7

Практичне заняття

Тема. Мікроаналіз міді, латуні та бронзи

Мета. Вивчити мікроструктуру міді, латуні та бронзи.

Студенти повинні знати:

1. основні дані про мідь і її сплави;

2. діаграми стану: мідь-цинк, мідь-олово.

Студенти повинні вміти:

1. проводити мікроаналіз сплавів кольорових металів;

2. підготовка зразків, травлення тощо;

3. по вигляду структури визначати сплав.

Обладнання і матеріали. Зразки міді, латуні та бронзи, довідники, таблиці, металографічний мікроскоп.

Література.

1. Попович В.В., Попович В.В. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство: Підручник. – Львів: Світ, 2006. – с. 215-250

2. Нікіфоров В.М. Технологія металів і конструкційні матеріали. – Київ: Вища школа., 1984. – с. 131-140

3. Прейс Г.А. Технологія металів і інші конструкційні матеріали. – с. 45-51

Завдання до виконання практичної роботи

1. Ознайомитися з теоретичними відомостями.

2. За зовнішніми ознаками та за допомогою довідників визначити марки запропонованих зразків.

3. Дані обробки занести в таблицю, де вказати марку, позначення, конструкційні особливості (призначення).

4. Дати відповідь на контрольні запитання.

5. Скласти звіт виконання практичної роботи в зошит.

Короткі теоретичні відомості Короткі теоретичні відомості

Мідь та її сплави знаходять широке застосування в техніці як конструкційний матеріал. Мідь має порівняно низькі механічні властивості, проте хороші фізичні. Вона має високу електропровідність і теплопровідність. Крім того, має достатньо високу корозостійкість. Густина міді 8,9 г/см³, температура плавлення 1083 С, решітка ГЦК. Міді не властиві поліморфні перетворення. На основі міді створюють добре відомі в техніці сплави – латуні і бронзи.

Латунь – це сплав міді з цинком. В залежності від вмісту цинку в сплаві латуні можуть бути 6 фаз. Практичне застосування знаходять однофазні латуні (- латуні), а в окремих випадках двофазні латуні (+) латунь. Структура латуні залежить не тільки від вмісту цинку, але й від попередньої обробки – відпалу і деформованості.

Бронзами називаються сплави міді з іншими металами крім цинку. Бронзи, як і латуні, в залежності від вмісту компонентів створюють шість фаз. Бронзи можуть бути однофазні і двофазні.

В процесі виконання лабораторної роботи необхідно підготувати зразки, провести їх травлення. Користуючись металографічними мікроскопами, розглянути їх структуру і скласти звіт.

Мікроструктура міді та її сплавів

Мідь – пластичний метал червонуватого кольору. Виробляють її з руд, переважно з мідного колчедану, хоча вона може бути і в самородках, як золото і срібло. Самородки міді зустрічаються рідко, тому машинобудування забезпечується міддю, виробленою з руд. Залежів руд не багато, руди бідні, тому мідь відносно дорогий метал.

Мідь має ряд хороших властивостей. Так її електропровідність мало поступається сріблу. У міді висока теплопровідність. На поверхня міді утворюється щільна оксидна плівка, завдяки чому вона має високу корозостійкість, навіть у морській воді та органічних кислотах.

Мідь відноситься до важких металів. Її густина 8,96 г/см³, температура плавлення1083 °С, комірка ГЦК. Більш повні відомості про мідь подані в таблиці 1.

Таблиця1

Основні фізичні властивості міді

Властивість	Сu
Атомний номер Атомна маса Густина при 20 °С, г/см3 Температура плавлення, °С кипіння, °С Кристалічна гратка Параметри кристалічної гратки при 20°С, нм Коефіцієнт лінійного розширення α·106 Питомий електроопір, Ом·см-4 Модуль нормальної пружності, МПа	29 63,5 8,9 1083 2595 ГЦК 0,361 16,5 1,7 120000

При мікроструктурному аналізі на шліфі ліквації Сu₂О видно, як темні плями округленої форми. Мідь має великі зерна з прямолінійними границями (рис. 1).

Властивості міді значною мірою залежать від її чистоти. Чим чистіша мідь, тим кращі вона має фізичні й гірші механічні властивості. Отже, мідь, яка використовується в електротехніці, радіотехніці повинна бути дуже чистою. Очищають мідь від домішок шляхом електролізу. Наклеп теж знижує електро-провідність міді, тому таку мідь при необхідності відпалюють.

Рис. 1 Мідь відпалена при температурі 650 °С, х500

Шкідливою домішкою в міді є кисень. Він з’єднується з міддю, утворюючи сполуку Сu₂О, яка зосереджується на границях зерен і приводить до так званої „водневої хвороби”. Якщо така мідь працює в нагрітому водневому середовищі, то водень взаємодіє з окислами міді і утворює пари води. В наслідок створення значного тиску границі зерен не витримують, на поверхні такої міді з’являються тріщини.

Основними сплавами міді є латунь і бронза. Латунь – сплав міді з цинком. Однак латуні можуть бути простими та спеціальними (багато ком-понентними). В системі Cu – Zn може утворитись шість фаз (їх позначають буквами латин-ського алфавіту). В α–фазі утворюється твердий розчин цинку в міді, а в η–фазі твердий розчин міді в цинку.

В β–, γ–, ε–фазах утворюються електронні з’єднання CuZn, Cu₅Zn₈, CuZn₃, відповідно. Але на практиці використовуються здебільшого однофазні α–латуні, інколи, α + β–латуні. Всі інші латуні мають погані властивості.

Це видно з рисунку 2, де показано як змінюється твердість і міцність латуні в залежності від кількості цинку.

Рис. 2 Зміна твердості і міцності латуні в залежності від кількості цинку

Структура латуні змінюється в залежності від попередньої обробки. Одна і таж латунь має різну структуру, в залежності від того попередньо вона деформована чи відпалена.

На рисунку 2 зображено мікроструктуру відпаленої однофазної α –латуні.

Світлі ділянки – дендрити, збагачені міддю, темні ділянки – між дендритні простори, збагачені цинком. Мікроструктура α –латуні після деформації відпалу має зернисту будову з характерними смугами двійників.

Мікроструктура α + β–латуні (рис. 5) складається з твердого розчину α (світлі ділянки) та твердого розчину β (темні ділянки). Ця структура порівняно з α–латунню менш пластична і більш тверда.

Рис. 3 Мікроструктура відпаленої Рис. 4 Мікроструктура однофазної

однофазної латуні латуні після деформації

Рис. 5 Мікроструктура Рис. 6 Мікроструктура двофазної

двофазної латуні олов’янистої бронзи

Бронза – сплав міді з усіма елементами, крім цинку та нікелю. З давнини відомо, що бронзи мають хороші ливарні властивості. Але це не єдине її достоїнство. Бронза має хороші антифрикційні властивості, високу корозіостійкість, причому не тільки в атмосфері, а й в прісній та морській воді, в газовій атмосфері при високій температурі. По способу виготовлення виробу бронзи розділяють на деформуємі: (однофазні) і ливарні (двофазні). Найбільшого поширення набрали олов’яні, алюмінієві і кремнієві та берилієві бронзи. Добавка в бронзу нікелю значно підвищує їх механічні властивості і корозіостйкість. За призначенням міднонікілієві сплави умовно розділяють на корозійностійкі (мельхіор, нейзильбер, куніаль) і електротехнічні (термоелектродні, манганан).

Застосування бронз, як і латуней, обмежене кількістю другого компоненту, тобто вони теж використовуються при наявності α–фази та інколи α + β –фаз. Зміна твердості і міцності оловянної бронзи показана на рис. 7.

Рис. 7 Зміна твердості і міцності олов’яної бронзи Рис. 8 Мікроструктура двохфазної алюмінієвої бронзи.

У бронзах, що містять до 7% олова утворюється α–твердий розчин олова в міді (α–фаза), з кристалічною решіткою як у міді. На мікроструктурі темні ділянки (осі дендритів) багатші на мідь, а світлі – на олово. Мікроструктура цієї бронзи після деформування і відпалу стає однорідною за складом зерна твердого α–розчину з характерними двійниками.

Бронзи, що мстять 7-14% олова і відлиті у звичайних умовах, мають двофазну структуру, яка складається з твердого розчину α і евтектоїду α+δ –дрібнодисперсної суміші твердого розчину та інтерметалічного з’єднання Cu₃, Sn₈. Мікроструктура алюмінієвої бронзи мало відрізняється від однофазної олов’яної. Мікроструктура двофазної алюмінієвої бронзи (рис. 8) складається з твердої α–фази (світлі ділянки) і евтектоїду α + γ (темні ділянки).

Про хімічний склад та механічні властивості латуней та бронз можна дізнатись з нижче наведених таблиць.

Таблиця 2