8.2.4 Баббиты (сплавы на основе олова или свинца)
В отличие от антифрикционных материалов на медной и алюминиевой основе, баббиты представляют мягкие (НВ 300) антифрикционные сплавы на основе олова или свинца. По антифрикционным свойствам баббиты превосходят все остальные подшипниковые сплавы, но значительно уступают им по сопротивлению усталости.
Структура баббитов также неоднородна и состоит из мягкой пластичной основы и твердых включений, вкрапленных в эту основу. Мягкая основа обеспечивает «прирабатываемость» вкладыша (подшипника) к валу (оси), а твердые включения необходимы для уменьшения трения.
8.2.5 Изучение структуры, свойств и условий термической обработки некоторых цветных сплавов и баббитов
8.2.5.1 Алюминиевые сплавы
8.2.5.1.1 Эвтектический силумин АК12
Данный силумин является литейным алюминиевым сплавом системы Al-Si и содержит около 12 кремния. В литом состоянии структура эвтектического силумина содержанием кремния больше эвтектического (1211,7) состоит из кристаллов первичного кремния (светлые) и эвтектики (+Si) грубого строения, в которой кремний находится в виде крупных игл (рис. 8.3)
Рис. 8.3 Эвтектический силумин АК12 в литом состоянии
(а – микроструктура x200; б – схема микроструктуры)
Силумин АК12 в указанном состоянии обладает низкими механическими свойствами и не упрочняется термообработкой.
При модифицировании жидкого сплава АК12 перед его кристаллизацией небольшим количеством натрия (0,01 – 0,1) происходит измельчение иголок кремния и повышение механических свойств. Структура, бывшая до модифицирования заэвтектической, после модифицирования становится доэвтектической и состоит из первичных дендритов -твердого раствора кремния в алюминии (белые) и эвтектики (+Si) тонкого строения (рис. 8.4)
а) б)
Рис. 8.4 Эвтектический силумин АК12 после модифицирования
(а – микроструктура x200; б – схема микроструктуры)
8.2.5.1.2 Дуралюмин Д1
Дуралюминами называют деформируемые упрочняемые термообработкой сплавы алюминия с медью (до 5,7), а также магнием и марганцем, присутствуют примеси Fe и Mn.
Дуралюмин Д1, содержащий около 4 меди, после отжига при температуре 360 С состоит из -твердого раствора меди в алюминии, включений фаз: растворимых (упрочняющих) –темного цвета – (CuAl2, Mg2Si, Al2CuMg) и нерастворимых –светлого цвета (FeAl3, (Mn,Fe)Al6). Схема микроструктуры представлена на рис. 8.5 (а).
После закалки сплава Д1 с температуры 510C (несколько превышающей температуру линии предельной растворимости) микроструктура данного сплава состоит из зерен пересыщенного -твердого раствора и включений (светлого цвета), нерастворимых в алюминии при нагреве под закалку (рис. 8.5 (б)).
После закалки и искусственного старения при температуре 250С микроструктура сплава Д1 состоит из -твердого раствора меди в алюминии, точечных мелкодисперсных включений растворимых фаз, выделившихся из твердого раствора в процессе старения, а также нерастворимых фаз (светлого цвета) (рис. 8.5 (в)). Такая микроструктура обеспечивает необходимые прочностные свойства дуралюмина.
а) б) в)
Рис. 8.5 Схема микроструктуры сплава Д1 (а – после отжига, б-после закалки; в – после закалки и старения)/
8.2.5.2 Медные сплавы
Медные сплавы подразделяются на латуни, бронзы и сплавы меди с никелем.
8.2.5.2.1 Латунь Л70
Латуни в зависимости от содержания цинка подразделяются на однофазные и двухфазные. Деформируемая латунь Л70, содержащая около 30 Zn, после отжига имеет однофазную структуру -твердого раствора Zn в Cu с характерными полосками двойников (рис. 8.6). Вследствие различной ориентировки зерен (анизотропии) они травятся с разной интенсивностью, поэтому получают разную окраску.
Рис. 8.6 Деформируемая однофазная латунь Л70 после отжига
(а – микроструктура (x150); б – схема микроструктуры)
8.2.5.2.2 Латунь Л63
Микроструктура двухфазной латуни Л63, содержащей 37-39 Zn, состоит из -твердого раствора цинка в меди и -фазы состава CuZn (темного цвета) (рис. 8.7).
Рис. 8.7 Деформируемая двухфазная (+) латунь Л70
(а – микроструктура (x150); б – схема микроструктуры)
8.2.5.2.3 Бронза БрА10Ж4Н4
В зависимости от основного введенного легирующего элемента бронзы подразделяются на оловянные и безоловянные (алюминиевые, бериллиевые и т.д.) Данная бронза является алюминиевой. Микроструктура состоит из -твердого раствора алюминия в меди (светлый фон) и эвтектоида (+) (рис. 8.8)
Рис. 8.8 Двухфазная алюминиевая бронза Бр А10Ж4Н4 в литом состоянии
(а – микроструктура (x500); б – схема микроструктуры
Двухфазные бронзы могут подвергаться упрочняющей термообработке: закалке и старению.
8.2.5.2.4 Бериллиевая бронза БрБ2
Данная бронза упрочняется термообработкой, т.к. на участке диаграммы состояния Cu-Be от 0,2 Be при 300С до 2,7 Be при 866 С наблюдается изменение растворимости бериллия в меди. При закалке в воде с 800 С в данное бронзе фиксируется неустойчивое состояние -фазы, а при последующем старении при температуре 300 - 350С из пересыщенного твердого раствора выделяются включения - фазы состава CuBe, располагающиеся по границам и внутри - твердого раствора (рис.8.9), что обеспечивает высокую прочность.
Рис. 8.8 Бериллиевая бронза БрБ2 после закалки и старения
(а –микроструктура (х150); б- схема микроструктуры)
8.2.5.3 Баббиты
8.2.5.3.1 Баббит Б83
По химическому составу баббиты подразделяются на оловянные, оловянно-сурьмяные и свинцово-оловянно-сурьмяные.
Баббит Б83 относится к группе оловянных баббитов, содержит около 83 олова, 11 сурьмы и 6 меди. Микроструктура состоит из - твердого раствора сурьмы в олове (основной фон), соединений SnSb (- фазы) в виде светлых крупных кристаллов и соединений Cu3Sn – светлых мелких кристаллов (рис. 8.9).
Рис. 8.9 Оловянный баббит Б83 (а –микроструктура (х100); б – схема микроструктуры)
8.2.5.3.2 Баббит БК
Баббит БК на основе свинца содержит около 1 Са и 0,9 Na. На темном фоне - твердого раствора натрия и кальция в свинце (мягкая основа сплава) видны дендриты химического соединения Pb3Ca (рис. 8.10).
Рис. 8.10 Свинцовый баббит БК (а –микроструктура (х100); б – схема микроструктуры)
8.3 ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
8.3.1 Ознакомиться с теоретической частью настоящей работы и диаграммами состояния, кратко изложить в отчете основное содержание.
8.3.2 Получить коллекцию шлифов цветных сплавов, представленных в работе.
8.3.3 Просмотреть под микроскопом при 100…500 кратном увеличении, изучить, провести микроанализ и зарисовать в отчете наблюдавшиеся микроструктуры из полученной коллекции шлифов сплавов на алюминиевой, медной, оловянной и свинцовистой основах. Микроструктуры зарисовать, расшифровать марку и сделать описание сплава.
8.3.4 На каждом рисунке стрелками указать присутствующие в микроструктуре сплава структурные составляющие (фазы), а в подрисуночной подписи – наименование и марку сплава, увеличение.