13.3 Експериментальна частина
13.3.1 Обладнання:
Металографічний мікроскоп;
Твердомір типу Роквелла ТК-2;
Зразки сплаву Д16.
13.3.2 Хід роботи
Провести загартування зразків сплаву Д16: нагрів до температури 500°C, витримка 30 хвилин, швидке охолодження у воді.
Провести штучне старіння загартованих зразків сплаву: витримка зразків при Т=150°C 2 години.
Дослідити структуру сплаву, виміряти твердість після загартування, старіння штучного, природного.
Зробити висновок за визначенням температури загартування сплаву Д16, пояснити причину зміцнення сплаву після старіння.
13.4 Контрольні питання
За діаграмою стану Cu – Al вкажіть температуру нагріву під загартування для дюралюмінів.
З точки зору структури поясніть, чому дюралюміни найбільш пластичні після загартування?
Вкажіть, за рахунок яких структурних складових відбувається зміцнення дюралюмінів при старінні?
Що таке фазове, зонне старіння дюралюмінів?
Поясніть механізм зміцнення дюралюмінів при старінні (зони Гіньє-Престона, – фаза).
Чому бінарні сплави типу АМц, АМг не зміцнюються термічною обробкою?
Яки ливарні алюмінієві сплави зміцнюються термічною обробкою?
Вкажіть, в якому стані дюралюміни рекомендовано обробляти тиском, чому?
Посніть, чому після загартування і старіння твердість дюралюмінів буде більшою за твердість авіалів?
Вкажіть мікроструктуру дюралюмінів після загартування, старіння.
Лабораторна робота 14
МІКРОАНАЛІЗ МІДІ, ЛАТУНЕЙ, БРОНЗИ, БАБІТІВ
14.1 Мета роботи: за допомогою металографічного аналізу вивчити мікроструктуру міді, латуней, бронзі і встановити зв’язок мікроструктури з діаграмою стану
14.2 Теоретичні відомості
Мікроструктура деформівної і відпаленої міді зерниста, з наявністю двійників.
Сплави міді з цинком (до 45%) називаються латунями. Латуні з вмістом цинку до 39% однофазні (α-латуні), які містять цинку від 39% до 45% - двофазні (α+β’-латуні) (рис. 14.1).
Мікроструктура литої α-латуні має дендритну будову. Мікроструктура деформованої і відпаленої α-латуні має зернисту будову і характерні смуги двійників.
Мікроструктура α+β’- латуні являє сукупність двох фаз.
Мікроструктура алюмінієвої бронзи з вмістом Al до 9,8% є однорідний твердий α-розчин алюмінію у міді (рис.14.2). При вмісту Al більш 10% утворюються двохфазна система α + (α + γ’) (двохфазна бронза).
Мікроструктура сплаву міді з оловом (олов’яні бронзи) являє твердий α-розчин (вміст Sn до 6-7%), будова дендритна (рис. 14.3).
Мікроструктура бронзи з вмістом Sn 7-14% являє двохфазну систему – твердий α-розчин і евтектоїд α + Cu31Sn8.
Рисунок 14.1 – Діаграма стану мідь-цинк
Рисунок 14.2 – Діаграма стану Cu – Al Рисунок 14.3 – Діаграма стану Cu – Sn
Мікроструктура берилієвої бронзи являє твердий α-розчин і дрібні включення γ-фази (CuBe) (рис. 14.4). Берилій в міді володіє змінною розчинністю, тому берилієві бронзи зміцнюються термічною обробкою. Найбільше зміцнення досягається після старіння при температурі 300…350°C. Велика швидкість розпаду пересиченого розчину Cu – Be утрудняє термічну обробку. Берилієві бронзи легують нікелем. Нікель уповільнює фазові перетворення у берилієвих бронзах.
Найбільше поширення отримали бронзи Бр.Б2, Бр.БНТ1,7, Бр.БНТ1,9. Після зміцнення термічною обробкою вони мають високі межи міцності, пружності, текучості, втоми, володіють великою твердістю, зносостійкістю, зберігають високі електропровідність і теплопровідність.
Мікроструктура свинцевої бронзи являє суміш двох фаз міді і свинцю (рис. 14.5). Свинцеві бронзи володіють найкращими антифрикційними властивостями в порівнянні з іншими сплавами на основі міді, тому використовуються для виготовлення підшипників ковзання. Структура сплавів системи Cu – Pb являє кристали міді, евтектика Cu – Pb і м’яка свинцева основа, яка кристалізується в останню чергу і заповнює міждендритний простір. Основні свинцеві бронзи: Бр.СН60-2,5, Бр.С30.
Рисунок 14.4 – Діаграма стану Cu-Be Рисунок 14.5 – Діаграма стану Сu – Pb
Марганцеві бронзи (Бр.Мц5, Бр.МцС20-5) мають порівняно невисокі механічні властивості, але високу пластичність, корозійну стійкість, жароміцність. Марганцеві бронзи з вмістом Mn до 22% однофазні. Для підвищення механічних властивостей їх легують Pb, Аl, Fe, Ni, Si. Свинець не розчинюється у сплавах Cu – Mn і розташовується в чистому виді по границям зерен. Він покращує оброблюваність марганцевих бронз різанням і їх антифрикційні властивості, не знижуючи корозійної стійкості. Алюміній і кремній підвищують ливарні властивості сплавів, залізо, нікель і кремній – міцність, твердість.
Кремнієві бронзи містять у своєму складі 1…3% Si (Бр.КН1-3, Бр.КМц3-1), мають високі ливарні властивості, корозійну стійкість, пружність, допускають гарячу обробку тиском і обробку різанням.
Структура латуней, бронз, представлена на рис. 14.6.
Рисунок 14.6 – Мікроструктура ливарної (а) і деформівной (б) -латуні; ливарної -латуні (в) (х250)
Рисунок 14.7 – Мікроструктура олов’яної бронзи з 10% Sn
(х1000) (а); алюмінієвої з 10% Аl (х200) (б); свинцевої Бр.С30 (х100) (в); берилієвої Бр.Б2 після загартування і старіння (х250) (в)
Бабітами називаються антифрикційні сплави на основі олова і свинцю. Найкращими антифрикційними сплавами є олов’яний бабіт Б83 (83% Sn, 11% Sb, 6% Cu). Мідь у цьому сплаві введена для запобігання ліквації і для утворення твердих структурних складових. Мідь з оловом утворює хімічну сполуку Cu3Sn, яка кристалізується у першу чергу і утворює основу, в якої розташуються кристали твердого розчину – твердий розчин Sn в хімічної сполуки SnSb, який має малу питому вагу.
Структура цього бабіту складається з м’якої основи – твердого розчину Sb в Sn і твердих частинок твердого розчину (світлі кристали прямокутної форми) і хімічної сполуки Cu3Sn ( світлі кристали голчастої форми).
Цей бабіт використовується для заливки підшипників і вкладишів машин великої потужності.
Для інших підшипників використовуються бабіти, в котрих частина олова замінена свинцем, а також безолов’яні бабіти марок БС, ВК.
Бабіт Б16 (15…17% Sn, 15…17% Sb, 1,5…2,0% Cu, інше Pb) має структуру: м’яка основа – евтектика (свинцю і твердого розчину Sb в Sn), тверді частинки твердого розчину прямокутної форми і голчастих включень Cu3Sn.