Медные сплавы

Форма отчёта

Порядок выполнения работы

1. Произвести закалку шести образцов из дуралюмина. Определить твёрдость дуралюмина по шкале "В" прибора ТК-2. Для этого устано­вить нагрузку 100 кгс, а в качестве индентора – стальной шарик ди­аметром 1/16" (1,588 мм).

Нагрев под закалку тщательно контролировать. Это вызвано тем, что закалочные температуры близки к линии солидус и, следовательно, есть опасность оплавления.

2. Произвести старение закаленных образцов по шести режимам (по три разных выдержки при 100 и 200 ⁰С).

3. Построить кривые зависимости твёрдости от температуры и вре­мени старения в координатах твёрдость - время.

4. Основываясь на теоретическом материале, объяснить зависимос­ти (графики).

1. Цель работы.

2. Основные сведения по термической обработке алюминиевых сплавов (закалка, естественное и искусственное старение, диаграмма сос­тояния алюминий - медь).

3. Числовые значения твёрдости образцов, прошедших различную термическую обработку, сведённые в таблицу.

4. Кривые зависимости твёрдости от температуры и времени старе­ния в координатах твёрдость - время старения.

5. Объяснение экспериментальных результатов.

Контрольные вопросы

1. Дайте характеристику дуралюминов (система компонентов, химичес­кий состав, структура после отжига, закалки, естественного старе­ния, искусственного старения, механические свойства, маркировка).

2. На чём основана закалка дуралюминов? Какой режим закалки?

3. Объясните, каким образом можно предотвратить естественное старение дуралюмина.

4. Перечислите процессы, протекающие при естественном и искусствен­ном старении.

5. Объясните, каким образом можно разупрочнитъ дуралюмин, который был упрочнен закалкой и естественным старением.

Лабораторная работа № 10

Изучение микроструктуры цветных сплавов

Цель работы: изучить микроструктуры широко применяемых медных, алюминиевых и магниевых сплавов.

Зарисовать и обозначить, составля­ющие изучаемых микроструктур. Установить связь между структурой сплава и диаграммой состояния.

Содержание работы

Цветные металлы и сплавы широко применяются в различных областях народного хозяйства. Алюминиевые и магниевые сплавы широко применяются в авиационной промышленности. Медь служит основой многих промышленных сплавов: латуней, бронз.

Л а т у н я м и называются сплавы меди с цинком.

Латуни подразделяются на двойные (простые) и специальные (сложные). Двой­ные латуни представляют собой двухкомпонентные сплавы меди с цин­ком. В специальные латуни для придания им тех или иных свойств помимо цинка вводят и другие различные элементы.

О фазовом составе двойных латуней можно судить по диаграмме со­стояния медь - цинк (рис. 45).

Практическое применение имеют латуни с содержанием цинка до 44 %. Поэтому двойные латуни могут быть однофазными (при содержании цинка менее 39 %)и двухфазными (при содержании цинка более 39 %).

Однофазные латуни имеют структуру a – твёрдого раствора и на­зываются a–латунями. В данном случае a – фаза является твёр­дым раствором замещения цинка в меди с кубической гранецентрированной решеткой; a–латуни обладают высокой пластичностью в холодном состоя­нии и поэтому используются для изготовления тонких листов и прово­лок.

Двухфазные латуни состоят из a и b–твёрдых растворов иназываются a + b–латунями. b – фаза является твёрдым рас­твором на базе электронного соединения CuZnс объёмноцентрированной кубической решеткой.

Рис. 45. Часть диаграммы состояния медь – цинк

Рис. 46. Часть диаграммы состояния медь-олово

В интервале температур 0 – 458 °С b –фаза представляет собой упорядоченный твёрдый раствор (обоз­начаетcя на диаграмме b'). Присутствие b'- фазы затрудняет пластическую деформацию, но облегчает обработку резанием.

При температурах выше 468 °С атомы в b –фазе располагают­ся статистически, и она становится пластичной. Таким образом, де­формация a + b - латуней должна производиться в интервале темпе­ратур 500 – 700 °С. Литейные свойства латуней характеризуются ма­лой склонностью к ликвации, хорошей жидкотекучестью, склонностью к образованию концентрированной усадочной раковины.

Таким образом, однофазные a - латуни обладают максимальной пластичностью (d = 40 %) и относительно невысокой прочностью d_В= 294 МПа (30 кгс/мм²). Поэтому a-латуни Л63, Л68, Л70 используются в виде тонких листов, лент и других, полуфабрикатов, из которых штампуются различные детали. Латуни с более высоким со­держанием меди имеют цвет золота и применяются для изготовления ювелирных и декоративных изделий. К ним относятся полутомпаки Л80 и Л85 и томпаки Л90, Л96.

Двухфазные ( a + b) - латуни имеют большую прочность

d_В = 343...412 МПа (35...42 кгс/мм²), но меньшую пластичность d = 20 %. Из латуни Л60 изготавливают трубы, штампованные детали.

Многие промышленные бронзы содержат 5 – 10 % цинка, который в таких количествах полностью растворяется в меди, не влияет на стру­ктуру и добавляется для удешевления бронз. Для улучшения обрабаты­ваемости резанием в бронзы добавляют

3 – 5 % свинца. Фосфор устра­няет хрупкие включения окиси олова, улучшает литейные свойства, повышает твёрдость, упругие и антифрикционные свойства. Наиболее распространёнными оловянными бронзами являются бронзы марок Бр010, БрОЦС5-5-5 и другие.

Бронзы алюминиевые

Сплавы меди с алюминием называются алюминиевыми бронзами.

Практическое применение имеют сплавы меди с 5 – 10 % алюминия, а также добавками железа, никеля, мар­ганца. В соответствии с диаграммой состояния медь - алюминий (рис. 47) бронзы при содержании алюминия менее 9,4 % состоят из a - твёрдого раствора, а при содержании алюминия более 9,4 % из a - твёрдого раствора и эвтектоида(a + g).

Алюминиевые бронзы превосходят оловянные по прочности и химичес­кой стойкости. Однофазные бронзы с 4 – 5 % алюминия обладают мак­симальной пластичностью и невысокой прочностью. Двухфазные бронзы с 10 % алюминия имеют максимальную прочность и значительно более низкую пластичность.

При содержании алюминия более 10 % уменьшает­ся и прочность бронз. Поэтому наиболее часто применяются алюминиевые бронзы с 5 – 10 % алюминия. Алюминиевые бронзы кристаллизуются в узком интервале температур (рис. 47), поэтому обладают высокой жидкотекучестью и дают концен­трированную усадочную раковину.

Однако у них наблюдается значитель­ной газопоглощение и большая усадка.

Бронзы свинцовые

Сплавы меди со свинцом называются свинцовыми бронзами. Из диаграммы состояния медь - свинец (рис. 48) видно, что свинец не растворяется в меди и поэтому двой­ные свинцовые бронзы после затвердевания состоят из кристаллов ме­ди и включений свинца. Вследствие широкого интервала кристаллизации (954 – 326 °С) и большой разницы в плотности меди и свинца, свинцовые бронзы склонны к ликвации по плотности, которую можно предупредить ускоренным ох­лаждением отливок.

Значения механических характеристик у двойных свинцовых бронз невысоки. Для повышения механических характеристик и коррозионных свойств, в свинцовые бронзы добавляют олово и никель. Эти элементы растворяются в твёрдом состоянии в меди и поэтому структура таких бронз состоит из a - твёрдого раствора, включений свинца, и не­которого количества эвтектоида (a+ Cu₃₁Sn₈).

Латуни сложные (специальные)

В специальные латуни помимо цинка вводятся ещё другие элементы. Например, cвинец вводит­ся для улучшения обрабатываемости резанием (автоматная латунь ЛС59-1), олово - для повышения сопротивления коррозии в морской воде (морская латунь Л070 - 1), алюминий и никель - для повышения механических свойств (латунь ЛАН59 - 3 - 2).

Бронзы

Бронзами называются сплавы меди с другими элементами (оловом, алюминием, свинцом, бериллием, кремнием, марганцем, сурь­мой, никелем и др.). Цинк может входить в состав бронз в небольших количествах вместе с другими элементами, но не как основной легирующий элемент.

Бронзы оловянные

Сплав меди с оловом называются оловянными бронзами. На диаграмме медь - олово (рис. 46) область a - твёрдого раствора ограниченна сплошными и пунктирными лини­ями. Сплошные линии относятся к равновесным сплавам, прошедшим после литья длительный отжиг, а пунктирные - к литым не отожжен­ным сплавам.

Как видно из диаграммы, структура литой бронзы при содержании олова менее 5–6 % состоит из a - твёрдого раствора, который представляет собой твёрдый раствор замещения олова в меди с гранецентрированной кубической решеткой. Структура литых бронз, содержа­щих более 5 – 6 % олова, состоит из первичного a - твёрдого рас­твора и автектоида (a+ Cu₃₁Sn₈).

Вторая фаза эвтектоида яв­ляется электронным соединением. В структуре литых бронз эвтектоид состоит из (a+ Cu₃₁Sn₈),а не из (a+ Cu₃Sn), как это следует из равновесной диаграммы, так как эвтектоидный распад Cu₃₁Sn₈ ® (a+ Cu₃Sn), при 350 °С происходит лишь в равновес­ных сплавах, прошедших весьма длительный отжиг. В отожженных оловян­ных бронзах граница между однофазными и двухфазными бронзами соот­ветствует 14 % олова.

При увеличении содержания олова повышается прочность оловянных бронз, но уже при содержании олова более 20 % прочность резко пада­ет и бронза становится хрупкой, из-за большого количества в структу­ре фазы Cu₃₁Sn₈. Пластичность оловянных бронз падает уже при содер­жании 5 % олова.

Из оловянных бронз изготавливают сложные по конфигурации отлив­ки, в том числе художественное литьё. Они хорошо работают на истира­ние и поэтому бронзы с 10 % олова используются как подшипниковые сплавы. Кроме того, оловянные бронзы обладают высокой химической стойкостью, и из них изготавливают паровую и водяную арматуру. Таким образом, основные области применения оловянных бронз – это сложные отлива, вкладыши подшипников, арматура.

Рис. 47. Часть диаграммы состояний медь-алюминий

Рис. 48. Диаграмма состояния медь – свинец

Все свинцовые бронзы обладают хорошими антифрикционными свойс­твами. Кроме того, они имеют высокую теплопроводность (в 4 раза большую, чем у оловянных бронз, и в 6 раз большую, чем у бабитов) и допускают большой нагрев. Поэтому свинцовые бронзы широко исполь­зуются для изготовления высоконагруженных ответственных подшипни­ков.

Широко применяются бронзы БрОС8-12, БрСЗО, БрОС10-10, БрОСН10-2-3.

Дата добавления: 2014-11-25