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

собности сдвигается в сторону сплавов с меньшим со­ держанием марганца и становится размытым.

Исследования влияния температуры испытаний на демпфирующую способность сплавов Мп—Си с тетра­ гональной гранецентрированной решеткой, полученной как непосредственно после закалки, так и после закалки с последующим старением, показали, что с повышением температуры в области обратного мартенситного превра­ щения, т. е. при переходе тетрагональной решетки в ку­ бическую, демпфирующая способность падает для всех амплитуд колебаний [128, 131]. При охлаждении с этих температур вновь происходит прямое мартенситное превращение и демпфирующая способность увеличива­ ется до первоначального значения. Температура нагре­ ва, отвечающая уменьшению демпфирующей способно­ сти, имеет важное значение, так как она определяет верхнюю границу интервала рабочих температур служ­ бы деталей и конструкций из сплавов Мп—Си с высо­ кой демпфирующей способностью. Как показано на

рис. 65, для сплава с 75% Мп эта граница находится в пределах 100—150°С, ее точное значение зависит от принятого режима термиче­ ской обработки.

Влияние величины стати­ чески приложенного напря-

Cu соответствуют среднеуглеродистым сталям в отож­ женном состоянии, а по пластичности даже превосходя! их. Модуль упругости этих сплавов в три-четыре раза меньше, чем у стали.

Старение после закалки повышает прочность, но не­ сколько снижает пластичность (рис. 67). Такой харак­ тер изменения свойств вызван процессами упорядоче­ ния и дисперсионного твердения.

Эффективность влияния старения на механические свойства сплавов зависит как от его температуры и про-

должительности, так и от состава сплава. Например, в сплавах с содержанием от 40 до 75% Мп максимальное повышение твердости наблюдается после старения при 500°С, 2 ч. Дальнейшее повышение температуры старе­ ния уменьшает эффект повышения твердости. В сплавах с большим содержанием марганца максимальное значе­ ние твердости наблюдается после старения при 600°С.

Чем ниже температура старения, тем длительнее должна быть его выдержка для обеспечения максималь­ ной твердости. Так, в сплавах с 70—75% Мп максималь­ ная твердость может быть достигнута только после ста­ рения при 425°С, 250—300 ч. [131]. Повышение твердо­ сти в результате старения весьма значительно: она уве­ личивается от 100—120 до 280—300 НѴ.

Характеристики пластичности (относительное удлине­ ние, поперечное сужение) при старении хотя и снижа­ ются, но все же остаются на относительно высоком уровне.

Результаты исследований влияния продолжительно­ сти старения при 400 и 450°С на демпфирующую спо­

450°С, 2 ч на базе ІО8 циклов оказался равным 150 Мн/м2 (15 кГ/мм2), что составляет около 30% от предела про­ чности. Следовательно, предел усталости сплава Си + 70% Мп оказался на уровне низкоуглеродистой стали, но выше, чем у многих цветных металлов и сплавов. Исследования также показали, что демпфирующая спо­ собность в процессе усталостных испытаний остается практически неизменной.

Влияние старения на усталостную прочность оказа­ лось неожиданно небольшим [124, 143]. Старение спла­ ва с 68,'8% Мп при 450°С, 2 ч практически не изменило предела усталости (рис. 70). Аналогичная картина на-

<5 Мн/м2(кГ/ммг)

Рис. 70. Кривые вы­ носливости для спла­ ва 68,8% Mn%-Cu мар­ ганца после закалки ()), закалки и ста­

рения в течение 2 ч при 450°С (2) и 500^С

(3) [124]

блюдалась и в сплавах с 78,3 и 80,6% Мп. Величина зерна слабо влияет на механические свойства сплавов в закаленном состоянии, тогда как после старения спла­ вы с крупнозернистой структурой имеют пониженную прочность, но несколько большую демпфирующую спо­ собность.

Холодная пластическая деформация закаленных сплавов Мп—Си значительно повышает их твердость и прочность. Наибольший эффект увеличения этих харак­

деформации дополнительно повышает твердость, причем время выдержки при старении, отвечающее максималь­ ной твердости, в этом случае значительно больше, чем для закаленных сплавов. Это объясняется тем, что на­ клеп, создавая дополнительное разупорядочение, за-

медляет процесс упорядочения, предшествующий дис­ персионному твердению (рис. 72).

Как указывалось выше, модуль упругости сплавов Мп—Си значительно меньше, чем у стали, и имеет примерно ту же величину, что у большинства цветных

минимум связан с наличием в структуре сплавов двух фаз: кубической и тетрагональной, сосуществующих при не­ завершенном мартенситном превращении. При повыше­ нии или понижении температуры испытаний модуль уп­ ругости в этих сплавах увеличивается. Аналогичный ми­ нимум модуля, связанный с существованием двухфазной метастабильной структуры, наблюдался и в других сплавах [134, 151].

Старение высокомарганцевых сплавов после закалки увеличивает величину модуля упругости. Особенно боль­ шой эффект увеличения наблюдается в сплавах с 80— 83% Мп, имеющих после закалки минимальный модуль.

Исследования температурной зависимости модуля упругости марганцевомедных сплавов [115] показали, что вследствие изменения температуры мартенситного превращения при изменении состава происходит и сме­ щение температуры минимума модуля упругости.

В сплавах с 60—80% Мп старение после закалки вначале понижает, а затем повышает модуль упругости (рис. 68, 69). Продолжительность старения, отвечаю­ щая минимуму модуля упругости тем меньше, чем выше

температура старения. Так, при температуре старения 450°С это время равно 0,5 ч, а при температуре 400°С

2ч.

Вмедленно охлажденных сплавах модуль упруго-

сти, как правило, выше, чем в закаленных, а его абсолютное значение в значительной степени зависит от скорости охлаждения (рис. 73).

При назначении режима старе­ ния сплавов Мп—Си следует учи­ тывать, что максимальная демпфи-

рующая способность достигается после более кратко­ временного старения, чем максимальные твердость и прочность.

Коррозионная стойкость

При использовании сплавов Мп—Си в качестве кон­ струкционного материала большое значение имеет их коррозионная стойкость.

Ввиду крайне малого числа данных по исследова­ нию коррозионной стойкости сплавов Мп—Си можно лишь сообщить сведения о некоторых конкретных сплавах.

Исследование коррозионных свойств сплава с 62% Мп после закалки и последующего старения при 450°С, 2 ч, проведенное в камере влажности Г-4 при 20, 30 и

50°С в течение трех месяцев, позволило отнести этот сплав по коррозионной стойкости в условиях повышен­ ной влажности к весьма стойким сплавам (2 балла), а по коррозионной стойкости в условиях повышенной вла­

(оценка по десятибалльной шкале). Исследование кине­ тики окисления показало, что этот процесс проходит практически полностью за первые две недели. При даль­ нейшем увеличении продолжительности выдержки вслед­ ствие образования на поверхности плотной пленки окис­ лов марганца заметного увеличения коррозии не наблю­ далось. После снятия продуктов коррозии поверхность оказывалась гладкой, что говорит о равномерности про­

зависит от температуры и парциального давления кислорода. Сплавы Мп—Си характеризуются высоким отрицательным потенциалом, что резко снижает их кор­ розионную стойкость в электролитах при контакте с дру­ гими металлами. Исходя из величин анодного потенциа­ ла только цинк может быть рекомендован в качестве анодного покрытия. Плотносцепленное с основным спла­ вом и однородное по толщине покрытие удается полу­ чить гальваническим методом только на шлифованных поверхностях. Полирование поверхности резко снижает сцепляемость.

Некоторое повышение коррозионной стойкости мо­ жет быть достигнуто при нанесении никелевого и ко­ бальтового покрытий. Однако их использование для промышленных изделии пока ограничено технологичес­ кими трудностями обеспечения их плотного сцепления с основой.

Повышения коррозионной стойкости сплава Мп—Си можно добиться также фосфатированием. Кроме этого, коррозионную стойкость можно повысить легированием, в первую очередь хромом и алюминием. Однако по это­ му вопросу нет достаточно надежных данных, что не позволяет сделать определенного заключения.

Электрические свойства

Сплавы Мп—Си характеризуются очень высоким электросопротивлением и малым, а для некоторых спла­ вов даже отрицательным его температурным коэффици­ ентом.

Такое сочетание электрических свойств представляет значительный интерес для электротехнической промыш­

ли зависимость, характерную для неограниченных твер­

роны обоих іметаллов только в области средних концент­ раций. Полученная экстраполяцией точка пересечения участков линейной зависимости электросопротивления от состава с осью абсцисс показывает отношение мар­ ганца к меди, равное 2 : 1.

Температурный коэффициент электросопротивления также сильно зависит от состава сплавов в закаленном состоянии. Сплавы с содержанием до 40% Мп характери­ зуются быстрым уменьшением величины этого коэффи­ циента с ростом концентрации марганца. У сплава с 40% Мп температурный коэффициент электросопротивления

равен нулю. Сплавы с 40—80% Мп характеризуются ма­

80% Мп отличаются резким, имеющим линейный харак­ тер увеличением значений температурного коэффициен­ та электросопротивления с повышением содержания марганца.

Электрические свойства сплавов показали наличие довольно сложной зависимости как от температуры и продолжительности процесса старения, так и от состава сплавов [51, с. 19—39; 150, 153].

В сплавах с содержанием до 40% Мп старение прак­ тически не влияет на электросопротивление. В сплавах с

наблюдается это снижение, зависит от режима старения. Наблюдаемое уменьшение электросопротивления в результате старения вероятнее всего связано с процес­ сами упорядочения, начинающихся с температур поряд­ ка 300° С и заканчивающихся при 500° С. Дальнейшее повышение температуры старения приводит к наруше­ нию упорядочения и, следовательно, к повышению

электросопротивления.

Увеличение электросопротивления в результате ста­ рения в богатых марганцем сплавах с четко выраженны­ ми экстремумами при 80 и 87% Мп пока не получило еще достаточно корректного теоретического объяснения. Можно предположить, что это повышение, по-видимому, связано с образованием интерметаллидных соединений типа Mn5'Cu, Mn8'Cu, Mn12Cu, характеризующихся высо­ ким электросопротивлением [155]. Увеличение продол­ жительности старения устраняет указанные экстремумы.

У сплавов с содержанием 20—65% Мп температур­ ный коэффициент электросопротивления отрицателен, причем его абсолютное значение практически не зависит от типа термической обработки — закалки или закалки и старения (рис. 74, 75). В сплавах с большим содержа­ нием марганца температурный коэффициент резко воз­ растает и становится положительным, причем его абсо­ лютное значение зависит как от состава, так и от типа