Порядок выполнения работы. В данной работе структуры цветных сплавов изучаются качествен­но, но и выявляется влияние вводимых элементов на структуру и свойства цветных сплавов

В данной работе структуры цветных сплавов изучаются качествен­но, но и выявляется влияние вводимых элементов на структуру и свойства цветных сплавов.

Для изучения микроструктуры предлагаются следующие цветные сплавы.

Латун ь д в о й ная марки Л70 (рис. 50) - схема структуры патронной латуни после деформации и отжига.

Структура состоит из зёрен a - твёрдого раствора, имеющих несколько различную окраску. Зёрна твёрдого раствора в простран­стве ориентированны по-разному и поэтому разрезаются плоскостью шлифа по разным плоскостям. Вследствие неодинаковости свойств по разным плоскостям и направлениям (анизотропия), каждое зерно про­реагирует с реактивом по-разному: те, которые сильнее растравятся, больше рассеют лучей и будут выглядеть более тёмными.

Рис. 50. Латунь Л70: a - фаза с двойниками

Рис. 51. Латунь ЛС59-1: a и b -фазы

и включения свинца

Кроме того, внутри зерна a - твёрдого раствора видны полосы, ограниченные двумя параллельными линиями, с иной окраской, чем остальные зёрна. Это так называемые двойники, появление которых обусловлено протеканием деформации способом, характерным для металлов и сплавов с кубической гранецентрированной решеткой - путём двойникования.

Латунь Л70, имея 30 % цинка, обладает максимальной пластич­ностью, поэтому из неё изготавливают детали, получаемые глубокой вытяжкой (в частности, гильзы), радиаторные ленты, полосы, трубы теплообменников и др.

Латунь специальная (рис. 51) – схема структуры автоматной латуни ЛС59 - 1. Структура её состоит из a - твёр­дого раствора (светлые участки) и b - твёрдого раствора (тёмные участки). Эта латунь является (a+ b ) - латунью, так как содер­жит более 39 % цинка (рис. 45). Кроме того, в латунь ЛС59-1 вве­дён 1 % свинца, который, как известно (рис. 48), в твёрдом состоянии в меди не растворяется и поэтому виден в виде отдельных включений (тёмные точки). Свинец введён в эту специальную латунь для улучше­ния обрабатываемости резанием, так как обособленнее включения свинца облегчают стружколомание. Отсюда название латуни - автоматная: заготовки могут обрабатываться на станках-автоматах при повышенных режимах резания.

Бронза оловянная БрО16 (рис. 52).

В связи с тем, что литая бронза содержит больше 5 – 6 % олова, она является двухфаз­ной. В структуре литой бронзы Бр016 видны дендриты первичного a - твёрдого раствора олова в меди, а в междендритном простран­стве расположен эвтектоид (a +Cu₃₁Sn₈). Дендритs первичного a - твёрдого раствора имеют различную окраску в разных точках, что объясняется характерным для литых оловянных бронз явлением -дендритной ликвацией. Тёмные участки дендритов a - твёрдого рас­твора беднее оловом, светлые богаче оловом. Светлые участки в междендритном пространстве представляют собой соединение Cu₃₁Sn_8, входящее в состав эвтектоида, а тёмные участки - a - твёрдый раствор.

Благодаря наличию в структуре этой бронзы мягкого a - твёрдо­го раствора и твёрдых включений соединения Cu₃₁Sn₈ обладает хорощими антифрикционными свойствами и используется как подшшниковый сплав.

Рис. 52. Бронза оловянная БрАЖН10-4,

a - фаза и эвтектоид

Рис. 53. Бронза Бр016, a - фаза, эвтектоид

с включением железа

А л ю м и н и е в о ж е л е з о н и к е л е в а я бронза БрАЖН10-4 (рис. 53)

Бронза БрАЖН1О-4 является двухфазной, так как содержание алюминия в ней превосходит 9,4 % (рис. 53). В структуре этой бронзы имеется a - твёрдый раствор (светлые участки) к эвтектоид (a + g) тёмного цвета.

Кроме того, в эту бронзу введено 4 % железа для измельчения зерна и повышения механи­ческих и антифрикционных свойств. В связи с тем, что железо в твёр­дом состоянии не растворяется в меди, в структуре видны включения железа в виде тёмных точек на фоне a - твёрдого раствора.

Для улучшения механических свойств и износостойкости как при низких, так и при высоких температурах (500 – 600 °С) в эту брон­зу добавлено 4 % никеля. Никель в твёрдом состоянии неограниченно растворяется в меди, поэтому он структурно не проявляется. Таким образом, в этой бронзе a - твёрдый раствор является твёрдым рас­твором алюминия и никеля в меди и структура имеет три составляю­щие:

a - твёрдый раствор, эвтектоид (a +g), включения железа.

Бронза БрАЖН10-4 может быть упрочнена термической обработкой, так как при охлаждении от высоких температур с критической ско­ростью b - фаза превращается в игольчатую структуру, превраще­ние идёт по мартенситному типу. После закалки от 960 °С и отпуска при 400 °С твёрдость бронзы повышается от НВ 170 - 200 до НВ 400.

Бронза БрАЖН10-4 используется для обработки давлением (прутки, трубы).

Свинцовая бронза БрСЗО. Структура свинцовой бронзы БрСЗО состоит из зёрен меди (светлые) и свинца (тёмные). Свинец располагается по границам зёрен меди или в междендритных простран­ствах (рис. 54).

Равномерное распределение свинца в меди обеспечивает высокие антифрикционные свойства сплава.

Бронза БрСЗО имеет низкие механические свойства: предел прочнос­ти 59 МПа (6 кгс/мм²), относительное удлинение 4 %. Поэтому её ис­пользуют для изготовления биметаллических подшипников, в которых бронза наплавлена тонким слоем на сталь. Такие подшипники просты в изготовлении, имеют небольшой вес, легко заменяются при износе.

Алюминиевый деформируемый жаропрочный сплав АК4 помимо меди (1,9 - 2,5 %)и магния (1,4-1,8 %) содержит никель (0,8 - 1,4 %), железо (0,8 - 1,4 %), кремний (0,5 - 1,2 %). Металлы, входящие в состав сплава, частично раство­ряются в алюминии, образуя a - твёрдый раствор. Те количества легирующих элементов, которые не растворились в алюминии, образуют между собой химические соединения, называемые интерметаллическими соединениями, или интерметаллидами. В сплаве АК4 имеются интерметаллиды: фаза S(Al₂CuMg), фаза W(Аl_XMg₅Si₄Cu₄), Mg₂Si. Намикрошлифе интерметаллиды видны в виде тёмных включений, разных по цвету, форме, размерам, вытянутых в цепочки по направлению деформации.

Рис. 54. Свинцовая бронза БрсЗ0: медь и свинец

Рис. 55. Алюминиевый сплав a- фаза интерметаллиды

Таким образом, структура сплава ДК4: a - твердый раствор (белый фон) и интерметаллиды (тёмные включения) (рис. 55). Из сплава АК4 изготавливают детали, работающие при температу­рах до 350 °С (поршни, головки цилиндров, диски, крыльчатки ком­прессоров и др.).

Литейный алюминиевый сплав АЛ4 (немодифицированный) (рис. 56)

Сплав АЛ4 является доэвтектическим силумином, содержит 8,0 - 10,5 % кремния, 0,17 - 0,3 % магния, 0,2 - 0,5 % марганца. Немодифицированный сплав имеет в структуре (рис. 56) первичный a - твёрдый раствор (крупные светлые поля) и эвтектику, состоящую из крупных игл кремния (стального цвета на шлифе и тёмного на схеме) и a - твёрдого раствора (белые участки между иглами кремния), причём особенностью является то обстоятельство, что эвтектический a - твёрдый раствор сливает­ся с первичным a - твёрдым раствором (граница между ними не видна).

Грубые крупные иглы кремния играют роль внутренних надрезов в пластичном a- твёрдом растворе, что снижает механические свойства.

Немодифицированный сплав АЛ4 имеет предел прочности 147 МПа (15 кгс/мм²) и относительное удлинение 2 %.

Литейный алюминиевый сплав АЛ4 (модифицированный)

Улучшение механических свойств сплава АЛ4 достигается модифицированием (введением в жидкий сплав натрия или смеси его солеи). В модифицированном сплаве образуется диспер­сная эвтектика, что обеспечивает повышение свойств до 235 МПа. Модифицированный сплав имеет в структуре дендриты первичного a- твёрдого раствора (светлый фон) и мелкие включе­ния кремния (тёмные включения).

Сплавы АЛ4 применяются для изготовления крупных и сложных по конфигурации отливок, несущих высокие статические нагрузки или подверженных ударным воздействиям, в частности из сплава АЛ4 отли­вают картеры и блоки поршневых двигателей внутреннего сгорания.

Рис. 56. Немодифицированный сплав АЛ4: a - фаза и

грубоигольчатая

эвтектика

Рис. 57. Сплав АЛ4 модифицированный:

a - фаза и эвтектика дисперсная

Магниевый литейный сплав МЛ5 (после литья)(рис. 58)

Структура сплава состоит из тройного d - твёрдого раствора алюминия и цинка в магнии (светлый фон) и эвтектики (d + g). Вторая фаза эвтектики – интерметаллическое соединение g (Mg₄Al₃ ) расположена в виде ярких белых включений на границах a- твёрдого раствора.

Сплав МЛ5 после литья имеет низкое значение предала прочности на растяжение 147МПа (15 кгс/мм²) и малое относительное удлинение (2 %).

Магниевый литейный сплав МД5 (после закалки)

Для устранения хрупкости сплав МЛ5 подвергается закалке (нагрев до 416 °С, выдержка 16 часов, охлаждение на возду­хе). При нагреве под закалку g - фаза (Mg₄Al₃ растворя­ется в d - твёрдом растворе.

Структура сплава после закалки состоит из d - твёрдого раствора. По границам зёрен кое-где видны остатки нерастворившихся включений g- фазы (Mg₄Al₃. При больших увеличениях внутри и по границам зёрен могут быть видны включения марганцовистой фазы.

Рис. 58. Сплав МЛ5 (после литья): d- фаза и эвтектика.

Рис.. 59. Сплав МЛ5

(после термообрботки): d - фаза и включения g - фазы

Сплав МЛ5 после закалки имеет предел прочности 226 МПа (23 кгс/мм²) и относительное удлинение 5 %. Он используется для изготовления нагруженных деталей двигателей (картеры, коробки пере­дач, маслопомпы и т.д.), тормозных барабанов, штурвалов, кронштей­нов, деталей приборов, аппаратуры, корпусов и т.д.

Контрольные вопросы

1. Структура, механические свойства, маркировка, области примене­ния однофазных латуней.

2. Структура, механические свойства, маркировка, области примене­ния двухфазных латуней.

3. Структура, состав, область применения специальной латуни ЛС59-1.

4. Особенности структуры, свойства, маркировка, области применения оловянных бронз.

5. Структура и свойства двойных алюминиевых бронз, а также с добавками железа и никеля. Маркировка и области их применения.

6. Структура, свойства, маркировка и области применения свинцовых бронз.

7. Классификация алюминиевых сплавов и принципы их маркировки.

8. Приведите пример алюминиевого деформируемого сплава. Состав сплава, особенности структуры, свойства, области применения.

9. Приведите пример литейного алюминиевого сплава. Состав сплава, особенности структуры, свойства, области применения.

10. С какой целью выполняется модифицирование алюминиевых литейных сплавов?

11. Приведите пример магниевого литейного сплава. Состав и области применения. Структура и свойства, после литья и после термической обработки.

Лабораторная работа № 11

Строение сварного шва

Цель работы: изучить особенности микроструктуры сварного соеди­нения. Познакомиться с основными дефектами шва и способами их выяв­ления металлографическим путём. Изучить влияние дефектов шва на прочность сварной конструкции.

Содержание работы

Современная технология машиностроительного производства в боль­шинстве случаев включает в себя различные способы сварки. При любом способе сварки протекают металлургические процессы, которые включают в себя:

1) взаимодействие расплавленного металла с газами и со сварным шлаком;

2) взаимодействие остывающего (твёрдого) металла с жидким и твёр­дым шлаком.

Эти процессы имеют свои особенности. Объем сварной ванны неве­лик и охлаждается быстро. Это приводит к тому, что химические реак­ции идут не до конца. Малое время взаимодействия жидкого металла шва со шлаком не позволяет полностью удалить оксиды (они просто не успеют всплыть в шлак). Высокая температура и активное взаимодействие жидкого металла со шлаком приводят к перенасыщению шва газами и шлаковыми включениями.

Наиболее часто применяются стыковые, нахлёстные и валиковые швы. Поскольку металлургические процессы в них протекают идентичные, достаточно познакомиться с конструктивными элементами стыкового шва. Два варианта стыковых швов показаны на рис. 60.

Конструктивными элементами сварного шва являются: e – ширина шва; В – зазор между кромками; g – высота усилия; g₁ – подварка; S – толщина свариваемого металла. Значения e,g, g₁ зависят от толщины S и условий эксплуатации.

Дата добавления: 2014-11-25