Микроструктура сплавов на основе меди

⇐ ПредыдущаяСтр 24 из 34Следующая ⇒

В качестве характерных представителей сплавов на медной основе в работе используются сплавы марок Л68 и Л59 (латуни) и БрО10 и БрС30 (бронзы).

Микроструктура двойных низколегированных латуней в условиях равновесия определяется диаграммой состояния системы Cu-Zn. На рис.6 приведен фрагмент этой диаграммы, отражающей фазовые равновесия в сплавах с содержанием цинка до 50%, поскольку промышленное применение находят латуни, содержащие до 45%Zn. В соответствии с этой диаграммой состояния латуни по структуре делятся на однофазные (α -латуни), содержащие до 39%Zn и состоящие из зерен а-твердого раствора цинка в меди, и двухфазные (α +β )-латуни, содержащие от 39 до 45%Zn и состоящие из зерен α -твердого раствора цинка в меди и зерен α -твердого раствора на основе соединения CuZn.

Однофазные α -латуни обладают высокой пластичностью при нормальной (комнатной) температуре. Поэтому однофазные латуни выпускают в виде полуфабрикатов, полученных холодной обработкой давлением (штамповкой, прокаткой или протяжкой) листов, труб, лент, проволоки, из которых методом глубокой вытяжки изготавливают радиаторные трубы, снарядные гильзы, сильфоны, трубопроводы, а также производят детали (шайбы, втулки, уплотнительные кольца), не требующие высокой твердости. Холодная обработка вызывает наклеп.

Рис.10.6. Фрагмент диаграммы

Состояния системы медь-цинк

В наклепанном состоянии латунь с содержанием цинка 20% и выше подвержена растрескиванию по границам зерен, имеет низкую коррозионную стойкость. Поэтому ее подвергают рекристаллизационному отжигу, в результате чего однофазная латунь приобретает зеренную структуру с характерными для пластичных сплавов двойниками. На рис.10.7 показана микроструктура однофазной латуни марки Л68. Поскольку зерна α -фазы выходят на поверхность микрошлифа различными кристаллографическими плоскостями, степень их травимости реактивом различна и они имеют неодинаковую окраску.

Микроструктура двухфазной латуни марки Л59 в литом состоянии, представленная на рис.10.8, состоит из светлых зерен α -твердого раствора цинка в меди и темных (более богатых цинком и травящихся сильнее) зерен β -твердого раствора на базе химического соединения CuZn. Присутствие в структуре β - фазы, имеющей низкую пластичность и высокую твердость, повышает характеристики прочности латуней. Двухфазные латуни являются более пластичными при температурах выше 500°С. Поэтому эти латуни выпускают в виде полуфабрикатов, полученных горячей обработкой давлением: листов, прутков, труб, штамповок, из которых изготавливают втулки, гайки, тройники, штуцеры, токопроводящие детали электрооборудования и др.

Легированные латуни применяют в качестве деформируемых и литейных. Последние, как правило, содержат большое количество цинка и легирующих элементов.

В промышленности находят применение как двойные - оловянные, свинцовистые и другие бронзы, так и многокомпонентные, содержащие кроме основных легирующих элементов добавки свинца, цинка, фосфора и никеля.

Рис.10.7. Схема микроструктуры

Однофазной латуни марки Л68 после холодной пластической деформации и рекристаллизационного отжига,

α -фаза, х 440

Рис.10.8. Схема микроструктуры

двух-фазной латуни марки Л59 в литом состоянии, α -фаза и β -фаза, х 440

Рис.10.9. Фрагмент диаграммы состояния системы медь-олово

Рис.10.10. Схема микроструктуры двухфазной бронзы марки БрО10 в литом состоянии, α -фаза и

эвтектоид (α +δ ),.х600

Микроструктура двойных оловянных бронз определяется диаграммой состояния системы Cu-Sn. На рис.10.9 приведен фрагмент этой диаграммы для сплавов с содержанием олова до 30%, поскольку промышленное применение имеют сплавы, содержащие до 20%Sn. Сплошными -линиями показаны границы фазовых областей равновесной системы.

В соответствии с этой диаграммой состояния бронзы по структуре делятся на однофазные, состоящие из зерен α -твердого раствора олова в меди, и двухфазные, состоящие из зерен α -твердого раствора олова в меди и зерен эвтектоида (α +δ ), в котором δ -фаза представляет собой соединение Cu₃Sn₈. При очень медленном охлаждении протекает равновесная кристаллизация, и граница между однофазными и двухфазными бронзами соответствует 14% олова. В реальных заводских условиях при литье в металлические и земляные формы происходит ускоренное охлаждение сплавов, в связи с чем диффузия атомов олова в меди затрудняется и сплавы ведут себя так, как если бы растворимость олова в меди была постоянное, равной 6-8%, и не менялась с температурой (пунктирные линии на рис.10.9). Исходя из этого, однофазными являются бронзы с содержанием олова не более 5-6%. Такие сплавы имеют высокую пластичность и являются деформируемыми.

Бронзы, содержащие олово в большем количестве, по структуре являются двухфазными. Микроструктура двухфазной бронзы марки БрО10 состоит из темных зерен α -твердого раствора олова в меди и зерен эвтектоида (α +δ ) (рис.10.10). Основой эвтектоида является S-фаза (химическое соединение Cu₃Sn₈), на белом поле которой расположены мелкие темные выделения α -фазы. Наличие твердой и хрупкой δ -фазы исключает возможность обработки давлением, поэтому такие бронзы применяют только в литом состоянии.

В качестве примера можно назвать литейные бронзы марок БрО5Ц5С5, БрО10Ф1 и др., деформируемые бронзы марок БрОФ6, 5-0, 4, БрОЦ4-3 и др. Оловянистые бронзы используются для изготовления паровой и водяной арматуры, подшипников скольжения, втулок, зубчатых колес, деталей приборов.

Микроструктуру свинцовистых бронз можно охарактеризовать с помощью двойной диаграммы состояния системы Cu-Pb (рис.10.11). Как видно из диаграммы состояния, свинцовистая бронза марки БрС30 с содержанием свинца 30% является доэвтектическим сплавом и его структура при нормальной (комнатной) температуре должна состоять из зерен α -твердого раствора свинца в меди и эвтектики, состоящей из а-твердого раствора свинца в меди и β -твердого раствора.

Однако эвтектика по составу совпадает с чистым свинцом (99, 98%), а α -фаза - с чистой медью, поэтому можно сказать, что фактически микроструктура сплава состоит из зерен двух металлов - свинца и меди.

На рис.10.12 представлена микроструктура свинцовистой бронзы марки БрС30, состоящая из светлых зерен α -фазы (фактически меди) и темных зерен эвтектики (фактически свинца). Свинцовистые бронзы являются высококачественными антифрикционными материалами и применяются для изготовления опорных и шатунных подшипников мощных турбин, авиационных моторов, дизелей и других машин.

Рис. 10.11. Диаграмма состояния системы медь-свинец

Рис.10.12. Схема микрострукуры свинцовистой бронзы марки БрС30 в литом состоянии, α -фаза и эвтектика (α +β ), х340

⇐ Предыдущая 19 20 21 22 232425 26 27 28 Следующая ⇒