Порядок виконання роботи

1. Вивчити за діаграмою стану можливий фазовий склад алюмінієвих і мідних сплавів.

2. Розглянути класифікацію, хімічний склад, структуру, властивості, маркування й використання сплавів на основі алюмінію та міді.

3. Обміркувати структурні особливості антифрикційних сплавів.

4. Вивчити під мікроскопом структури ливарних та деформованих сплавів алюмінію, міді й бабітів.

5. Уважно розглянути під мікроскопом особливості структури алюмінієвого сплаву, загартованого з перепалюванням.

6. Замалювати розглянуті під мікроскопом структури в зошиті, відмітити характерні особливості надписами з лініями-виносками.

7. Зробити висновки за виконаною роботою.

Таблиця 13.1  Мікроструктура кольорових металів і сплавів

№ з/п	Позначення		Характеристика матеріалів	Особливості мікроструктури
1	М1 (відп.)		Мідь марки М1 у відпаленому стані	Рівновісне зерно переважно з прямолінійними межами
2		М1 (деф.)	Мідь марки М1 деформована з наклепом	Зерна видовжені у напрямку дії деформації
3		Л80	Однофазна α-латунь (80% Cu + 20% Zn), відпалена	Рівновісне зерно, в окремих зернах помітно штрихи  смуги зсуву від деформації перед відпалюванням
4		ЛС591	Двофазна α + β -латунь (59% Cu + 1% Pb + 40% Zn)	Світлі зерна  α-фаза, темні  β-фаза
5		БрОЗЦ12С5	Олов’яниста бронза (3% Sn + 5% Pb + 12% Zn)	На сірому фоні α-фази, помітні темні зерна β-фази та довгасті зерна евтектоїда
6		АЛ2	Алюмінієвий ливарний сплав (силумін) (Al + 9  12% Si)	На фоні α-фази помітні видовжені кристали кремнію (α + Si евтектика)
7		АК6	Алюмінієвий деформівний кувальний сплав системи AlCuMgSi, сильний перепал	Межі зерен потовщені (окиснені), на стику 34 зерен помітно краплеподібні оплавлення
8		Б83	Антифрикційний олов’янистий сплав (бабіт) (Sn +11% Sb + 6% Cu)	На темному фоні твердого розчину α-фази, помітні кубічні кристали Sn, Sb та голчасті кристали Cu3Sn

Запитання для самоперевірки

1. Наведіть класифікацію алюмінієвих сплавів.

2. Як розрізняють за кількістю фаз термічно зміцнені алюмінієві сплави?

3. Як визначається присутність перепалу в сплавах?

4. Яку структуру мають силуміни після лиття?

5. Схарактеризуйте латуні та бронзи.

6. Опишіть структури латуней та олов'яних бронз.

7. Які особливості алюмінієвих та берилієвих бронз?

8. Опишіть структури антифрикційних сплавів.

9. Навіщо в бабіти додають мідь?

Література: [1, с. 384; 3, с. 342; 4, с. 232].

Лабораторна робота №14

Визначення корозійної стійкості алюмінієвих і магнієвих сплавів

Мета роботи: ознайомитися з видами корозії, методами її дослідження і способами захисту від неї; набути практичних навичок щодо визначення швидкості корозії об'ємним методом.

Устаткування, інструменти, матеріали

Прилади для проведення корозійних досліджень, штангенциркуль, лінійка, годинник, комплект зразків, наждачний папір, спирт, вата, нитки, 5-процентний водний розчин НCl і NaCl.

Основні відомості про види корозії

Корозією називається руйнування металів і сплавів у результаті хімічної та електрохімічної дії навколишнього середовища.

Хімічна корозія відбувається при дії на метал сухих газів і рідких неелектролітів (бензин, масло тощо). Прикладом хімічної корозії може бути утворення окалини при нагріванні сталі.

Електрохімічна корозія виникає при дії на метал рідких електролітів — водних розчинів солей, кислот, лугів, а також вологого ґрунту та повітря, коли в присутності іонів виникає тонкий шар електроліту. Процес електрохімічної корозії умовно показано на рис. 14.1.

Якщо два метали з різними електродними потенціалами з'єднати провідником і занурити в електроліт, то утворюється гальванічний елемент і атоми металу з більш від'ємним потенціалом (анод) будуть переходити в розчин у вигляді іонів Ме⁺. Електрони е^ з анода по зовнішньому колу будуть перетікати на катод.

Рисунок 14.1  Схема електрохімічної корозії

Якщо електрони не відводяться з катода і накопичуватимуться на ньому, то подальше розчинення металу на аноді стане неможливим. Виникає поляризація катода, яка істотно загальмовує корозію. Але в електроліті поряд із катодом завжди є іони водню Н⁺ або молекули кисню О₂. Іони водню приєднують електрони з катода і переходять спочатку в атомарний, а потім у молекулярний стан, виділяючись на катоді у вигляді бульбашок газу:

Виникає воднева деполяризація. Коли в електроді утворюється кисень (атмосферна корозія), він у присутності води також приєднує електрони з катода та утворює іони гідроксиду

Це киснева деполяризація.

Оскільки технічні метали й особливо сплави мають гетерогенну структуру, їх поверхня в електроліті складається з безлічі маленьких, коротко замкнених через метал гальванічних пар (мікроелементів). Різні ділянки поверхні сплаву мають різні потенціали. При цьому анодні ділянки з більш від'ємними потенціалами руйнуються.

Для оцінки корозійної активності далі наведені стандартні електродні потенціали деяких металів:

Метал	Ag	Cu	H	Pb	Fe	Zn	Al	Mg
Потенціал, В	+0,80	+0,34	0,00	0,12	0,43	0,76	1,67	2,34

Електрохімічна корозія — найрозповсюдженіший вид руйнування металів і сплавів. За однофазної структури корозія рівномірна, а в неоднорідних сплавах вона має місцевий характер (точкова, плямова, виразкова та ін.). Осередок місцевої корозії — концентратори напружень. Особливо небезпечна міжкристалічна корозія, що розповсюджується в глибину металу по межах зерен і порушує зв'язок між зернами. До несподіваних руйнувань або до утворення тріщин призводить також корозія під напруженням.

Захист від корозії заснований на гальмівних анодних і катодних процесах. У першому випадку використовують явище пасивації, що виникає при утворенні тонких міцних оксидних плівок на металі. Наприклад, сталь пасивується введенням у неї не менше як 13% хрому. Катодні процеси можуть загальмовуватись уведенням у замкнуте корозійне середовище інгібіторів корозії.

Для захисту від корозії широко використовують металічні й неметалічні покриття. Перші можуть бути катодними чи анодними. Катодні покриття, наприклад олов'яні на сталі, у випадку порушення їх суцільності можуть прискорювати процес корозії металу, що захищається. Анодні покриття (цинкові на сталі), навпаки, виконують електрохімічний захист виробу навіть за їх відсутності на окремих ділянках поверхні.

Катодний захист полягає в приєднанні до конструкції, що захищається, анода — протектора з більш від'ємним потенціалом. Цей вид захисту використовується для металоконструкцій, які працюють у морській воді або під землею. Як анод при захисті металевих виробів застосовують сплави магнію, цинку або алюмінію.

Знижують швидкість корозії всі фактори, що зменшують хімічну і структурну неоднорідність сплаву й підвищують його термодинамічну стійкість. Тому сплави в однорідному стані стійкіші, ніж багатофазні.

Для оцінки протікання корозії металів і сплавів використовують різні методи досліджень. Швидкість корозії, яка вимірюється в грамах на метр квадратний за годину, визначають ваговим або об'ємним методами. У першому випадку зразки зважують до й після досліджень на корозію, а в другому — визначають об'єм водню, що виділився за обумовлений час корозії зразка. Оскільки цей об'єм пропорційний масі розчиненого металу, то за реакцією можна розрахувати швидкість корозії. Наприклад, при корозії з водневою деполяризацією виділенням 1 мл водню відповідає розчиненню 0,79 мг алюмінію або 1,08 мг магнію.

Схильність сплавів до міжкристалічної корозії визначають випробуванням зразків у відповідних електролітах до наступного аналізу мікрошліфів із цих зразків. Корозійне розтріскування оцінюють за часом до руйнування зразків під дією електролітів і розтягуючих напружень. Аналогічно за кількістю циклів до руйнування визначають корозійну втомленість.

Швидкість корозії за об'ємом виділеного водню визначають за допомогою простого приладу (рис. 14.2), який складається з перевернутої градуйованої бюретки 1, встановленої на штативі 2. Нижня частина бюретки закінчується воронкою 3 з гачком 4 для закріплення зразка 5. Під воронку ставлять склянку 6 з корозійним середовищем. Після відкриття крана 7 у бюретку подається корозійна рідина до нульової поділки. Об'єм водню, що виділився за певний час, вимірюється за поділками бюретки.