Для проведения работы необходимо:
-3 металлографических микроскопа;
-3 комплекта набора микрошлифов (меди, латуни, бронзы, алюминия, силумина, дюралюмина и баббита);
-15 альбомов фотографий микроструктур.
Методика проведения лабораторной работы.
Лабораторную работу выполняют после изучения цветных металлов и сплавов, изучив структурные составляющие сплавов. На каждом рабочем месте имеется один металлографический микроскоп и набор микрошлифов. Структурные составляющие студент определяет по соответствующим диаграммам состояния сплавов. Получив комплект микроструктур, студент просматривает их под микроскопом, изучает микроструктуры и зарисовывает их в тетрадь.
Теория.
МЕДЬ И ЕЕ СПЛАВЫ.
Высокая электропроводность, пластичность и коррозионная стойкость меди являются основными свойствами, благодаря которым она нашла широкое применение в электротехнической, машиностроительной и приборостроительной промышленности. Медь служит основным материалом для проводов, кабелей, шин, контактов и других токопроводящих частей электроустановок, также применяется при изготовлении различных теплообменников: нагревателей, холодильников, радиаторов, двигателей внутреннего сгорания. Медь маркируется следующим образом: М000 (99,999% Cu), М00 (99,99% Cu), MO (99,95% Cu), MI (99,90% Cu), M2 (99,7% Cu), M3 (99,50% Cu), M4 (99,0% Cu).
Первые две марки – химически чистая медь, которая используется для исследовательских целей, остальные марки – техническая медь. В технической меди в качестве примесей обычно присутствуют следующие элементы: висмут, сурьма, сера, кислород, которые резко снижают технологические и механические свойства, поэтому допускаются в количестве не более 0,002%.
|
|
В машиностроительной промышленности применяется не медь из-за ее пониженной прочности (σβ=25кгс/мм2), а сплавы на ее основе.
ЛАТУНИ.
Сплавы меди с цинком (до45%) называются латунями. Различают два вида латуней: обыкновенные и сложные. В сложные латуни для улучшения механических и химических свойств дополнительно вводят олово, кремний, марганец, алюминий, железо и другие элементы.
Латуни маркируются буквой Л, затем следует буква, обозначающая легирующий материал, и группа цифр: первые две указывают на среднее содержание меди, остальные – на среднее содержание легирующих элементов. Содержание цинка определяется по разности. Например, Л68: (68% Cu, 32% Zn), ЛАЖ60-1-1 (60%Cu, 1%Al, 1%Fe, 38%Zn). Легирующие элементы в марках латуней обозначаются следующим образом: А – алюминий, Ж – железо, К – кремний, М – марганец, Н – никель, С – свинец, О – олово, A – фосфор, Ц – цинк и т.д.
Латуни по своему составу и свойствам делятся на ряд подгрупп.
Простые латуни.
Пластичные латуни (однофазные), деформированные в холодном и горячем состояниях (σβ=30-35 кгс\мм2): Л68 – применяются для изготовления радиаторных трубок, листов, лент, проволоки, труб (рис. 8,1 а).
Рис.8.1 Микроструктуры:
а- α-латунь, б-α+βлатунь
Латуни меньшей пластичности (двухфазные), деформируемые в горячем состоянии и литейные (σβ=40-45 кгс/мм2): ЛС 59-1; ЛС 60-1; ЛС 63-3 – хорошо обрабатываются резанием, применяются для получения литья, листов, труб, лент, полос, прутков, проволоки (рис. 8.1 б).
Сложные латуни.
Вследствие дополнительного легирования эти латуни имеют σβ=50-55 кгс/мм2.
|
|
Различают латуни повышенной стойкости против коррозии:
а) обрабатываемые давлением (однофазные): ЛА 77-2 – для производства труб в морском и общем машиностроении; ЛО 70-1 – для производства труб подогревателей (рис. 8.2);
б) литейные (двухфазные): ЛА 58-2,5 – для отливок в морском и общем машиностроении (рис. 8.3).
Рис. 8.2 Микроструктура однофазной латуни(30%Zn)
Травление солянокислым раствором хлорного железа, х250
Рис. 8.3 Микроструктура двухфазной латуни(40%Zn).Травление солянокислым раствором хлорного железа,х250
Латуни повышенной прочности и стойкости против коррозии:
а) обрабатываемые давлением (однофазные): ЛАН 59-3-2; ЛАЖ 60-1-1 – для получения труб, тяжелонагруженных деталей в моторо- и судостроении;
б) литейные (двухфазные): ЛМг Ж 55-3-1 – для массивного литья в судостроении; ЛМг ОС 58-2-2-2 – для изготовления шестерен и других зубчатых колес.
БРОНЗЫ.
Сплавы меди с оловом, свинцом, кремнием, марганцем, бериллием и другими элементами (за исключением цинка) называются бронзами.
Бронзы маркируются буквами Бр, далее следуют буквы, обозначающие легирующие элементы, и группа цифр, указывающая на содержание легированных элементов. Содержание основного компонента – меди – определяется по разности. Различают оловянистые и безоловянистые бронзы.
Оловянистые бронзы.
Оловянистые бронзы представляют собой сплавы меди с оловом, которые могут быть легированы другими элементами. Они превосходят латуни в прочности и сопротивлении коррозии (σβ>=40кгс/мм2), обладают высокими литейными и антифрикционными свойствами. Они широко применяются для производства фасонного литья, пароводяной арматуры и деталей, работающих на трение. Обычно эти образцы содержат 2-14%Sn и дополнительно в сплавы вводят свинец, никель, фосфор.
|
|
Среди оловянистых бронз различают:
а) бронзы, обрабатываемые давлением (однофазные): Бр ОФ 6,5-0,15; Бр ОЦ 4-3 – для получения лент, сеток в аппаратостроении и бумажной промышленности; мембран и пружин, работающих на трение;
б) литейные бронзы (двухфазные): Бр О10Ц2 – для шестерен, подшипников; Бр О10Ф1 – применение то же, но пластичность выше; Бр О11Н4С3 – для тех же целей, но при повышенной температуре, а так же для втулок клапанов (рис.8.4).
а б
Рис.8.4.Микроструктура бронзы с 6% олова:
А-после литья,б-после отжига.
Безоловянистые бронзы.
В этой подгруппе рассмотрим следующие виды бронз.
Алюминиевые бронзы cодержат 4-11,5Al, для улучшения их свойств в сплав вводят железо, никель, марганец. Эти сплавы все чаще заменяют латуни и оловянные бронзы.
Различают алюминиевые бронзы:
а) высокой пластичности (однофазные), которые в группе медных сплавов имеют наибольшую пластичность (δ до 60%) и используются для штамповки со значительной деформацией, в результате чего достигаются повышенные прочность и упругость: Бр А5 – для получения лент, полос;
б) высокой прочности (двухфазные), которые подвергают горячей деформации или применяют в виде отливок. Прочность сложных алюминиевых бронз, содержащих никель и железо, составляет 55-60 кгс/мм2, они коррозионностойки как в морской воде, так и во влажной тропической атмосфере: Бр АЖ 9-4 – для получения шестерен, втулок, арматуры, в том числе работающей в морской воде; Бр АЖН 10-4-4 – применение то же, но при больших давлениях и трении.
Кремнистые бронзы – это сплавы меди с 0,6 – 3,3% кремния и небольшого количества никеля и марганца. Они обладают высокой упругостью и выносливостью, коррозионностойкостью и антифрикционностью, поддаются обработке литьем и давлением в горячем состоянии, удовлетворительно свариваются и обрабатываются резанием, по прочности и стойкости в щелочных средах превосходят алюминиевые бронзы и латуни.
В практике находят применение более пластичные однофазные бронзы: Бр КМц 3-1 – для получения пружин, труб, втулок в судо- и авиастроении, химической промышленности; Бр КН 1-3 – для втулок, клапанов, болтов и других деталей, работающих в морской и сточных водах.
Бериллиевые бронзы – сплавы меди с 1,6 – 2,2%Ве, сочетающие высокую прочность (σβ до 120кгс/мм2) и коррозионную стойкость с повышенной электропроводностью. Указанные свойства получают после закалки и старения, так как растворимость бериллия уменьшается с понижением температуры.
Из-за высокой стоимости бериллия эти бронзы используются лишь для особо ответственных деталей в изделиях небольшого сечения в виде лент, проволоки для пружин, мембран, сильфонов и контактов в электрических печах, аппаратах и приборах.
Примеры марок бериллиевых бронз; Бр Б2; Бр БНТ 1,7 (1,7% Ве; 0,2 – 0,4%Ni; 0,1 – 0,25%Ti); Бр БНТ 1,9 (1,9% Ве; 0,2 -0,4Ni; 0,1 – 0,25% Ti).
Свинцовые бронзы содержат до 27-63%Рв и обладают высокими антифрикционными свойствами. Они применяются для получения деталей, работающих в условиях трения-скольжения БрС30 – для деталей, получаемых литьем в кокиль; Бр СН60 - 2,5 – для деталей, получаемых фасонным литьем.
СПЛАВЫМЕДИ С НИКЕЛЕМ.
Легирование меди никелем значительно повышает ее механические свойства: коррозионностойкость, электросопротивление и термоэлектрические свойства. Рассмотрим следующие виды сплавов:
1. Мельхиор (твердый раствор никеля в меди): МН19 (19 – 20%Ni) применяется для изготовления многих медицинских инструментов, монет, посуды и различных украшений. Этот сплав более коррозионностоек, чем нержавеющие стали, и пригоден для работы при повышенной температуре; МНЖМц 30-0,8-1 – для получения конденсаторных труб.
2. Нейзильбер (сплав меди, никеля, цинка): МНц 15-20 (15% Ni, 20%Zn) обладает высокой коррозионностойкостью, используется для получения медицинских инструментов, технической посуды, в приборостроении; МНЦС 17-18-1,8 (17%Ni; 18%Zn; 1,8%Рв) – добавка свинца способствует лучшей обрабатываемости резанием.
3. Константан (сплав меди, никеля, марганца): МНМц 40 – 1,5 (40%Ni, 1,5%Mn) – сплав, обладающий высоким удельным электросопротивлением и термоэлектродвижущей силой. Применяется для изготовления термопар, нагревательных приборов (до500-700˚С) и реостатов.
АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ.
Малая плотность (2,7г/см3), высокая электропроводность, достаточная механическая прочность и большая коррозионная стойкость по отношению к ряду химических реагентов, высокая пластичность (δ до 35%) обуславливают широкое применение алюминия в различных отраслях современной техники: электротехнической, металлургической, химической и авиационной промышленности, машиностроении и радиолокации, ядерной технике и т.д.
Марки алюминия: А999 (99,99%Al) – алюминий особой чистоты; А995, А99, 97; А95 – алюминий высокой чистоты; А8 (99,8%Al) – технический алюминий.
Чаще алюминий применяется в виде различных сплавов: дюралюмина (сплав Al с медью, магнием и марганцем) – деформируемого сплава, силумина (сплав Al с 12-13% Si) – литьевого сплава и др. благодаря большому отношению прочности к плотности материала, легкости обработки и высокой теплопроводности эти сплавы нашли широкое применение в авиаконструкции, автопромышленности и в транспортном машиностроении.