ПРОГРАМА РОБОТИ

2.1 Вивчити властивості кольорових сплавів на основі міді, алюмінію, та бабітів за літературою.

2.2 Вивчити за готовими шліфами мікроструктуру зразків сплавів кольорових металів та бабітів, замалювати схеми структур та дати до них пояснення.

2.3 Привести хімічний склад основних сплавів кольорових металів та бабітів.

2.4 Скласти звіт про роботу.

 

3 ПИТАННЯ ДО САМОПЕРЕВІРКИ

3.1 Сплави на основі міді: латуні та бронзи, їх класифікація та маркування.

3.2 Сплави на основі алюмінію: дуралюмін, силумін, їх класифікація та маркування.

3.3 Склад бабітів, структура, властивості та область застосування.[1,c.564-628; 2, с.165-183; 3, с.80-94]

 

 

4 ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Кольорові метали та їх сплави

До кольорових металів відносяться алюміній, мідь, олово, берилій, цинк та інші.

При додаванні до цих металів інших хімічних елементів утворюються кольорові сплави.

Прийняті позначення хімічних елементів в маркуванні кольорових сплавів:

А – алюміній Ж – залізо Т – титан

Б – берилій Н – нікель Ф – фосфор

К – кремній М_ц – марганець Ц – цинк

С – свинець М – мідь

 

Алюміній та його сплави

Алюміній – легкий метал сріблясто-білого кольору, густина його складає (2,7т/м³), температура плавлення 660С, межа міцності на розтягнення – 80-100 МПа (8-10 кг/мм²), твердість – 25 НВ, кристалічна гратка - ГЦК. Алюміній дуже пластичний, має високу тепло- та електропровідність .

Алюміній, який випускається промисловістю, розрізняється ступенем чистоти та маркується наступним чином:

А 999 (0,001% домішок) – особливої чистоти

А 995

А 99 – високої чистоти

А 95

А 85

А 8

А 7

А 5

А 0 – технічний алюміній для одержання сплавів

А

Чистий алюміній застосовують для виробництва електроконденсаторів, листів, дроту.

Широке поширення у техніці одержали алюмінієві сплави. Нижче наведені алюмінієві сплави, які найчастіше використовуються в техніці.

1. Алюміній – марганець (АМц)

2. Алюміній – магній – кремній (АД31, АД35)

3. Алюміній – мідь – магній (Д1, Д16, Д18)

4. Алюміній – магній – марганець (АМг1, АМг2)

Технічні алюмінієві сплави поділяються на деформівні та ливарні.

Деформівні алюмінієві сплави в свою чергу поділяються на ті, що зміцнюються термічною обробкою та не зміцнюються термічною обробкою. До алюмінієвих сплавів, що зміцнюються термічною обробкою, відносяться:

дуралюмін – сплави Al–Cu–Mg; маркуються Д1...Д16. Цифра показує порядковий номер у ГОСТі (4784-97);

авіалі –А13, АД31, АД33;

високоміцні сплави – В95, В96.

Термообробка алюмінієвих сплавів заснована на змінні розчинності сполук міді, магнію, кремнію, цинку та деяких інших елементів в алюмінії.

На рисунку 1 зображена діаграма стану сплавів алюміній – мідь, де - твердий розчин міді в алюмінії, а Cu–Al₂ – хімічна сполука. З діаграми можна побачити, що максимальна розчинність міді в алюмінію досягається при 548С та складає 5,7%. Термічна обробка таких сплавів заснована на зміні розчинності сполук міді в алюмінії. Так, при нагріванні сплаву, який має менше 5% міді, до 500 - 550С, відбувається розчинність включень Сu–Al₂ та утворюється однорідний твердий розчин.

При різкому охолодженні (гартуванні) фіксуються ця структура, але у зв’язку з тим, що при кімнатній температурі розчинність міді в алюмінії знижується до 0,2%, - твердий розчин, стає пересиченим. Виділення залишків міді ускладнено внаслідок слабкої дифузії атомів при цій температурі.

 

 

Рисунок 1 – Діаграма стану сплавів алюміній - мідь

 

 

Однак з часом (4–5 діб), ця дифузія все-таки відбувається, що приводить до утворення зон з підвищеним вмістом міді (зони Гіньє- Престона). Через те що атомний радіус міді значно менший атомного радіусу алюмінію, то в цих зонах відбувається стягнення кристалічної гратки сплаву та заклинювання площин ковзання, тобто створюються перешкоди для пластичної деформації, підвищується твердість та міцність сплава в декілька разів (відбувається старіння сплава). Якщо це старіння виникає при кімнатній температурі, то воно називається природним, якщо при підвищеній (100-150^о) – штучним. На цих перетвореннях заснована термічна обробка дуралюмінів, які являють собою сплави алюмінію з міддю, магнієм та марганцем.

Структура деформованого сплава алюміній-мідь складається з твердого розчину ά на алюмінієвій основі та надлишкової фази CuAl₂ (Рисунок 2). З деформованих сплавів алюмінію виготовляють листи, стрічки, профілі, труби.

Алюмінієві деформовані сплави, що не зміцнюються термічною обробкою, маркуються таким чином:

АД, АД1, АМц – м’які сплави;

АМг-3, АМг-5 – тверді сплави.

Твердість та міцність цих сплавів можна незначно збільшити шляхом поверхневої пластичної деформації – наклепом.

 

Ливарні алюмінієві сплави

До ливарних алюмінієвих сплавів відносяться:

1. Сплави алюмінію з кремнієм - силуміни. Розрізнюють низькокремнисті силуміни (до 6% Si) та висококремнисті (від 6 до 13 % кремнію). Маркують силуміни таким чином: АЛ2, АЛ4, АЛ9 та інші.

2. Сплави алюмінію з міддю (АЛ7, АЛ19);

3. Сплави алюмінію з магнієм (АЛ8, АЛ27).

На рисунку 3 наведена структура силуміну. Силуміни знайшли широке застосування в авто-, тракторо-, та авіабудуванні як гарний ливарний матеріал.

 

Мідь та її сплави

Мідь – пластичний, в’язкий метал світло-рожевого кольору, має щільність 8,93 т/м³, температуру плавлення 1083 ⁰С, межу міцності на розтягування σ_в = 220-240 МПа, твердість - 35НВ. Мідь має високу тепло- та електропровідність.

Мідь розділяють по ступеню чистоти та маркують таким чином: М00 (0,01% домішок), М1 (0,1% домішок), М0 (0,05% домішок), М2, М3, М4 (1 % домішок).

Мідь є основним матеріалом для виробництва дротів, кабелів, шин та інших струмопровідних частин електрообладнання.

 

Мідні сплави

Розрізняють дві основні групи мідних сплавів:

1. Латуні – сплави міді з цинком;

2. Бронзи - сплави міді з оловом, алюмінієм, берилієм, свинцем, кремнієм та іншими елементами, у числі котрих, але тільки поряд з другими, може бути і цинк.

Прийняте таке маркування мідних сплавів. Сплави позначають буквами “Л” – латунь та “Бр” - бронза, після чого йдуть букви основних елементів, які утворюють сплав. Наприклад, О – олово, Ц – цинк, Мн – марганець, Ж – залізо, Ф – фосфор, Б – берилій, Х – хром та інші. Цифри, які слідують за буквами, показують кількість легуючого елементу. Порядок написання цифр для бронз та латуней різний. В марках деформівних латуней перші дві цифри після букви "Л" вказують середній вміст міді у відсотках. Наприклад, Л70 – латунь, яка має 70% міді. У випадку легованих деформівних латуней вказують ще букви та цифри, які позначають назву та кількість легуючого елемента. Наприклад, ЛАЖ 60-1-1 позначає латунь із 60% Сu, леговану алюмінієм (А) у кількості 1%, залізом (1%). Вміст цинку визначається за різницею від 100%. У деформівних бронзах вміст основного компонента – міді не вказується, а визначається за різницею. Цифри після букв, відділені одна від одної тире, вказують середній вміст легуючих елементів у відсотках. Цифри розташовані у тому ж порядку, як і букви та вказують присутність у бронзі того чи іншого елементу. Наприклад, Бр ОЦ4-3 має наступний склад: олово (О) – 4%, цинк (Ц) – 3%. Вміст міді визначається за різницею від 100%.

В ливарних латунях та бронзах середній вміст компонентів сплаву у відсотках ставиться одразу після букви, яка позначає його назву. Наприклад, латунь ЛЦ40Мц1,5 містить 40% цинку (Ц) та 1.5% марганцю (Мц). Бронза Бр А10Ж3Мц2 містить алюмінію (А) – 10%, заліза – 3%, та марганцю (Мц) – 2%, решта – мідь.

Технічне застосування знайшли сплави, які мають до 45% цинку. Латуні, які мають до 39% цинку, мають однофазну структуру (ά-латунь, Рисунок 4, а), а латуні, які містять від 39 до 45% цинку – двофазну (ά + β, Рисунок 4, б). Однофазні латуні пластичні, вироби з них можна одержувати шляхом глибокої витяжки. Двофазні латуні мають більш високу твердість, міцність та крихкість.

 

а) б)

а) ά-латунь; б) ά + β – латунь

Рисунок 4 – Структури латуней

 

Латуні за способами отримання поділяються на деформівні та ливарні, за хімічним складом – на прості та складні. Прості латуні: Л99, Л90, Л80 – томпаки; Л 70, Л68 – гільзові латуні. Складні латуні: ЛС 59-1 – автоматна латунь (яка має 59% Cu, свинцю – 1%, решта – цинк), ЛО 70-1 – морська латунь.

Бронзи бувають деформівні та ливарні, прості та складні.

Наприклад, прості: Бр О10 – (олова – 10%, решта – мідь), складні: Бр ОСЦ 6-3-3 (олова – 6%, свинцю – 3%, цинку – 3%, решта – мідь); деформовані: Бр АЖН 10-4-4 (алюмінію 10%, заліза – 4%, нікелю – 4%, решта – мідь), ливарні: Бр О6С4Ц2 ( олова – 6%, свинцю – 4%, цинку – 2%. решта – мідь).

Бронзи мають гарну корозійну стійкість у прісній та морській воді, тому вони широко застосовуються у суднобудуванні. Однофазні бронзи застосовують для глибокого штампування, двофазні застосовують у вигляді фасонного лиття.

 

 

Рисунок 5 – Структура олов’яністої бронзи

 

 

На рисунку 5 наведено схему структури олов’яністої бронзи (8-10%Sn), яка складається з α – твердого розчину олова у міді та евтектики.

 

Бабіти.

Бабітами є сплави олова з сурмою, свинцем, кадмієм, нікелем та ін. Застосовують бабіти як підшипники ковзання, тому що вони є антифрикційними сплавами. Ці сплави повинні мати достатню твердість, але не дуже високу, щоб не викликати великого зносу валу і порівняно легко деформуватися під впливом місцевих напруг, тобто бути пластичними. Вони повинні утримувати мастильний матеріал на поверхні, мати малий коефіцієнт тертя. Для забезпечення цих властивостей структура антифрикційних сплавів повинна складатися з м’якої та пластичної основи та включень більш твердих часточок. При обертанні вал спирається на тверді часточки, які забезпечують зносостійкість, а основа припрацьовується до валу та утворює сітку мікроскопічних каналів, по яких циркулює мастильний матеріал та видаляються продукти зносу.

Найбільш поширено застосовують сплави на олов’яній та свинцевій основі, сплави на алюмінієвій, цинковій та мідно-свинцевій основах.

Олов’яністі бабіти застосовують у підшипниках турбін великих судових дизелів, турбонасосів, електричних та інших важко- навантажених машин. Бабіт Б83 складається з 83% Sn, 11% Sb, 6% Cu. Бабіт Б16 складається з 16% Sn, 16% Sb, 2% Cu та 66% Pb.

 

 

а) б)

а) олов’яністого; б) свинцюватого

Рисунок 6 – Структури бабітів

 

Структура олов’яністого бабіту Б83, який містить олово, сурму та мідь, складається з таких структурних складових:

- твердого скелету з голок Cu₆Sn₅;

- твердих, порівняно крупних кристалів SnSb, які мають форму прямокутників чи трикутників;

- в’язкої основи, яка складається з твердого розчину сурми в олові з дрібними, рівномірно розсіяними твердими частками Cu₆Sn₅ та SnSb (Рисунок 6). Свинцеві бронзи мають аналогічні структури.

 

5 ОСНАЩЕННЯ РОБОЧОГО МІСЦЯ

5.1 Набір шліфів кольорових металів та їх сплавів

5.2 Металографічний мікроскоп МДМ-7

 

6 РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ВИКОНАННЯ РОБОТИ

ТА ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

6.1 Навести мідні сплави та дати їх визначення

6.2 Вивчити під мікроскопом та замалювати структури α–латуні, α + β- латуні, олов’яністої бронзи.

6.3 Привести маркування латуней та бронз і розшифрувати хімічний склад

6.4 Навести алюмінієві сплави та дати їх визначення

6.5 Вивчити під мікроскопом та замалювати структури силуміну та дуралюміну

6.6 Привести маркування деформованих та ливарних алюмінієвих сплавів

6.7 Дати визначення бабіту

6.8 Привести маркування та хімічний склад олов’яністого та свинцевого бабітів

6.9 Вивчити під мікроскопом та замалювати структуру бабітів