cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2024-4-66-76cvmet-1648Research ArticleМеталловедение и термическая обработкаPhysical Metallurgy and Heat TreatmentВлияние отжигов на формирование структуры и свойств сплава меди, легированного палладием и серебромEffect of annealing on the structure and properties formation of a copper alloy alloyed with palladium and silverhttps://orcid.org/0000-0003-0474-8991НовиковаО. С.NovikovaO. S.

Оксана Сергеевна Новикова – к.ф.-м.н., ст. науч. сотрудник

620108, г. Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

Oksana S. Novikova – Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Research Scientist

18 Kovalevskaya Str., Ekaterinburg 620108

novikova@imp.uran.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3857-2392СаламатовЮ. А.SalamatovYu. A.

Юрий Александрович Саламатов – к.ф.-м.н., ст. науч. сотрудник

620108, г. Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

Yuriy A. Salamatov – Cand. Sci. (Phys.-Math.), Senior Research Scientist

18 Kovalevskaya Str., Ekaterinburg 620108

salamatov@imp.uran.ruКостинаА. Е.KostinaA. E.

Алина Евгеньевна Костина – аспирант, мл. науч. сотрудник

620108, г. Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

Alina E. Kostina – Postgraduate Student, Junior Research Scientist

18 Kovalevskaya Str., Ekaterinburg 620108

alina_30_93@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0636-6623ВолковА. Ю.VolkovA. Yu.

Алексей Юрьевич Волков – д.т.н., заведующий лабораторией

620108, г. Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18

Aleksey Yu. Volkov – Dr. Sci. (Eng.), Head of the laboratory

18 Kovalevskaya Str., Ekaterinburg 620108

volkov@imp.uran.ruИнститут физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАНРоссияM.N. Mikheev Institute of Metal Physics of Ural Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2024201220243046676Copyright © Новикова О.С., Саламатов Ю.А., Костина А.Е., Волков А.Ю., 20242024Новикова О.С., Саламатов Ю.А., Костина А.Е., Волков А.Ю.Novikova O.S., Salamatov Y.A., Kostina A.E., Volkov A.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/1648

Методами рентгеноструктурного анализа, измерения микротвердости, удельного электросопротивления и механических свойств при растяжении изучали сплав меди с малыми добавками палладия и серебра: Cu–1,5Pd–3Ag (ат. %), который может найти применение в качестве коррозионно-стойкого проводника слабых электрических сигналов. Исследованы образцы, находящиеся в нескольких исходных состояниях: закаленном (от 700 °C), деформированном при комнатной и криогенной температурах (в обоих случаях – на 90 % изменения площади поперечного сечения). Для изучения процессов перестройки структуры и эволюции свойств проводили отжиги исходных образцов в интервале температур от 150 до 450 °C (с шагом в 50 °C) с последующим охлаждением в воде или на воздухе. Продолжительность термообработок (ТО) составляла от 1 до 48 ч. Установлено, что отжиг сплава Cu–1,5Pd–3Ag в температурном интервале ниже 450 °С приводит к выделению в Cu-матрице частиц фазы на основе серебра. Показано, что отжиг исходно закаленного сплава несколько увеличивает значение его удельного электросопротивления (ρ): от 3,55·10–8 до 3,8·10–8 Ом·м (после t = 250 °С, 48 ч). Выявлено, что легирование меди палладием (1,5 ат. %) и серебром (3 ат. %) обусловливает повышение прочностных свойств (предел текучести сплава составляет 500 МПа) и температуры рекристаллизации, при этом электропроводность сплава составляет ~50 % IACS. Оптимальный набор свойств (прочности, пластичности и электропроводности) наблюдается после отжигов предварительно криодеформированного сплава при t = 250 °С продолжительностью менее 18 ч. Увеличение времени ТО вызывает перестаривание, следствием которого является разупрочнение. Результаты исследования могут быть использованы при разработке нового высокопрочного материала с пониженным электрическим сопротивлением.

A copper alloy with small additions of palladium and silver (Cu–1.5Pd–3Ag (at. %))—which has potential applications as a corrosionresistant conductor of weak electrical signals—was studied using X-ray diffraction analysis, microhardness measurements, specific electrical resistivity, and tensile mechanical properties tests. Samples were examined in several initial states: quenched (from 700 °C) and deformed at room and cryogenic temperatures (with a 90 % reduction in cross-sectional area in both cases). To study the processes of structural reorganization and property evolution, the initial samples were annealed in the temperature range from 150 to 450 °C (in 50 °C increments), followed by cooling in water or air. The duration of the heat treatments ranged from 1 to 48 hours. It was established that annealing the Cu–1.5Pd–3Ag alloy at temperatures below 450 °C leads to the precipitation of silver-based phase particles in the Cu matrix. Annealing of the initially quenched alloy was found to slightly increase its specific electrical resistivity (ρ) from 3.55·10–8 to 3.8·10–8 Ohm·m (after 48 h at 250 °C). It was revealed that alloying copper with 1.5 at. % palladium and 3 at. % silver enhances the strength properties (the yield strength of the alloy reaches 500 MPa) and raises the recrystallization temperature, while the electrical conductivity of the alloy remains around 50 % IACS. The optimal combination of properties (strength, ductility, and electrical conductivity) is observed after annealing the pre-cryodeformed alloy at 250 °C for less than 18 h. Extending the annealing time causes overaging, resulting in softening. The results of this study can be applied in the development of a new high-strength material with reduced electrical resistivity.

сплавы Cu–Pd–Agрезистометриямикротвердостьмикроструктурарентгеноструктурный анализкриодеформацияCu–Pd–Ag alloysresistometrymicrohardnessmicrostructureX-ray diffraction analysiscryodeformationРентгеноструктурный анализ, а также сканирующая электронная микроскопия проведены с использованием оборудования ЦКП ИФМ УрО РАН.X-ray diffraction analysis and scanning electron microscopy were carried out using the equipment of the Center for Collective Use at the Institute of Metal Physics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences.ReferencesОсинцев О.Е., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки: Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Инновационное машиностроение, 2016. 360 с.Osintsev O.E., Fedorov V.N. Copper and copper alloys. Domestic and foreign brands: Reference book. 2-nd ed., rev. and add. Moscow: Innovatsionnoe mashinostroenie, 2016. 360 p. (In Russ.).Валова-Захаревская Е.Г., Дерягина И.Л., Попова Е.Н., Хлебова Н.Е., Панцырный В.И. Особенности микроструктуры высокопрочного многоволоконного композита Cu—18Nb. Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. 2018;5:116—126. https://doi.org/10.17804/2410-9908.2018.5.116-126Valova-Zakharevskaya E.G., Deryagina I.L., Popova E.N., Khlebova N.E., Pantsyrnyi V.I. Special characteristics of the microstructure of high-strength multifiblamentary Cu—18Nb composites. Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. 2018;5:116—126. (In Russ.). https://doi.org/10.17804/2410-9908.2018.5.116-126Чжиган Ч., Цзюньвэй Л., Шицянь Л., Янни С., Юань М. Механизмы высокотемпературной деформации сплава Cu—Be в высокоупругом отожженном состоянии. Физика металлов и металловедение. 2018;119(1):73—80. https://doi.org/10.7868/S0015323018010096Chzhigan Ch., Tszyunvey L., Shitsyan L., Yanni S., Yuan M. Mechanisms of high-temperature deformation of the Cu–Be alloy in the high-elastic annealed state. Fizika Metallov i Metallovedenie. 2018;119(1):73—80. (In Russ.). https://doi.org/10.7868/S0015323018010096Логинов П.А., Воротыло С., Сидоренко Д.А., Лопатина Ю.В., Окубаев А.., Швындина Н.В., Левашов Е.А. Влияние добавок Ti и TiH2 на структуру и свойства медных сплавов для алмазного режущего инструмента. Известия вузов. Цветная металлургия. 2020;(3):51—58. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2020-3-51-58Loginov P.A., Vorotilo S., Sidorenko D.A., Lopatina Yu.V., Okubaev A., Shvyndina N.V., Levashov E.A. The effect of Ti and TiH2 additives on structure and mechanical properties of copper alloys for diamond cutting tools. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2020;(3):51—58. (In Russ.). https://doi.org/10.17073/0021-3438-2020-3-51-58Rajarshi Banerjee, Sangita Bose, Arda Genc, Pushan Ayyub. The microstructure and electrical transport properties of immiscible copper-niobium alloy thin films. Journal of Applied Physics. 2008;103(3):033511. https://doi.org/10.1063/1.2836970Rajarshi Banerjee, Sangita Bose, Arda Genc, Pushan Ayyub. The microstructure and electrical transport properties of immiscible copper-niobium alloy thin films. Journal of Applied Physics. 2008;103(3):033511. https://doi.org/10.1063/1.2836970Логинов Ю.Н. Медь и деформируемые медные сплавы: Учеб. пос. Екатеринбург: УГТУ—УПИ, 2004. 136 с.Loginov Yu.N. Copper and deformable copper alloys: textbook. Ekaterinburg: UGTU–UPI, 2004. 136 p. (In Russ.).Волков А.Ю., Новикова О.С., Костина А.Е., Антонов Б.Д. Изменение электрических и механических свойств меди при легировании палладием. Физика металлов и металловедение. 2016;117(9):977—986. https://doi.org/10.7868/S0015323016070172Volkov A.Yu., Novikova O.S., Kostina A.E., Antonov B.D. Effect of alloying with palladium on the electrical and mechanical properties of copper. Physics of Metals and Metallography. 2016;117(9):945—954. https://doi.org/10.1134/S0031918X16070176Maki K., Ito Yu., Matsunaga H., Mori H. Solid-solution copper alloys with high strength and high electrical conductivity. Scripta Materialia. 2013;68:778—780. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.12.0217Maki K., Ito Yu., Matsunaga H., Mori H. Solid-solution copper alloys with high strength and high electrical conductivity. Scripta Materialia. 2013;68:778—780. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.12.0217Gorsee S., Ouvrard B., Goune M., Poulon-Quintin A. Microstructural design of new conductivity — high strength Cu-based alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2015;633:42—47. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.01.234Gorsee S., Ouvrard B., Goune M., Poulon-Quintin A. Microstructural design of new conductivity — high strength Cu-based alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2015;633:42—47. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.01.234Ohta M., Shiraishi T., Hisatsune K., Yamane M. Agehardening of dental Ag—Pd—Cu—Au alloys. Journal of Dental Research. 1980;59(11):1966—71. https://doi.org/10.1177/00220345800590110701Ohta M., Shiraishi T., Hisatsune K., Yamane M. Agehardening of dental Ag—Pd—Cu—Au alloys. Journal of Dental Research. 1980;59(11):1966—71. https://doi.org/10.1177/00220345800590110701Iwamoto C., Adachi N., Watanabe F., Koitabash R. Microstructure evolution in Cu—Pd—Ag alloy wires during heat treatment. Metallurgical and Materials Transactions A. 2018;49:4947—4955. https://doi.org/10.1007/s11661-018-4800-3Iwamoto C., Adachi N., Watanabe F., Koitabash R. Microstructure evolution in Cu—Pd—Ag alloy wires during heat treatment. Metallurgical and Materials Transactions A. 2018;49:4947—4955. https://doi.org/10.1007/s11661-018-4800-3Новикова О.С., Костина А.Е., Саламатов Ю.А., Згибнев Д.А., Волков А.Ю. Влияние деформации при криогенной или комнатной температуре с последующим отжигом на структуру и свойства меди и ее сплавов Cu—3Pd и Cu—3Pd—3Ag (at. %). Frontier Materials & Technologies. 2023;2:77—87. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2023-2-64-6Novikova O.S., Kostina A.E., Salamatov Yu.A., Zgibnev D.A., Volkov A.Yu. The influence of deformation at cryogenic or room temperature followed by annealing on the structure and properties of copper and its Cu—3Pd and Cu—3Pd—3Ag (at. %) alloys. Frontier Materials & Technologies. 2023;(2):77—87. (In Russ.). https://doi.org/10.18323/2782-4039-2023-2-64-6Volkov A.Yu., Novikova O.S., Antonov B.D. The kinetics of ordering in an equiatomic CuPd alloy: A resistometric study. Journal of Alloys and Compounds. 2013;581: 625—631. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.07.132Volkov A.Yu., Novikova O.S., Antonov B.D. The kinetics of ordering in an equiatomic CuPd alloy: A resistometric study. Journal of Alloys and Compounds. 2013;581: 625—631. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.07.132Gong X., Wei B., Teng J., Wang Z., Li Yu.Regulating the oxidation resistance of Cu—5Ag alloy by heat treatment. Corrosion Science. 2021;190: 109686. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2021.109686Gong X., Wei B., Teng J., Wang Z., Li Yu.Regulating the oxidation resistance of Cu—5Ag alloy by heat treatment. Corrosion Science. 2021;190: 109686. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2021.109686Straumal B.B., Kilmametov A.R., Baretzkyet B., Kogtenkova O.A., Straumal P.B., Litynska-Dobrzynska L., Chulist R., Korneva A., Zieva P. High pressure torsion of Cu—Ag and Cu—Sn alloys: Limits for solubility and dissolution. Acta Materialia. 2020;195:184—198. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.05.055Straumal B.B., Kilmametov A.R., Baretzkyet B., Kogtenkova O.A., Straumal P.B., Litynska-Dobrzynska L., Chulist R., Korneva A., Zieva P. High pressure torsion of Cu—Ag and Cu—Sn alloys: Limits for solubility and dissolution. Acta Materialia. 2020;195:184—198. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.05.055Freudenberger J., Kauffmann A., Klaub H., Marr T., Nenkov K., Subramanya S.V., Schultz L. Studies on recrystallization of single-phase copper alloys by resistance measurements. Acta Materialia. 2010;58:2324—2329. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2009.12.018Freudenberger J., Kauffmann A., Klaub H., Marr T., Nenkov K., Subramanya S.V., Schultz L. Studies on recrystallization of single-phase copper alloys by resistance measurements. Acta Materialia. 2010;58:2324—2329. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2009.12.018Shakhova I., Sakai Y., Belyakov A., Kaibyshev R. Microstructure evolution in a Cu—Ag alloy during large strain deformation and annealing. Materials Science Forum. 2011;667—669:493—498. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.667-669.493Shakhova I., Sakai Y., Belyakov A., Kaibyshev R. Microstructure evolution in a Cu—Ag alloy during large strain deformation and annealing. Materials Science Forum. 2011;667—669:493—498. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.667-669.493Kada S., Vadlamani S.S., Kauffmann A., Hegedus Z., Gubicza J., Lechner M., Freudenberger J., Wilde G. High strength and ductile ultra-grained Cu—Ag alloy through bimodal grain size, dislocation density and solute distribution. Acta Materialia. 2013;61:228—238. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.09.053Kada S., Vadlamani S.S., Kauffmann A., Hegedus Z., Gubicza J., Lechner M., Freudenberger J., Wilde G. High strength and ductile ultra-grained Cu—Ag alloy through bimodal grain size, dislocation density and solute distribution. Acta Materialia. 2013;61:228—238. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.09.053Wang H., Zhang Z., Zhang H., Hu Z., Li S., Cheng X. Novel synthesizing and characterization of copper matrix composites reinforced with carbon nanotubes. Materials Science and Engineering A. 2017;696:80—89. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.04.055Wang H., Zhang Z., Zhang H., Hu Z., Li S., Cheng X. Novel synthesizing and characterization of copper matrix composites reinforced with carbon nanotubes. Materials Science and Engineering A. 2017;696:80—89. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.04.055Тонкая структура и свойства твердых растворов: Сб. статей. Пер. с нем. под ред. В. Кестера, И.Я. Бокшицкий. Ред. Я.П. Селисский. М.: Металлургия, 1968. 223 с.Fine structure and properties of solid solutions: Collection of articles. Eds. V. Kester, I.Ya. Bokshitsky, Ya.P. Selissky. Moscow: Metallurgiya, 1968. 223 p. (In Russ.).Исламгалиев Р.К., Нестеров К.М., Валиев Р.З. Структура, прочность и электропроводность медного сплава системы Cu—Cr, подвергнутого интенсивной пластической деформации. Физика металлов и металловедение. 2015;116(2):219—228. https://doi.org/10.7868/S001532301409006XIslamgaliev R.K., Nesterov K.M., Valiev R.Z. Structure, strength, and electric conductivity of a Cu—Cr copperbased alloy subjected to severe plastic deformation. Physics of Metals and Metallography. 2015;116(2):209—218. https://doi.org/10.1134/S0031918X14090063Бабиков В.В. Метод фазовых функций в квантовой механике. 2-е изд., испр. и доп. М.: Наука, 1976. 287 с.Babikov V.V. Phase function method in quantum mechanics. 2-nd ed., rev. and add. Moscow: Nauka, 1976. 287 p. (In Russ.).Конькова Т.Н., Миронов С.Ю., Даниленко В.Н., Корзников А.В. Влияние низкотемпературной прокатки на структуру меди. Физика металлов и металловедение. 2010;110(4):336—348. https://doi.org/10.1134/S0031918X10100029Kon’kova T.N., Mironov S.Y., Danilenko V.N., Korznikov A.V. Effect of low-temperature rolling on the structure of copper. Physics of Metals and Metallography. 2010;110(4):318—330. https://doi.org/10.1134/S0031918X10100029Guo S., Liu S., Liu J., Gao Z., Liu Z. Investigation on strength, ductility and electrical conductivity of Cu—4Ag alloy prepared by cryorolling and subsequent annealing process. Journal of Materials Engineering and Performance. 2019;28:6809—6815. https://doi.org/10.1007/s11665-019-04448-7Guo S., Liu S., Liu J., Gao Z., Liu Z. Investigation on strength, ductility and electrical conductivity of Cu—4Ag alloy prepared by cryorolling and subsequent annealing process. Journal of Materials Engineering and Performance. 2019;28:6809—6815. https://doi.org/10.1007/s11665-019-04448-7Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев Л.Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. М.: Металлургия, 1982. 632 с.Umansky Ya.S., Skakov Yu.A., Ivanov A.N., Rastorguev L.N. Crystallography, X-ray diffraction and electron microscopy. Moscow: Metallurgiya, 1982. 632 p. (In Russ.).Сюткин Н.Н., Ивченко В.А., Телегин А.Б., Волков А.Ю. Полевая эмиссионная микроскопия ранних стадий упорядочения и распада сплава палладий—медь—серебро. Физика металлов и металловедение. 1986;62(5):965—969.Syutkin N.N., Ivchenko V.A., Telegin A.B., Volkov A.Yu. Field emission microscopy of the early stages of ordering and decomposition of a palladium—copper—silver alloy. Fizika Metallov i Metallovedenie. 1986;62(5):965—969. (In Russ.).Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. М.: Мир, 1972. 408 с.Honeycomb R. Plastic deformation of metals. Moscow: Mir, 1972. 408 p. (In Russ.).Toschi S., Balducci E., Ceschini L., Mørtsell E., Morri A., Di Sabatino M. Effect of Zr addition on overaging and tensile behavior of 2618 aluminum alloy. Metals. 2019;9:130. https://doi.org/10.3390/met9020130Toschi S., Balducci E., Ceschini L., Mørtsell E., Morri A., Di Sabatino M. Effect of Zr addition on overaging and tensile behavior of 2618 aluminum alloy. Metals. 2019;9:130. https://doi.org/10.3390/met9020130

The authors declare that there are no conflicts of interest present.