а – микроструктура (х500); б – схема микроструктуры

Рис. 30

37

Однофазные бронзы (БрА5, БрА7), имеющие хорошую пластичность, относятся к деформируемым. Они обладают наилучшим сочетанием прочности ( _в = 400-450 Мпа) и пластичности ( = 60 %). Двухфазные бронзы выпускают в виде деформируемого полуфабриката, а также применяют для изготовления фасонных отливок. При наличии большого количества эвтектоида бронзы подвергают не холодной. А горячей обработке давлением. Двухфазные бронзы отличаются высокой прочностью ( _в = 600 Мпа) и твердостью (>100 НВ).

К недостаткам двойных алюминиевых бронз помимо большой усадки относятся: склонность к газонасыщению и окисляемости во время плавки, образование крупнокристаллической столбчатой структуры, трудность пайки. Эти недостатки уменьшаются при легировании алюминиевых бронз железом, никелем, марганцем БрАЖ9-4; БрАЖН10-4-4; БрАЖМц10-3-1,5). Из всех алюминиевых бронз наиболее прочными являются БрАЖН10-4-4 и БрАЖН11-6-6. Кроме того, эти сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами, поэтому широко применяются в машиностроении для изготовления втулок, частей насосов и турбин, шестерен и других ответственных деталей, работающих в тяжелых условиях износа при повышенных температурах (400-500 ^оС).

Свинцовистая бронза. Свинцовистая бронза имеет большое применение как подшипниковый сплав (антифрикционный материал).

На рис.31 показана диаграмма состояния Cu-Pb. Как видно из диаграммы, медь со свинцом в твердом состоянии образует только механическую смесь и не дает ни твердых растворов, ни химических соединений. Чаще всего двойная свинцовистая бронза применяется с содержанием 30 % Pb (марки БрС30). Структура такой бронзы состоит из зерен меди (основное светлое поле шлифа) и включений свинца (темные участки шлифа), показана на рис.32. Структура свинцовистой бронзы находится в некотором противоречии с общепринятой теорией для подшипниковых сплавов. По этой теории антифрикционная структура должна состоять из мягкой пластичной основы и небольшого количества твердых частиц, вкрапленных в эту мягкую ос-

38

нову. В структуре же свинцовистой бронзы БрС30 наблюдается обратное: 70 % площади шлифа занимает более твердая медь и 30 % более мягкий свинец. Как показала практика, такое сочетание в сплаве не нарушает его антифрикционных свойств, если твердая составляющая обладает достаточной пластичностью и значительно мягче вала. В этом случае количество твердой фазы может быть допущено большее, чем мягкой.

Рис. 31

Баббиты

Баббиты – мягкие (30 НВ) антифрикционные сплавы на оловянной или свинцовой основе. К сплавам на оловянной основе относятся баббиты Б83 (83 % Sn, 11 % Sb, 6 % Cu) и Б88; на свинцовой основе – Б16 (16 % Sn, 16 % Sb, 2 % Cu), БС6 БН. Особую группу образуют более дешевые свинцово-кальциевые баббиты: БКА и БК2 (ГОСТ 1209-90).

39

Рис. 32

Наилучшими свойствами обладают оловянистые баббиты. Из-за высокого содержания дорогостоящего олова их используют для подшипников ответственного назначения (дизелей, паровых турбин и т.п.), работающих при больших скоростях и нагрузках. Для менее ответственных деталей используют свинцовистые баббиты.

Баббиты на оловянной основе. Наилучшим баббитом на оловянной основе является сплав Б83. Олово с сурьмой при содержании Sb больше 10,5 % образует два твердых раствора: и ^,, причем твердый раствор более мягкий и пластичный, чем твердый раствор ^,. Таким образом, при содержании в сплаве 11 % Sb образуется двухфазная структура, состоящая из мягкой пластичной основы твердого раствора и небольшого количества кристаллов ^,, вкрапленных в эту массу. Такая структура является антифрикционной. Медь введена в сплав для предотвращения ликвации ^,-кристаллов. В двойных сплавах Sn-Sb кристаллы ^, при отливке всплывают наверх. Медь с оловом дает химическое соединение Cu₃Sn, которое, кристаллизуясь первым, образует как бы скелет, на котором кристаллы ^, задерживаются и не всплывают.

Температура начала и конца плавления баббита лежит в пределах 240-380 ^оС. Твердость НВ 28-34.

40

Структура баббита Б83 показана на рис.33. Темный основной фон – твердый раствор (мягкая основа). Белые крупные кристаллы, имеющие квадратную и треугольную форму, - твердый раствор ^, (твердые частицы). Белые иголочки и звездочки – кристаллы химического соединения Cu₃Sn, являющиеся также твердыми частицами в сплаве.

а – микроструктура (х100); б – схема микроструктуры

Рис. 33

Этот баббит применяется только для заливки подшипников и вкладышей машин большой мощности.

Баббиты на свинцовой основе. На рис.34 приведена микроструктура баббита марки Б16. Структура этого баббита состоит из мягкой основы – эвтектики Свинца и твердого раствора сурьмы в олове), твердых частичек твердого раствора β прямоугольной формы и игольчатых включений Cu₃Sn.. Эвтектика будет служить мягкой основой, а кристаллы - твердым включением. Двойные свинцовистые сплавы еще сильнее ликвируют, чем оловянные, поэтому в сплав добавляют медь, которая образует с сурьмой химическое соединение Cu₂Sb. Это соединение играет ту же роль, что и Cu₃Sn в оловянистом баббите, т.е. препятствует всплыванию на поверхность кристаллов . Свинцовистые баббиты являются менее качественными, но дешевле последних. Они обладают большим коэффициентом трения. Твердые

41

включения менее тверды, чем Cu₃Sn и ^, -фаза в оловянистых баббитах. Основа в свинцовистых баббитах – не твердый раствор, а эвтектика, являющаяся менее пластичной.

а – микроструктура; б – схема микроструктуры

Рис. 34

Задание

Изучить диаграммы состояния цветных сплавов. Указать на диаграммах состояний положения изучаемых сплавов.

Изучить химический состав цветных сплавов, их термообработку.

Изучить микроструктуру путем просмотра под микроскопом коллекции шлифов различных цветных сплавов. Зарисовать микроструктуру просмотренных микрошлифов (подписать марку сплава, режим ТО, наименование фаз и структурных составляющих).

Изучить свойства и область применения цветных сплавов.

42

Контрольные вопросы

1. На какие группы делятся алюминиевые сплавы в зависимости от технологии их обработки?

2. Опишите в общем виде структуру и фазовый состав алюминиевых сплавов.

3. Расшифруйте предложенные марки образцов в соответствии с цифровой системой маркировки алюминиевых сплавов.

4. Какие структурные и фазовые превращения протекают при закалке и старении дуралюмина?

5. Где применяются и как упрочняются сплавы Al - Mn и Al-Mg?

6. Какой состав имеет сплав силумин и как он упрочняется?

7. Чем отличаются латуни от бронзы?

8. Как маркируются латуни и бронзы?

9. Как влияет цинк на механические и технологические свойства латуни?

10. Как влияет олово на механические свойства и структуру бронз?

11. Укажите, почему бронзы часто применяют как антифрикционный материал?

12. Какие требования предъявляются к антифрикционным сплавам?

13. Укажите марки (состав), структуру и применение оловянных и свинцовых баббитов.

43

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лахтин, Ю. М. Материаловедение [Текст]/ Ю. М. Лахтин, В.П. Леонтьева. - М.: Металлургия, 1990.

2. Гуляев, А. П. Металловедение [Текст]/ А. П. Гуляев. - М.: Металлургия, 1992.

3. Арзамасов, Б. Н. Материаловедение [Текст]/ Б. Н. Арзамасов. - М.: Машиностроение, 2003.

4. Геллер Ю. А. Материаловедение (Лаб. работы, методы анализа, задачи) [Текст]/ Ю. А. Геллер, А. Г. Рахштадт. - М.: Металлургия, 1985.

5. Травин, О. В. Материаловедение [Текст]/ О. В. Травин, Н. Т. Травина. - М.: Металлургия, 1991.

6. Лахтин Ю. М. Металловедение и термическая обработка металлов [Текст]/ Ю. М. Лахтин. - М.: Металлургия, 1993.

СОДЕРЖАНИЕ

Лабораторная работа №13. Микроанализ химико-термически обработанных углеродистых и легированных сталей 1

Лабораторная работа №14. Прокаливаемость. Закаливае-

мость 10

Лабораторная работа №15. Анализ микроструктуры цветных сплавов 19

Библиографический список 44

44

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторных работ по курсу

«Материаловедение» для студентов

направления 150400.62 «Металлургия»

(профиль «Технология литейных процессов»)

очной формы обучения

Часть 3

Составители: Юрьева Валентина Александровна

Горожанкина Ольга Владимировна

В авторской редакции

Компьютерный набор О.В. Горожанкиной

Подписано к изданию 07.10.2014.

Уч.-изд. л. 2,7

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

394026 Воронеж, Московский просп., 14

 Здесь и далее размерность твердости дана в МПа.