Физические свойства материала БрМц5 .

T	E 10- 5	a 10 6	l	r	C	R 10 9
Град	МПа	1/Град	Вт/(м·град)	кг/м3	Дж/(кг·град)	Ом·м
20	1.05			8600		200
100		20.4

Коэффициент трения материала БрМц5 .

Коэффициент трения со смазкой :	0.013
Коэффициент трения без смазки :	0.7

Определить по маркам фазовые превращения при охлаждении медных сплавов

      Сразу отметим, что диаграммы состояния отражают изменения, которые происходят только при медленном понижении температуры.  Однако они позволяют рассматривать и быстропротекающие процессы. Покажем это на примере рассмотренной диаграммы.

       1. Сплавы типа (1). Концентрация В < B_min.

      После завершения кристаллизации сплав состоит из одной фазы (твердый раствор В в А) при любых температурах. ФазаА(В) называется α-фазой или α-раствором. В таких сплавах фазовый состав не меняется с температурой и не зависит от скорости охлаждения.

       2. Сплавы типа (2). Концентрация  B_min<В<B_max.

      Сразу после кристаллизации сплав состоит из зерён  α-раствора, т.е. является однофазным. Но после охлаждения до Т₂, соответствующей пределу растворимости для данной концентрации, кристаллы твердого раствора уже не могут содержать столько компоненты В, сколько её содержится в сплаве. Поэтому после охлаждения твердый раствор будет иметь состав, соответствующий минимальной растворимости компоненты В, а её избыточная часть выделится из α-раствора в виде вторичных кристаллов В₂. Такой процесс называется распадом твердого раствора (вторичная кристаллизация). Насыщенный раствор обозначается как α_s.

      Следовательно, ниже температуры Т₂ сплав становится двухфазным (α_s+B₂). Количество вторичных кристаллов в сплавах тем больше, чем ближе  концентрация к B_max.

      Процесс выделения вторичных кристаллов является  диффузионным, для его осуществления требуется время. Поэтому описанный процесс происходит только при медленном охлаждении.

      При большой скорости охлаждения (закалке) получается однофазный сплав: вторичные кристаллы не успевают выделиться, и получается пересыщенный твердый раствор. Это второй вариант существования сплава с такой концентрацией.

      Если сплав с фазой пересыщенного твердого раствора нагреть выше Т₂, выдержать при этой температуре (старение), а затем медленно охладить, то получится двухфазный сплав. Характер выделения вторичных кристаллов из пересыщенного раствора имеет свои особенности, которые приводят к увеличению пределов текучести и прочности. Это третий вариант существования сплава той же концентрации.

       3. Сплавы типа (3). Концентрация  B_max<В<B_ЭВТ – «доэвтектические» сплавы.

    Кристаллизация с образованием α-раствора начинается при температуре ликвидуса. Однако «обычный» ход кристаллизации прерывается при Т_ЭВТ, при которой жидкая часть кристаллизуется в виде смеси кристаллов α-раствора и кристаллов В. Это и есть эвтектика. В процессе охлаждения происходит распад твердого раствора с образованием вторичных кристаллов В₂.

    После полного охлаждения сплав состоит из трех фаз: α_s, В₂ и Эвт.(α_s+В+В₂). Кристаллы твердого раствора α_s успели сформироваться в ходе «обычной» кристаллизации, а эвтектика образовалась из «недокристаллизовавшейся» части жидкого раствора.

     4. Сплавы типа (4). Концентрация  В>B_ЭВТ – «заэвтектические» сплавы.

     Кристаллизация с образованием первичных кристаллов В начинается при температуре ликвидуса. «Обычная» кристаллизация прерывается при Т_ЭВТ и жидкая часть кристаллизуется в виде эвтектики.  После полного охлаждения образуется двухфазный сплав: В и Эвт.(α_S+В+В₂).

     5. Сплав (5). Концентрация  В=B_С – эвтектический сплав.

    Для сплава с таким составом кристаллизация происходит не в интервале температур, а при эвтектической температуре с образованием  одной лишь эвтектики, состоящей из смеси мелких кристаллов обеих компонент: Эвт(А+В).  При больших скоростях кристаллизации чисто эвтектическую структуру будут иметь даже сплавы, отличающиеся по составу от эвтектического.    

         Даже из рассмотренного частного случая можно сделать важные выводы:    

     1) небольшие количественные изменения химического состава могут качественно изменить фазовый состав и микроструктуру сплава.

     2) для многих сплавов фазовый состав и микроструктура зависят от скорости охлаждения после кристаллизации или последующей термообработки.

Простые латуни Л90, Л85, Л80, Л75, Л70, Л68 – это однофазные сплавы, состоящие из кристаллов α-твердого раствора цинка в меди (их называют α-латуни). Чем больше цинка вошло в α-раствор, тем латунь прочнее. Все α-латуни пластичны, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

    Предельная растворимость цинка в меди примерно 35% - это граница существования α-фазы. В сплавах с большим содержанием цинка его избыточная часть образует с медью химическое соединение  CuZn. Часть меди растворяется в CuZn, образуя кристаллы β-твердого раствора. Т.е. присутствуют кристаллы двух видов твердогораствора. Так образуются двухфазные (α+β) латуни Л60 и Л59.

     Выше 460^оС β-фаза является неупорядоченным раствором с хорошей пластичностью. Ниже 460^оС β-твердый раствор упорядочивается и становится хрупким. Поэтому двухфазные (α+β) латуни хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии (когда пластичны обе фазы) и хуже при обычных температурах (когда пластична только α-фаза).

      Латунь Л63 имеет небольшое количество β–фазы и формально должна считаться двойной (α+β) латунью. Но малое количество β-фазы практически не проявляется на большинстве свойств, поэтому её чаще рассматривают как однофазный сплав. Тем не менее, при быстром охлаждении после отжига содержание  β – фазы может оказаться значительным и пластичность снизится. 

     Алюминиевые бронзы.

Твердый α-раствор на основе меди может содержать до 8% Al.

При его большем количестве алюминий при кристаллизации образуется β-фаза (раствор на основе Сu₃Al), которая при 565^оС распадается на эвтектоид (α+γ₂). Фаза γ₂ - это раствор на основе Cu₉Al₄. Высоко-температурная β-фаза пластичная, фаза γ2 - твердая и хрупкая.

 Алюминиевые бронзы дополнительно легируются Fe, Mn, Ni. Марганец входит в α- и β- растворы. Железо частично входит вα–раствор, кроме этого на его основе образуется твердый растворγ_Fe . Приведем структуру этих бронх при комнатной температуре:

БрА5 и БрА7: однофазные со структурой α–раствора. Деформируемые (в холодном и горячем состоянии).

БрАМц9-2: кристаллы α–раствора и эвт-ид (α+γ2). Бронза деформируемая (в горячем и холодном состоянии).

БрАЖ9-4: кристаллы α–раствора, кристаллы γ_Fe  и эвт-ид (α+γ2). Бронза деформируемая (в горячем состоянии).

Вывод

Мы изучили микроструктуры и свойств, маркировку и область

применения цветных металлов и сплавов, и установили связи между

структурой сплава и соответствующей диаграммой состояния.

Получили практический навык микроанализа основных групп медных

сплавов – латуней и бронз.