Механические свойства скандия различной чистоты
В работе исследовано влияние степени чистоты скандия на микротвердость и механические свойства при комнатной и повышенной температурах. Рассмотрено влияние прокатки и последующих отжигов на изменение механических свойств В роботі досліджено вплив ступеню чистоти скандію на мікротвердість та механічн...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2002 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2002
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79498 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Механические свойства скандия различной чистоты / В.М. Ажажа, Г.И. Волокита, С.Д. Лавриненко, П.Н. Вьюгов, Т.Г. Емлянинова // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 1. — С. 44-46. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859620426361077760 |
|---|---|
| author | Ажажа, В.М. Волокита, Г.И. Лавриненко, С.Д. Вьюгов, П.Н. Емлянинова, Т.Г. |
| author_facet | Ажажа, В.М. Волокита, Г.И. Лавриненко, С.Д. Вьюгов, П.Н. Емлянинова, Т.Г. |
| citation_txt | Механические свойства скандия различной чистоты / В.М. Ажажа, Г.И. Волокита, С.Д. Лавриненко, П.Н. Вьюгов, Т.Г. Емлянинова // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 1. — С. 44-46. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | В работе исследовано влияние степени чистоты скандия на микротвердость и механические свойства при комнатной и повышенной температурах. Рассмотрено влияние прокатки и последующих отжигов на изменение механических свойств
В роботі досліджено вплив ступеню чистоти скандію на мікротвердість та механічні властивості при кімнатній та підвищеній температурі. Розглянуто вплив прокатки та послідуючих відпалень на зміну механічних властивостей..
The influence of degree of purity of scandium on microhardness and mechanical properties at room and heightened temperatures is investigated in this paper. Influence of rolling and subsequent annealings on change of mechanical properties is reviewed.
|
| first_indexed | 2025-11-29T03:08:43Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК:669.793
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СКАНДИЯ РАЗЛИЧНОЙ ЧИСТОТЫ
В.М.Ажажа, Г.И.Волокита, С.Д.Лавриненко, П.Н.Вьюгов, Т.Г.Емлянинова
Институт физики твердого тела, материаловедения и технологий
Национального научного центра «Харьковский физико-технический институт»,
61108, г. Харьков, ул. Академическая, 1
В роботі досліджено вплив ступеню чистоти скандію на мікротвердість та механічні властивості при
кімнатній та підвищеній температурі. Розглянуто вплив прокатки та послідуючих відпалень на зміну
механічних властивостей..
В работе исследовано влияние степени чистоты скандия на микротвердость и механические свойства при
комнатной и повышенной температурах. Рассмотрено влияние прокатки и последующих отжигов на измене-
ние механических свойств
The influence of degree of purity of scandium on microhardness and mechanical properties at room and height-
ened temperatures is investigated in this paper. Influence of rolling and subsequent annealings on change of me-
chanical properties is reviewed.
Введение
Скандий обладает рядом уникальных свойств -
это и высокая температура плавления (Тпл =1539°С)
и сопротивляемость атмосферной коррозии, малая
удельная плотность (3,0 г/см3), а также мощное ра-
финирующее воздействие, что позволяет использо-
вать скандий для получения сплавов специального
назначения. В последнее время в странах СНГ и за
рубежом значительно возрос интерес к скандию вы-
сокой степени чистоты (>99,9 мас.%). В СНГ про-
мышленность выпускает скандий в виде слитков и
порошка марок СкМ-1, СкМ-2, СкМ-3, содержащего
большое количество примесей внедрения (~3…5
мас.%). Более чистый металл получается после ду-
гового и электронно-лучевого переплава, однако ме-
талл общей чистотой >99,9% получают только ме-
тодами дистилляции или электролиза [1].
Кроме применения в качестве добавок в сплавах
скандий используют в виде лент и проволоки. Одна-
ко его деформационные и механические свойства
мало изучены. Известно, что металлы с гексагональ-
ной решеткой интенсивно упрочняются в процессе
холодной деформации. При этом существенно воз-
растает их сопротивление деформации и уменьша-
ются пластичность и способность к обработке дав-
лением [2]. По литературным данным технический
скандий чистотой 94…96 мас.% не поддается про-
катке при комнатной температуре, тогда как чистый
скандий с содержанием кислорода менее 0,2 мас.%
может быть прокатан на холоду [3]. Однако вслед-
ствие интенсивного упрочнения после достижения
суммарной деформации порядка 30…35 % необхо-
димо проводить промежуточный часовой отжиг в
высоком вакууме при 800 °С. Повышение темпера-
туры прокатки до 700 °С позволяет увеличить сте-
пень суммарного обжатия между отжигами до 50 %
[4]. Также следует учитывать наличие провала пла-
стичности при деформации скандия высокой чисто-
ты в районе температур 350...600 °С, обусловленно-
го деформационным старением.
Приводимые в литературе сведения о механиче-
ских свойствах скандия разрознены и противоречи-
вы. Как правило, это данные о твердости или микро-
твердости, часто без указания конкретной чистоты
металла, его предыстории и методики измерения. В
работе [5] показано, что твердость монокристалли-
ческого скандия имеет сильную анизотропию - так
твердость в плоскости )0001( втрое выше, чем в
плоскости призмы )0110( , а микротвердость вдвое и
составляет 2100 и 1020 МПа соответственно.
Очистка металла от примесей вызывает резкое сни-
жение твердости и уменьшение параметров кристал-
лической решетки [3]. Скандий технической чисто-
ты при комнатной температуре имеет следующие
механические свойства: σ0,2 = 238, σВ = 310 МПа, δ=
20 % [4,5].
Сведения о механических свойствах компактно-
го скандия, полученного методом дистилляции,
практически отсутствуют. Поэтому представляет
интерес подробнее изучить особенности деформа-
ции и некоторые свойства металла различной чисто-
ты. Целью настоящей работы являлось изучение
влияния очистки, деформации и термообработки
скандия на его структуру и механические свойства.
44 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2002. №1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (12), с.44-46.
Методика эксперимента
Исходным металлом для исследований служил
переплавленный в дуговой печи и дистиллирован-
ный в вакууме скандий марки СкМ-2 [6]. Дистил-
лированный металл представлял собой плотный
конденсат толщиной до 6,5 мм, а технический ме-
талл - слиток такой же толщины. Дистиллят прока-
тывали на холоду до толщины 1,5 мм с единичным
обжатием 10 % и промежуточным отжигом (800 °С
х 1ч в вакууме) после 60…65 % деформации. Образ-
цы для механических испытаний на растяжение с
длиной базы 8 мм вырезали электроэрозионным ме-
тодом из исходных и деформированных слитков
вдоль и поперек направления прокатки. Механиче-
ские испытания проводили при комнатной темпера-
туре. Скорость деформации составляла 3·10-3 с-1. Ми-
кротвердость литого и дистиллированного материа-
лов измеряли в 2-х, а прокатанного металла в 3-х
взаимно перпендикулярных направлениях. Металло-
графические исследования проводили на микроско-
пе МИМ-7 в светлом поле и в поляризованном све-
те. Шлифы образцов приготовляли полировкой в
водной суспензии окиси хрома без применения тра-
вителей.
Результаты и их обсуждение
В табл.1 приведен химический состав исходного
скандия СкМ-2 и металла, взятого из верха колонки
после дистилляции в установке с термическим на-
гревом.
Таблица 1
Химический состав исходного скандия и металла
после дистилляции
Примесь
Содержание примесей,
мас.%
исходный после
дистилляции
Кислород 2…4 0,056
Фтор - 0,0004
Кремний 0,011 0,0014
Кальций 0,01 -
Магний 0,006 -
Иттрий 0,001 0,0029
Титан 0,005 0,00045
Железо 0,02 0,0076
Медь 0,001 0,002
Алюминий 0.0017 0,0068
Цирконий 0,005 -
Тантал - <0,001
Сера - 0,0006
Всего 95,94…97,94 99,91
На рисунке, а, б приведена микроструктура ис-
ходных образцов. Видно, что в скандии технической
чистоты (см. рисунок, а) содержится большое коли-
чество выделений второй фазы, равномерно распо-
ложенных по объему зерен - блоков. На границах
они практически отсутствуют. В дистиллированном
скандии выделений второй фазы не обнаружено, но
имеется пористость по границам кристаллитов, ко-
торая в зависимости от условий дистилляции может
изменяться.
Результаты механических испытаний представ-
лены в табл.2. Как и следовало ожидать, исходный
скандий отличается от дистиллированного более вы-
сокими прочностными свойствами и низкой пла-
стичностью. Более низкие, чем в работах [2,4] значе-
ния механических свойств исследуемого дистилли-
рованного скандия объясняются не только его повы-
шенной чистотой, но и наличием пористости по гра-
ницам кристаллитов, а также способом приготовле-
ния образцов (наклеп при механической обработке).
Возможно, что вследствие релаксации напряжений
на порах и обеспечивается дополнительный ресурс
пластичности. Прочностные характеристики прока-
танного металла в результате деформационного
упрочнения возрастают до уровня свойств скандия
технической чистоты, при этом пластичность пада-
ет. Свойства прокатанного листа в направлении про-
катки несколько выше, видимо, по причине более
мелкозернистой структуры в плоскости призмы и
преимущественной ориентации зерен в данном
направлении.
а б
Микроструктура исходных заготовок скандия:
а - технической чистоты, дуговой переплав; б -
высокой чистоты, осаждение на подложку в вакуу-
ме, увеличение -50
Представляют интерес данные о влиянии термо-
обработки на свойства прокатанного скандия при
комнатной температуре. Принято считать, что в ме-
таллах иттриевой группы рекристаллизационные от-
жиги для получения равноосной мелкозернистой
структуры нужно проводить при температуре 800 °С
и более, а возврат механических свойств начинается
в области температур выше 500…600 °С [5,7]. Из
приведенных в табл.2 экспериментальных данных
видно, что в прокатанном с деформацией 60-65%
скандии высокой чистоты частичный возврат меха-
нических свойств начинается уже при температуре
400 °С.
Сложно объяснить причину столь резкого раз-
личия в увеличении пластичности после отжига
45 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2002. №1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (12), с.44-46.
500 °С в течение 1 ч на воздухе - почти в 3 раза.
Предстоит выяснить, что является причиной этому.
Таблица 2
Механические свойства при комнатной темпера-
туре исходного и прокатанного скандия
Материал,
История
σ0,2,
МПа
σВ,
МПа
δ, %
Чистота,
98,0 мас.% 129,4 228,3 3,2
Чистота,
99,90 мас.% 21,6 69,6 14,7
То же, прока-
танный:
вдоль
поперек
229,3
199,4
273,9
226,7
2,2
1,5
То же + т/о
400 °С, 1ч
в вакууме:
вдоль
поперек
150
159
173
175,5
7,0
9,6
То же + т/о
500°С, 1ч на
воздухе:
вдоль
поперек
71,5
77,3
127,9
119,6
34,8
23,2
То же + т/о
600 °С, 1ч в
вакууме
вдоль 51,5 125,4 13,8
Микротвердость переплавленного скандия тех-
нической чистоты составляет 1000 МПа, а дистилли-
рованного - 631 МПа в плоскости осаждения и 751
МПа в перпендикулярной плоскости, что с учетом
различия по чистоте удовлетворительно согласуется
с литературными данными. Несколько меньшие зна-
чения микротвердости конденсата в плоскости оса-
ждения объясняются тем, что в скандии, имеющем
гексагональную решетку, призматическая плоскость
является плоскостью наиболее легкого скольжения.
В прокатанном с обжатием 60 % и отожженном в ва-
кууме (800 °С, 1 ч) дистиллированном скандии ми-
кротвердость в плоскости листа составляла 1120
МПа, а в направлении, перпендикулярном направле-
нию прокатки, 910 МПа. Увеличение микротвердо-
сти вызвано деформационным упрочнением и фор-
мированием текстуры прокатки, а изменение соот-
ношения ее значений в двух взаимно перпендику-
лярных направлениях на обратное может быть обу-
словлено тем, что в процессе деформации произо-
шла переориентация кристаллографических плоско-
стей.
Выводы
1. Исследованы механические свойства скандия
различной чистоты. Показано, что повышение об-
щей степени чистоты скандия до 99,9 мас.% снижа-
ет его прочностные свойства и увеличивает пластич-
ность.
2. Рассмотрено влияние прокатки и последую-
щих отжигов на воздухе и в вакууме на изменение
механических свойств скандия.
3. Показано, что дистиллированный скандий вы-
сокой чистоты можно прокатывать при комнатной
температуре без промежуточных отжигов с дефор-
мацией 60-65 %.
Литература
1. Б.Г.Коршунов, А.М.Резник, С.А.Семенов.
Скандий. М.: «Металлургия», 1987, с.183.
2. Б.Л.Линецкий, С.Н.Донцов. Пластическая де-
формация редкоземельных металлов. М.: «Метал-
лургия», 1991, с.185.
3. Симмонс. Механические свойства редкозе-
мельных металлов. // Материалы конференции по
редкоземельным металлам, Ноябрь 1959, Чикаго.
М.: «Иностранная литература», 1960, с.31-75.
4. Л.Д.Соколов, В.А.Скуднов, В.М.Соленов и др.
Механические свойства редких металлов. М.: «Ме-
таллургия», 1972, с.288.
5. Е.М.Савицкий, В.Ф.Терехова. Металловеде-
ние редкоземельных металлов. М.: «Наука», 1975,
с.272 .
6. С.Д.Лавриненко. Получение скандия высокой
степени чистоты. // Материалы VII конференции
стран СНГ по проблеме «Радиационная повреждае-
мость и работоспособность конструкционных ма-
териалов». Белгород-97, 1997, с.148-151.
7. В.Ф.Терехова, О.Д.Чистяков. Редкоземельные
металлы // Физикохимия сплавов редких металлов,
1981, с.74-76.
46 ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2002. №1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (12), с.44-46.
УДК:669.793
В.М.Ажажа, Г.И.Волокита, С.Д.Лавриненко, П.Н.Вьюгов, Т.Г.Емлянинова
Институт физики твердого тела, материаловедения и технологий
Национального научного центра «Харьковский физико-технический институт»,
Введение
Методика эксперимента
Результаты и их обсуждение
Таблица 1
Химический состав исходного скандия и металла после дистилляции
Таблица 2
Выводы
Литература
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79498 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-29T03:08:43Z |
| publishDate | 2002 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ажажа, В.М. Волокита, Г.И. Лавриненко, С.Д. Вьюгов, П.Н. Емлянинова, Т.Г. 2015-04-02T16:31:26Z 2015-04-02T16:31:26Z 2002 Механические свойства скандия различной чистоты / В.М. Ажажа, Г.И. Волокита, С.Д. Лавриненко, П.Н. Вьюгов, Т.Г. Емлянинова // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 1. — С. 44-46. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79498 669.793 В работе исследовано влияние степени чистоты скандия на микротвердость и механические свойства при комнатной и повышенной температурах. Рассмотрено влияние прокатки и последующих отжигов на изменение механических свойств В роботі досліджено вплив ступеню чистоти скандію на мікротвердість та механічні властивості при кімнатній та підвищеній температурі. Розглянуто вплив прокатки та послідуючих відпалень на зміну механічних властивостей.. The influence of degree of purity of scandium on microhardness and mechanical properties at room and heightened temperatures is investigated in this paper. Influence of rolling and subsequent annealings on change of mechanical properties is reviewed. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Чистые материалы и вакуумные технологии Механические свойства скандия различной чистоты Article published earlier |
| spellingShingle | Механические свойства скандия различной чистоты Ажажа, В.М. Волокита, Г.И. Лавриненко, С.Д. Вьюгов, П.Н. Емлянинова, Т.Г. Чистые материалы и вакуумные технологии |
| title | Механические свойства скандия различной чистоты |
| title_full | Механические свойства скандия различной чистоты |
| title_fullStr | Механические свойства скандия различной чистоты |
| title_full_unstemmed | Механические свойства скандия различной чистоты |
| title_short | Механические свойства скандия различной чистоты |
| title_sort | механические свойства скандия различной чистоты |
| topic | Чистые материалы и вакуумные технологии |
| topic_facet | Чистые материалы и вакуумные технологии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79498 |
| work_keys_str_mv | AT ažažavm mehaničeskiesvoistvaskandiârazličnoičistoty AT volokitagi mehaničeskiesvoistvaskandiârazličnoičistoty AT lavrinenkosd mehaničeskiesvoistvaskandiârazličnoičistoty AT vʹûgovpn mehaničeskiesvoistvaskandiârazličnoičistoty AT emlâninovatg mehaničeskiesvoistvaskandiârazličnoičistoty |