Мікроаналіз кольорових сплавів

5 6 7 8 9 10 11

МЕТА РОБОТИ:

отримати практичні навички мікроаналізу основних груп мідних сплавів – латуней і бронзи;

вивчити їх мікроструктуру, властивості, маркування й область застосування.

ЗАВДАННЯ:

вивчити структурні складові мідних і алюмінієвих сплавів;

розглянути під мікроскопом, замалювати й описати мікроструктури мідних і алюмінієвих сплавів.

ОБЛАДНАННЯ:

металографічний мікроскоп МІМ-7;

мікрошліфи мідних і алюмінієвих сплавів.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ

8.1 Мідь

Мідь – це пластичний метал світло-рожевого кольору, плавиться при 1083 °С, має щільність 8,96 г/см³. Відмінна риса міді - її малий електричний опір, висока теплопровідність, гарна корозійна стійкість у багатьох природних середовищах (атмосфера, земля, морська й прісна вода.

Межа міцності міді у відпаленому стані становить σ_в =250 МПа, відносне подовження δ=50 %, відносне звуження ψ=75 %.

Домішки впливають на механічні, технологічні й фізичні властивості міді. Розчинні домішки (Al, Sn, Zn і ін.) підвищують механічні властивості, але значно знижують електропровідність і теплопровідність. Нерозчинні домішки (РЬ) утворять легкоплавкі евтектики, які утрудняють гарячу обробку тиском через горячеламкість. Домішки (S,О) утворюють тугоплавкі евтектики, які розташовуються по границях зерен, що приводить до появи крихкості міді. Хімічний склад міді й властивості нормовані ГОСТ 859-78. Мідь поставляють у м'якому (відпаленому) і твердому стані. Вона застосовується для виготовлення сплавів на мідній основі, струмопровідних деталей, фольги й т.п.

8.2 Латуні.

Латуні являють собою подвійні або багатокомпонентні мідні сплави, у яких цинк є основним легуючим компонентом. Цинк здатний розчинятися в міді у твердому стані до 39 % (рисунок 27). Твердий розчин Zn у Сu має кристалічну решітку міді й називається α -фазою. При вмісті цинку, що перевищує 39 %, поряд з α -фазою утвориться β -фаза, що представляє собою твердий розчин на базі хімічної сполуки.

Рисунок 27 - Діаграма стану мідь-цинк

Кількість β -фази залежить від того, наскільки вміст цинку перевищує його межу розчинності в міді (39 %). Тому латуні, що містять цинк до 39 %, мають структуру, що складається із зерен α-фази й називаються однофазними. Латуні із вмістом цинку більше 39 %, але менш 46 % мають структуру, що складається із зерен а й β-фази й відносяться до двофазних.

Мікроструктура литої однофазної латуні має дендритну будову (рисунок 28).

Рисунок 28 - Мікроструктура однофазної латуні

Мікроструктура литої двофазної α + β - латуні складається зі світлих зерен α-фази й темних зерен β-фази (рисунок 29). Таким чином, латуні, що містять від 39 до 46 %Zn, мають двофазну структуру α + β і мають низьку пластичність, тому вони добре обробляються тиском лише в гарячому стані, на відміну від α-латуні,що добре обробляється в холодному стані.

Рисунок 29 - Мікроструктура двофазної латуні

По технологічним ознакам латуні підрозділяють на ливарні й оброблювані тиском. Фізичні й механічні властивості латуней, оброблюваних тиском, нормуються ГОСТ 15527-70. Подвійні латуні маркіруються літерою Л и числом, що характеризує середній вміст міді в сплаві.

Для підвищення міцності, корозійної стійкості й деяких спеціальних властивостей розроблені спеціальні багатокомпонентні латуні. Состав складних латуней відображається в її марці, де більші букви А, H, Мц, К, О, Ж позначають відповідно алюміній, нікель, марганець, кремній, олово, залізо, а цифри, що ідуть після вмісту міді, показують процентний вміст даного металу в сплаві.

8.3 Бронзи

Бронзи - це сплав міді з оловом (олов'яні бронзи) або алюмінієм, свинцем, кремнієм, берилієм (безолов'яні бронзи).

При маркуванні бронз на першому місці ставляться літери Бр, потім літери, що вказують, які елементи, крім міді, входять до складу сплаву. Після літер ідуть цифри, що показують вміст компонентів у сплаві.

Назву бронзам дають за назвою основного легуючого елемента, наприклад, олов'яна, алюмінієва й т.п. Окремі бронзи як легуючий компонент містять цинк, але він не є основним.

По фазовому составу бронзи ділять на однофазні й двофазні. Однофазні бронзи складаються із зерен твердого розчину легуючих елементів у міді, називаного α - фазою.

По технологічній ознаці бронзи, як і латуні, ділять на 2 групи: ливарні й деформуємі. Лита однофазна бронза має структуру неоднорідного твердого розчину, тобто дендритну структуру.

Схеми мікроструктури литої і деформованої однофазних бронз аналогічні відповідним схемам латуні. У двофазних бронзах поряд з α-фазою присутні кристали більш твердої хімічної сполуки тієї або іншої природи, які можуть бути присутнім у структурі або у вигляді окремих кристалів, або бути складовою частиною евтектоїда.

Наприклад мікроструктура литої двофазної бронзи БрА10 складається з наступних структурних складових – світлих ділянок α-фази (це твердий розчин алюмінію в міді) і темних ділянок евтектоїдної суміші α-фази й хімічної сполуки (рисунок 30).

Рисунок 30 - Мікроструктура литої двофазної бронзи

8.4 Алюміній

Серед металів алюміній по поширеності в природі посідає перше місце, по практичному використанню - друге (після заліза). Алюміній відрізняється від інших металів малою щільністю, високими пластичними й корозійностійкими властивостями, високими тепло- і електропровідністю, а також відбивною здатністю. Завдяки таким властивостям алюміній знаходить застосування майже у всіх галузях промисловості - авіаційній, будівельній, химічнійі т.д.

Залежно від вмісту домішок алюміній поділяють на сорти: технічний, високої чистоти й особої чистоти. Механічні властивості алюмінію залежать від його чистоти й стану. Збільшення вмісту домішок і пластична деформація підвищують міцність і твердість алюмінію.

Залежно від способу виробництва промислові алюмінієві сплави діляться на спечені, ливарні й деформуємі. Останні у свою чергу бувають термічно не зміцнюємі (сплави в яких немає фазових перетворень у твердому стані) і термічно зміцнюємі гартуванням і старінням. Алюмінієві сплави звичайно легують Сu, Mg, Si, Мn, Zn, рідше Li, Ni, Ti.

Деформуємі алюмінієві сплави, що не зміцнюються термічною обробкою

До цієї групи сплавів належать технічний алюміній і термічно незмцнюмі корозійностійкі сплави, що зварюють (сплави алюмінію з марганцем і магнієм).

Деформуємі алюмінієві сплави, що зміцнюються

термічною обробкою

До цієї групи сплавів відносяться сплави високої й нормальної міцності. Типовими деформуємими алюмінієвими сплавами є дуралюміни (маркірують буквою Д) - сплави системи Аl - Сu - Mg.

При загартуванні фіксується структура пересиченого α – твердого розчину й нерозчинних включень залізних і марганцових з'єднань. Сплав у загартованому стані має невелику міцність σ_в= 30 кгc/мм³ (300 МПа); δ=18%; твердість НВ75.

Пересичений твердий розчин нестійкий. Найвища міцність досягається при наступному старінні загартованого сплаву. Штучне старіння полягає у витримці при температурі 150 – 180 °С. При цьому з пересиченого α – твердого розчину виділяються зміцнюючі фази CuAl₂, CuMg₂, і ін.

Мікроструктура зістареного сплаву (рисунок 31) складається із твердого розчину й включень різних зміцнюючих фаз.

Рисунок 31 - Мікроструктура деформуємого алюмінієвого сплаву, що зміцнюється термообробкою.

Ливарні алюмінієві сплави

Характерним представником алюмінієвих ливарних сплавів є силуміни - це сплави алюмінію із кремнієм, що звичайно містять 10 - 13 %Si (AK12).

Мікроструктура литих силумінів складається зі світлих дендритів α - твердого розчину кремнію в алюмінії й подвійної евтектики α + Si голчастого типу (рисунок 32)

Рисунок 32 - Мікроструктура силумінів

Для здрібнювання структури, сплави модифікують, тобто перед розливанням у розплав уводять невелику кількість натрію (0,05 – 0,08 % до маси сплаву) або кальцію, бору. Модифікування поліпшує не тільки механічні властивості силумінів (σ_в = 170 – 200 MПа, δ=3 - 5 %), але й ливарні. Модифіковані силуміни добре зварюються й мають високу корозійну стійкість.

Результати досліджень занести у протоколи.

Протокол №1 - Мікроаналіз мідних сплавів

№	Марка сплаву	Найменування сплаву	Хімічний склад	Структура	Схема мікроструктури	Приклади використання

Протокол №2 - Мікроаналіз алюмінієвих сплавів

№	Марка сплаву	Найменування сплаву	Хімічний склад	Структура	Схема мікроструктури	Приклади використання