Зависимости прочности, твердости и пластичности сплавов золота от температуры

Для выбора рациональных режимов обработки и оптимальных условий эксплуатации промышленных изделий из сплавов золота необходимо знать закономерности изменения их механических характеристик в широком температурном диапазоне.

В настоящей работе исследовали влияние температуры на характеристики твердости, прочности и пластичности сплава ЗлСрМ 583-80 в литом и деформированном (на 40%) состоянии. В качестве исходных материалов взяты золото 999,9 пробы и медь 99,99 пробы, их сплавили в индукционной печи.

Образцы для испытания готовили следующим образом: резали дисковыми пилами, фрезеровали и шлифовали, а дефектный поверхностный слой на рабочих участках удаляли механической полировкой.

Перед испытаниями все образцы были отожжены по режиму: нагрев до 1003°К и выдержка 3 мин в расплаве 50%-ного KCl + 50%-ного NaCl с последующим охлаждением в холодной проточной воде.

Структуры сплава показаны на рис. 1.

Испытания на растяжение вели на плоских образцах, рабочий участок которых длиной в 11 мм имел прямоугольное сече¬ние 3x2 мм [1]. Характеристики прочности и пластичности получены по стандартной методике [2, 3] в результате испытаний на растяжение со скоростью 2 мм/мин, на микромашине установки «МИКРАТ-4» [4, 5].

Нагрев образцов радиационный, со скоростью 10-50 град/мин, с использованием никелевого нагревателя.

Перед нагружением образцы выдерживали в нагретом состоянии в течение 10-15 мин. Температуру рабочей части образцов измеряли приваренной платина-платинородиевой термопарой. Перепад температур на длине рабочей части образцов не более 1% от номинальной температуры испытаний [3]. С целью защиты от окисления образцы нагревали в среде чистого аргона марки «А» [6] (с содержанием азота 0,008 об.% и кислорода не более 0,001 об.%) при избыточном давлении 0,2 кгс/мм².

Деформацию образцов измеряли по перемещению подвижного захвата испытательной машины.

Определение твердости проводили на установке УВТ-2 [7], в вакууме 5∙10^-5 мм рт. ст., вдавливая сапфировый индентор правильной четырехгранной пирамиды с углом 136° между противоположными гранями [8]. Длительность выдержки индентора под нагрузкой в 1 кгс составляла 60 сек. Методика испытаний подробно описана в работе [7].

Результаты проведенных исследований показаны на рис. 2.

Несмотря на то, что у литого сплава значения величин твердости, прочности и пластичности при соответствующих температурах несколько ниже, чем у деформированного, полученные кривые температурных зависимостей носят одинаковый характер. Эксперименты показали, что на кривых наблюдаются характерные перегибы, разделяющие температурный диапазон на участки, в каждом из которых действует определенный механизм, контролирующий пластическую деформацию.

Возможные основные механизмы, контролирующие пластическую деформацию, систематизированы в работах [7,9,10].

При температурах около 750°К наблюдается провал пластичности для исследованного сплава. Для меди [9] такие провалы связываются с явлениями типа деформационного старения. Деформационное старение и аномалии пластичности наблюдаются и для других ГЦК металлов [9]. По результатам исследования (см. рис. 2, а, б) сделана попытка найти корреляцию твердости с прочностными параметрами растяжения для установления связи между характеристиками твердости и основными механическими свойствами исследованного сплава.

Как видно по данным рис. 3 и таблицы, в которую сведены отношения значений твердости к условному пределу текучести α_0,20, пределу прочности α_В и к истинному сопротивлению разрыва S_k такая связь существует. Анализ значений, приведенных в таблице, показывает, что между указанными прочностными характеристиками и твердостью связь сложная, если рассматривать весь исследованный температурный диапазон. В то же время на каждом отдельном температурном участке наблюдаются простые зависимости (в виде отрезков прямых линий — см. рис. 3), а их средние квадратичные отклонения невелики.

Полученные зависимости и соотношения можно рекомендовать к практическому применению для экспрессного определения механических характеристик α_0,20, α_В, S_k по данным твердости в широком температурном диапазоне.