Уральский федеральный университет, Екатеринбург, Россия:

В. В. Бараз, профессор кафедры металловедения, эл. почта: vrbaras@mail.ru
С. С. Герасимов, зав. лабораторией кафедры технологии художественной обработки материалов
А. О. Седельникова, студент кафедры металловедения
И. А. Груздева, зав. кафедрой технологии художественной обработки материалов

Статья посвящена изучению свойств сплавов тройной системы Cu – Ni – Zn. Нейзильберы нашли свое применение в приборостроении, судостроении и изготовлении медицинских инструментов. Кроме того, нейзильберы широко применяют для изделий бытового назначения и украшений. Известно, что добавки алюминия и олова в медно-никелевые сплавы улучшают их жидкотекучесть и заполняемость литейной формы, что очень важно при получении тонкостенных и сложнопрофильных отливок. В связи с этим изучено влияние легирования оловом и алюминием методом планирования эксперимента, а также температуры кристаллизации на структуру, прочностные и литейные свойства нейзильбера марки МНЦ15-20, содержащего в качестве основных компонентов, % (мас.): 14,1 Ni; 20,2 Zn. Исследование проводили на образцах, полученных методом литья по выплавляемым моделям. Плавка и заливка расплава проведены в индукционной вакуумной литейной установке Induthermmuv-700. Химический состав образцов фиксировали рентгенофлуоресцентным анализатором Spectromidex с точностью 0,1 % (мас.). В качестве формовочного материала применяли гипсо-кристобалитовую смесь Satin-cast-20. Измерение топографии поверхности образцов осуществляли с помощью оптического профилометра WykoNT 1100. Исследование механических свойств проводили при помощи универ сальной испытательной системы Instron 5900. Микродобавки алюминия (0,4 %) положительно влияют на заполняемость литейной формы и заметно улучшают качество поверхности отливки. Введение олова до 4 % способствует заметному возрастанию предела текучести (на 65–70 %) при сохранении удовлетворительной пластичности. Температура литейной формы сказывается на упрочняемости не так сильно — ее снижение с 550 до 450 ^оС способствует относительному уменьшению размера зерна и незначительному повышению 0,2. Кроме того, исследование поверхности показало, что введение алюминия и олова значительно (на порядок) снижает шероховатость поверхности литых заготовок.

1. Осинцев О. Е., Федоров В. Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки : справочник. — М. : Машиностроение, 2004. — 336 с.
2. Николаев А. К., Костин С. А. Медь и жаропрочные сплавы: фундаментальный справочник. — М. : ДПК Пресс, 2012. — 720 с.
3. Мерфи А. Дж. Плавка и литье цветных металлов и сплавов / под ред. А. Г. Спасского. — М., 1959. — 648 с.
4. Kim H., Hong S. I. Deformation and fracture of diffusion-bonded Cu – Ni – Zn layered materials // Materials and Design. 2015. Vol. 67. P. 42–49.
5. Куманин В. И., Лившиц В. Б. Материалы для ювелирных изделий. — М. : Кладезь, 2012. — 244 с.
6. Voinich E., Kaukina O. The use of copper – nickel alloys for the production of art-industrial products // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. Vol. 11, No. 1. P. 1–4.
7. Груздева И. А., Герасимов С. С. Изучение заполняемости литейной формы сплавом марки МНЦ15-20 при литье по выплавляемым моделям // Труды XI Съезда литейщиков России. 2013. С. 254–259.
8. Saud S. N., Hamzan E., Abubakar T., Ibrahim M. K., Bahador A. Effect of a fourth alloying element on the microstructure and mechanical properties of Cu – Al – Ni shape memory alloys // Journal of Material Research. 2015. Vol. 30, No. 14. P. 2258–2269.
9. Saud S. N., Mohammed M. N., Hamzan E., Abubakar T., Bakhsheshi-Rad H. R. Influence of tin addition on the phase transformation characteristics of mechanical alloyed Cu – Al – Ni shape-memory alloy // Metallurgical and Materials Transactions: A. Physical Metallurgy and Materials Science. 2016. Vol. 47, No. 10. P. 5242–5255.
10. Бараз В. Р., Груздева И. А., Герасимов С. С., Седельникова А. О. Влияние легирующих добавок на свойства сплава системы Cu – Ni – Zn // Литейщик России. 2016. № 2. C. 21–23.
11. Zhou X. Z., Su Y. C., Sun J. M. Effect of aluminium on precipitation hardening in Cu – Ni – Zn alloy // Journal of Material Science. 2010. Vol. 45, No. 11. P. 3080–3087.
12. Zhou X. Z., Su Y. C. A novel Cu – Ni – Zn – Al alloy with strength through precipitation hardening // Material Science and Engineering. 2010. Vol. 527, No. 20. P. 5153–5156.
13. Lei Q., Li Z., Xiao T., Pang Y., Xiang Z. Q., Qiu W. T., Xiao Z. A new ultrahigh strength Cu – Ni – Si alloy // Intermetallics. 2013. Vol. 42. P. 77–84.
14. Sun Y. F., Fujii H., Nakamura T., Tsuji N., Todaka D., Umemoto M. Critical strain for mechanical alloying of Cu – Ag, Cu – Ni and Cu – Zr by high-pressure torsion // Scripta Materialia. 2011. Vol. 65, No. 6. P. 489–492.
15. Бабин А. В., Ракипов Д. Ф. Организация и математическое планирование эксперимента. — Екатеринбург : УрФУ, 2014. — 112 с.
16. Новиков И. И. Теория термической обработки металлов. — М. : Металлургия, 1986. — 480 с.
17. Грачев С. В., Бараз В. Р., Богатов А. А., Швейкин В. П. Физическое металловедение. — Екатеринбург : УГТУ-УПИ, 2009. — 548 с.
18. Weisbra B., Skibinski W. The interdiffusion in copper – nickel alloys // Journal of Alloys and Compaunds. 2016. Vol. 687. P. 104–108.