Микроструктуры меди и ее сплавов

Медь, деформированная и затем отожжённая, имеет зернистую структуру с наличием двойников (рисунок 2.9). Медь характеризуется невысокой прочностью σ_в=150…250МПа (σ_в=15…25кгс/мм²) и твёрдостью НВ60, хорошей пластичностью (δ=50%) в горячедеформированном состоянии. Обладает высокой электропроводностью, теплопроводностью, коррозионной стойкостью в пресной и морской воде.

Рисунок 2.9 – Микроструктура деформированной и отожжённой меди (х250)

Латуни содержат до 45% цинка. Они характеризуются высокой электропроводностью и теплопроводностью, коррозионной стойкостью, хорошо обрабатываются резанием. По технологическому признаку делятся на деформируемые и литейные. В зависимости от микроструктуры различают однофазные α -латуни (содержат цинка до 39%) и двухфазные α + β –латуни (содержат цинка от39% до 45%).

а                                               б                                              в

а) однофазная литая латунь;

б) однофазная деформированная и отожженная латунь;

в) двухфазная латунь

Рисунок 2.10 – Микроструктуры латуни (х250)

Микроструктура литой однофазной α -латуни имеет дендритное строение (рисунок 2.10а). Светлые участки – дендриты богатые медью. Тёмные участки – междендритные пространства, обогащённые цинком.

Деформированная и отожженная латунь имеет зернистое строение и характерные полоски двойников (рисунок 2.10б). Вследствие анизотропии они травятся с различной интенсивностью и получают разную окраску.

Светлые зёрна двухфазной латуни представляют собой α -фазу – твёрдый раствор Zn в Cu, с гранецентрированной кристаллической решёткой меди (рисунок 2.10в). Тёмные зерна β -фаза – упорядоченный твердый раствор на базе электронного соединения CuZn с решёткой ОЦК.

Бронзами называются сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием и другими элементами, среди которых цинк не является основной добавкой.Бронзы обладают хорошими литейными и антифрикционными свойствами, высокой коррозийной стойкостью в пресной и морской воде, в газовой атмосфере при высоких температурах, имеют достаточно высокую пластичность. Хорошо обрабатываются давлением и резанием.

Литая оловянная бронза имеет дендритное строение. На микроструктуре (рисунок 2.11а) тёмные места – дендриты, более богатые медью, светлые – междуосные пространства более богатые оловом. Структура оловянной бронзы после отжига представляет собой однородные зёрна α -твердого раствора олова в меди – темная составляющая (рисунок 2.11б) и эвтектоид – α+Cu₃₁ Sn₈ – светлая. Оловянные бронзы обладают высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью. Некоторые из них имеют пружинящие свойства, антифрикционные свойства, обрабатываются резанием, поддаются пайке и сварке. Пластичность бронз растет до содержания олова 5%, а затем снижается, а твёрдость и прочность растёт постоянно.

а                                                                 б

а) оловянная бронза литая (5% Sn); б) оловянная бронза после отжига (10% Sn)

Рисунок 2.11 – Микроструктуры оловянной бронзы (х340)

Алюминиевые бронзы обладают достаточно высокими механическими свойствами и коррозийной стойкостью. Упрочняются закалкой и старением. Твердость (НВ), прочность (σ_в) и пластичность растут по мере увеличения содержания алюминия. Пластичность достигает максимума при 5% Al,затем быстро снижается. Поэтому из двухфазных бронз применяют бронзы, содержащие не более 11% Al. Микроструктура однофазных бронз с различным содержанием алюминия и в том и другом случае представляет собой зерна α -твердого раствора алюминия в меди (рисунки 2.12а и 2.12б).

    

а                                                                   б

а) БрА5 после деформации и отжига (х230); б) БрА8 после деформации и отжига (х130)

Рисунок 2.12 – Микроструктуры алюминиевых однофазных бронз

При содержании 10% Al и более образуется двухфазная бронза (рисунок 2.13а). Светлые участки – α -фаза, темные – эвтектоид α+γ', (γ' -электронные соединения Cu₃₂Al₁₉).

       

а                                                       б

а) в литом состоянии; б) алюминиевая бронза с 10,2% Al после закалки

Рисунок 2.13 – Микроструктуры алюминиевой двухфазной бронзы (х250)

При нагреве двухфазной бронзы эвтектоид α+γ' превращается в β -твердый раствор (твердый раствор на основе соединения Cu₃Al электронного типа), а после охлаждения образуется игольчатая структура подобная структуре мартенсита (рисунок 2.13б).

На рисунке свинцовистой бронзы основной белый фон – медь, тёмные включения – свинец (рисунок 2.14а). Включения свинца располагаются по границам зёрен или заполняют междендритные пространства. Свинец не растворяется полностью в жидкой меди.

Свинцовистые бронзы обладают высокими антифрикционными свойствами и применяются в подшипниках скольжения.

Бериллиевые бронзы применяется в основном после закалки и старения. Они отличаются высокой твердостью, прочностью, упругостью и износостойкостью. Достоинством являются также красивый золотистый цвет и сопротивляемость коррозии.

Светлое поле бериллиевой бронзы α -твердый раствор бериллия в меди (видны границы зерен). На фоне зерен α -твердого раствора видны мелкие твердые включения γ -фазы (CuBe), упрочняющие бронзу при старении (рисунок 2.14б).

 

       

а                                                     б

а) свинцовистая бронза; б) бериллиевая бронза после закалки и старения

Рисунок 2.14 – Микроструктуры бронз (х250)