Микроструктура цветных металлов

Среди цветных металлов по объемам производства и применения преобладают сплавы на основе меди и алюминия.

1. Структура медных сплавов.

Основными достоинствами меди являются высокая тепло- и электропроводность, пластичность, малая окисляемость на воздухе. Недостатки – высокая стоимость и невысокая прочность (σ_в ≈ 250 МПа). Структура меди марки M1 показана на рис. 4.5, а.

Латуни – сплавы меди с цинком. Они дешевле и прочнее меди при достаточно высокой пластичности. Латуни дополнительно легируют различными элементами, например: свинцом – для улучшения обрабатываемости резанием (автоматная латунь), оловом – для повышения сопротивления коррозии в морской воде (морская латунь). Типичные структуры латуней приведены на рис. 4.5, б, в.

Оловянистые бронзы – сплавы меди с оловом, обладают высокими литейными и антифрикционными свойствами, а также хорошей химической стойкостью (рис. 4.5 г, д).

2. Структура алюминиевых сплавов.

Основные преимущества алюминия – низкая плотность (почти в три раза легче железа), хорошее сопротивление коррозии, очень высокая пластичность, высокая электропроводность. Недостатки – низкая прочность чистого алюминия (σ_в ≈ 60 МПа), невысокие допустимые рабочие температуры сплавов из-за низкой температуры плавления (660 °С). Структура алюминия приведена на рис. 4.5, е.

Дюралюминий– алюминиевый сплав, содержащий медь (порядка 5 %) и добавки магния и марганца (примерно по 0,5 % каждого). В результате закалки и старения сплав упрочняется до σ_в = 300…600 МПа (рис. 4.5, ж).

Силумины – литейные алюминиевые сплавы, содержащие 10…13% кремния. При повышенной прочности (σ_в = 140…200 МПа) они обладают очень хорошими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью, малой усадкой) и используются для изготовления деталей сложной формы методами литья (рис. 4.5, з).

а Медь марки М1 (99,9 % Cu). Зерна меди и включения примесей (Pb, Bi, O) (электрические провода, трубки теплообменников)	б Однофазная латунь марки Л68 (68 % Cu, 32 % Zn). Зерна твердого раствора цинка в меди (самовары, примусы и другие изделия, изготавливаемые холодной штамповкой и вытяжкой из листов)	в Двухфазная латунь марки ЛС59-1 (59 % Cu, 40 % Zn, 1 % Pb). Светлые зерна твердого раствора Zn в Cu, темные поля – химические соединения CuZn (болты, гайки, изготавливаемые точением для электротехники)	Бронза марки Бр010 (90 % Cu, 10 % Sn): г Литое состояние (вверху). Неоднородный твердый раствор олова в меди. д После отжига (внизу). Однородный твердый раствор олова в меди (художественное литье, вкладыши подшипников)
е Алюминий марки А2 (99,9 % Al) после штамповки и отжига. Зерна алюминия и включения примесей – железа, кремния (штампованная посуда)	ж Дюралюминий марки Д1 (Al + 4,5 % Cu + 0,7 % Mg + 0,6 % Mn) после закалки c 510°С в воде и старения. Зерна неоднородного твердого раствора меди и магния в алюминии, включения примесей (детали самолетов)	з Литейный алюминиевый сплав марки АК12 (АЛ2) (Al + 12 % Si). Темные иглы кремния и светлые поля тонкой смеси Al и Si (эвтектики) (отливки сложной формы со средней прочностью: корпуса компрессоров, головки цилиндров бензиновых двигателей)

Рис. 4.5. Структуры промышленных цветных металлов и сплавов (увеличение 150)

Задание

Пронаблюдать под металлографическим микроскопом и зарисовать микроструктуры образцов, предложенных преподавателем.

Идентифицировать (определить) тип сплава, используя описание к данной работе и дополнительные альбомы фотографий микроструктур.

Охарактеризовать основные свойства и обосновать назначение сплавов данного типа.

Контрольные вопросы

1. Что означает термин «микроструктура металла»?

2. В чем принципиальное отличие металлографических микроскопов от биологических (медицинских)?

3. Каковы особенности и этапы подготовки образцов для исследования микроструктуры металлов ?

4. Каково назначение и возможности металлографического анализа металлов?

5. Почему с увеличением содержания углерода возрастает прочность и ухудшается обрабатываемость резанием стального проката и заготовок (в отожженном состоянии)?

6. По каким признакам в структуре отожженной стали можно оценить содержание в ней углерода и марку углеродистой стали?

7. По каким признакам в микроструктуре можно выявить перегрев стали при закалке?

8. По каким признакам в микроструктуре можно выявить недогрев стали при закалке?

9. Почему микроструктура высоколегированных сталей отличается от структуры углеродистых сталей?

10. По какому структурному признаку можно отличить хромоникелевые коррозионностойкие (нержавеющие) стали?

11. По каким структурным признакам можно отличить чугуны от сталей?

12. По каким структурным признакам можно определить тип чугуна?

13. В чем различие микроструктуры однофазных и двухфазных латуней?

14. Какой структурный признак характеризует литое состояние бронзы?

15. Какие структурные признаки характерны для деформируемых и литейных алюминиевых сплавов?