86863

ЦВЕТНЫЕ СПЛАВЫ. ЛАТУНИ

Лабораторная работа

Физика

Отрицательное свойство латуней - их склонность к самопроизвольному коррозионному растрескиванию, которое происходит во влажной атмосфере при сохранении в металле после деформации остаточных напряжений. Развитию растрескивания способствует наличие в атмосфере паров аммиака, аммонийных солей, сернистых газов.

Русский

2015-04-11

393 KB

1 чел.

12

PAGE  10

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра "Физика металлов и материаловедение"

"ЦВЕТНЫЕ СПЛАВЫ"

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ЛАТУНИ

для студентов очного обучения

Тула - 2005 г.


Разработали

Е.М.Гринберг

доктор технических наук, профессор

В.Я.Котенева

кандидат технических наук, доцент


1. Цель работы  
            

1. Ознакомиться с классификацией, назначением и свойствами сплавов на  основе системы "Cu-Zn".

2. Изучить микроструктуры  латуней и установить связь между микроструктурой сплавов и диаграммой состояния "Cu- легирующий элемент".

2. Краткие теоретические сведения

Латунями называют сплавы меди, в которых главным легирующим элементом является цинк.

При анализе диаграмм состояния "медь-легирующий элемент" наибольший интерес представляют те закономерности, которые наблюдаются в диаграммах меди с элементами подгрупп IIB-VB:

- диаграммы состоянии меди с элементами одной подгруппы очень сходны между собой, особенно со стороны меди;

- растворимость элементов подгрупп IIB-VB в меди уменьшается с увеличением валентности этих элементов (в ат.%): 39Zn, 20Ga, 12Ge, 6,7As. Максимальная растворимость легирующих элементов в меди соответствует примерно одной и той же электронной концентрации, равной 1,4;

- во всех системах -фаза на основе меди с ГЦК решеткой сменяется -фазой с решеткой ОЦК.  

Это указывает на то, что равновесие - и -фаз в этих системах определяется электронной концентрацией. Имеются три типа электронных соединений, отличающихся электронной концентрацией, при которой они образуются: а) соединения типа -латуни с электронной концентрацией 3/2,  б) соединения типа -латуни с электронной концентрацией 21/13, соединения типа -латуни с электронной концентрацией 7/4.

В сплавах на основе меди соединения с электронной концентрацией 3/2 обычно имеют ОЦК структуру. Классическим представителем этой группы соединений является соединение CuZn (на 1 валентный электрон меди и 2 валентных электрона цинка приходятся два атома), твердые растворы на базе которого и называют -латунями. К этому же типу соединений относятся CuBe, Cu3Al, Cu5Si, Cu5Sn и ряд других.

Соединения типа  -латуни имеют сложную кубическую решетку. К таким соединениям относятся Cu5Zn8, Cu5Cd8, Cu9Ga4, Cu31Sn8.

Электронные соединения типа -латуни имеют плотноупакованную гексагональную структуру. К этим соединениям относятся CuZn3,

Деформируемые латуни

Из медных сплавов латуни получили наиболее широкое распространение благодаря сочетанию высоких механических и технологических свойств. Структура и свойства латуней определяются диаграммой состояния Cu-Zn (рис.1). В этой системе имеется 5 перитектических превращений, в результате которых образуются 5 фаз: , , , и . Растворимость цинка в меди очень велика и обнаруживает необычную температурную зависимость: с понижением температуры эта растворимость возрастает и составляет 32,5 % при 902 С и 39 % при 454 С. С дальнейшим повышением температуры растворимость цинка в меди несколько уменьшается (до 36 % при комнатной температуре).

С увеличением содержания цинка возрастают как прочность, так и относительное удлинение латуней. Относительное удлинение достигает максимального значения при 30...32 %Zn, а затем резко падает, особенно когда появляется -фаза. Временное сопротивление разрыву возрастает до 45...47 %Zn, но как только -фаза полностью сменяет  -фазу, оно резко снижается.

ГОСТ 15527-70 "Сплавы медно-цинковые (латуни), обрабатываемые давлением. Марки" определяет наименования, марки, химический состав и примерное назначение включенных в него сплавов. Маркировка сплавов начинается с буквы Л - латунь;  за ней следуют буквы, означающие основные легирующие элементы (А - алюминий, Ж - железо, Мц - марганец, Н - никель, О - олово, С - свинец, К - кремний, Мш - мышьяк); первые две цифры - средняя массовая доля меди (%), последующие - средняя массовая доля других элементов (%), в том же порядке, как и буквы; остальное до 100 % - массовая доля цинка.

К -латуням относятся: томпак (Л96, Л90), полутомпак (Л85, Л80), латуни (Л70, Л68). Литая -латунь имеет дендритную структуру, разная травимость дендритов обусловлена их переменным составом: оси, кристаллизующиеся первыми, обогащены медью, выглядят светлыми по сравнению с темными межосными прослойками, обогащенными легкоплавким цинком. Диффузионный отжиг отливок способствует устранению ликвации, структура становится однородной зернистой.

Латуни со структурой -фазы пластичны, отличаются высокой технологичностью и легко поддаются горячей и холодной обработке давлением. В температурном интервале 300...700 С -латуни, как и медь, обнаруживают провал пластичности, и этого интервала температур при обработке давлением надо избегать. После деформации и отжига в -латуни, также как и в чистой меди, видны равноосные зерна с большим количеством двойниковых прослоек.

К (+)-латуням относятся сплавы Л63, Л60. После кристаллизации этих латуней они состоят из -кристаллов. При дальнейшем охлаждении происходит распад -фазы с выделением кристаллов -фазы, количество которых постоянно увеличивается вплоть до комнатной температуры. После травления литого сплава четко различаются обе структурные составляющие: светлые зерна (-фаза) и темные промежутки между ними (-фаза). Размер и форма -кристаллов зависят от скорости охлаждения: при большой скорости охлаждения они имеют вытянутую форму, при очень медленном охлаждении или после отжига зерна -фазы становятся равноосными.   

К -латуням относятся сплавы, содержащие более 45 %Zn. Микроструктура этих латуней характеризуется резкой разницей в окраске зерен -фазы, различно ориентированных по отношению к плоскости шлифа. Дендритная ликвация и двойниковые прослойки в -зернах не обнаруживаются.

Стабильная при высоких температурах -фаза очень пластична, а образующаяся из нее при охлаждении `-фаза с упорядоченной структурой, наоборот, хрупка. Поэтому пластичность -латуней с `-структурой при комнатной температуре очень мала, и при содержании около 50 %Zn и более они не поддаются холодной обработке давлением. По указанным причинам в промышленном масштабе применяют лишь  - и (+)-латуни. Однако -латуни представляют интерес как основа сплавов с памятью формы и материалов с высокими упругими свойствами ("сверхупругостью").

Отрицательное свойство латуней - их склонность к самопроизвольному коррозионному растрескиванию, которое происходит во влажной атмосфере при сохранении в металле после деформации остаточных напряжений. Развитию растрескивания способствует наличие в атмосфере паров аммиака, аммонийных солей, сернистых газов. Это явление называют еще сезонной болезнью, так как оно чаще всего происходит весной и осенью, когда влажность воздуха повышена.

Причиной растрескивания является неравномерное распределение остаточных напряжений, способствующее предпочтительной коррозии латуней по границам зерен. Это явление наблюдается в латунях, содержащих более 20 %Zn. Для устранения склонности к растрескиванию достаточно отжечь деформированные полуфабрикаты при температурах ниже температуры рекристаллизации. При таком отжиге эффективно снижаются остаточные напряжения первого рода и сохраняется высокая прочность, обусловленная наклепом. Для большинства латуней достаточно отжига при 270...300 С, чтобы сделать их нечувствительными к действию влажной атмосферы.

Для улучшения свойств латуни дополнительно легируют  Al, Mn, Fe, Ni, Sn, Pb, Si, которые вводят в небольших количествах (1...2 %, в редких случаях до 4 %). Как видно из рис.2, введение в латуни каждого нового элемента (кроме никеля) уменьшает растворимость цинка в меди и способствует появлению и увеличению количества -фазы. При содержании легирующих элементов в количествах больше их предельной растворимости - и  -фазах в структуре латуней появляются новые фазы. Железо и свинец практически нерастворимы в меди, так что прямые линии на рис.2 для этих элементов соответствуют границе раздела фазовых областей (+Fe)/(++Fe) и (+Pb)/(++Pb).

Введение в латунь Al, Mn, Sn, Si, Pb, Fe, как установил Гийе, равноценно повышению содержания в них цинка.  Им же определены коэффициенты для вычисления в специальной латуни "кажущегося" содержания цинка, при котором структура литых сложных сплавов идентична структуре литых сплавов двойной системы Cu-Zn. Коэффициенты Гийе отражают, какому содержанию цинка соответствует введение в медь 1 % легирующего элемента: Si – 1,1; Al – 5; Sn – 2; Pb – 1; Fe – 0,9; Mn – 0,5.

Только один элемент - никель - увеличивает растворимость цинка в меди (коэффициент Гийе для Ni = -1,3). При введении никеля в (+)-латуни количество -фазы уменьшается и при достаточном его содержании исчезает совсем; сплав становится -латунью.

Кажущееся содержание цинка в многокомпонентной латуни определяется по формуле:

Zn = {[A + (CiK)] / [A + B + (CiK)]} 100, % ;

где А – действительное содержание цинка в сплаве. %; В –содержание меди, %; Ci – количество добавляемого к двойной латуни элемента, %; К – коэффициент эквивалентности Гийе. Например, многокомпонентная латунь ЛАН 59-3-2 содержит 59 %Cu, 3 %Al, 2 %Al, остальное (36 %) Zn. Для определения ее фазового состава необходимо определить кажущееся содержание цинка:

Zn = {[36 + (35 - 21,3)] / [59 + 36 + (35 - 21,3)] 100 = 45 %.

Следовательно, по диаграмме состояния Cu-Zn ЛАН 59-3-2 должна быть двухфазной с преобладанием -фазы. Под микроскопом в литой латуни темные зерна -фазы будут по границам окаймлены светлыми кристаллами -фазы, выделившейся из -фазы при охлаждении закристаллизованного слитка.Al и Ni растворяются в - и -фазах, образуя с ними твердые растворы, а кроме того, создают самостоятельную структурную составляющую – алюминиево-никелевый интерметаллид, его включения серого цвета будут видны на нетравленном шлифе.

Все простые латуни, кроме Л59, имеют структуру -фазы и обладают высокими технологическими свойствами, что позволяет получать из них разнообразные изделия, требующие больших степеней деформации при их изготовлении (гильзы, патроны, радиаторные трубы, проволока, ленты). Латунь Л59 с (+)-структурой менее технологична.

Комплексное легирование специальных латуней позволяет получить более высокие по сравнению с простыми латунями механические свойства, лучшую коррозионную и кавитационную стойкость. Вместе с тем многокомпонентные латуни имеют достаточно хорошую обрабатываемость давлением при высоких температурах и несколько меньшую при низких.

Специальные латуни, которые, помимо цинка, содержат еще один или несколько легирующих элементов, называют по основному дополнительному легирующему элементу: алюминиевые, кремнистые, марганцевые, никелевые, оловянные, свинцовые. Специальные латуни отличаются от простых специфическими свойствами.

Прочностные свойства латуней можно существенно повысить нагартовкой. Латуни, особенно специальные, нагартовываются более интенсивно, чем медь. При степени деформации 50 % временное сопротивление латуней увеличивается на 250...300 МПа. Вместе с тем в результате наклепа в большинстве простых и специальных латуней развивается самопроизвольное растрескивание.

Основной вид термической обработки латуней - отжиг, который проводят для смягчения материала перед дальнейшей обработкой давлением, получения в готовых полуфабрикатах нужных свойств, а также для устранению склонности к сезонному растрескиванию. Температура рекристаллизации латуней выше, чем у меди, поскольку все легирующие элементы ее повышают. В промышленных условиях отжиг латуней проводят при 600...700 С.

Литейные латуни

Литейные латуни широко применяют в современной технике. Латуни обладают небольшой склонностью к газонасыщению благодаря самозащитному действию паров цинка с достаточно высокой упругостью. Это обеспечивает получение плотного литья.

Латуни мало склонны к ликвационным явлениям, так как ликвидус и солидус очень близки. Из-за малого интервала кристаллизации латуни обладают хорошей жидкотекучестью и небольшой усадочной рассеянной пористостью.

Специальные латуни отличаются высокими механическими свойствами. Их поверхность после обработки резанием, шлифовки и полировки приобретает красивый цвет и блеск, на нее легко наносятся защитные и декоративные покрытия. Многие литейные латуни обладают высокими антифрикционными свойствами.

Согласно ГОСТ 17711-93 "Сплавы медно-цинковые (латуни) литейные. Марки" наименование сплава определяется набором основных легирующих элементов (кроме цинка). Маркировка сплавов начинается с буквы Л - латунь, за которой следуют  буквы, обозначающие основные  элементы сплава (Ц - цинк, А - алюминий, К - кремний, С - свинец, Мц - марганец, Ж - железо), и цифры, соответствующие средней массовой доле этих элементов (%). Например: латунь свинцовая ЛЦ40С; латунь марганцово-железная ЛЦ40Мц3Ж; латунь алюминиево-железо-марганцовая ЛЦ23А6Ж3Мц2 и т.д. В литейных латунях допускается более высокое содержание примесей.

3. Порядок выполнения и оформления работы

1. Ознакомиться с краткими сведениями из теории, законспектировав основные положения.

2. Зарисовать  диаграмму  состояния «медь-цинк», указать  фазовый состав во всех областях диаграммы,  дать характеристику  всех фаз  систем.

         3. Получить  комплект  микрошлифов, в который входят образцы  латуней (в различных состояниях).

4. Изучить микроструктуры всех образцов с использованием оптического металлографического    микроскопа,  зарисовать их, указать структурные  составляющие, сравнив их с атласом микроструктур, описать характерные особенности структурообразования всех сплавов.     

          5. Определить   по микроструктуре    принадлежность сплавов к тому или иному классу по структуре и способности к упрочнению  обработкой давлением в холодном или горячем состоянии.

6. Проанализировать  изменение  структуры  и  свойств латуней с изменением  качественного и количественного содержания легирующих элементов и условий охлаждения.

4. Контрольные вопросы

1. Назовите основные физические, механические, технологические, эксплуатационные свойства меди.

2. В каких отраслях промышленности особенно перспективно применение меди?

3. Какие элементы являются постоянными примесями меди и как они  влияют на ее свойства?

4. На какие группы по технологическим свойствам подразделяются сплавы "Cu - легирующий элемент" и как они называются?

5. Какие сплавы называются латунями?

6. Какие элементы наиболее широко применяются в качестве легирующих в латунях?

7. Каким образом можно повысить уровень механических и физико-химических свойств латуней? Приведите пример.

8. Как классифицируются латуни по  способу деформирования?

9. Латунные изделия из тонкого листа марки Л62 склонны к коррозионному растрескиванию. Как можно избежать или устранить это явление? Укажите химический состав и структуру этой латуни, ее назначение.

10. Какой  из  сплавов  Л90 или БРО6 подвергается большему эффекту ликвации? Укажите химический состав, структуру и назначение этих сплавов.

11. Как маркируются латуни?

Литература

1. Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В,А. Металловедение и термическая обработка  цветных металлов и сплавов. Учебник для вузов / М.: *МИСИС*, 1999.- 416 с.

2. Материаловедение. Учебник для  вузов / Б.Н. Арзамасов,  И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др.; Под  общ.  ред. Б.Н. Арзамасова. -  М.:  Машиностроение, 1986.- 384 с.

3. Мальцев  М.В., Барсукова Т.Я., Боряк Ф.А.   Металлография цветных металлов и сплавов (с атласом микроструктур).- М.: ГНТИЛ по черной и цветной металлургии, 1960. - 372 с.

4. ГОСТ 859-78 "Медь. Марки".

5. ГОСТ 15527-70 "Сплавы медно-цинковые (латуни), обрабатываемые давлением. Марки".

6. ГОСТ 17711-93 "Сплавы медно-цинковые (латуни) литейные. Марки".

Рассмотрено на заседании кафедры

протокол №___ от "___" ______2001 г.

Зав.кафедрой___________А.Е.Гвоздев


Рисунки к лабораторной работе № 5

Рис.1. Диаграмма состояния системы Cu-Zn

Рис.2. Изотермы растворимости легирующих элементов в -латуни при 400 С


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42374. Измерение толщины металлических пленок с помощью интерферометра МИИ-4 175 KB
  В результате интерференции двух систем волн в фокальной плоскости окуляра наблюдаются характерные интерференционные полосы. в результате интерференции волн получаются светлые полосы а в точках где разность хода равна λ 2 3λ 2 5λ 2 и т. темные полосы. В отъюстированном микроинтерферометре при работе в монохроматическом свете в поле зрения должны быть видны чередующиеся черные и светлые полосы.
42375. Адміністрування безпеки операційної системи WINDOWS 2k 479 KB
  С помощью утилиты NET. Выполнить исследование локальной сети с помощью утилиты NBTSTT программы PWLTOOLS. С помощью утилит User2sid и Sid2user определить перечень логинов пользователей на том же удаленном компьютере что и в пункте 4.] Выполнить тестирование компьютера указанного в пункте 4 с помощью программы DDoSPing.
42376. Програмні засоби для шифрування та приховування інформації 1.79 MB
  С помощью программы PGP выполните обмен зашифрованной информацией. Для этого необходимо: а с помощью утилиты PGPkeys создать ключевую пару подчиняясь следующему порядку: выполнить запуск Strt Пуск Progrms Программы PGP PGPkeys необходимо указать собственное имя Full nme и адрес электронной почты Emil ddress не забывая что именно эти данные будут ассоциированы программой с вашими ключами выбор типа ключа Key Pir Type: ключ RS действительно архаичнее и медленнее своего ретивого молодого собрата DiffieHellmn DSS однако...
42377. Використання M.EXCEL в розвязанні матричних ігор 437.5 KB
  Планується до випуску Кі варіанти конструкції нового товару. Виготовлення їх можливо за допомогою одного з альтернативних технологічних процесів Тj . Експерти оцінили споживчі властивості конструкції Кі , виготовленої за допомогою технологічного процесу Тj за десятибальною шкалою в аij балів. Конструкція, яка має більший бал якості, має також і більшу собівартість. Ресурси обмежені, тому менеджерам необхідно прийняти компромісне рішення. Обґрунтувати прийняте рішення.
42378. Работа с пакетом Microsoft Office (Word, Excel, Access, PowerPoint) 699.5 KB
  Для таких целей следует использовать команду меню Формат Абзац и в диалоговом окне установить необходимые отступы и интервалы. Установка первых строк производится с помощью команды меню Формат Абзац или масштабной линейки. Изучите пункты меню панели инструментов и элементы окна. Рисунок 1 Рабочее окно программы Word Установите поля: левое 25 см правое 15 см верхнее и нижнее 2 см через меню Файл команду Параметры страницы.
42379. Текстовый процессор Word «Приемы и средства автоматизации разработки текстовых документов» 63 KB
  Формула задается как выражение в котором использованы: абсолютные ссылки на ячейки таблицы в виде списка 1; B5; E10 или блока 1:F10; ключевые слова для ссылки на блок ячеек: LEFT ссылка на ячейки расположенные в строке левее ячейки с формулой; RIGHT ссылка на ячейки расположенные в строке правее ячейки с формулой; BOVE ссылка на ячейки расположенные в столбце выше ячейки с формулой; BELOW ссылка на ячейки расположенные в столбце ниже ячейки с формулой; константычисла текст в двойных кавычках; закладки...
42380. Операционная система Windows XP: настройка операционной системы Windows, оформление Рабочего стола, настройка Проводника 148.5 KB
  Работа с архиватором WinZip: создание самораспаковывающегося и защищенного архива извлечение файлов из ZIPархива. Что такое многотомный архив Как добавить файл в архив Какие вы знаете архиваторы Их особенности для различных видов информации. ПРИЛОЖЕНИЕ В Работа с архиватором WinZip Запустите WinZip 8. Дайте команду File New rchive Файл Создать архив.
42381. Приемы и средства автоматизации разработки текстовых документов в Excel 62 KB
  Изучите основные понятия: Относительная ссылка указывает на ячейку основываясь на ее положении относительно ячейки в которой находится формула например на две строки выше. Относительная ссылка это изменяющийся при копировании и перемещении формулы адрес ячейки содержащий исходное данное. Абсолютная ссылка это не изменяющийся при копировании и перемещении формулы адрес ячейки содержащих исходное данное. Заполните таблицу: При заполнении таблицы используйте: Выделите А1:Е1 выберите Формат Ячейки Выравнивание Объединение ячеек...
42382. Построение диаграмм с помощью мастера диаграмм 221 KB
  Требования к изученному материалу: уметь строить графики математических функций; строить диаграммы по экономическим задачам; уметь изменять тип параметры построенных диаграмм; уметь добавлять диапазон данных к построенной диаграмме; уметь добавлять легенды. В Excel существуют стандартные и нестандартные диаграммы. В следующем окне рисунок 2 появляется образец диаграммы. Далее подписать заголовки: название диаграммы График квадратной функции; Ось Х Х; Ось У У; убрать линии сетки и подписи.