Структура сплавов на медной основе

Латуни

В соответствии со структурным состоянием медноцинковые сплавы называются α-латунями или (α+β) латунями. Диаграмма состояния Cu–Zn представляет собой совокупность пяти перитектических превращений и одного эвтектоидного. Образующиеся по перитектическим реакциям β, γ, δ, ε, η фазы называют β-, γ-, δ-, ε-, η-растворами, они являются промежуточными фазами электронного типа переменного состава.

Структура двухкомпонентных латуней (сплавов меди с цинком) определяется диаграммой состояния системы Cu–Zn. Основные фазы латуней: α -фаза –твердый раствор замещения цинка в меди с ГЦК решеткой, β-фаза – промежуточная переменного состава с ОЦК решеткой и электронной концентрацией 3/2, твердый раствор на основе соединения CuZn.

Образец 183 – литая α -латунь (30 % Zn). Структура: дендриты α -твердого раствора цинка в меди.

 

 

Образец 184 – отожженная α-латунь (30 % Zn). Структура: кристаллы α-твердого раствора цинка в меди.

 

Образец 181 – рекристаллизованная α -латунь. Структура: полиэдры (зерна) α-твердого раствора цинка в меди.

 

Образец 191 – (α + β)-латунь (42 % Zn). Структура: кристаллы α-твердого раствора (светлые) и β-твердого раствора (темные).

 

Образец 194 – сплав ЛЦ23А6Ж3Мц2 (23 % цинка, 6 % алюминия, 3 % железа, 2 % марганца, остальное медь). Структура: α -кристаллы (светлые), β-кристаллы (темные) и включения марганцево-железистой составляющей.

 

Бронзы

Микроструктура двойных оловянных бронз определяется диаграммой Cu–Sn. В равновесии с α -твердым раствором в сплавах, содержащих до 20 % олова, в зависимости от температуры наблюдаются промежуточные фазы – β, γ, δ и ε. Фазы β и γ образуются по перитектическим реакциям, δ – по перитектоидной реакции. Все эти фазы являются твердыми растворами на основе промежуточных соединений электронного типа. Фазы β, γ, δ при соответствующих температурах распадаются с образованием эвтектоидных смесей. Ввиду затруднительных условий диффузии при низких температурах процесс распада в твердом состоянии чаще всего ограничивается эвтектоидным превращением, протекающим при 520 °С γ → (α + δ).

Широкая область α -твердого раствора, указанная на диаграмме сплошной линией, характерна только для равновесных сплавов, подвергнутых медленному охлаждению. В сплавах системы Cu–Sn при неравновесной кристаллизации развивается значительная внутридендритная ликвация из-за широкого интервала кристаллизации, вследствие чего в производственных условиях неравновесная β-фаза появляется при концентрациях более 6–8 % Sn вместо 13,5 % по диаграмме состояния.

 

При последующем охлаждении она испытывает эвтектоидный распад β → α + γ, который затем сменяется эвтектоидным превращением γ → α + δ. Эвтектоидное превращение δ → γ + ε протекает очень медленно и δ-фаза сохраняется до комнатной температуры даже при довольно медленном охлаждении.

Образец 201 − литая оловянная бронза Сu − 5 % Sn. Структура: дендриты α-твердого раствора олова в меди.

 

Образец 202 – литая оловянная бронза Сu − 13 % Sn. Структура: α-твердый раствор олова в меди и голубые включения эвтектоида (α + δ).

 

 

Образец 203 – свинцовая бронза БрС30 (30 % свинца, остальное – медь). Структура: твердый раствор свинца в меди и эвтектика (Cu + Pb)э.

 

Образец 205 – бериллиевая бронза БрБ2,5 (2,5 % бериллия, 0,4 % ни-келя, остальное – медь). Структура: твердый раствор бериллия в меди и эв-тектоид (α + γ)э.

 

 

Образец 212 – алюминиевая бронза Cu − 10 % Al литая. Структура: твердый раствор алюминия в меди и эвтектоид (α + γ2)э.

Согласно диаграмме состояния Cu–Al сплавы, содержащие менее 8,3 % Al, должны состоять из одной фазы – α-твердого раствора алюминия в меди.

 

Сплав Cu−10 % Al кристаллизуются с образованием β -фазы, которая устойчива до 950 °С. При дальнейшем охлаждении сплава происходит выделение α-фазы из β-фазы: β → α. При температуре 565 °С β-фаза распадается с образованием эвтектоида β → (α + γ')э. При комнатной температуре структура сплава Cu−10 % Al состоит из зерен α-твердого раствора и эвтектоида (α + γ')э. Кристаллы α-раствора – светлые, эвтектоид (α + γ')э – темный. Двухфазное строение эвтектоида различить трудно вследствие высокой дисперсности фаз.

Вывод: Мы изучили структуру меди с примесями и сплавов на ее основе в равновесном и неравновесном состояниях. Проанализировали фазовые и структурные превращения при кристаллизации и в твердом состоянии, Установили связь между диаграммой состояния соответствующих систем и структурой сплава.