Базалеева_Наумова_Металлография_часть 2 (Базалеева Наумова Металлография - часть 2), страница 12

При искусственном старении из пересыщенногоалюминиевого твердого раствора выделяются промежуточные фа81зы β (Mg2Si) и S (CuMgAl2), которые обеспечат упрочнение пристарении.Единственным промышленным силумином, в состав которого невходят дополнительные легирующие элементы является сплав АК12(Al — 10…13 % Si). Его состав близок к эвтектическому. Способомповысить механические характеристики этого сплава является только измельчение эвтектических кристаллов кремния, которое можетбыть достигнуто двумя путями: увеличением скорости охлажденияпри кристаллизации или введением в сплавы небольших количеств(сотых долей процента) щелочных металлов (Na, Li, Sr).При увеличении скорости охлаждения при кристаллизации пластинчатая форма кристаллов эвтектического кремния сменяется наволокнистую.

Этот способ повышения уровня механическихсвойств дает хорошие результаты, но его применение ограничено:он применим только для тонкостенных деталей, которые могут бытьотлиты в металлический кокиль или методом литья под давлением.Другой способ — модифицирование структуры силуминов малыми добавками щелочных металлов — более универсален. Напрактике широко применяется модифицирование силуминов натрием. Введение в расплав 0,01 % Na затрудняет кристаллизациюкремния, в результате понизятся температура выделения первичного кремния и температура эвтектического равновесия, и эвтектическая точка сдвинется в сторону больших концентраций кремния (см.рис.

5.4). Таким образом, под действием Na сплав АК12 становитсядоэвтектическим и в его структуре появляются кристаллы α-твердого раствора дендритной формы. Модифицированная эвтектикатакже существенно меняет свой вид: кристаллизуясь при более низких температурах, она становится дисперснее, а вместо пластинчатого строения кристаллы Si приобретают сильноразветвленный скелет с ветвями волокнистой формы, сечение которых в плоскостишлифа имеют глобулярный или точечный вид. Структура модифицированного силумина показана на рис. 5.5, в.

Такое изменениеструктуры сплава положительно сказывается на его механическихсвойствах. Так, немодифицированный силумин имеет σв = 140 МПапри δ = 3 %, а после модифицирования σв = 180 МПа, δ = 8 %.Несмотря на то, что описанный способ модифицирования силумина был предложен еще в 1920 г., до сих пор природа влияниянатрия полностью не установлена. Одна из последних гипотез82сводится к тому, что атомы Na адсорбируются на поверхностикристаллов Si и способствуют образованию на ней множественныхдвойников, которые и обусловливают сильное ветвление кристаллов кремния в эвтектических колониях.В качестве модификатора более выгодно было бы использоватьдобавку 0,1 % стронция. Под действием этой добавки Si в эвтектике также кристаллизуется в виде тонкоразветвленных дендритов, номодифицирующее действие натрия из-за его выгорания не сохраняется при переплаве, и его необходимо добавлять непосредственноперед литьем, тогда как Sr не исчезает при переплаве, и его можновводить в силумин при его выплавке на металлургическом заводе.Как и деформируемые алюминиевые сплавы, силумины всегдасодержат примесь железа, снижающую их пластичность.

Однакоколичество железосодержащих частиц и характер их распределения в отливке зависит от способа литья. Чем выше скорость охлаждения при кристаллизации, тем мельче эти частицы, и тем болееравномерно они распределены по объему отливки и тем меньше ихотрицательное влияние на свойства сплава.

Поэтому литье в металлический кокиль и литье под давлением предпочтительнее литья в земляную форму.Также для повышения пластичности силуминов в их состав вводят Mn (0,2…0,6 %), который образует фазу Al15Si2(Mn,Fe)3, кристаллизующуюся в составе эвтектики и имеющую скелетообразнуюформу. Иногда выделения этой фазы похожи на иероглифы, и такуюструктуру называют «китайские иероглифы» (рис. 5.6).Рис.

5.6. «Китайские иероглифы» — фаза Al15Si2(Mn,Fe)3:а — металлографический анализ; б — растровая электронная микроскопия83Кроме силуминов применяются литейные сплавы на основесистем Al — Cu, Al — Mg и некоторых других. Al — Cu сплавыобладают высокой прочностью и жаропрочностью, но значительноуступают силумину по литейным свойствам. Главным достоинством литейных Al — Mg сплавов является их высокая коррозионная стойкость, в том числе в морской воде, но литейные свойстваэтих сплавов тоже невысокие.Порядок выполнения1.

С помощью металлографического микроскопа изучить микроструктуры алюминиевых сплавов. Название сплава, схему микроструктуры с указанием структурных составляющих и увеличения микроскопа, а также условие формирования структуры и значение ее твердости занести в табл. 5.2.Таблица 5.2№ образцаСтруктура алюминиевых сплавовМикроструктура, Название сплава,С.С. и увеличе- описание струкниетурыФ.С.и составэтих фазУсловия формирования структурыНВ2.

Используя диаграммы состояния, определить фазовый состав сплава и состав фаз, входящих в него.Содержание отчета1. Цель работы.2. Краткая теоретическая часть.3. Результаты работы, представленные в виде табл. 5.2.4. Выводы о влиянии термической обработки на структуру исвойства дуралюмина, о влиянии модифицирования на структуру исвойства силумина.Контрольные вопросы1. Каково кристаллическое строение алюминия?2. Какими свойствами обладает алюминий?843. Опишите процесс упрочняющей термической обработки алюминиевых сплавов.4.

Как изменяется структура и свойства алюминиевых сплавов призакалке и старении?5. Что такое зоны Гинье — Престона?6. Объясните причину выделения в процессе старения фаз метастабильного состава.7. С чем связан процесс перестаривания? В чем его причины?8. Как можно осуществить «возврат» к свежезакаленному состоянию? В чем сложность этого процесса?9. Какие виды отжига проводят в алюминиевых сплавах?10. Почему сплавы систем Al — Mn и Al — Mg не упрочняются термически?11. Как примеси Si и Fe влияют на свойства дуралюминов?12. Укажите на диаграмме Al — ЛЭ (ЛЭ — легирующий элемент) литейные и деформируемые сплавы; термически упрочняемые и неупрочняемые.13.

Каковы способы повышения механических свойств силуминов?14. Как добавка Na влияет на структуру и свойства силуминов?15. Чем отличается действие модификатора Sr от Na?85Лабораторная работа № 6МИКРОСТРУКТУРА СПЛАВОВНА ОСНОВЕ МЕДИЦель работы1. Ознакомиться с типичными структурами медных сплавов.2. Ознакомиться с влиянием состава и термической обработкина структуру медных сплавов.Теоретическая частьМедь и медные сплавыВ меди не наблюдается полиморфных превращений, и во всеминтервале температур она имеет ГЦК-решетку.

Температура плавления меди составляет 1083 °С, ее плотность 8,96 г/см3 и она относится к тяжелым цветным металлам. Чистая медь обладает небольшой прочностью и высокой пластичностью: предел ее прочности σв = 220 МПа, а относительное удлинение δ = 50 %.Прочностные характеристики меди можно повысить путем холодной пластической деформации. При пластической деформации,как и в других металлах с ГЦК-решеткой, скольжение дислокацийпреимущественно происходит по плоскостям {111} вдоль направлений <110>. По тепло- и электропроводности медь находится навтором месте после серебра. Медь — диамагнитный материал, обладающий удовлетворительной коррозионной стойкостью в воздушной атмосфере.

При взаимодействии с воздухом на поверхности Cu образуется защитная пленка (патина), которая в зависимости от влажности и состава атмосферы, а также длительностипребывания в этой среде имеет разный состав и оттенки от розовато-красного до зеленого.Высокая электропроводность Cu обусловливает ее применениев электротехнике. Из нее изготавливают провода, кабели, шины и86другие токопроводящие изделия. Высокая теплопроводность позволяет использовать Cu в различных теплообменниках.Наклеп несколько снижает электропроводность меди. Поэтому,если токопроводящие изделия не должны обладать повышеннойпрочностью, то применяют Cu в отожженном состоянии, для подвесных же проводов, где требуется прочность, применяют холоднодеформированную (нагартованную) медь, либо медь с добавками упрочняющих легирующих элементов, например, 1 % Cd.Примеси и легирующие элементы снижают электропроводность меди. По характеру взаимодействия с Cu все элементы можно разбить на три группы:элементы, растворимые в твердом растворе на основе Cu — Al,Fe, Ni, Zn, Ag, Au, Pt, Cd, Sb.элементы, практически нерастворимые в Cu в твердом состоянии и образующие с ней легкоплавкие эвтектики — Bi и Pb.элементы, образующие химические соединения с Cu — S, Oи др.Элементы первой группы, упрочняя твердый раствор на основеCu, особенно резко снижают электро- и теплопроводность.

Поэтому для проводников тока используют медь с ограниченным содержанием этих элементов.Примеси, нерастворимые в меди, отрицательно влияют на еемеханические и технологические характеристики, при этом на электропроводность они существенного влияния не оказывают. Свинеци висмут образуют по границам зерен легкоплавкие эвтектики(Cu+Pb) и (Cu+Bi), состоящие практически из чистого свинца ивисмута. Висмут — хрупкий металл, и его прослойки по границамзерен медного твердого раствора приводит к хладноломкости, т. е.понижению пластичности при низких температурах. Свинец неприводит к хладноломкости меди, так как он пластичен. При горячей прокатке меди (820…860 °С) эти эвтектики находятся в жидкомсостоянии, и по ним при обжатии происходит межкристаллитноеразрушение (красноломкость).

Для предотвращения красноломкости медь должна содержать не более 0,003 % Bi и 0,05 % Pb. Следует отметить, что свинец облегчает обработку меди резанием, так какделает стружку более ломкой.Примеси кислорода и серы образуют с Cu хрупкие химическиесоединения: Cu2O и Cu2S, входящие в состав эвтектик. Но эти87эвтектики, в отличие от эвтектик (Cu+Pb) и (Cu+Bi), богаты медьюи содержат 0,39 % O и 0,77 % S соответственно.

Эвтектики(Cu+Cu2O) и (Cu+Cu2S) не являются легкоплавкими и поэтомукрасноломкости не вызывают, но будучи хрупкими они неблагоприятно влияют на пластичность Cu и ее технологичность. Крометого, медь, содержащая кислород, подвержена при нагреве в среде,содержащей водород, например, в продуктах неполного сгоранияжидкого топлива, так называемой «водородной болезни». Атомыводорода диффундируют вглубь меди, и протекает реакция восстановления оксида меди (I) (Cu2O + H2  2Cu + H2O), в результате которой формируется нерастворимый в Cu водяной пар.

Поддавлением этого пара могут возникнуть вздутия и образоватьсямикротрещины.Интересные закономерности наблюдаются в двойных диаграммах равновесия Cu (элемент 11 группы таблицы Менделеева)с элементами 12–15 групп. Было установлено:• диаграммы состояния меди с элементами i-й группы оченьсхожи между собой, особенно со стороны меди;• растворимость легирующих элементов групп 12–15 в Сuуменьшается с увеличением валентности, например, растворимость в меди Zn (12 группа) составляет 39 % (ат.), Ga (13 группа) — 20 %, Ge (14 группа) — 12 %, As (15 группа) — 6,7 %;• максимальная растворимость каждого из этих легирующихэлементов в меди соответствует примерно одной и той же электронной концентрации, равной 1,4;• на всех этих диаграммах α-твердый раствор на основе мединаходится в равновесии с промежуточной β-фазой, имеющейОЦК-решетку.Анализ этих закономерностей привел Юм-Розери к выводу,что фазовые равновесия в системах меди и элементов 12–15 группопределяются электронной концентрацией, т.