Быконя Л.А. Материаловедение

Подождите немного. Документ загружается.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 12 МИКРОСТРУКТУРА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Краткие теоретические сведения



Материаловедение. Лаб. практикум -111-

количество которой мало из-за небольшого содержания магния в сплаве. Эту

эвтектику легко опознать по черным сколотым кристаллам Mg

Si.

Рис. 12.2. Диаграмма состояния системы Al–Si

Сплавы системы Al–Mg – литейные магналии (АМг4К1,5М, АМг5К,

АМг10).

Главным представителем литейных магналиев является сплав

АМг10, который находится левее точки предельной растворимости магния в

алюминии.

В литом состоянии структура сплава состоит из первичных кристал-

лов α магния в алюминии и вырожденной эвтектики α + β (Al

), образо-

вавшейся в результате неравновесной кристаллизации и снижающей корро-

зионную стойкость под напряжением. Для улучшения свойств сплава произ-

водят гомогенизационный отжиг (12–20 ч) при температуре закалки (410–420

°С), в результате которого вырожденная эвтектика и избыточная фаза рас-

творяются в α-растворе. После старения снижается пластичность и коррози-

онная стойкость. Поэтому сплав АЛ8 подв

ергают только закалке в масле.

Сплавы системы Al–Cu. Одним из представителей данной группы яв-

ляется сплав АМ5. Применяется он для неответственного литья из-за низких

литейных свойств. Основной структурной составляющей сплава является

α-раствор меди в алюминии. В литом сплаве по границам дендритных ячеек

α-раствора находятся вытянутые светлые включения CuAl

из неравновесной

эвтектики.

К сплаву применяют упрочняющую термическую обработку – закалку

с 545 °С и искусственное старение. θ-фаза (CuAl

) является упрочняющей.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 12 МИКРОСТРУКТУРА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Краткие теоретические сведения



Материаловедение. Лаб. практикум -112-

Сплавы системы Al–Si–Cu–Mg. Одним из представителей группы яв-

ляется сплав АК8М3 (ВАЛ8).

Буква «В» означает «вторичный», т. е. полу-

чаемый переплавкой лома алюминиевых сплавов. Он относится к высоко-

прочным литейным сплавам. В литом состоянии структура состоит из пер-

вичных кристаллов α-раствора меди, магния, кремния в алюминии, эвтекти-

ки (α + Si) и светлых вытянутых кристаллов θ (CuAl

Для проведения работы группа студентов (2–3 человека) получает

комплект готовых образцов, деформируемых и литейных алюминиевых

сплавов после различных видов термической обработки.

1. Исследовать структуру каждого образца следующим образом:

а) визуально изучить протравленный шлиф с целью выявления строе-

ния в состоянии поставки;

б) изучить строение сплавов, зарисовать микроструктуры и иденти-

фицировать структурные составляющие;

в) зарисовать структуры в кружки диаметром 40 мм. Подписать на-

именован

ие всех структурных составляющих за пределами кружка и соеди-

нить их стрелками с соответствующими частями рисунка.

2. Пользуясь табл. 12.1

, определить по характеру микроструктуры, ка-

кой термической обработке подвергался каждый образец, сделать подпись

под каждым рисунком

3. В характеристике механических свойств указать, в каком направле-

нии (повышение, понижение) меняются твердость, прочность, пластичность)

в зависимости от легирующего элемента и термической обработки.

Таблица 12.1

Химический состав, механические свойства и области применения

алюминиевых сплавов

Марка

сплава

Химический

состав, %

Режимы

термооб-

работки

Механические свойства

Области

применения

кгс/мм

(10

, Н/м

)

δ, %

НВ, кгс/мм

(10

, Н/м

)

АВ

0,45–0,9 Mg

0,15–0,35 Мn

0,1–0,5 Сu

Т1 30 (29,3) 9 95 (93,2)

Листы, плиты,

профили, трубы,

прутки, поковки

Д16

3,8–4,9 Сu

1,2–1,8 Mg

0,3–1,9 Мn

Т1 45 (44,2) 17 105 (103)

Листы, плиты,

профили, прутки,

трубы

В95

5,0–7,0 Zn

1,8–2,8 Mg

1,4–2,0 Сu

Т6 56 (54,9) 8 150 (147,1)

Листы, плиты,

профили, трубы

АК12 10,0–13,0 Si – 15 4 50

Малонагружен-

ные детали слож-

ной формы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 12 МИКРОСТРУКТУРА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Порядок выполнения работы



Материаловедение. Лаб. практикум -113-

Окончание табллицы 12.1

АМ5 4,5–5,3 Сu Т4 20 (19,6) 6 60 (58,7)

Детали с повышен-

ной прочностью и

пластичностью

АМг10 9,5–11,5 Mg Т4 29 (28,3) 9 60 (58,7)

Детали повышен-

ной прочности и

коррозионной стой-

кости

АК7

6,0–8,0 Si

0,2–0,4 Mn

Т4 18 4 50 (49,0)

Тонкостенные дета-

ли сложной формы

с повышенной пла-

стичностью и кор-

розионной стойко-

стью

АК5М7

5,0–8,0 Сu

4,0–6,0 Si

0,2–0,5 Mg

Т6 20 – 80 (78,5)

Поршни автотрак-

торных двигателей,

нагревающиеся до

250 °С

Примечание. Режимы термообработки, соответственно: Т1 – искусственное старение

подкаленных при литье деталей; Т2 – отжиг; ТЗ – закалка; Т4 – закалка и естественное

старение; Т5 – закалка и кратковременное (неполное) искусственное старение; Т6 – закал-

ка и полное искусственное старение; Т7 – закалка и стабилизирующий отпуск; Т8 – закал-

ка и смягчающий отпуск; Т9 – термомеханическая обработка.

Отчет о лабораторной работе должен включать:

1) зарисованные исследуемые структуры;

2) описание структуры представленных микрошлифов;

3) выводы о влиянии легирующих элементов на структуру и свойства

алюминиевых сплавов;

4) ответы на вопросы в соответствии с индивидуальным заданием.

1. Для изготовления деталей самолета выбран сплав Д16. Описать

способ упрочнения этого сплава, расшифровать его состав. Указать характе-

ристики его механических свойств.

2. Указать состав, механические и технологические свойства силуми-

нов, цель их модифицирования. Привести примеры маркировки силуминов.

3. Изложить основы теории термической обработки алюминиевых

сплавов в применении к промышленному сплаву типа дуралюмин.

4. Для изготовления деталей самолет

а выбран сплав Д19. Расшифро-

вать состав, описать способ его упрочнения и указать характеристики его ме-

ханических свойств.

5. Для изготовления деталей самолета выбран сплав АМг3. Расшиф-

ровать состав, указать механические свойства сплава. Описать, каким спосо-

бом производится упрочнение этого сплава.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 12 МИКРОСТРУКТУРА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Задания к лабораторной работе



Материаловедение. Лаб. практикум -114-

6. Для изготовления слабонагруженных деталей избран сплав АК12

(АЛ2). Расшифровать состав сплава и привести его механические свойства.

Указать способ изготовления изделий из данного сплава (ковка, литье и т. д.).

7. Для изготовления деталей двигателя внутреннего сгорания выбран

сплав АК6. Расшифровать состав сплава. Указать способ изготовления дета-

лей из данного сплава (ковка, литье и т. д.). Пр

ивести характеристики меха-

нических свойств сплава при повышенных температурах и объяснить, за счет

чего они достигаются.

8. Для изготовления деталей самолета выбран сплав АМц. Расшифро-

вать состав, указать механические свойства сплава. Описать, каким способом

производится упрочнение этого сплава.

9. Для деталей самолета использован сплав АМг. Расшифровать его

состав. Объяснить способ ег

о упрочнения. Указать механические свойства

сплава.

10. Для изготовления деталей самолета выбран сплав В95. Расшифро-

вать состав, указать механические свойства сплава. Описать, каким способом

производится упрочнение этого сплава.

11. Для изготовления деталей самолета выбран сплав В95-2. Расшиф-

ровать состав, указать механические свойства сплава. Описать, каким спосо-

бом производится упрочнение этого сп

лава.

12. Для изготовления слабонагруженных деталей избран сплав АК9ч

(АЛ4). Расшифровать состав сплава и привести механические свойства сплава.

Указать способ изготовления изделий из данного сплава (ковка, литье и т. д.)

1. Охарактеризовать основные свойства алюминия.

2. Привести классификацию алюминиевых сплавов.

3. Охарактеризовать связь свойств алюминиевых сплавов с диаграм-

мой состояния.

4. Какие основные группы деформируемых алюминиевых сплавов вы

знаете?

5. Привести алюминиевые сплавы, упрочняемые термической обра-

боткой.

6. Охарактеризовать принципы упрочнения алюминиевых сплавов.

7. Охарактеризовать литейные алюминиевые сплавы.

8. Как маркируют алюминиевые сплавы?



Материаловедение. Лаб. практикум -115-

Изучить микроструктуры меди, латуней и бронз; установить связь

между структурами и диаграммами состояния этих сплавов.

Металлографический микроскоп; коллекция микрошлифов меди, лату-

ней и бронз; циркуль и линейка.

Медь – металл красновато-розового цвета, кристаллическая кубиче-

ская гранецентрированная решетка (ГЦК) с периодом

а = 0,3608 нм, удель-

ным весом

р = 8,9 г/см, температурой плавления 1 083 °С, полиморфных пре-

вращений нет.

Медь – технологический металл. Она прокатывается в тонкие листы,

ленту, из нее получают тонкую проволоку. Медь легко полируется, паяется и

сваривается. Механические свойства меди приведены в табл. 13.1

Медь характеризуется высокой теплопроводностью и электропровод-

ностью, пластичностью и коррозионной стойкостью.

Таблица 13.1

Механические свойства технической меди M1

Состояние меди

НВ

KCU,

МДж/м

МПа %

Литая 160 35 25 – 400 –

Деформированная 450 400 3 35 1 250 –

Отожженная 220 75 50 75 550 1,2–1,8

Примеси снижают все эти свойства. По

ГОСТ 859-78 в зависимости от

содержания примесей различают следующие марки меди: МОО (99,9 % Cu),

МО (99,97 Cu %), M1 (99,9 Cu %), M2 (99,7 Cu %), M3 (99,5 Cu %).

Наиболее часто встречающиеся в меди примеси подразделяют на три

группы.

1. Растворимые в меди элементы – Al, Fe, Ni, Sn, Ag, повышающие

прочность и твердость.

2. Нерастворимые элементы – Pb и Bi, ухудшающие свойства меди и

однофазных сплавов на её основе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 13 МИКРОАНАЛИЗ МЕДИ, ЛАТУНЕЙ И БРОНЗ

Краткие теоретические сведения



Материаловедение. Лаб. практикум -116-

3. Нерастворимые примеси O, S, Se, Tl, присутствующие в меди и её

сплавах в виде промежуточных фаз (например, Cu

O, Cu

S) [8].

Кроме высокой теплопроводности, коррозионной стойкости, медные

сплавы обладают хорошими механическими, технологическими и коррози-

онными свойствами.

Для легирования медных сплавов в основном используются элемен-

ты, растворимые в меди: Zn, Al, Be, Si, Ni. Повышая прочность сплавов, ле-

гирующие элементы практически не снижают, а некоторые из них (Zn, Al,

Sn) увеличивают пластичность. Высокая пластичность – отличительная

особенность медных сплавов. Относительное увеличение некоторых мед-

ных сплавов достигает 65 %. По про

чности медные сплавы уступают ста-

лям: σ

= 1 100–1 200 МПа, что соответствует свойствам нелегированных

сталей в нормализованном состоянии. И только временное сопротивление

наиболее прочных бериллиевых бронз после закалки и старения находится на

уровне среднеуглеродистых легированных сталей, подвергнутых термиче-

скому улучшению (σ

= 1 100–1 200 МПа).

По технологическим свойствам медные сплавы подразделяют на де-

формируемые (обрабатываемые давлением) и литейные. По способности уп-

рочняться с помощью термической обработки – на упрочняемые и не упроч-

няемые термической обработкой. По химическому составу медные сплавы

делятся на две группы – латуни и бронзы.

Латунями называются сплавы меди с цинком. Они бывают двойными

(простые) и многокомпонентными (легированные). Двойные деформируемые

латуни маркируют буквой Л (латунь) и цифр

ой, показывающей содержание

меди в процентах. В марках легированных латуней, кроме цифры, показы-

вающей содержание меди, приводятся буквы и цифры, обозначающие назва-

ние и количество в процентах легирующих элементов. Алюминий обозначают

буквой А, никель – Н, олово – О, фосфор – Ф, железо – Ж, кремний – К, марга-

нец – Мц, бериллий – Б, цинк – Ц. В марках ли

тейных латуней указывается со-

держание цинка, количестве каждого легирующего элемента ставится непо-

средственно за буквой. Например, ЛЦ40Мц3А содержит – 3 % Mn, 40 % Zn, 1

% Al.

Бронзами называют сплавы меди со всеми элементами, кроме цинка.

Название бронзам дают по основным элементам. Их подраз

деляют на оло-

вянные, алюминиевые, бериллиевые и др. Деформируемые бронзы марки-

руют буквами Бр (бронза), за которыми следуют буквы, а затем цифры, обо-

значающие название и содержание легирующих элементов. В марках ли-

тейных бронз содержание каждого легирующего элемента ставится сразу

после буквы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 13 МИКРОАНАЛИЗ МЕДИ, ЛАТУНЕЙ И БРОНЗ

Краткие теоретические сведения



Материаловедение. Лаб. практикум -117-

Микроструктура деформированной и отожженной меди показана на

рис. 13.1

. Структура зернистая, с наличием двойников.

а б

Рис. 13.1. Деформированная и отожженная медь: а – микроструктура (х200);

б – схема микроструктуры

В структуре недостаточно хорошо раскисленной меди наблюдается

закись меди, образующая с медью эвтектику, которая располагается по гра-

ницам зёрен меди, имеет точечное строение (рис. 13.

2) и придает ей хруп-

кость.

а б

Рис. 13.2. Литая медь с содержанием 0,15 % кислорода. По границам зерен ме-

ди видны значительные участки эвтектики Cu–Cu

О: а – микроструктура (х150);

шлиф не травлен; б – схема микроструктуры

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 13 МИКРОАНАЛИЗ МЕДИ, ЛАТУНЕЙ И БРОНЗ

Краткие теоретические сведения



Материаловедение. Лаб. практикум -118-

а б

Рис. 13.3. Медь–цинк: а – диаграмма состояния медь–цинк;

б – влияние цинка на механические свойства латуней

Диаграмма состояния системы медь–цинк дана на рис. 1

3.3. Практи-

ческое применение находят однофазные латуни с содержанием цинка до 39

% (α

-латуни) и двухфазные латуни с содержанием цинка от 39 до 45 % ((α +

β)

-латуни). Микроструктура α-латуней с содержанием 30 % цинка (Л70) по-

казана на рис. 13.4

, рис. 13.5.

а б

Рис. 13.4. Литая α-латунь с 30 % цинком (тип Л70): а – микроструктура (х150);

б – схема микроструктуры

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 13 МИКРОАНАЛИЗ МЕДИ, ЛАТУНЕЙ И БРОНЗ

Краткие теоретические сведения



Материаловедение. Лаб. практикум -119-

а б

Рис. 13.5. Деформированная и отожженная α-латунь: а – микроструктура (х100);

б – схема микроструктуры

Микроструктура литой α

-латуни имеет дендритное строение. Светлые

участки – дендриты, богатые медью, затвердевшие первыми из жидкого со-

стояния; темные участки – междендритные пространства, обогащенные цин-

ком. Структура деформирована и отожженной α-латуни (рис. 13.5

) имеет

зернистое строение и характерные полоски двойников. Вследствие различной

ориентировки зерен (анизотропии) они травятся с разной интенсивностью,

поэтому получают различную окраску.

а б

Рис 13.6. Литая (α + β)-латунь с 40 % цинка (типа Л63): а – микроструктура (х150);

б – схема микроструктуры

Граница между однофазной

– α-латунью и двухфазной α+β-латунью

соответствует 39 % цинка (см. рис. 13.1

). Микроструктура α+β-латуни с со-

держанием цинка 40 % в литом состоянии дана на рис. 13.6

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 13 МИКРОАНАЛИЗ МЕДИ, ЛАТУНЕЙ И БРОНЗ

Краткие теоретические сведения



Материаловедение. Лаб. практикум -120-

Микроструктура оловянной бронзы

. Часть диаграммы состоянии сис-

темы Сu–Sn приведена на рис. 13.7

Сплошная линия характеризует состояние, получающееся при очень

медленном охлаждении или отжиге после отливки; такие условия при обыч-

ной отливке не достигаются. Штриховая линия характеризует состояние, ко-

торое получается в обычных условиях отливки. Штриховая линия характери-

зует состояние, получающееся при очень длительном (тысячи часов) отжиге.

При содержании до 6–7 % Sn микроструктура литой бронзы состоит

из неоднородного твер

дого α-раствора; строение дендритное.

Микроструктура этой бронзы после отжига представляет однородные

по составу зерна твердого α-раствора (рис. 13.8

При содержании больше 6–7 % Sn, но меньше 14 % (левее точки), на-

пример при содержании 10 % Sn, для равновесных условий должна быть

структура твердого α-раствора, а для обычных условий отливки такая бронза

будет иметь двухфазную структуру – неоднородного α-раствора и эвтектоида

α + Cu

Микроструктура такой бронзы (с содержанием 10 % Sn) в литом со-

стоянии приведена на рис. 13.9

. На светлом фоне химического соединения

видны темные точечные включения твердого α-раствора.

а б

Рис. 13.7. Медь–олово: а – часть диаграммы состояния медь–олово;

б – влияние олова на механические свойства бронз