Курсовая работа: Анализ свариваемости сплавов на основе меди (М1)
(при температуре около 20oC)
Весьма ценным качеством меди является также ее высокая пластичность в горячем и холодном состояниях. Это позволяет изготавливать из меди различные деформируемые полуфабрикаты- листы, ленты, полосы, прутки, трубы, проволоку и др. широко применяемые в различных областях техники.
Промышленные марки меди и области их применения указаны в Табл.1 .
Табл.1. Химический состав меди промышленных марок по ГОСТ 859-51.[1]
Как видно из этой таблицы, указанные марки отличаются друг от руга различным содержанием примесей.
Содержание в меди газовых и легкоплавких примесей может быть значительно снижено электронно-лучевой плавкой.
Эффективность очистки меди при электронно-лучевой плавке показана в Табл. 2 .
Табл.2. Изменение содержания примесей в меди при электронно-лучевой плавке.[1]
Медь, полученная электронно-лучевой плавкой, характеризуется более высокой электропроводностью и теплопроводностью. И обеспечивает большую стабильность и долговечность в работе изделий электровакуумной и радиотехнической промышленности. Поэтому потребность в такой меди возрастает с каждым годом.
Прочность и твердость меди можно значительно повысить путем холодной деформации. Однако при этом снижается пластичность и электропроводность меди.
Свойства наклепанной меди можно восстановить путем отжига (рекристаллизации).
Механические свойства меди, так же как и других металлов, существенно изменяются с повышением температуры. Причем для меди имеется характерный провал пластичности в интервале температур 200-800°С, причина которого пока не выяснена.
Чистая медь устойчива против атмосферной коррозии в следствии образования на поверхности тонкой защитной пленки. Пресная вода и конденсат пара практически не действуют на медь. Незначительна также скорость коррозии меди в морской воде. Медь плохо сопротивляется действию аммиака, хлористого аммония, щелочных цианистых соединений, окислительных минеральных кислот, сернистого газа и др.
Взаимодействие меди с кислородом отмечается уже при комнатной температуре. При температурах до 100°С на поверхности меди образуется пленка окиси меди черного цвета. При более высоких температурах скорость окисления меди значительно возрастает и на поверхности образуется пленка закиси меди красного цвета.
При деформировании меди наблюдается раздробление и удлинение отдельных зерен и создается определенная их ориентация. При больших степенях деформации материал приобретает волокнистую структуру. При нагреве (отжиге) деформированной меди происходит рекристаллизация, в результате чего создается качественно новая структура.
Размер зерна рекристаллизованной меди оказывает заметное влияние на е механические свойства. Чрезмерное повышение температуры отжига приводит к сильному росту зерна и резкому падению прочности меди. Это явление в практике называется перегревом. При температурах отжига, близких к температуре начала оплавления, кроме того, возможно окисление границ зерен и частичное их оплавление (пережог). Перегрев можно исправить повторной деформацией с последующим отжигом при более низких температурах. Пережог является непоправимым браком.
Чистота меди оказывает большое влияние как на ее свойства, так и на поведение при последующей обработке. Многие примеси даже в ничтожных количествах (тысячные и сотые доли процента) резко снижают электропроводность и теплопроводность меди, а также ухудшают способность меди к обработке давлением.
В зависимости от характера взаимодействия с медью все примеси можно условно разделить на три группы:
1) К первой группе относятся элементы, растворимые в твердой меди (Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Au, Ag, Al, pt, Cd, Sb).
2) Вторую группу составляют элементы, практически нерастворимые в меди и образующие с ней легкоплавкие эвтектики (Pb, Bi, и др.)
3) К третьей группе относятся элементы, образующие с медью хрупкие химические соединения (S, O2 , Pи др.)
Рис.1 Влияние добавок на твердость меди.[1]
Растворимые элементы при малых концентрациях не могут быть обнаружены под микроскопом, так как они входят в твердый раствор. Эти примеси в допустимых пределах практически не уменьшают способности меди к пластической деформации. В большинстве случае добавки этих элементов повышают ее твердость и прочность, снижают электропроводность и теплопроводность.
Нерастворимые примеси – свинец и висмут – образуют с медью эвтектики, состоящие почти из чистых металлов (содержание висмута в эвтектике 99,8 % , а свинца 99,94 %). Вследствие почти полной нерастворимости свинца и висмута в твердой меди эти эвтектики появляются в сплавах при любом их содержании и, кристаллизуясь последними, залегают по границам зерен меди.
Рис.2 Влияние добавок на электропроводность меди.[1]
Висмут (точнее богатая висмутом эвтектика) образует тончайшие прослойки между зернами меди, причем толщина таких прослоек, по некоторым данным, по некоторым данным может достигать нескольких атомных слоев. Поэтому обычно бывает достаточно уже тысячных долей процента висмута, чтобы подобные прослойки образовались на значительной части межзеренной поверхности.
Свинец при малых его содержаниях, так же, как и висмут, образует по границам зерен меди тонкие легкоплавкие прослойки, которые хорошо видны на нетравленом шлифе в виде темной сетки. При больших содержаниях последний обнаруживается в виде темных точек по границам зерен меди.
При микроскопическом анализе литой меди на свинец необходимо иметь в виду, что, подобно свинцу, могут выглядеть имеющиеся в отливках поры и мелкие раковины, которые тоже располагаются преимущественно по границам зерен. Микропоры легко отличить от включений свинца следующим простым приемом: поворотом микрометрического винта микроскопа микрошлиф слегка выводят из фокуса и снова наводят на фокус, при этом края микропор в отличие от включений свинца то сходятся, то расходятся.
Примеси третьей группы – сера и кислород – образуют с медью химические соединения Cu2 Sи Cu2 O, которые также располагаются по границам зерен меди в виде эвтектик Cu-Cu2 Oи a(Cu)-Cu2 O.