Микроструктурный анализ металлов и сплавов

метки: Анализ, Металл, Сплав, Латунь, Литейная, Основа, Раствор, Алюминиевый

микроструктурный анализ сплав схема

Если необходимо знать, как поведет себя тот или иной металл или сплав в различных условиях его использования, для проведения макро и микроструктурного анализа металлов и сплавов необходим анализ который проводиться при помощи микроскопа.

Макроструктурный анализ

Макроструктурные исследования нередко проводят для изучения и выявления дефектов металла и сплавов в промышленности. Он позволяет определить наличие пустот, трещин и разломов, неоднородность металла или сплава, изъяны, возникшие в процессе различных стадий обработки и т.д. Но если металл нужен для выполнения ответственных, особо важных изделий или конструкций, одним макроструктурным анализом не ограничиваются.

Микроструктурный анализ

Этот вид аналитического исследования проводиться только на специально обработанных пробах, которые подвергаются очень тщательному шлифованию. Обработка этих проб для такого исследования должна привести к результату, отвечающему следующим правилам: идеально ровная и гладкая поверхность образца металла или сплава (микрошлифа), отсутствие царапин, перепадов, уклона на его поверхности. Также образец должен быть с минимальным деформированным слоем. Все это позволяет микроструктурному методу обеспечивать высокую точность результатов исследования. При помощи данного вида анализа металла или сплава можно выяснить параметры и конфигурацию кристаллических зерен вещества, определить, изменилась ли его структура вследствие обработки высокими или низкими температурами или механическими методами. Также можно выявить малейшие трещины, которые незаметны даже под лупой, и другие дефекты материала. Для начала шлиф для проведения исследования обрабатывают механическими методами — создают ровную плоскую поверхность при помощи круга, на краях образца снимается фаска, после этого образец шлифуют несколькими бумагами, каждый раз поворачивая под прямым углом при смене бумаги. После этого образец моют и полируют. Потом поверхность шлифа подвергают травлению, чтобы проявить микроструктуру, которая и будет предметом микроструктурного анализа металлов и сплавов.

2. Классификация и краткая характеристика Алюминиевых литейных сплавов

Литейные алюминиевые сплавы предназначены для производства фасонных отливок. В качестве литейных материалов используются как первичные сплавы, изготовленные легированием чистого алюминия, так и стандартные вторичные сплавы, полученные из скрапа и отходов алюминиевых сплавов. В особых случаях отливают детали также из чистого алюминия, в основном для химической и пищевой промышленности, а также для электротехники. Литейные сплавы в России в общем объеме производства алюминиевых сплавов составляют 20%.

Методы исследования металлов

... Методы исследования металлов: структурные и физические Металлы и сплавы обладают разнообразными свойствами. Используя один метод исследования металлов, невозможно получить информацию о всех свойствах. Используют несколько методов анализа. Определение химического состава. Используются методы количественного анализа. ... 1. Макроструктурный анализ - изучение строения металлов и сплавов невооруженным ...

В России алюминиевые литейные сплавы в чушках производят на алюминиевых заводах из первичных металлов. На предприятиях вторичной цветной металлургии — из вторичных лома и отходов, а также на небольших частных предприятиях.

Доля алюминиевых литейных сплавов в чушках, производимых в России из вторичных лома и отходов, составляет около 50%.

К литейным относятся сплавы алюминия с кремнием, медью, магнием. Литейные сплавы маркируются буквами АЛ и цифрами, обозначающими порядковый номер сплава (ГОСТ 2685-75), например, АЛ2, АЛЗ. Наибольшее распространение получили силумины (сплавы алюминия с кремнием), содержащие от 5 до 13% Si . Фазовый состав, структуру и свойства силуминов можно изменить модифицированием и термической обработкой. В качестве модифицирующих добавок используются марганец, никель, хром, титан, ванадий и некоторые другие элементы. Силумины обычно модифицируют натрием, который в жидкий сплав вводят в виде смеси фтористых и хлористых солей натрия в соотношении 2/3NaF+l/3NaCI.

сплавов на основе системы Al

На основе алюминия, меди, магния, титана и некоторых других цветных металлов разработаны сплавы, перечень основных видов которых по государственным стандартам приведен в табл. 1.

Таблица 1. Перечень основных різновидностей цветных материалов по государственным стандартам

№ ГОСТа	Наименование стандарта
493-79	Бронзы безоловянные литейные. Марки
613-79	Бронзы оловянные литейные. Марки
1320-74	Баббиты оловянные и свинцовые. Технические условия
1583-89Е	Сплавы алюминиевые литейные. Марки
2856-79	Сплавы магниевые литейные. Марки
4784-74	Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки
5017-74	Бронзы оловянные, обрабатываемые давлением. Марки
14957-76	Сплавы магниевые деформируемые. Марки
15527-70	Сплавы медноцинковые (латуни), обрабатываемые давлением. Марки
17711-80	Сплавы медно-цинковые (латуни) литейные. Марки
18175-78	Бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением. Марки
19807-91	Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки
28873-90	Сплавы на основе тяжелых цветных металлов, обрабатываемые давлением. Унифицированные марки.

3. Схемы микроструктур цветных сплавов

деформируемых сплавов

литейных сплавов

Таблица 2. Перечень лабораторной коллекции микрошлифов цветных сплавов

№ шлифа	Наименование	Марка	ГОСТ	Химический состав %	Обработка сплава	Структурные составляющие
42	Дуралюмин	1160	4784-74	Al-снова 3,8…4,8C; 1,2…1,8Mg 0,3…0,9Mn.	Отжиг	-раствор и частицы интерметаллидов
43	Медно- цинковый сплав (латунь)	Л68	15527-70	Cu — Основа 30-33 Zn	Холодная деформация и отжиг	Зерна -раствора с двойнико-выми кристаллами (светлые и темные)
44	Титановый сплав	ВТ3-1	19807-91	Ti-основа; 5,5…7Al; 2…3 Мо; 1,2…5 Cr; 0,15…0,4 Si 0,2…0,7 Fe.	отжиг	-раствор (светлый) и -раствор (темный)
45	Силумин	АК12	1583-89Е	Al-основа; 10…13 Si	Литьё без модифицирования	Эвтектика (+Si) и крупные кристаллы Si.
46	Силумин	АК12	1583-89Е	Al-основа; 10…13 Si	Литьё с модифицированием	Дисперсная эвтектика (+Si) и -раствора (светлый)
47	Магниевый сплав	МЛ5	2856-79	Mg — основа 7,5…9 Al; 0,2…0,8 Zn; 0,15…0,5 Mn.	Литьё и закалка	Перенасыщенный -раствор и Mg 4 Al3
48	Бронза оловянная	БрО10Ф1	—	Cu — основа 9…11 Sn; 0,8…1,2 Р	Литьё	Дендриты -раствора (темные), эвтектоид (светлый) и Cu 3 Р
49	Баббит	Б83	1320-74	Sn — основа; 10…12 Sb; 5,5…6,5 Cu	Литьё	-раствор, светлые крупные кристаллы и мелкие Cu 3 Sn

Рис. 1. Схемы микроструктур цветных сплавов.

4. Схемы вероятных микроструктур в процессе охлаждения из жидкого состояния одного из цветных сплавов

Латунь — это двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим элементом является цинк, иногда с добавлением олова, никеля, свинца, марганца, железа и других элементов. Плотность — 8300-8700 кг/мі

Удельная теплоёмкость при 20 °C — 0,377 кДж·кг?1·K?1

Удельное электрическое сопротивление — (0,07-0,08)·10?6 Ом·м

Температура плавления латуни в зависимости от состава достигает 880-950 °C. С увеличением содержания цинка температура плавления понижается. Латунь достаточно хорошо сваривается (однако нельзя сваривать латунь сваркой плавлением — можно, например, контактной сваркой) и прокатывается. Хотя поверхность латуни, если не покрыта лаком, чернеет на воздухе, но в массе она лучше сопротивляется действию атмосферы, чем медь. Имеет жёлтый цвет и отлично полируется.

Висмут и свинец имеют вредное влияние на латунь, так как уменьшают способность к деформации в горячем состоянии. Тем не менее, легирование свинцом применяют для получения сыпучей стружки, что облегчает ее удаление при обработке резанием.

Медь с цинком образуют кроме основного б-раствора ряд фаз электронного типа в, г, е. Наиболее часто структура латуней состоит из б- или б+в’- фаз: б-фаза — твёрдый раствор цинка в меди с кристаллической решёткой меди ГЦК, а в’-фаза — упорядоченный твёрдый раствор на базе химического соединения CuZn с электронной концентрацией 3/2 и примитивной элементарной ячейкой.(рис.2).

При высоких температурах в-фаза имеет неупорядоченное расположение ([ОЦК]) атомов и широкую область гомогенности. В этом состоянии в-фаза пластична. При температуре ниже 454-468 °C расположение атомов меди и цинка в этой фазе становится упорядоченным, и она обозначается в’. Фаза в’ в отличие от в-фазы является более твёрдой и хрупкой; г-фаза представляет собой электронное соединение Cu5Zn8.

Однофазные латуни характеризуются высокой пластичностью; в’-фаза очень хрупкая и твёрдая, поэтому двухфазные латуни имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные.

Влияние содержания цинка в меди на механические свойства отожжённых латуней:

При содержании цинка до 30 % возрастают одновременно и прочность, и пластичность. Затем пластичность уменьшается, вначале за счёт усложнения б — твёрдого раствора, а затем происходит резкое её понижение в связи с появлением в структуре хрупкой в’-фазы. Прочность увеличивается до содержания цинка около 45 % , а затем уменьшается так же резко, как и пластичность. Большинство латуней хорошо обрабатывается давлением. Особенно пластичны однофазные латуни. Они деформируются при низких и при высоких температурах. Однако в интервале 300-700 °C существует зона хрупкости, поэтому при таких температурах латуни не деформируют (рис.3).

Двухфазные латуни пластичны при нагреве выше температуры в’-превращения, особенно выше 700 °C, когда их структура становится однофазной (в-фаза).

Для повышения механических свойств и химической стойкости латуней в них часто вводят легирующие элементы: алюминий (Al), никель (Ni), марганец (Mn), кремний (Si) и т. д.

Томпак (фр. tombac, от малайск. tambaga — медь) — латунь с содержанием меди 90-97 %. Обладает высокой пластичностью, антикоррозионным и антифрикционными свойствами, хорошо сваривается со сталью, его применяют для изготовления биметалла сталь-латунь. Благодаря золотистому цвету, томпак используют для изготовления художественных изделий, знаков отличия и фурнитуры.

Рис.2 Диаграмма состояния Cu-Zn

Рис.3 Макроструктура отшлифованного и протравленного латунного сплава под 400-кратным увеличением

Принята следующая маркировка. Латунный сплав обозначают буквой «Л», после чего следуют буквы основных элементов, образующих сплав. В марках деформируемых латуней первые две цифры после буквы «Л» указывают среднее содержание меди в процентах. Например, Л70 — латунь, содержащая 70 % Cu. В случае легированных деформируемых латуней указывают ещё буквы и цифры, обозначающие название и количество легирующего элемента, ЛАЖ60-1-1 означает латунь с 60 % Cu, легированную алюминием (А) в количестве 1 % и железом в количестве 1 %. Содержание Zn определяется по разности от 100 %. В литейных латунях среднее содержание компонентов сплава в процентах ставится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, латунь ЛЦ40Мц1,5 содержит 40 % цинка (Ц) и 1,5 % марганца (Мц).

Вывод о проделанной работе

В ходе проделанной контрольной работы, были изучены классификация, характеристика к особенности формирования структуры цветных сплавов в условиях равновесия. Также прослежена структура одного из сплавов при охлаждения из жидкого состояния.

Использованная литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kontrolnaya/analiz-metallov-i-splavov/

1. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: учеб. для вузов / Б.Н. Арзамасов и др.; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. — 7-е изд., стереотип. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 648 с.

2. Бондаренко Г.Г. Материаловедение: учеб/ Г.Г. Бондаренко, Т.А. Кабанова, В.В. Рыбалко; под ред. Г.Г. Бондаренко. — М.: Высш. шк.,2007. — 360с.: ил.

3. Лахтин Ю.М., Материаловедение Текст:учебник для вузов/ Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева,- 4-е изд., перераб — М.: Альянс, 2009.-527с.

4. Ржевская С.В. Материаловедение: Учеб. для вузов.-3-е изд., перераб. и доп.- М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2005.- 456с. — с. 173-196.

5. Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов: учеб. для студентов машиностр. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюшин; под ред. Г.П. Фетисова. — 3-е изд., испр. и доп. — М.: Высш. шк., 2005. 862 с.

6. ГОСТ 493-79. Бронза безоловянная литейная.

7. ГОС 1583-90. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия.