Диссертация (1172950), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Но это может быть следствие попадания на более тугоплавкий металлрасплавленного менее тугоплавкого, например, расплавленного алюминия намедь, латунь, сталь и т.д.Конецмедногопроводника,разрушенноговрезультатепопаданиярасплавленного алюминия, обычно имеет вид косого среза или кратера. Какправило, на торце просматриваются вкрапления алюминия и поэтому он имеетсеребряную окраску [24]. На других участках провода признаков, позволяющихдифференцировать данный механизм, не наблюдается.При КЗ оплавления носят локальный характер (дуга плавит металлнаправленно, в локальной зоне) и имеют округлую форму, вид косого среза иликратера.
Сечение проводника может изменятьсявблизи оплавления нанебольшом участке. Изоляция, в случае ее сохранения, обуглена изнутри.При КЗ на конце проводника (в зоне оплавления) и вблизи него отсутствуютвключения инородного металла, что характерно для расплавления при попаданииинородного более легкоплавкого металла, например, алюминия [24].2) Металлографическое исследованиеДляисследованияприготавливаютмикроструктурымикрошлиф.Изучениеметаллавместемикроструктурыоплавленияпроизводятнаметаллографическом микроскопе, в белом и поляризованном свете, обычно приувеличении 50-200х [24].Медьвисходномсостоянииможетиметьволокнистуюнерекристаллизованную структуру или мелкозернистую с двойниками [11, 15, 16,18].
Вдоль провода, по направлению к оплавлению, в различных ситуациях (КЗ,перегрузка, внешнее тепло пожара) могут наблюдаться участки частичной,полной, собирательной рекристаллизации, плавления [24].В случае ПКЗ в месте оплавления наблюдается двухфазная структура эвтектический сплав Cu + (Cu - Cu2O). При этом в зависимости от длительности19дуговогопроцессамогутнаблюдатьсяследующие3характерныемикроструктуры:1. В сплаве содержится от 0,05% до 0,39% кислорода (определяется припомощи эталонов микроструктуры или расчетным путем) [11, 38].2. В сплаве содержится 0,39% кислорода.
В этом случае структура состоитсплошь из эвтектики Cu - Cu2O.3. В расплавленной меди растворилось более 0,39% кислорода. В этом случаепомимо эвтектики в структуре появляются первичные кристаллы оксида меди(I) Cu2O.В условиях, характерных для ПКЗ,происходит быстрое охлаждениерасплавленной электрической дугой части проводника – пожара еще нет и сампроводник, за исключением места КЗ, а также окружающая атмосфера холодныеи хорошо отводят тепло. Это приводит к тому, что образующиеся в расплавецентрыкристаллизацииначинаютинтенсивнорастивнаправлениимаксимального отвода тепла (по металлу проводника).
В результате образуетсязона вытянутых кристаллов, получивших название столбчатых дендритов. Такаяструктура является устойчивым физическим признаком, характеризующим ПКЗ.Этот признак сохраняется при последующем высокотемпературном (до 1000 °С)отжиге в ходе развившегося пожара.Отсутствие в атмосфере при ПКЗ газов-восстановителей (оксида углерода,водорода и др.) приводит к тому, что газовые поры и раковины в зоне оплавленияне образуются [24].В случае ВКЗ наблюдается иная микроструктура.
Присутствие в атмосферепожара оксида углерода приводит к исчезновению эвтектики Cu - Cu2O пограницам зерен меди, а присутствие в атмосфере небольших количеств водорода,помимо этого, способствует образованию газовых пор и раковин по границам ивнутри тела зерен меди. Сами зерна литой меди имеют равноосную округлуюформу.В тех случаях, когда содержание кислорода в атмосфере понижено, ноконцентрация газов-восстановителей недостаточна для восстановления меди, по20границам зерен может наблюдаться тонкая прослойка эвтектики Сu - Cu2O.
Номассовая доля кислорода при этом не превышает 0,05 %.3) Рентгеноструктурный анализКак отмечалось выше, отечественная методика рентгеноструктурного анализамедных проводников с дуговыми оплавлениями, позволяющая дифференцироватьПКЗ и ВКЗ, впервые была разработана во ВНИИПО профессором СмелковымГ.И. с соавторами. В методике использовалась рентгеновская съемка проводниковфотометодом [63].В существенно модернизированном виде, с использованием рентгеновскихдифрактометров общего назначения, методика была разработана в 1986 году вЭКЦ МВД СССР Россинской Е.Р. с соавторами [29].С помощью данной методики исследуются провода и кабели безметаллической оплетки, с медными жилами, проложенные как открыто, так и вметаллорукавах, трубах.В отличие от первых методик, в которых дифференциация ПКЗ/ВКЗстроилась на определении соотношения в дуговом оплавлении оксидов меди (I) и(II), указанная рентгеновская методика базируется на сравнении концентраций вповерхностном слое проводника одного оксида Cu2O, но на разном удалении отместа оплавления.Методики выявления признаков ПКЗ-ВКЗ на медных проводах являютсяодними из наиболее востребованных и широко используемых инструментальныхметодик СПТЭ.
И, в то же время, достаточно часто критикуемых как учеными,так и специалистами- практиками. Последние отмечают случаи, когда оплавленияс признаками КЗ вдруг оказываются вне зоны очага или таких оплавленийоказывается не одно, а несколько, или выводы о первичности КЗ никак нестыкуются с прочими известными и установленными фактами по пожару.Методик экспертного анализа после пожара электротехнических изделий,выполненных из латуни (например, контактов, контактных пластин и т.д.), впожарно-технической экспертизе не существует. Сложность разработки таких21методик, в первую очередь связана с большей, по сравнению, с медьюноменклатурой металлоизделий из латуни, с вариациями возможных типовмедно-цинковых сплавов и их микроструктур. На практике зачастую экспертныйанализ электротехнических изделий из латуни, изъятых с места пожара,проводится по методике анализа оплавлений медных проводников. Это приводитк ошибочным экспертным выводам о природе оплавлений латунных изделий,поскольку, как будет показано далее, микроструктура латуней, ее видоизмененияпри нагреве, плавлении и кристаллизации отличаются от меди.1.3 Особенности микроструктуры медных сплавов1.3.1 Медь и ее микроструктураНаиболее распространенным материалом, из которого изготавливаютэлектропроводку и другие кабельные изделия, является медь.
Медь – этопластичный металл, который плавится при температуре 1083 °С. Отличительнаяособенность меди - ее малое электросопротивление, высокая теплопроводность.Примесиоказываютсущественноевлияниенамеханические,технологические и физические свойства меди. Так, примеси в виде серы икислорода образуют тугоплавкие эвтектики, которые располагаются по границамзерен, что приводит к появлению хрупкости меди. Микроструктура литой медиполиэдрическая,зернистаяхолоднодеформированной(рисунокмеди,1.1).подвергнутойМикроструктурапоследующемурекристаллизационному отжигу, такая же, но с наличием двойников (рисунок 1.1)[25, 28].22а)Рисунок 1.1 - Микроструктура меди (справа - схематическое изображение):а) литой; б) холоднодеформированной,подвергнутой рекристаллизационному отжигу1.3.2 Виды латуней и их микроструктураЛатуни представляют собой двойные и многокомпонентные медные сплавы,в которых основным компонентами являются медь и цинк.
Содержание цинка влатунях,изделияизкоторыхиспользуютвбыту,промышленности,электротехнике и т.д., не превышает 45 % [67].Двойные, или простые, латуни относятся к системе Cu-Zn. Как следует издиаграммы состояния, представленной на рисунке 1.2, у сплавов меди с цинкомпри комнатной температуре возможно образование пяти фаз:- α-твердый раствор цинка в меди. Растворимость цинка в меди прикомнатной температуре равна 39 %, она не изменяется практически до 454 °С иубывает до 32 % при 902 °С;- β-твердый раствор на базе электронного соединения CuZn;23- γ и ε - твердые растворы на базе различных электронных соединений;- η-твердый раствор меди в цинке [31, 32].Рисунок 1.2 - Диаграмма состояния системы Cu-Zn [25]В силу более высоких литейных свойств, высокой пластичности и твердостилатуни со структурами α и (α + β) получили наибольшее распространение впромышленности.α–Латуни содержат меди не менее 61 % и, соответственно, цинка не более39 %.
Примером могут служить такие марки латуней как Л62, Л68, Л96 и др.,представляющие собой класс т.н. деформируемых латуней. Из них изготавливаюттонкие листы, ленты и другие полуфабрикаты, из которых в дальнейшемштампуют различные детали (таблица 1.1).24(α + β)–Латуни содержат 55-61 % меди. Наиболее распространенныйпредставитель латуни с такой структурой является марка Л59. Из латуней этоймарки изготавливают прутки, а из них с помощью обработки резанием –различные детали (таблица 1).Таблица 1.1 – Марки простых латуней и их применение [25]МаркилатуниЛ96ФазовыйсоставαПрименениеРадиаторные, конденсаторные и капиллярные трубкиЛ90αИзготовление знаков отличия, фурнитуры, художественных изделийЛ85αДеталимашин,приборовтеплотехническойихимическойаппаратуры, змеевики, сильфоны, гибкие шланги, контакты, пружины,конденсаторные трубы, детали холодильного оборудования и др.Л80αПроволочные сеткивцеллюлозно-бумажнойпромышленности,сильфоны и др.Л68αРадиаторныетрубкиавтомобилей,штампованныеизделия,трубопроводы, прокладки, шайбы, заклепки, сеткиЛ63αГайки,болты,деталиавтомобилей,конденсаторныетрубы,трубопроводы, прокладки, шайбы, заклепки, сеткиЛ60α+βТолстостенные патрубки, гайки, детали машин,трубопроводы, прокладки, шайбы, заклепки, сеткиЛ59α+βЛисты, прутки, трубыКак было отмечено выше, латуни,применяемые для изготовленияэлектротехнических изделий, могут иметь два вида микроструктуры: однофазная,т.н.
α-латунь и двухфазная, т.н. (α+β)-латунь.Микроструктура литой однофазной латуни имеет дендритное строение(рисунок 1.3). Эта же латунь после холодной обработки давлением ирекристаллизационного отжига, имеет структуру полиэдрических зерен срасположенными внутри двойниками (рисунок 1.3).Микроструктура литой двухфазной (α+β)-латуни состоит из светлых зерен αфазы и темных зерен β–фазы (рисунок 1.4).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
