Файл: Materialoznavstvo_2013_pravl_1.doc

Кремнієві бронзи містять у своєму складі 1–3 % Sі (БрКН1-3, БрКМц3-1), є замінниками олов'янистих бронз (наприклад, БрОЦС6-6-3). Вони мають високі ливарні властивості, корозійну стійкість, пружність, допускають гарячу обробку тиском і обробку різанням. Із кремнієвих бронз виготовляють прутки, смугу, виливки, заготовки для виробів, що працюють за температур до 500 °С.

Свинцева бронза (БрС30) широко використовується у машинобу­дуванні як антифрикційний матеріал.

Латуні – це подвійні або багатокомпонентні сплави міді, у яких основним легуючим елементом є цинк (до 45 %). За більшого вмісту цинку в латуні знижується міцність і зростає крихкість. Вміст інших легуючих елементів у спеціальних латунях не перевищує 7–9 %.

Маркують латуні літерою Л, після якої цифрою вказують вміст міді у відсотках (наприклад, сплав Л62 містить 62 % Сu і 38 % Zn). Якщо у складі латуні окрім міді і цинку є ще інші елементи, то для їхнього позначення після літери Л пишуть початкові літери назв цих елементів (О – олово, С – свинець, Ж – залізо, Ф – фосфор). Відсоток вмісту кожного з цих елементів показують відповідні цифри, що стоять після кількісного показника міді в латуні. Наприклад, сплав ЛАЖ60-1-1 містить 60 % Сu, 1 % А1, 1 % Fе і 38 % Zn.

Залежно від вмісту Zn і структури за кімнатної температури, латуні поділяють (рис. 4.4) на однофазні -латуні (до 39 % Zn) і двофазні + -латуні (більше 39 % Zn). Якщо цинку в сплаві більше 39 %, утворюється крихка -фаза – твердий розчин на основі елек­тронної сполуки типу СuZn з ОЦК- ґраткою.

О
днофазні латуні (Л62, Л68, Л80) пластичні, легко деформуються. Постачають їх у вигляді напівфабрикатів – прутки, дріт, смуга, стрічки тощо. З латуней типу Л62, Л68 виготовляють стрічки, гільзи патронів, радіаторні трубки, дріт, фольгу. Латунь марки Л80 (томпак) має колір золота. Використовують її для виго­товлення ювелірних і декоративних виробів, а також для відповідальних деталей.

Механічні властивості однофазних латуней (Л68, Л80, Л90) наступні: – 260–320 МПа, = 43–55 %, твердість – 53–55 НВ.

Двофазні + -латуні малопластичні, вироби з них виготовляють в основному методом лиття. З ливарних латуней ви­робляють арматуру, фасонне лиття, втулки (ЛС59-1Л); антифрик­ційні деталі (ЛМц58-2-2); корозійностійкі деталі (ЛА67-2,5); гребні ґвинтів, лопасті, арматуру, що експлуатується за температури до 300 °С (ЛМцЖ55-3-1); черв'ячні гвинти для важких умов праці (ЛАЖМц66-6-3-2).

Механічні властивості таких латуней залежать не лише від їхнього складу, але і від умов кристалізації у ливарних формах. Так, за лиття в кокіль латунь марки ЛС59-1Л має = 200 МПа,  = 20 %, твердість – 80 НВ; латунь марки ЛАЖМц66-6-3-2, відповідно, = 650 МПа, = 6–7 %, 160 НВ.

Додаткове легування латуней різними елементами підвищує їхні експлуатаційні властивості. Так, легування 1–2 % свинцю поліпшує оброблюваність сплаву різанням (ЛС59 – автоматна латунь); олово підвищує корозійну стійкість у морській воді; алюміній і нікель підвищують механічні властивості (ЛАН59-3-2) тощо.

Сплави міді з нікелем (основний легуючий елемент) використову­ють як конструкційні та електротехнічні матеріали.

Куналі (Cu – Nі – Al) містять у своєму складі 6–13 % Ni, 1,5–3 % А1, решта – мідь. Такі сплави піддають термічній оброб­ці - гартуванню з наступним старінням. Куналі використовують для виробництва деталей підвищеної міцності, виготовлення пружин, а також різних електромеханічних виробів.

Нейзильбери (Cu – Ni – Zn) містять у своєму складі до 15 % Ni, до 20 % Zn, решта – мідь. Мають колір, близький до срібла, стійкі до атмосферної корозії. Ці сплави використовують у приладобуду­ванні, виробництві годинників тощо.

Мельхіори (Cu – Ni + невеликі добавки до 1 % Fе і Mn) мають високу корозійну стійкість, зокрема, у морській воді. Використову­ються для виготовлення теплообмінних апаратів, посуду, деко­ративних штампованих і карбованих виробів.

Капель (Cu – Ni – Mn) містить у своєму складі 45 % Ni, 0,5 % Mn, решта – мідь. Сплав із високим питомим електроопором використовують в електротехніці, а також для виготовлення електро­нагрівальних елементів.

Манганін (Cu – Ni – Mn) відносять до реос­татних сплавів, використовують в електротехніці (МНМц3-12). Таке саме застосу­вання має і константан.

Константан (Cu – Ni – Mn) має у своєму складі 40–43 % Ni, 0,5–1,5 % Mn, решта – мідь (МНМц40-1,5).

Титан, магній та їх сплави. Титан – сріблясто-сірий метал із температурою плавлення 1672 °С, з малою питомою вагою ( = 4,5 г/см³) і високою корозійною стій­кістю – належить до перехідних металів четвертої групи періодичної системи елементів. Міцність титану  = 270 МПа, пластичність  = 25 %, твердість – 100–140 НВ. Міцність технічно чистого титану залежить від чистоти металу. Домішки вуглецю, кисню, водню знижують його пластичність, опір корозії і зварюваність. Особливо шкідливими є домішки водню. Механічні властивості технічно чистого титану (марки ВТ1-0, ВТ1-00, ВТ1-1) знаходяться на рівні властивостей звичайних конструкційних сталей. З нього виготовля­ють катані і пресовані труби, лист, дріт, поковки. Він добре зварюється, має високі механічні характеристики, корозійну стій­кість і жароміцність, але важко обробляється різанням, має низькі антифрикційні властивості.

Легування титану певними елементами дозволяє значно підви­щити його механічні ( >1500 МПа,  =10–15 %) та спеціальні властивості. Так, А1 підвищує жароміцність і механічні властивості титану, V, Мо, Cr, Mn – жароміцність.

Титан є поліморфним металом і існує у двох алотропічних модифікаціях – і . Температура поліморфного перетворення дорівнює 882,5 °С. Нижче цієї температури титан має гексагональну кристалічну ґратку, а вище – ґратку об'ємноцентрованого куба. Легуючі елементи, що входять до складу промислових титанових сплавів, утворюючи з титаном тверді розчини заміщення, змінюють температуру поліморфного перетворення на і навпаки. Такі елементи, як А1, О, N, підвищують температуру перетворення, розширюють область існування -твердого розчину на діаграмі стану ( -стабілізатори); елементи Мо, V, Nb, Сr, Mn, Fе знижують температуру і пере­творення (-стабілізатори).

Залежно від структури у рівноважному стані, титанові сплави поділяють на -сплави (однофазні) і -сплави (двофазні). Так, основ­ними промисловими сплавами титану зі структурою + є ВТ5 (4,5–5 % А1; 3,5–4,5 % V), ВТ8 (5,8–6,8 % А1; 2,8–3,8 % Мо). За технологічним призначенням їх поділяють на ливарні і такі, що піддаються деформуванню.

За міцністю титанові сплави поділяють на три групи:

• низької міцності з = 300–700 МПа (ВТ1);

• середньої міцності з = 700–1000 МПа (ВІЗ, ВТ4, ВТ5);

• високої міцності з >1000 МПа (ВТ6, ВТ14, ВТ15) після
  гартування та старіння.

Титанові сплави можна піддавати всім основним видам термічної обробки, а також хіміко-термічній обробці, змінюючи їхні власти­вості у потрібному напрямі.

Наприклад, механічні властивості сплаву ВТ5 після відпалювання за температури 750 °С становлять: = 750–900 МПа, = 10–15 %, твердість 240–300 НВ. Сплав ВТ8 після гартування за температури 900 °С і старіння за температури 500 °С має міцність = 1000–1150 МПа, пластичність = 3–6 %, твердість – 310–350 НВ, а сплав ВТ14, відповідно, = 1150–1400 МПа, = 6–10 %, твердість – 340–370 НВ.

Ливарні сплави мають нижчі механічні властивості по­рівняно з аналогічними деформованими. Для лиття використовують сплави, що відповідають хімічному складові сплавів ВТ5, ВТ14 (мар­кують їх із доданням літери Л – ВТ5Л, ВТ14Л), або спеціальні ливарні сплави.

Титан та його сплави використовують в авіації та ракетобудуванні, хімічній промисловості, суднобудуванні і кріогенній техніці.

Магній – найбільш легкий з кольорових технічних металів ( = 1,75 г/см³) – не має алотропічних перетворень. Температура плав­лення магнію 650 °С. Технічно чистий магній має низькі механічні властивості (= 180 МПа,  = 5 %, твердість – 30 НВ), схильний до самозапалювання, теплопровідність та електропровідність його низькі. Вико­ристовується в техніці у вигляді сплавів. До складу магнієвих сплавів входять А1, Zn, Mn, Zr, завдяки чому міцність зростає до 200–450 МПа. Сплави магнію поділяють на деформовані та ливарні.

Деформівні магнієві сплави призначені для виготовлення напів­фабрикатів (пруток, лист, профіль) обробкою тиском. За нормальних температур магній деформується погано. Для підвищення пластич­ності його сплавів застосовують обробку тиском за температури 360–520 °С залежно від марки сплаву. Такі сплави маркують літерами МА і цифрами (МА1, МА2-1, МА14), що означають порядковий номер сплаву.

Сплав МА1 (містить 1,3–2,5 % Мn) має хорошу технологічну пластичність, зварюваність і корозійну стійкість. Відноситься до сплавів низької міцності. Додаткове легування його цезієм (близько 0,2 %; МА8), подрібнює зерно, підвищує механічні власти­вості та здатність до холодної деформації. Сплав МА2-1 належить до системи Mg – Al – Zn, має досить високі механічні властивості і технологічну пластичність. Піддається всім видам листового штампу­вання та прокатування. З деформованих магнієвих сплавів (МА) виготовляють деталі літаків, автомобілів і прядильних верстатів.

Ливарні магнієві сплави використовують для виготовлення дета­лей методом лиття, їх маркують літерами МЛ і цифрами, що означа­ють порядковий номер сплаву (МЛ5, МЛ6, МЛ-10, МЛ-12). Напри­клад, сплави МЛ5 і МЛ6 належать до системи Mg – Al – Zn. Найпоширенішим з цієї групи сплавів є МЛ5 (7,5–9 % А1; 0,2–0,8 % Zn; 0,15–0,5 % Mn). Виливки з магнієвих сплавів іноді піддають гартуванню з наступним старінням. Деякі сплави МЛ застосовують для високонавантажених деталей авіаційної промисловості (картери, корпуси приладів, форми шасі тощо). З огляду на низьку корозійну стійкість магнієвих сплавів, вироби з них піддають оксидуванню з наступним нанесенням на них лакофарбових покриттів.

Порядок виконання роботи

1. У вибраних зразках поверхні для дослідження у разі потреби шліфують і обов'язково полірують. Виявлення структури основи шліфів починають із протирання (промивання), далі здійснюють травлення на поверхні кожного зразку половини дзеркальної поверхні за допомогою реактивів. Для кольорових металів частіше застосовують 4 %-ий розчин азотної кислоти НNО₃ в етиловому спирті. На обох зразках половини шліфів протирають ватою (10–15 с), змоченою в реактиві, до появи рівного матового відтінку без наявності будь-яких плям. Потім шліфи проми­вають етиловим спиртом. У результаті неоднакового ступеня травлення структурних складових на поверхні шліфа утворюється мікрорельєф.

Вивчення протравленої поверхні шліфів під оптичним мікроскопом або на моніторі комп’ютера дає змогу побачити мікроструктуру основи кольорових металів. Вона складається зі світлих і темних ділянок. Це пояснюється неоднаковою ступінню відбиття світла від структурних складових. Структура, розчинена на велику глибину, має темний колір, так як дає більше розсіюючих променів. Структура ж, що розчинена менше, за рахунок прямого відбиття світла, має світлий колір. Границі зерен мають вигляд тонкої сітки. Часто зерна металу одного й того ж самого фазового складу під мікроскопом можуть мати різні відтінки. Це пояснюється тим, що кожне зерно в площині шліфа має свій перетин кристалічної решітки з різною кількістю у ньому атомів, а значить, і властивості зерен відрізняються одне від одного. Таке явище називається анізотропією (здатність монокристала мати різні властивості в різних кристалографічних напрямках).

2. У прямокутнику або колі замалювати мікроструктуру заданих зразків: на одній половині – до травлення, а на другій – після травлення. На замальованих схемах мікроструктур вказати назви структу­рних складових.

3. За структурою замальованого протравленого мікрошліфа потрібно орієнтовно визначити марку кольорового металу.

4. Вказати вид кольорового металу, структуру, властивості, область застосування.

Контрольні питання для захисту роботи

1. Назвати основні переваги та недоліки кольорових металів.

2. Які сплави на основі міді ви знаєте?

3. Які основні властивості латуней, область використання?

4. Бронзи, їх різновиди і основні властивості.

5. Назвіть основні алюмінієві сплави та область їх використання.

6.Чим відрізняється модифікований силумін від немодифікованого?

7. Технологія приготування мікрошліфів.

8. Що відбувається при травленні поверхні мікрошліфу металу.

9. Принцип роботи мікроскопа МІМ-7.

10. У чому перевага відображення структури мікрошліфа на екрані телевізора порівняно із розглядом через окуляр мікроскопу.