алюминий и его сплавы. Алюминий и его сплавы. Лабораторная работа 6 Изучение структуры и свойств цветных сплавов Цели работы
 Скачать 1.15 Mb.
|
|
Алюминий и его сплавы. Медь и её сплавы Все металлы могут быть разделены на две большие группы: чёрные и цветные. Цветные металлы чаще всего имеют характерную окраску: красную, жёлтую, белую. Они обладают большой пластичностью, малой твёрдостью, для них характерно отсутствие полиморфизма. Сплавы алюминия и меди являются важнейшими конструкционными и электропроводящими материалами. Лабораторная работа №6 Изучение структуры и свойств цветных сплавов Цели работы Изучить микроструктуру цветных сплавов на основе алюминия и меди. Установить связь между структурой и свойствами цветных сплавов. Приборы, материалы, пособия Металлографический микроскоп. Аншлифы сплавов алюминия (силумин), меди (бронза, латунь). Основные сведения Чистый алюминийимеет низкие механические свойства, плохую обрабатываемость резанием, неудовлетворительные литейные качества (большую усадку затвердевания – до 6 %). Технический алюминий(АД и АД1) не применяется как конструкционный материал из-за низкой прочности. Однако высокая пластичность, коррозионная стойкость и электропроводность позволяют использовать его для получения деталей глубокой штамповкой и тончайших фольг, в качестве проводникового материала, а также в быту для транспортировки и пищевых продуктов. В связи с этим большое применение находят сплавы на основе алюминия, в которых добавление различных элементов позволяет при сохранении достоинств алюминия получить другие более высокие свойства. Технические алюминиевые сплавы подразделяют на две группы: применяемые в деформированном виде (прессованном, катаном, кованом) и в литом. Границу между сплавами этих двух групп определяет предел насыщения твердого раствора при эвтектической температуре (рис.1.). Классификация алюминиевых сплавов по диаграмме состояния и технологическимсвойствам  Рис. 1. 1-деформируемые сплавы, не упрочняемые термической обработкой; 2-деформируемые сплавы, упрочняемые термической обработкой Изменение технологических свойств в сопоставлении с диаграммой состояния показывает, что сплавы с содержанием легирующего компонента меньше предела растворимости обладают наибольшей пластичностью и наименьшей прочностью при высокой температуре, следовательно, хорошо подвергаются горячей обработке давлением. Наилучшую жидкотекучесть, меньшую пластичность и большую прочность имеют сплавы, содержащие эвтектику. Такие сплавы используются как литейные. Содержание эвтектики в литейных сплавах не должно превышать 15-20 % по объему из-за ухудшения механических и некоторых технологических свойств. Деформируемые сплавы подразделяют на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой. Границей между этими сплавами является предел насыщения твердого раствора при комнатной температуре. К деформируемым, неупрочняемым термической обработкой сплавам относятся: сплавы алюминия с марганцем (АМц) и алюминия с магнием (АМг). К деформируемым, упрочняемым термической обработкой относятся сплавы нормальной прочности, высокопрочные и другие. Типичные представители сплавов – дуралюмины (маркируют буквой Д). Они характеризуются хорошим сочетанием прочности и пластичности и относятся к сплавам системы Аl-Си-Мg, в которые дополнительно вводят марганец, повышающий коррозионную стойкость и улучшающий механические свойства. В настоящей работе более подробно изучаются литейные алюминиевые сплавы – силумины. Под группой алюминиевых сплавов, называемых силуминами, подразумевают сплавы с большим содержанием кремния. Эти сплавы обладают высокой жидкотекучестъю, сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористости в сочетании с хорошими механическими свойствами (особенно после модифицирования). Причем оптимальными литейными свойствами обладают сплавы с минимальной температурой плавления и минимальным температурным интервалом кристаллизации, содержащие 12-13% Si. Обычный силумин по структуре является заэвтектическим сплавом. Структура такого сплава состоит из игольчатой грубой эвтектики (α+Si) и первичных кристаллов кремния (рис. 2).  Рис. 2. Диаграмма состояния Si-Al Кремний при кристаллизации эвтектики выделяется в виде грубых хрупких кристаллов игольчатой формы, которые играют роль внутренних надрезов. Такой сплав обладает низкими механическими свойствами. Для повышения механических свойств силумины модифицируют натрием (0,05-0,08%) путем присадки к расплаву смеси солей 67% NaFи 33% NaCl. В присутствии натрия происходит смещение линии диаграммы состояния (рис.2) и заэвтектический сплав (12-13% Si) становится доэвтектическим, так как эвтектика теперь образуется при 14%Si. В этом случае в структуре сплава вместо избыточного кремния появляются кристаллы пластичногоα-раствора кремния в алюминии (рис. 3).  До модифицирования После модифицирования Рис. 3. Микроструктура силумина Эвтектика приобретает более тонкое строение и состоит из мелких кристаллов кремния и α-твердого раствора. В процессе затвердевания кристаллы кремния обволакиваются пленкой силицида натрия (NaSi), которая затрудняет их рост. Изменения в структуре приводят к повышению механических свойств. Одновременно улучшаются и литейные свойства сплавов (возрастает жидкотекучесть, повышается плотность отливок и т.д.). Литейные алюминиевые сплавы маркируются буквами АЛ: А - означает, что сплав алюминиевый, Л - литейный; цифра после буквенного обозначения – порядковый номер в ГОСТе. Например, в сплаве АЛ-2 кроме алюминия содержится 10-13 %Si; 0,8 - 1,5Fe и 2,2-2,8% других элементов. Силумины широко применяются во всех областях машиностроения. Их используют для изготовления картеров и блоков двигателей, корпусов компрессоров, деталей авиационных двигателей, корпусов приборов и др. Медьнаходит широкое применение в электротехнике. Технически чистая медь маркируется М00 (99,99% Сu ), М0 (99,95% Сu), M1 (99,95% Сu ) и т.д. Механические свойства меди относительно низки. Поэтому применять медь в качестве конструкционного материала нецелесообразно. Повышение механических свойств достигается созданием разных сплавов на медной основе: латуни и бронзы. Латуняминазывают двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк. Практическое применение имеют медные сплавы с содержанием цинка до 45%. Диаграмма состоянияCu-Zn приведена на рис. 4. Медь с цинком образует α-твердый раствор цинка в меди с максимальной растворимостью цинка 39 %, а также фазыβ, γ, ε, которые являются твердыми растворами на базе электронных соединений: β -CuZn, γ –Cu5Zn;ε -CuZn3.  Рис. 4. Диаграмма состояния Cu–Zn В зависимости от содержания цинка различают однофазные α - латуни и двухфазные α + β/-латуни. Однофазные латуни (до 39 % Zn ) находят применение для изготовления деталей деформированием в холодном состоянии, так как они имеют хорошую пластичность (рис.5).  Рис. 5. Влияние цинка на механические свойства меди σв – прочность; δ – пластичность Из них изготовливаются ленты, радиаторные трубки, проволока, гильзы патронов. Двухфазные α + β/-латуни, содержащие цинка от 39 до 45%, используются для изготовления деталей деформированием при температуре выше 500°С, так как эти латуни имеют низкую пластичность в холодном состоянии (рис. 5). Нагрев приводит к превращению β/-фазы в β-фазу с неупорядоченным расположением атомов и более высокой пластичностью. Из двухфазных α + β/ латуней изготавливают листы, прутки и другие заготовки, из которых последующей механической обработкой получают детали. При содержании цинка более 45 % в латуни присутствует β/-твердый раствор. β/- латуни обладают максимальной прочностью, но практического применения не находят ввиду очень низкой пластичности. Увеличение содержания цинка повышает прочность (до 45 %Zn) и пластичность (до 37%Zn ) - рис. 5, удешевляет латуни, улучшает их обрабатываемость резанием, способность прирабатываться и противостоять износу. Вместе с тем, уменьшается теплопроводность и электропроводность, которые составляют 20-50% от характеристики меди. Латуни маркируются буквой Л и последующим числом, показывающим содержание меди в процентах, например, в сплаве Л62 имеется 62 % Сu и 38% Zп Порядок выполнения работы. Аншлифы силумина и латуни поочерёдно рассмотреть под микроскопом. Зарисовать в тетради для лабораторных работ схемы изучаемых структур. Обозначить отдельные составляющие. Пользуясь методическими указаниями к лабораторной работе, выписать в отчет основные свойства изучаемых сплавов. Проанализировать зависимость между структурой и свойствами. Вопросы для самопроверки Какие сплавы относятся к цветным? Какие сплавы на их основе получили наибольшее применение в народном хозяйстве? Перечислите основные свойства технического алюминия, укажите его применения. Приведите примеры алюминиевых сплавов. Перечислите основные свойства алюминиевых сплавов. Каковы особенности состава, структуры и свойств силумина. Укажите применения силумина. Какова цель модифицирования силумина? Перечислите сплавы меди и их основные свойства, укажите применения сплавов меди. Каковы особенности состава, структуры и свойств латуни? Укажите применения латуни. |