книги из ГПНТБ / Фавстов Ю.К. Сплавы с высокими демпфирующими свойствами

что первоначальные выделения кристаллов ц-марганца

вающие заметное повышение температур начала и кон­ ца мартенситного превращения Мн и Мк. В результате этих изменений ут-твердый раствор с тетрагональной решеткой может быть получен и в сплавах со сравни­ тельно небольшим содержанием марганца.

Процесс образования фазы с тетрагональной решет­ кой в сплавах с пониженным содержанием марганца можно в значительной степени регулировать режимом старения. Назначая определенное время старения, можно получить необходимую степень превращения с образованием тетрагональной фазы, для достаточно широкого диапазона составов сплавов Мп—Си (рис.48)

Параметр решетки, мм(А)

с/а

/,00

0,99

0,98

6,Мн/мг І0~^[(кГ/ммг) ■tû'^J

40(9)

20(2)

<Р,%

40 -

20 -

О -

Рис. 49. Зависимости параметров решетки ѵ-твердого раство­ ра (а), степени тетрагональности Y-твердого раствора (б), модуля сдвига (в), демпфирующей способности (з) при ам­ плитудах 35 Мн/м1 (3,5 кГ/мм2) (верхняя кривая и 7 Мн/м2 (0,7 кГ/мм2) (нижняя кривая) от продолжительности старе­ ния при 375 (1), 425 (2) и 475°С (3) закаленного сплава с

70% Мп [131]

веденные при комнатной и более низких температурах закаленного сплава, не показали характерных брэггов­ ских пиков; они появились только в процессе нагрева. Вначале при температуре нагрева 296°К появился пик, характерный для кубической гранецентрированной ре­ шетки, соответствующей обогащенному медью у-твер- дому раствору; затем при 633°К появился пик, харак­ терный для a -модификации марганца [141].-

Однако против этого истолкования описанных выше экспериментов свидетельствует, в частности, тот факт, что первый пик появляется при такой низкой темпера­ туре, когда диффузионные процессы, которые должны были бы привести к образованию сегрегаций, естест­ венно, исключены.

Большее количество данных говорит в пользу тео­ рии упорядочения.

Многочисленные исследования влияния старения на электросопротивление показали типичное для упорядо­ чения уменьшение последнего во время инкубационно­ го периода [124, 131]. О течении процесса упорядоче­ ния свидетельствуют также увеличение длительности инкубационного периода после осуществления пласти­ ческой деформации до старения и увеличение плотнос­ ти сплавов во время инкубационного периода [124, 131].

Процессы, проходящие, во время инкубационного периода, хорошо подчиняются основным законам упо­ рядочения. Как известно, при упорядочении степень взаимодействия между атомами зависит от концентра­ ции сплава и от вероятности, что каждый атом мар­ ганца будет иметь ближайшими соседями такие же атомы марганца. При полностью неупорядоченном рас­ положении атомов эта вероятность будет изменяться как концентрация, так что взаимодействие можно счи­ тать пропорциональным квадрату концентрации. При полном же упорядочении вероятность будет равна еди­ нице и общее взаимодействие пропорционально кон­ центрации в первой степени. Данные экспериментов работы [131], приведенные на рис. 51, хорошо согла­ суются с изложенными положениями. Здесь на оси ординат отложены значения осевого соотношения с/а,

принятого за меру взаимодействия; на оси абсцисс от­ ложены величины параметра концентрации, прирав­ ненного концентрации сплавов по марганцу в первой степени для структур в упорядоченном состоянии и — во второй степени — в неупорядоченном состоянии. Было принято, что сплавы находятся в полностью не­ упорядоченном состоянии после закалки и в полностью

у а2с) проведенное для сплавов с содержанием марганца от 60 до 90% после различной термической обработки [131] показало, что в пределах полученных значений тетрагональности, взаимосвязь между этими параметра­ ми линейна (см. рис. 52). Одним из следствий этой за­ висимости является вывод, что искажение кристалли­ ческой решетки вызывается частичным перекрытием ор­ биталей центральных частей ионов марганца, начи­ ная с критического усредненного диаметра иона 0,2642

нм (2,642 А).

Благодаря магнитному взаимодействию атомов марганца при антиферромагнитном превращении про­

исходит как бы (сжатие решетки .вдоль оси с, приводя­

18]. Хотя искажение решетки в случае марганцевомедных сплавов довольно (велико (1—с/а) = 0 -У 0,05 .против 2-10~6 для ферромагнитного железа и антиферромагнитного хрома, оно встречается в некоторых антиферромагнитных окислах (NiO, Сг2С, МпО) и может быть допустимым для рассматриваемых сплавов [131].

Магнитные исследования тетрагонального у-твердо- го раствора в сплавах с содержанием марганца менее 80%, полученного в результате закалки и последующего старения или медленного охлаждения температур закал­ ки, показали монотонное понижение магнитной восприим­ чивости сростом температуры без появления максимума, характерного для перехода сплава из антиферраматнитного состояния в парамагнитное [135, 142]. Переход гранецентрированной тетрагональной решетки в куби­ ческую отмечался лишь слабым изменением магнит­ ной восприимчивости. Подобное поведение марганце­ вомедных сплавов дало возможность некоторым иссле­ дователям заключить, что тетрагональная структура, полученная в результате старения закаленных сплавов или медленного охлаждения, парамагнитна, тогда как ан­ тиферромагнетизм присущ только тетрагональной структуре, образующейся в результате закалки [124, 142].

На наш взгляд, такой вывод малообоснован, а не­ характерная для антиферромагнетиков температурная зависимость магнитной восприимчивости указывает только на аномальность в поведении марганцевомелных сплавов.

Убедительным доказательством антиферромагнетиз­ ма тетрагональной структуры сплавов с содержанием марганца менее 80% являются результаты нейтронографического анализа, показавшие, что после закалки и старения при 400—450°С в сплавах с тетрагональной структурой наблюдаются характерные для антиферромагнитного состояния дополнительные пики, соответст­ вующие (ПО) и (201) [140, 143].

По нашему мнению, процесс распада метастабильных структур закалки марганцевомедных сплавов идет

в две стадии и может быть представлен следующей схемой:

Ѵг Горизонтальная строчка показывает кинетику рас­

пада при температуре старения, стрелка вниз указыва­ ет на возможность мартенситного превращения при ох­ лаждении со стадии инкубационного периода. Распад тетрагональной y-фазы высокомарганцевых сплавов про­ исходит по аналогичной схеме, причем в результате ин­ кубационного периода повышается температура мартен­ ситного превращения.

Образующаяся при упорядочении структура подоб­ на классической решетки типа АВЪ отличаясь от пос­ ледней только порядком чередования плоскостей (Ml). Последнее обусловлено необходимостью магнитного уравновешивания моментов атомов марганца, обеспечивающѳго а.нтиферромаігнетизм.

Упорядочение хорошо согласуется с изложенной ра­ нее для чистого марганца энергетической теорией маг­ нетизма. Минимальная энергия обменного взаимо­ действия в антиферрбмагнетике имеет место только при антипараллельном расположении магнитных моментов всех ближайших атомов. В кубической же гранецентри­ рованной решетке при антиферромагнитном состоянии из 12 соседей только 8 будут иметь антипараллельное расположение магнитных моментов, а 4 других будут с параллельным расположением моментов.

При разбавлении марганца магнитнонейтральными атомами меди относительная доля благоприятно распо­ ложенных атомов увеличивается и при полностью упо­ рядоченном расположении атомов в сплаве, состав ко­ торого отвечает формуле CuMn3, из 8 активных соседей 6 будут иметь антипараллельное расположение магнит­ ных моментов и только 2 — параллельное. Число небла­ гоприятно ориентированных по магнитному моменту атомов уменьшается таким образом в 2 раза.

Упорядоченное состояние метастабильно и при увели­ чении времени старения происходит диффузионный рас­ пад на стабильные Мпа - и ѵк-твердый раствор.

Интересной особенностью диффузионного распада является обнаруженное нами методом рентгенострук-

турного анализа постоянство степени тетрагональное™ в течение всего времени распада.

Предлагаемую выше схему предварительного упоря­ дочения подтверждает и большая устойчивость « диф­ фузионному распаду сплава состава, отвечающего сте­ хиометрической формуле.

Дилатометрические исследования мартенситного пре­ вращения в марганцевомедных сплавах, как правило, показывают отсутствие какого-либо изменения объема [126, 131]. Однако в некоторых работах отмечалось уве­ личение объема при переходе кубической модификации в тетрагональную [134, 143, 144]. Причины такого рас­ хождения в экспериментальных данных пока не ясны.

процессов упорядочения и относительно большой плот­ ности a-модификации марганца кинетика распада пере­ охлажденного метастабильного у-твердого раствора хо­ рошо прослеживается с помощью дилатометрических из­ мерений [124].

Дилатометрические исследования закаленных спла­ вов (31—84,7% Мп) [124] при нагреве со скоростью 30 град 'ч в интервале температур от комнатной до750вС

показали наличие двух экстремумов (рис. 53), отвечаю­ щих, по мнению авторов исследования, началу (точка У) и концу (точка Z) распада метастабильного y-твердо­ го раствора. Температура, соответствующая экстремуму У, для всех сплавов примерно одинакова и близка к 300°С, температура экстремума Z находится в области 400—530°С. Точные значения температур экстремумов, а также значения коэффициента линейного расширения, определенного по прямолинейному участку дилатометри­

Повышение температуры, соответствующей второму экстремуму, с ростом содержания марганца объясняет­ ся увеличением количества выделяющегося а-марганца, так как при медленном течении распада фиксируемая дилатометром температура конца процесса при этом по­ вышается. При увеличении скорости нагрева температу­ ра конца распада несколько повышается, а при умень­ шении — понижается.

Дилатометрический метод весьма эффективен при анализе кинетики старения марганцевомедных сплавов. Зависимость удельного объема от состава для сплавов в закаленном состоянии имеет вид кривой с максиму­ мом (рис. 54), тогда как для сплавов в стабильном со­ стоянии характерен закон аддитивности.