Реферат: Експеремент з дослідження сплаву AqZn

Після того, як вперше була знайдена крива ліквідусу, ця система звернула на себе увагу з боку багатьох дослідників. Границі фаз в твердому стані встановлені рентгенографічними та мікроскопічними методами [1]. Діаграма, що зображена на рисунку 1, запозичена з [1]. Кристалічна структура b,g,e - фаз визначена в [25]. Температури чотирьох перитектичних реакцій та склад перитектичних розчинів становлять: 710оС, 39,0%; 665оС, 61,3%; 636оС, 71,2%; 430оС, 97,8%Zn.

Розчинність Zn в Ag визначалася рентгенографічно та мікроскопічно [1]. При 710оС розчинність становить 32,1 ат.% (22,3 ваг.%) Zn. При температурах нижче 258оС, коли a-фаза є в рівновазі з z-фазою, розчинність Zn в Ag значно зменшується: при Т=431оС це 5%, а при 150оС це 1 ат.%. Сплав з 33 ат.% Zn після холодної обробки зі значним ступенем деформації та відпалу при 100оС має 2-фазну структуру.

При гартуванні невпорядкована b-фаза перетворюється в упорядковану b’-фазу з ОЦК-граткою, що при відпуску трансформується в стабільну гексагональну z-фазу. Перетворення bÛz супроводжується двократною зміною модуля пружності.

Ефект пам’яті форми виявлений в роботах [5, 26]. Було досліджене утворення термопружного мартенситу в Ag-38 ат.%Zn. З метою придушення виділень a-фази зразки після витримки 1-2 хв. При Т=700оС, тобто на 5оС нижче температури солідуса, загартовували в NaOH при 0оС. Металографічні дослідження зразків після електрополірування виконувалися при збільшенні 200. При охолодженні сплаву з метастабільної b’-фази утворюється мартенсит в інтервалі від -160оС до -180оС. Температура початку оберненого перетворення становить –170оС, кінця –150оС. Мартенсит повністю термопружний і не спостерігається при Т=150оС. Голчаті кристали мартенситу формуються в пакети, зростання яких відбувається за рахунок b’-фази. Мартенситні перетворення відбуваються лише у свіжозагартованому сплаві; після витримки при Т=20оС b’-фаза розпадається. Пластинка завтовшки 0,5 мм з цього сплаву, що була зігнута в мартенситному стані на кут 90о при нагріванні вище –160оС повністю випрямлюється. Після повторення 2-3 циклів спостерігається явище, що пояснюється неповним зворотнім перетворенням деформованих мартенситних пластин [27].

Вивчені структурні перетворення в сплаві Ag-50 ат.%Zn [28]. Впорядкована b’-фаза починає перетворюватись в z-фазу після холодної деформації. Гексагональна структура z знову переходить в ОЦК, однак це відбувається за “дуже короткий час” [28]. zо-фаза після холодної деформації та старіння при кімнатній температурі перетворюється в b’-фазу. У роботі [28] зроблений висновок про те, що b’-фаза в сплаві з 50 ат.%Zn рівноважна при кімнатних температурах.

Для двох структурних станів b’ і z-фаз сплаву AgZn еквіатомного складу експериментально досліджувались оптичні властивості в діапазоні спектру від 0,07 до 10 еВ [18]. Також розрахований зонний спектр і оптичні властивості b’-AgZn.

Структурне перетворення b’Ûz призводить до появи в оптичному спектрі нової смуги поглинання і супроводжується зміною кольору. В області (0,07 – 4 еВ) теоретичний і оптичний спектри співпадають. Природа змін кольору пов’язана зі зміною електронної структури.

Максимальна розчинність для AgZn: Ag в Zn-5, Zn в Ag 32,1 ат.% [29].

Рисунок 1. Діаграма станів AgZn

Фаза b має ОЦК-решітку (А2-структура, а=0,318 нм), b’-кубічна типу CsCl (В2-структура, а=0,311нм), z-гексагональну (а=0,76356 нм, с=0,28200 нм); g-кубічна типу g-латуні (а=0,9349 нм); e-гексагональна типу магнію (а=0,276 нм, с=0,430 нм, с/а=1,55-1,56) [30].

Сплав AgZn терпить кристалографічне перетворення В2-А2 без спотворення кристалічної гратки при Т=545оС [34]. Цинк підвищує електроопір срібла сильніше, ніж Cd, але менше, ніж Mg, Al, Sn, As. Твердий a-розчин AgZn має механічні властивості, близькі до срібла [2].

Основні показники опору значним пластичним деформаціям:

НВ@25 кгс/мм (твердість по Брінелю);

sВ=14-17 кгс/мм (часовий опір);

Основні показники пластичності:

y=70-90% (відносне звужування після розтягу)

d=40-90% (відносне видовження після розтягу).

Більш детальні характеристики можна отримати в [24, 31, 32].

2. Методика експерименту.

2.1 Метод електроопору.

Для оцінки процесів, що відбуваються в зразках сплаву AgZn після різних видів обробок в роботі застосовується метод електроопору. Для реєстрації найменших структурних змін необхідно виключити вплив на вимірюваний опір всіх частин схеми, що можуть проводити струм і що не належать зразку. Ця умова була виконана вибором компенсаційного методу виміру електроопору. Принцип вимірювання електроопору зображений на рисунку 2. Невідоме значення електроопору Rx знаходять через падіння напруг на зразку та еталоні, значення опору якого відоме (в цій схемі це елемент Р 321, його R0 = 0.1 Ом). Завдяки джерелу постійного струму в схемі протікає струм, що не залежить від опору ділянки електричного кола. При почерговому підключенні напруг U1 та U2 досягають такого стану, коли сумарний струм через Rx та R0 відповідно дорівнює нулеві. Тоді І = U1/Rx = U2/R0 або Rx = R0žU1/U2 . Для зменшення помилки струм І пропускається в двох протилежних напрямках. Це робиться за допомогою перемикача П 308 (див. рис.3). Виміри робляться по кілька разів на одному зразку і вираховуються середні значення. Для виключення теплової складової електроопору зажим зі зразком занурювався у термостат з рідким азотом.

Рисунок 2. Принцип вимірювання електроопору.

2.2 Термообробка зразків.

Для відпалу, гартування зразків використовувалась спеціальна установка. Її основні частини подані на схемі 4. Вона складається з кварцевої труби 1, з розміщеною на ній піччю 2, блоку підключення до вакуумної системи 3, та інертного газу 4, системи скидання 5 зразка в піч і потім в гартуюче середовище, що міститься в герметичному бачку. Для системи 5 використовувався електромагніт 7. Для відкачування повітря з системи застосовувався форвакуумний насос НВПР-66, вакуум контролювався вакууметром ВИТ-2 з термопарнометричним перетворювачем ПМТ-2. Температура в печі підтримувалася терморегулятором ВРТ-3 з точністю 1оК.

Контроль температури здійснювався за допомогою хромель-алюмельової термопари, що була підключена до цифрового вольтметру. Градієнт температури в робочій області не перевищував 0.4о К/см. Відпал зразків у вакуумі при температурах вище 200оС призводить до випаровування цинку зі зразків, тому всі термообробки проводилися в атмосфері аргону. В початковому стані зразки розміщувалися у верхній частині труби, де температура не перевищує 30оС при будь-якій температурі печі. Після того, як система відкачана і через неї 2-3 рази прокачаний аргон, піч виводиться в режим нагрівання. Перше спрацьовування електромагніту приводить до спускання зразків системою скидання на тонкому дроті з константану на потрібну висоту. Довжина дроту була наперед виміряна таким чином, щоб зразки після першого натиснення кнопки для спрацьовування електромагніту були на висоті, що відповідає середині печі. Зразки, після того як спустились в піч, нагріваються і витримуються при певній температурі. Якщо відпал робиться під гартування, то за 2-3 хвилини до закінчення відпалу бачок заповнюється гартуючим середовищем. Після закінчення відпалу друге натиснення кнопки приводить до скидання зразків в гартуюче середовище (вода при температурі Т = 5оС). Таким чином, загартування можна провести без контакту зразків з оточуючим середовищем.

2.3 Опромінення зразків

Зразки опромінювались на лінійному прискорювачі електронів ІЛУ-6. Температура зразків під час опромінення контролювалась за допомогою термопари і не перевищувала 60оС (в цьому випадку підсилення дифузії за рахунок температури є незначним). Опромінення проходило за таких умов: енергія пучка 1.5 МеВ, густина 5*1013 ел/см2*с, струм 3 мА. Для опромінення були вибрані флюенси 2*1017, 1018, 1.5*1018 е/см2, які відповідають екстремальним або найбільш характерним точкам зміни електроопору.

Рисунок 4. Схема установки для термообробки зразків.

3. Хід експерименту.

3.1 Приготування зразків.

Для вимірювання електроопору зразки були прокатані на валках заготовок завтовшки 1 мм до фольги 0.12 мм з проміжним відпалом при температурі Т=300оС. З фольги були вирізані цілі зразки зі струмовими та потенціометричними контактами.

При подальшій термообробці геометрія зразків не змінювалася і про зміну їх властивостей судили по зміні електроопору. Відпал зразків перед загартуванням проводився протягом 10 хвилин з кроком по температурі 30о. Зразки загартовувались у 10% розчині NaOH (оскільки так забезпечується найбільша швидкість загартування). Для дослідження було взято 3 партії зразків: відпалені при 850оС зі швидкістю охолодження не більше, ніж 2оС на хвилину (у подальшому – відпалені); загартовані від температури 350оС; деформовані.

3.2 Результати досліджень сплаву AgZn методом електроопору

Маючи у розпорядженні зразки з трьома вихідними станами (деформація, відпал, загартування) були побудовані залежності відносної зміни електроопору DR/R=(Rобробки-Rвідпалу)/Rвідпалу від температури загартування, тобто ізохрони. За початковий стан приймався стан відпаленого зразка сплаву AgZn. Оскільки деформований стан передує відпаленому, то вихідною точкою для нього на вісі DR/R була та, яка відповідала б відносній зміні електроопору при відпалі деформованих зразків. Цей ефект для сплавів Ag-10 aт.%Zn та Ag-20 ат.%Zn становить приблизно 12% та 10% відповідно. Як видно з рис.5 – рис.6 ефект гартування відпалених зразків £1% і однаковий для сплавів обох концентрацій.