Изучение микроструктуры и механических свойств в субмикрообъемах латуни ЛС59-1А

Изучены микроструктура и механические свойства в субмикрообъемах свинцовой латуни марки ЛС59-1А. С использованием растровой электронной микроскопии (EDS) проведен металлографический анализ микроструктуры исследуемых образцов. Выявлено, что в микроструктуре латуни ЛС 59-1А наряду с основными фазами (α-твердый раствор легирующих элементов в меди и β-фаза — твердый раствор на основе электронного соединения CuZn) также содержатся глобулярные включения свободного свинца (1—2 об.%), которые локализуются по границам зерен и в междендритных областях. Кроме того, в микроструктуре обнаружены экзогенные неметаллические включения CuO + ZnO и поры. Оксидные включения и соединения, содержащие железо и марганец, локализованы по границам раздела α- и β-фаз. Методом наноиндентирова-ния измерены твердость (Н) и модуль Юнга α- и β-фаз. Обнаружено несущественное различие значений H для дендритов a-фазы по отношению к междендритному пространству β-фазы, что свидетельствует о высокой степени однородности механических свойств слитка ЛС59-1А. Расчет дополнительного давления, которое возникает на границе α- и β-фаз при нагружении материала внешней силой из-за различия модулей Юнга, показал, что оно в 23 раза превышает внешнее усилие, что может служить причиной разрушения слитков латуни ЛС59-1А при механической обработке. Полученные результаты обсуждаются с позиций современных представлений о металлографическом методе контроля качества слитков латуни в условиях промышленного производства.

1. Pugacheva N.B., Pankratov A.A., Frolova N.Yu., Kotlya-rov I. V Structural and phase transformations in a + P bra-ses. Russ. Metal. (Metally). 2006. No. 3. P. 239—248.

2. HameedA.H., AbedA.T. Effect of secondary cooling configuration on micro structure of cast in semi-continuous casting of copper and brass. Appl. Mech. Mater. 2014. Vol. 575. P. 8—12.

3. Bagherian E.-R., Fan Y., AbdolvandA., CooperM., Frame B. Investigation of the distribution of lead in three different combinations of brass feedstock. Inter. J. Metalcast. 2016. Vol. 3. P. 338—341.

4. Momeni A., Ebrahimi G.R., Faridi H.R. Effect of chemical composition and processing variables on the hot flow behavior of leaded brass alloys. Mater. Sci. Eng. A. 2015. Vol. 626. P. 1—8.

5. Muikku A., Hartikainen J., Vapalahti S., Tiainen T. Experimental work on possibilities to predict casting defects in LPDC brass castings. Mater. Sci. Forum. 2006. Vol. 508. P. 561—566.

6. Garcia P., Rivera S., Palacios M., Belzunce J. Comparative study of the parameters influencing the machinabil-ity of leaded brasses. Eng. Fail. Anal. 2010. Vol. 17. No. 4. P. 771—776.

7. Amaral L., Quinta R., Silva T.E., Soares R.M.B., Castellanos S.D., de Jesus A.M.P. Effect of lead on the machina-bility of brass alloys using polycrystalline diamond cutting tools. J. Strain Anal. Eng. Design. 2018. Vol. 53. No. 8. P. 602—615.

8. Gane N. The effect of lead on the friction and machining of brass. Philosophical Magazine A: Physics of Condensed Matter, Structure, Defects and Mechanical Properties. 1981. Vol. 43. No. 3. P. 545—566.

9. Vilarinho C., Davim J.P., Soares D., Castro F., Barbosa J. Influence of the chemical composition on the machina-bility of brasses. J. Mater. Proc. Technol. 2005. Vol. 170. No. 1-2. P. 441—447.

10. Waheed A., Ridley N. Microstructure and wear of some high-tensile brasses. J. Mater. Sci. 1994. Vol. 29. No. 6. P. 1692—1699.

11. Han H., Huang X., Wu Y., Qin Y., Cao J. Microstructure and properties of a bismuth-brass. Adv. Mater. Res. 2012. Vol. 486. P. 270—273.

12. Lukac I.J., Bures R., Michalansky F., Lubiscak J. Effect of Mn on machinability of free-cutting brass. Metalurgija. 1993. Vol. 32. No. 4. P. 183—184.

13. Tam P.L., Schultheiss F., Stahl J.E., Nyborg L. Residual stress analysis of machined lead-free and lead-containing brasses. Mater. Sci. Technol. (U.K.). 2016. Vol. 32. No. 17. P. 1789—1793.

14. Schultheiss F., Windmark C., Sjostrand S., Rasmusson M., Stahl J.-E. Machinability and manufacturing cost in low-lead brass. Int. J. Adv. Manufact. Technol. 2018. Vol. 99. No. 9-12. P. 2101—2110.

15. Dutkiewicz J, Masdeu F., Malczewski P., Kukuta A. Microstructure and properties of a + P brass after ECAP processing. Arch. Mater. Sci. Eng. 2009. Vol. 39. No. 2. P. 80—83.

16. Chikova O.A., Reznik P.L., Ovsyannikov B.V. Structure and nanomechanical characteristics of Al—Cu—Mg— Si alloy with partly liquated grain boundaries upon heat treatment. Phys. Met. Metallograph. 2016. Vol. 117. No. 12. P. 1245—1250.

17. Чикова О.А., Константинов А.Н., Шишкина Е.В., Чезга-нов Д.С. Влияние микрогетерогенности и условий кристаллизации расплава Al—50%Sn на механические свойства фазовых составляющих слитка. Изв. вузов. Цвет. металлургия. 2014. No. 5. С. 3—7.

18. Hofmann U. Model for calculation the mean high temperature flow stress of leaded brasses. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. 2003. Bd. 34. No. 8. S. 746—755.

19. Hofmann U. A failure analysis on the causes of intercrystalline cracks in components made of leaded brass. Pract. Metallograph. 2010. Vol. 47. No. 10. P. 571—593.

20. Lan X., Li K., Wang F., Su Y., Yang M., Liu S., Wang J., Du Y. Preparation of millimeter scale second phase particles in aluminum alloys and determination of their mechanical properties. J. Alloys and Compd. 2019. Vol. 784. P. 68-75.

21. Chen C.-L., Richter A., Thomson R.C. Investigation of mechanical properties of intermetallic phases in multi-component Al-Si alloys using hot-stage nanoindentation. Intermetallics. 2010. Vol. 18. No.4. P. 499-508.

22. Kossman S., Iost A., Chicot D., Mercier D., Serrano-Mu-noz I., Roudet F., Dufrenoy P., Magnier V, Cristol A.-L. Mechanical characterization by multiscale instrumented indentation of highly heterogeneous materials for braking applications. J. Mater. Sci. 2019. Vol. 54. No. 6. P. 46474670.

23. Heidarzadeh A., Saeid T, Klemm V, Chabok A., Pei Y. Effect of stacking fault energy on the restoration mechanisms and mechanical properties of friction stir welded copper alloys. Mater. Design. 2019. Vol. 162. P. 185-197.

24. Mesbah M., Fadaeifard F., Karimzadeh A., Nasiri-Tabrizi B., Rafieerad A., FarajiG., Bushroa A.R. Nano-mechanical properties and microstructure of UFG brass tubes processed by parallel tubular channel angular pressing. Met. Mater. Inter. 2016. Vol. 22. No. 6. P. 1098-1107.

25. Tkachuk G.A., Chikova O.A., Maltsev V.A. Examining microstructure of industrial brass blanks with purpose for quality control in respect of defects of technological origin. IOP Conf. Ser. Earth and Environmental Science. 2017. Vol. 87(9). No. 092027.

26. Tkachuk G.A., Shimov V.V., Chikova O.A. Examining the microstructure of industrial leaded brass blanks for quality control. Solid State Phenomena. 2017. Vol. 265. P. 348-351.

27. Пугачева Н.Б., Овчинников А.С., Лебедь А.В. Анализ дефектов промышленных заготовок из латуней. Цвет. металлы. 2014. No. 10. P. 71-77.

28. Oliver W.C., Pharr G.M. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology. J. Mater. Res. 2004. Vol. 19. No. 1. P. 3-20.

29. Golovin Yu.I. Nanoindentation and mechanical properties of solids in submicrovolumes, thin near-surface layers, and films: A Review. Phys. Solid State. 2008. Vol. 50. No. 12. P. 2205-2236.

30. Chikova O.A., Shishkina E.V, Petrova A.N., Brodova I.G. Measuring the nanohardness of commercial submicrocrystalline aluminum alloys produced by dynamic pressing. Phys. Met. Metallograph. 2014. Vol. 115. No. 5. P. 523-528.

31. Фирстов С.А., Горбань В.Ф., Печковский Э.П. Установление предельных значений твердости, упругой деформации и соответствующего напряжения материалов методом автоматического индентирования. Материаловедение. 2008. No. 8. С. 15-21.