a) Tổ chức phân chia thành các vùng sáng α vùng tối (α+γ), b tổ chức vùng (α+γ)
1.7 Biến dạng tăng cơ tính cho hợpkim Cu-Ni-Sn
Khi biến dạng nguội hợp kim đồng Cu-Ni-Sn, hợp kim được tăng bền theo cơ chế tăng bền chung cho kim loại nói chung. Việc kết hợp giữa cán nóng, cán nguội, ủ kết tinh lại và ủ khử ứng suất là quá trình công nghệ kết hợp tăng bền cho hợp kim. Để tạo ra phôi có độ bền và kích thước hạt mong muốn, qui trình sản suất cần phải được kiểm soát chặt chẽ. Biến dạng tăng cơ tính theo phương pháp cán bao gồm cán nóng và cán nguội:
Cán nóng :
Cán nóng là biến dạng dẻo hợp kim ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ kết tinh lại để tạo ra phôi tấm có chiều dày gần với kích thước mong muốn. Quá trình cán nóng cũng là quá trình làm đồng đều tổ chức, khử bỏ các rỗ xốp có trong quá trình đúc, khử bớt hiện tượng thiên tích của thỏi đúc.
Khi cán nóng, các hạt bị dẹt theo phương cán. Qúa trình ủ khử ứng suất và phục hồi tổ chức làm biến đổi kích thước hạt. Nhiệt độ ủ luôn cao hơn nhiệt độ kết tinh lại do vậy
thời gian ủ rất quan trọng để điều chỉnh kích thước hạt đạt được cho vật liệu. Nhiệt độ cán nóng với hợp kim đồng Cu-Ni-Sn trong khoảng 650 - 950°C[66].
Sau cán nóng vật đúc cần được ủ để khử ứng suất ổn định tổ chức cho các lần cán sau. Cán nóng cũng là quá trình chuẩn bị tổ chức cho bước cán nguội tiếp theo.
Cán nguội :
Cán nguội thường được thực hiên sau cán nóng để tăng bền cho hợp kim, tăng ứng suất trong hợp kim đồng Cu-Ni-Sn chuẩn bị cho hóa già tạo chuyển biến spinodal.
Có thể thực hiên xen kẽ giữa cán nóng, cán nguội và ủ kết tinh lại để thu được tổ chức có cỡ hạt mong muốn. Đây là quá trình công nghệ phức tạp và cần có phương tiện kiểm tra đánh giá chính xác để điều khiển quá trình.
Đối với cán nguội phôi tấm hợp kim đồng Cu-Ni-Sn, mức độ biến dạng khoảng 25- 40%. Việc lựa chọn mức độ biến dạng phụ thuộc vào chiều dày phôi cán và mục đích sử dụng của hợp kim.
Có thể thực hiện vài bước cán nguội với mức độ biến dạng khác nhau. Xen kẽ giữa các lần cán là ủ khử ứng suất và kết tinh lại để điều chỉnh kích thước hạt thu được. Khi cán tấm có độ mỏng từ 0,5-0,1mm đòi hỏi có quá trình điều chỉnh tổ chức vật liệu rất khắt khe để có tổ chức đồng đều, ít khuyết tật và cỡ hạt nhỏ để có thể cán được mỏng mà tấm cán không bị rách hoặc bị khuyết tật.
S.Spooner và B.G.Lefevre khi nghiên cứu trên hợp kim Cu-15Ni-8Sn [54] có kết luận rằng biến dạng trước khi hoá già không làm thay đổi lớn tới cấu trúc hay động lực trong phân rã spinodal và quá trình thô hoá mặc dù nó làm tăng nhanh hoá bền khi hoá già. Cấu trúc modul DO22 tạo thành và quá trình thô hoá về bản chất phát triển tương tự như trường hợp không có biến dạng trước. Biến dạng trước tạo ra các cấu trúc lệch, các cấu trúc lệch và cấu trúc spinodal tác động qua lại có tác dụng làm tăng tốc quá trình hoá bền hợp kim. Các lệch có xu hướng thúc đẩy làm tăng bề mặt phân cách giữa cấu trúc DO22 và nền đồng dẫn tới làm giảm tổng năng lượng biến dạng đàn hồi của cấu trúc. Biến dạng có thể thiết lập một cấu hình lệch ổn định, tác dụng như là các chốt chặn sự trượt của lệch và làm giảm khả năng chuyển động của lệch.
Theo một nghiên cứu khác của Zheng Shilie, Wu Jinming, Zeng Yuewe và LiZhizhang [49] trên mẫu hợp kim Cu-15Ni-8Sn có thực hiện cán nguội và không cán, sau đó hoá già ở 4000
C (nhiệt độ cao hơn nhiệt độ kết tinh lại của hợp kim) cho thấy như trên hình 1.34.
Hình 1.34 đường cong biến đổi độ cứng khi hoá già ở 4000C hợp kim Cu-15Ni-8Sn với mức độ biến dạng 0% và cán nguội biến dạng 80%[64]
Hình 1.34 mô tả sự gia tăng độ cứng, độ bền là kết hợp của cả hai quá trình hoá già và biến dạng.
Sự gia tăng của mật độ lệch và năng lượng biến dạng tích trữ sau cán nguội tạo ra thêm động lực cho phân rã spinodal và quá trình tiết pha không liên tục. Do vậy độ cứng của hợp kim biến dạng tăng với tốc độ cao hơn với không biến dạng ở giai đoạn ban đầu
▲Biến dạng sau hoá già █ Hoá già sau đồng đều hoá
của quá trình hoá già (hình 1.36). Nhưng tốc độ giảm độ cứng sau khi đạt giá trị cực đại cũng là lớn hơn do tốc độ tiết pha không liên tục xảy ra nhanh hơn. Sau hoá già tại 4000
C với thời gian 3h, độ cứng của hợp kim biến dạng giảm nhanh chóng từ giá trị 358HV xuống 265HV, nó thấp hơn so với mẫu không biến dạng ở cùng điều kiện.