ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ, ОБРАЗЦЫ
Практическая работа№7
«Изучение микроструктур цветных металлов и сплавов на их основе»
Цель работы — ознакомление с методом микроанализа цветных металлов и сплавов с помощью металлографического микроскопа.
Время на проведение работы – 2 часа
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
Основными структурами цветных металлов и сплавов являются твердые растворы, механические смеси (эвтектики и эвтектоиды), химические соединения и интерметаллические соединения. Структура цветных сплавов характеризуется большими размерами зерен дендритного строения, поэтому при рассмотрении в микроскоп достаточно 100 — 200-кратного увеличения. Характер структуры цветных металлов определяется способностью сплавляемых компонентов растворяться в основном металле в твердом состоянии. При введении в сплав легирующих добавок растворимость сплавляемых компонентов может изменяться, что приводит к изменению реальной структуры.
Латунью называется сплав меди с цинком. В соответствии с ГОСТ 15527—2004 «Сплавы медно-цинковые (латуни), обрабатываемые давлением. Марки» выпускают следующие марки простой латуни: Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, Л63 и Л60.
Изучение микроструктуры латуни начнем с анализа диаграммы состояния сплава медь—цинк (Рисунок - 4.1).
По структуре латунь подразделяют на две группы.
Латунь первой группы с массовой долей цинка до 39 % имеет низкую твердость, высокую пластичность и хорошую обрабатываемость давлением: латунь марок Л96, Л90, Л80 и Л68. Латуни первой группы имеют однофазную структуру из зерен твердого раствора замещения цинка в меди (α-латуни). При исследовании в микроскоп зерна твердого раствора представляют собой крупные светлые участки. Температура плавления латуни при увеличении массовой доли цинка уменьшается. Например, латунь марки Л96 (4 % цинка) плавится при температуре 1 075 °С, латунь марки Л68 (32% цинка) — при температуре 905 "С. Микроструктура литой однофазной латуни с массовой долей цинка 30 % имеет дендритное строение (Рисунок - 4.2): светлые участки — дендриты, обогащенные медью, темные участки — междендритная фаза, обогащенная цинком.
Рисунок - 4.1. Диаграмма состояния сплавов системы медь-цинк
Латунь второй группы (марок Л63 и Л60), содержащая 37... 40 % цинка, имеет двухфазную структуру: твердый раствор цинка в меди и твердый раствор цинка со сложной кристаллической решеткой. Структура двухфазной латуни представлена в виде светлых зерен (α-фаза) и темных включений (β-фаза). Латунь второй группы имеет пониженную пластичность и хорошо обрабатывается давлением в горячем состоянии.
Рисунок - 4.2. Микроструктура латуни: а – микроструктура двухфазной латуни после обработки давлением; б – эскиз микроструктуры латуни марки Л70
При температуре 450...470°С β-фаза имеет неупорядоченное строение. При повышении температуры происходит упорядочивание атомной решетки: на один атом меди приходится один атом цинка; такая структура называется (β'-фазой. При высоком содержании цинка (более 50 %) образуется γ-фаза — твердый раствор цинка в меди, имеющий сложную кристаллическую решетку, хрупкий, твердый; практического применения такой сплав не находит.
Твердые растворы в латуни имеют крупные светлые зерна дендритного строения. Для улучшения свойств (коррозионной стойкости, прочности, обрабатываемости резанием и др.) в латунь вводят легирующие элементы: алюминий, кремний, марганец, свинец и др. Латунь с массовой долей цинка до 39 % закалке не подвергается, так как не имеет фазовых превращений (см. Рисунок - 4.1).
Бронзой называется сплав меди с оловом. В настоящее время кроме олова в медный сплав добавляют алюминий, кремний, марганец, бериллий и другие элементы в зависимости от требуемых свойств. В зависимости от включаемых в бронзу легирующих элементов бронзу называют алюминиевой, бериллиевой, марганцевой и др.
Рисунок 4.3. Диаграмма состояния сплавов системы медь-олово
Изучение микроструктуры бронзы начнем с анализа диаграммы состояния сплавов системы медь—олово (Рисунок - 4.3). При массовой доле олова 6...7 % бронза имеет двухфазную структуру: твердого раствора олова в меди и меди при обычных условиях отливки. После обработки давлением и отжига бронза состоит из одного твердого раствора олова в меди (α-бронза).
Структуры бронзы отличаются друг от друга в зависимости от технологии производства. Литая бронза имеет однофазное дендритное строение (Рисунок - 4.4, а). После обработки давлением бронза получает однородное строение зерна (твердого раствора а олова в меди). Под микроскопом структура бронзы имеет вид светлых полей зернистого строения (Рисунок - 4.4, б).
Рисунок - 4.4. Микроструктура бронзы: а – литой оловянной бронзы после обработки давлением
Баббитом называют антифрикционный сплав, основу которого составляет свинец или олово и сплавляемые компоненты. Наиболее широко применяют баббит марок БС6 и Б16 (16...18% олова, 1... 1,5 % меди, остальное — цинк). Структура баббита имеет эвтектическое строение — темные зерна, по краям которых светлые границы (Рисунок - 4.5).
Рисунок - 4.5. Микроструктура баббита (а) и эскиз микроструктуры баббита (б)
Рассматривая диаграммы состояния указанных сплавов видно, что их структура состоит из механической смеси (эвтектика или эвтектоид), химического соединения и твердых растворов. Отдельные сплавы в зависимости от массовой доли сплавляемых элементов, например баббит (свинец, сурьма и медь) с массовой долей свинца 13% и сурьмы 87 %, могут иметь эвтектическое состояние (механическая смесь свинца и сурьмы).
Сущность метода исследования микроструктуры латуни, бронзы и баббита заключается в изучении подготовленных образцов (темплетов) с помощью металлографического микроскопа со 100 — 200-кратным увеличением, выполнении эскизов наблюдаемых структур и их сравнении с имеющимися рисунками. По структуре определяют примерный химический состав и состояние сплава (однофазное, двухфазное).
ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ, ОБРАЗЦЫ
Для проведения лабораторно-практической работы необходимы:
· образцы (темплеты) из различных марок латуни, бронзы и баббита (образцы изготавливают в
слесарной мастерской на уроках производственного обучения);
· набор напильников и шлифовальной шкурки;
· полировочная паста ГОИ;
· реактивы;
· тампоны;
· кислотостойкие перчатки;
· металлографический микроскоп.
Дата добавления: 2021-11-30; просмотров: 34; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!