения.
2. Разработка высокопрочных палладиевых сплавов со
сверхструктурой В2, в которых упрочнение получено за счет
ультрамелкозернистой структуры, . возникающей при фазовой
перекристаллизации силыюдеформированных сплавов.
3. Экспериментальные данные по влиянию платины, рутения н
иридия на структуру и свойства упорядоченных сплавов палладий —медь.
Публикации: По материалам диссертации опубликовано 6 работ, заявка на изобретение и 8 тезисов докладов.
Апробації??; Полученные результаты обсуждались на VII Всесоюзном :овещании "Упорядочение атомов и его влияние на свойства сплавов" Іг.Свердловск, 1983г.); XV Черняевском совещании'по химии, анализу и технологии платиновых металлов (г.Москва, 1993г.); VI Семинаре 'Структура дислокаций и механические .свойства металлов и сплавов" г.Екатеринбург, 1994г.); VI Международной конференции "Производство і эксплуатация изделий из сплавов благородных металлов" г.Екатеринбург, 1996г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, і,вух гляв, общих выводов и списка литературы., Материал работы пложен на 153 страницах машинописного текста и содержит 61 рисунок, і таблиц и библиографический список из 104 наименований.
