Лабораторная работа № 6

Тема: Микроанализ цветных сплавов

Цель работы: Изучить микроструктуры меди, латуней и бронз

Задание:

1. Изучить микроструктуры меди, латуней (α и α+β), бронз (оловянной, алюминиевой, свинцовистой, бериллиевой) в литом, деформированном и в термически обработан-ном состоянии (в зависимости от сплава).

2. Результаты микроанализа оформить в виде таблицы.

3. Начертить диаграммы состояния (или их части) сплавов меди с цинком, оловом, алюминием, свинцом» бериллием, провести на них линии, соответствующие рассматриваемым сплавам, и дать описание процессов превращений, происходящих при охлаждении сплавов.

4. Письменно ответить на контрольные вопросы.

Оборудование: металло­графический микроскоп; коллекцию микрошлифов меди, латуней и бронз.

Пояснения к работе

Микроструктура меди

Микроструктура деформированной и отожженной меди дана на рис. 1. Структура зернистая, с наличием двойников.

Рисунок - 1. Деформированная и отожженная медь:

а — микроструктура (Х200); б—схема микроструктуры

В структуре недостаточно хорошо раскисленной меди наблюдается закись меди Cu₂О, образующая с медью эвтектику Cu—Cu₂0, которая располагается по границам зерен меди, имеет точечное строение (рис. 2) придает ей хрупкость.

Рисунок - 2. Литая медь с содержанием 0,15% кислорода. По грани­цам зерен меди видны значительные участки эвтектики Cu-Cu₂O: а — микроструктура (Х150), шлиф нетравлен; б—схема микроструктуры

Микроструктура латуней

Диаграмма состояния системы медь—цинк дана на рис. 3. Практическое применение находят однофазные латуни с содержанием цинка до 39% (α-латуни) и двухфазные латуни с содержанием цинка от 30 до 45% (α+β´ латуни).

Рисунок - 3. Диаграмма состояния медь─цинк

Микроструктура α-латуней. Микроструктура α-латуни с содержанием 30% цинка (Л70) дана на рис 4 и 5.

Микроструктура литой α-латуни (рис. 4) имеет дендритное строение. Светлые участки ─ дендриты, богатые медью, затвер­девшие первыми из жидкого состояния;

Рисунок - 4. Литая α-латунь с 30% цинка (тип Л70):

а ─ микроструктура (Х250); б ─ схема микроструктуры;

темные участки ─ междендритные пространства, обога­щенные цинком.

Макроструктура деформированной и отожженной α-латуни (рис. 5) имеет зернистое строение и харак­терные полоски двойников.

Рисунок - 5. Деформированная и отожженная α-латунь:

а ─ микроструктура (Х100); б ─ схема микроструктуры;

Вследствие различной ориентировки зерен (анизотро­пии) они травятся с разной интенсивностью, поэтому по­лучают различную окраску.

Рисунок - 6. Литая α+β-латунь с 40% цинка (типа Л63):

а — микроструктура (Х150); б — схема микроструктуры

Микроструктура α+β-латуней.Граница между однофазной α-латунью и α+β-латунью соответствует 39% цинка (см. рис. 3).

Микроструктура α+β-латуни с содержанием цинка 40% в литом состоянии дана на рис. 6.

Микроструктура бронз

Микроструктура оловянной бронзы. Часть диаграммы состояния системы Сu─Snдананарис. 7. Сплошная ли­ния Abdq характеризует состояние, получающееся при очень медленном охлаждении или отжиге после отливки; такие условия при обычной отливке не достигаются. Штриховая линия Ab'h характеризует состояние, которое получается в обычных условиях отливки. Штрихпунктирная линия dg характе­ризует состояние, получающееся при очень длительном (тысяч часов) отжиге.

При содержании до 6—7% Sn (левее точки hна рис. 7) микроструктура литой бронзы состоит из неодно­родного твердого α-раствора; строение дендритное.

Микроструктура этой бронзы после отжига представ­ляет однородные по составу зерна твердого α-раствора (рис. 8).

Рисунок - 7. Часть диаграммы со стояния медь—олово

Рисунок - 8. Деформированная и отожженная оловянная бронза с 6% Sn: а — микроструктура (Х250); б — схема микроструктуры

При содержании больше 6—7% Sn (правее точки hна рис. 7), но меньше 14% (левее точки q), например при содержании 10% Sn, для равновесных условий должна быть структура твердого α-раствора, а для обычных условий отливки такая бронза будет иметь уже двухфазную структуру — неоднородного твердого α-раствора и эвтектоида α+Cu₃₁Sn₈. Микроструктура такой бронзы (с содержанием 10% Sn) в литом состоянии приведена на рис. 9. Темные участки — α-твердый раст­вор, светлые — эвтектоид α+ Cu₃₁Sn₈. На светлом фоне химического соединения Cu₃₁Sn₈ видны темные точечные включения твердого α-раствора.

Часть диаг­раммы состояний системы медь — алюминий дана на рис. 10. При содержании до 9,8% Аl образуется α-фаза (однофазная бронза). Микроструктура такой бронзы (например, Бр. А5 с содержанием 5% Аl) после дефор­мации и отжига состоит из зерен однородного твердого раствора алюминия в меди (рис. 11).

Рисунок - 9. Литая оловянная бронза с 10% Sn:

а — микроструктура (ХЮ00); б — схема микроструктуры

При содержании 10% Аl и более образуется α-фаза и эвтектоид α+γ' (двухфазная бронза). Микроструктура такой бронзы в ли­том состоянии дана на рис. 12; белые участки ─ α-фаза, темные эвтектоид α+γ'. Двухфазные алюми­ниевые бронзы могут под­вергаться закалке и отпус­ку. Если такую бронзу на­греть до области существо­вания β-фазы и затем охла­дить в воде, то образуется угольчатая структура, подо­бная структуре мартенсита. Микроструктура закаленной алюминиевой бронзы Бр. АЖН10-4-4 приведена на рис. 13.

Рисунок - 10. Часть диаграммы состояния медь─алюминий

Микроструктура свинцо­вистой бронзы. Диаграмма состояний системы медь — свинец дана на рис. 14. Свинец практически не раст­воряется в меди в жидком состоянии, поэтому при затвердевании такой смеси жидких фаз получается также механическая смесь твердых фаз меди и свинца. На рис. 15 дана схема микроструктуры свинцовис­той бронзы с содержанием свинца 30% (Бр. С30); основной белый фон ─ медь, темные включения ─ свинец. Травления для выявления включений свинца не требуется.

Рисунок - 11 Алюминиевая бронза БрА5 после деформации и отжига:

а — микроструктура (Х250); б — схема микроструктуры

Рисунок -12. Литая алюминиевая бронза Бр. АЖН10-4-4:

а — микроструктура (Х500); б — схема микроструктуры

Рисунок -13. Закаленная алюминиевая бронза Ер. АЖН10-4-4:

а — микроструктура(X500); б — схема микроструктуры

Рисунок - 14. Диаграмма состояния медь─свинец	Рисунок - 15. Свинцовистая брон­за Бр. С30 (схема микрострук­туры)
Рисунок - 16. Часть диаграммы со­стояния медь — бериллий		Микроструктура бериллиевой бронзы. Часть диаграммы состояния системы медь─ бериллий дана на рис. 16. На диаграмме отмечены области существования кристаллов α, β и γ. Фаза γ является химическим соединением CuBe. В структуре литой бериллиевой бронзы (рис. 17) в междендритных пространствах α-твердого раствора видны исключения эвтектоида [α+γ (CuBe)]. Практически важным является то, что растворимость бериллия в меди уменьшается с 2,7% при 866 оС до 0,2% при 300 оС. При закалке в воде с 800°С фиксируется неустойчивое состояние α-фазы, а при последующем сгорании при 300─350 оС из пересыщенного твердого раствора выделяются включения γ-фазы (CuBe), располагающиеся по границам и внутри зерен α-фазы (рис. 18).

Рисунок - 17. Литая бериллиевая бронза Бр. Б2; а — микроструктура (Х150); б — схема микроструктуры

Рисунок - 18. Бериллиевая бронза Бр. Б2 после закалки и старения:

а — микроструктура (Х250); б — схема микроструктуры

Таблица

Микроанализа меди, латуней и бронз

№ п/п	Наименование и марка сплава	Термическая обработка	Микроструктура		Свойства, применение
			Схема	Наименование

Содержание отчета:

1. Титульный лист в соответствии СТП 1.2-2005

2. Цель работы

3. Оборудование

4. Задание

5. Выполнение лабораторной работы в соответствии с заданием

6. Ответы на контрольные вопросы

Контрольные вопросы:

Расшифруйте марки материалов, предложенные в таблице по своему номеру в журнале

№ марка сплавов	1	2	3	4	5
1	Л96	ЛЦ16К4	БрОФ8-0,3	БрБ2	АМЦ
2	Л68	ЛЦ23А6Ж3МЦ2	БрОФ7-0,2	БрБНТ1,9	АМГ2
3	Л70	ЛЦ30А3	БрОФ6,5-0,4	БрМЦ5	АМГ3
4	ЛА77-2	ЛЦ40С	БрОФ4-0,25	БрКД1	АМГ5
5	ЛАЖ60-1-1	ЛЦ40МЦ3Ж	БрОЦ4-3	БрО3Ц12с5	АМГ6
6	ЛАН59-3-2	ЛЦ25С2	БрОЦС4-4-4	БрО3Ц6с5н1	АД31
7	ЛЖМЦ59-1-1	ЛЦ16К4	БрАМЦ9-2	БрО4Ц7с5	АД33
8	ЛН65-5	ЛЦ23А6Ж3МЦ2	БрАЖ9-4	БрО4Ц4с17	Д16
9	ЛМЦ58-2	ЛЦ30А3	БрАЖН10-4-4	БрО5Ц5с5	АЛ1
10	ЛМЦА57-3-1	ЛЦ40С	БрКН1-3	БрО6Ц6С3	АЛ2
11	ЛО90-1	ЛЦ40МЦ3Ж	БрКМЦ3-1	БрО8Ц4	АЛ3
12	ЛО70-1	ЛЦ25С2	БрОФ8-0,3	БрО10Ф1	АЛ4
13	ЛО62-1	ЛЦ16К4	БрОФ7-0,2	БрО10Ц2	АЛ5
14	ЛО60-1	ЛЦ23А6Ж3МЦ2	БрОФ6,5-0,4	БрО10С10	АЛ7
15	ЛС63-3	ЛЦ30А3	БрОФ4-0,25	БрА10МЦ2	АЛ25
16	ЛС74-3	ЛЦ40С	БрОЦ4-3	БрА9МЦ2	АК6
17	ЛС64-2	ЛЦ40МЦ3Ж	БрОЦС4-4-4	БрА9Ж3	В95
18	ЛЖС58-1-1	ЛЦ25С2	БрАМЦ9-2	БрА10Ж3МЦ2	АК8
19	ЛК80-3	ЛЦ16К4	БрАЖ9-4	БрА10Ж4Н4	Д1
20	ЛОМ70-1-0,05	ЛЦ23А6Ж3МЦ2	БрАЖН10-4-	БрА11Ж6Н6	АК4
21	Л68	ЛЦ30А3	БрКН1-3	БрС30	АМГ6
22	Л70	ЛЦ40С	БрКМЦ3-1	БрО10Ц2	АД31
23	ЛА77-2	ЛЦ40МЦ3Ж	БрКМЦ3-1	БрО10С10	Д16А
24	ЛАЖ60-1-1	ЛЦ25С2	БрОФ8-0,3	БрА10МЦ2	Д16Т
25	ЛАН59-3-2	ЛЦ23А6Ж3МЦ2	БрОФ7-0,2	БрА9МЦ2	Д16М