Закалка металла позволяет произвести некоторые изменения в его структуре, сделав ее более мягкой или наоборот твердой. При закалке очень многое зависит не только от самого нагрева, но и от процесса и времени охлаждения. В основном производители производят закалку стали, делая изделие более прочным, однако, может быть произведена и закалка меди, если возникает такая необходимость.

Закалка меди – производственный процесс

Закалка меди производится при помощи использовании метода отжига. Во время термообработки медь можно сделать более мягкой или более твердой в зависимости от того, для чего она будет применяться в дальнейшем. Однако важно помнить, что способ закалки меди значительно отличается от того, при помощи которого закаливается сталь.

Закалка меди происходит при медленном остывании в воздушной среде. Если необходимо получить более мягкую структуру, тогда закалка производится при быстром охлаждении металла в воде сразу же после нагрева. Если нужно получить очень мягкий металл, то следует нагреть медь до красна (это примерно 600°), а затем опустить в воду. После того, как изделие пройдет процесс деформации и приобретет необходимую форму, его можно будет снова нагреть до 400°, а затем позволить остыть в воздушной среде.

Установка для закалки меди

Закалка меди производится в специальном оборудовании, предназначенном для этого. Существует несколько видов установок для закалки, но наиболее популярным на сегодняшний день стало индукционное оборудование. Индукционная установка отлично подходит для закалки меди, позволяя получить изделие высокого качества. Благодаря автоматизированному программному обеспечению ТВЧ оборудования, оно настраивается с высокой точностью, где указывается время нагрева, температура, а также способ охлаждения металла.

Если предприятие постоянно производит закалку металлических изделий, то лучше всего будет обратить внимание на специальный комплекс оборудования, созданный для комфортной быстрой закалки. Закалочный комплекс ЭЛСИТ обладает всем необходимым оборудованием для закалки ТВЧ . В комплект закалочного комплекса входит: индукционная установка, закалочный станок , манипулятор и модуль охлаждения. Если заказчику необходимо производить закалку изделий, имеющих разную форму, то в комплектацию закалочного комплекса может быть включен набор индукторов различных размеров.

ЛАТУНИ

Латуни являются самыми распространенными сплавами на основе меди. Сводный перечень стандартных латуней по ГОСТ 15527 и их зарубежных аналогов приведен в табл. 1.

Диаграмма состояния сплава системы медь-цинк приведена на рис. 1

И зменения температуры испарения, плавления и литья медно-цинковых сплавов в зависимости от содержания цинка - на рис. 2.

Изменение модуля нормальной упругости медно­цинковых сплавов в зависимости от содержания цинка - рис. 3.

Основные параметры интерметаллических фаз сплавов системы Cu - Zn приведены в табл. 2.

При переходе из неупорядоченной β-фазы в упо­рядоченную β’-фазу в указанном интервале темпе­ратур происходит уменьшение коэффициента взаимной диффузии и скорости роста фазы. Энергия активации взаимной диффузии β’-фазе возрастает, а в β-фазе уменьшается с ростом концентрации цин­ка, при этом она примерно в 1,5 раза больше в β’-фазе, чем в β-фазе. Парциальные коэффициенты диффузии ато­мов Zn в 2 раза больше, чем атомов Cu в разупорядоченной β-фазе, и почти совпадают с упорядоченной β’-фазой.

Практическое применение имеют простые латуни, имеющие фазовый состав α, α + β, β и β + γ .

Химический состав латуней, обрабатываемых давлением, по отечественным приведен в прил. 1.

ПРОСТЫЕ ЛАТУНИ

Простые латуни в зависимости от фазового состава делятся на два типа: однофазные α (до 33 % Zn ) и двухфазные α + β (свыше 33% Zn ).

В однофазных латунях, содержание цинка в которых близко к пределу насыщения, иногда присутствуют небольшие количе­ства β-фазы в результате медленно протекающих диффузион­ных процессов. Однако включения /3-фазы, наблюдаемые в очень малых количествах, не оказывают заметного влияния на свойства α -латуней. Таким образом, хотя у этих латуней струк­тура и является двухфазной, но по своим физико-механическим и технологическим свойствам их целесообразно отнести к одно­фазным латуням.

Обработка давлением простых латуней

Однофазные (а) ла­туни при горячем деформировании очень чувствительны к со­держанию примесей, особенно легкоплавких (Bi , Pb ). Висмут в сплаве может сегрегировать по границам, поэтому даже одно­атомный слой его может вызвать красноломкость в однофазных латунях с высоким содержанием цинка. Обрабатываемость α - латуней в горячем состоянии с повышением содержания цинка ухудшается. В холодном состоянии однофазные латуни обра­батываются хорошо.

Двухфазные α + β -латуни обрабатываются в горячем состо­янии лучше однофазных благодаря наличию высокопластич­ной при повышенных температурах β -фазы и менее чувствительны к примесям. Однако они чувствительны к тем­пературно-скоростным режимам охлаждения. По этой причи­не в горячепрессованных полуфабрикатах часто наблюдается неоднородная структура. Например, передний конец прутка (полосы или трубы) имеет преимущественно мелкую игольчатую структуру и высокие механические свойства, у за­днего конца прутка в результате захолаживания струк­тура зернистая и пониженные механические свойства.

В холодном состоянии двухфазные латуни обрабаты­ваются хуже однофазных. Пластичность их в холодном состоянии зависит от структуры. Если α -фаза располо­жена на основном фоне кристаллов β -фазы в виде тон­ких игл, то обрабатываемость двухфазных латуней в холодном состоянии улучшается.

Влияние содержания цинка в латунях на температур­ный интервал горячей обработки давлением приведено на рис. 4.

У латуней в температурном интервале 200- 600°С в зависимости от фазового состава и содержания цинка наблюдается зона пониженной пластичности.

При холодной прокатке, волочении и глубокой штамповке латуней независимо от их фазового состава предпочтительна структура с величиной зерна не более 0,05 мм.

Суммарная степень холодной деформации простых латуней обусловлена определенным пределом, выше которого пластичность резко падает. Этот предел допустимой суммарной холодной деформации, который уменьшается с повышением содержания цинка, устанавливают для каждой марки латуни.

Если принять наивысшую пластичность в горячем состоянии в гомогенной области β -фазы, а при комнатной температуре в области α -фазы за 100%, то обрабатываемость латуней давле­нием можно оценить количественно (табл . 3).

Такие оценки обрабатываемости металлов и сплавов давлением и других технологических характеристик часто применяются в зарубежной практике.

Термообработка простых латуней . Основным видом термической обработки простых латуней являются рекристаллизационный отжиг и отжиг для снятия внутренних напряжений. Процесс рекристаллизации латуней определяется содержанием цинка и фазовым составом.

Температура начала рекристаллизации α -латуней с увеличением содержания цинка снижа­ется. Рекристаллизация α -фазы в сильнодеформированной двухфазной латуни начинается при 300°С. В этих условиях β-фаза остается неизменной и ее рекристаллизация начинается при более высокой температуре. Поэтому при выборе температуры отжига для получения опти­мальной структуры необходимо учитывать эту особенность двухфазных латуней.

Размеры зерна однофазных латуней определяют по эталонам микроструктур (ГОСТ 5362).

При отжиге латунных полуфабрикатов в воздушной или окислительной атмосфере на поверхности их образуются пятна - продукты окисления, трудноудаляемые при травлении. Уменьшение парциального давления кислорода (отжиг в вакууме) предотвращает образование пятен, но вызывает опасность обесцинкования. Поэтому рекомендуется проводить отжиг при минимальной температуре и в защитной атмосфере. В условиях производства труднее всего избежать пятен в латунях, содержащих 37-40% цинка.

Обрабатываемость простых латуней резанием. Обрабатываемость латуней резанием (точе­ние, фрезерование, строгание, шлифование) зависит от фазового состава латуней. При обра­ботке резанием однофазных латуней стружка получается длинной. Двухфазные ( а + β ) латуни обрабатываются лучше однофазных α -латуней. С увеличением содержания /3-фазы стружка становится более хрупкой и короткой. Количественная оценка обрабатываемости резанием простых латуней определяется сравнением с латунью ЛС63-3, обрабатываемость которой принята за 100%. Однофазные α -латуни отлично полируются, двухфазные - несколько хуже. Обрабатываемость латуней резанием и полируемость приведены в табл . 4.

Пайка и сварка простых л атуней. Простые латуни очень легко соединяются мягкими при­поями. Перед пайкой мягким припоем зачистку поверхности производят либо шлифовкой, либо травлением в кислоте. В качестве припоя предпочтительно применять сплавы, содержа­щие 60% олова. Содержание сурьмы в припое из-за ее сильного сродства к цинку должно быть не более 0,25-0,5%. Пайку мягким припоем предпочтительно выполнять с хлоридными флю­сами.

Однофазные α -латуни также легко соединяются пайкой твердыми припоями, в том числе серебряными, двухфазные а + β - несколько хуже.

Медно-фосфористые припои являются самофлюсующимися, поэтому пайку латуней этими припоями производят без флюсов. При пайке другими твердыми припоями необходимо при­менять соответствующие флюсы.

Содержание свинца в твердых припоях ограничивается 0,5%.

Количественная оценка способности простых латуней к пайке, %: однофазные α -латуни (мягкие припои) – 100%, однофазные α -латуни (тведые припои) – 100%, двухфазные α+ β -латуни (мягкие припои) – 100%, двухфазные α+ β -латуни (твердые припои) – 75%.

Свариваемость простых латуней несколько хуже, чем паяемость. Общая количественная оценка свариваемости латуней -75% по сравнению с бескислородной медью, принятой за 100%. Для соединения латуней применяют следующие виды сварки: дуговая с угольным элек­тродом, дуговая с расходуемым электродом, дуговая с вольфрамовым (нерасходуемым) элект­родом в среде защитного (инертнего газа), дуговая с расходуемым электродом в среде инертного газа, кислородно-ацетиленовая, электрическая контактная (точечная, роликовая, стыковая).

Латунь с содержанием 20% Zn плохо поддается электрической контактной сварке, легче - латунь с 40% Zn . Высокое содержание цинка в двухфазных латунях затрудняет дуговую сварку из-за его испарения. Поэтому присадочные материалы, применяемые при дуговой сварке, должны содержать относительно небольшое количество цинка. Латуни, содержащие более 0,5% РЬ, обычно плохо поддаются сварке. Для улучшения смачиваемости металла в процессе сварки необходим предварительный нагрев до температуры 260°С, особенно для латуней с высоким содержанием меди. Сварка угольным электродом латуней, содержащих 15-30%, Zn , лучше всего ведется с помощью присадочных прутков (проволоки) из сплава Си + 3% Si . Для однопроходных швов можно применять прутки (проволоку) медные, легирован­ные небольшим количеством олова; для многопроходных швов лучше применять прутки из сплава Cu + 3 % Si .

Латуни, содержащие более 30% Zn , можно сваривать угольным электродом с присадоч­ными прутками (проволокой) из латуни Cu + 40% Zn или Cu + 3% Si . Для улучшения качества сварки необходимо металл предварительно нагревать до температуры 210°С. В качестве расходуемых электродов применяют проволоку или прутки из оловянно-фосфористой бронзы или из алюминиевой бронзы.

Дуговая сварка латуней вольфрамовым электродом в среде инертного газа осложняется выделением паров оксида цинка, которые подавляют действие дуги. Поэтому сварку следует вести при больших скоростях.

Хорошие результаты дает кислородно-ацетиленовая сварка. Для сварки латуней с содержа­нием 15-30% Zn необходимо пользоваться присадочными прутками (проволокой) из сплава Cu + 1,5% Si . Если условия эксплуатации готовых изделий не вызывают локальной коррозии (обесцинкования), можно использовать латунь с 40% Zn (Л60). Для сварки латуней, содержа­щих более 30% Zn в качестве присадочного материала применяют сплав Cu + 3% Si .

Влияние примесей на свойства простых латуней. Примеси не оказывают существенного влияния на механические, физические (за исключением железа, которое при содержании > 3,0% изменяет магнитные свойства латуней) и химические свойства простых латуней, но заметно влияют на их технологические характеристики. При горячей обработке давлением однофазные латуни особенно чувствительны к легкоплавким примесям.

Качество изделий, получаемых из латуней глубокой штамповкой, зависит от чистоты сплава, поэтому в простых латунях, предназначенных для глубокой штамповки, содержание примесей должно быть минимальным.

Влияние примесей на качество полуфабрикатов из латуней:

алюминий ухудшает качество литья, вызывая пенистость в отливках; висмут вызывает горячеломкость латуней, особенно однофазных; железо затрудняет процесс рекристаллизации;

кремний улучшает процессы пайки и сварки, повышает коррозионную стойкость; никель повышает температуру начала рекристаллизации;

свинец вызывает горячеломкость латуней, особенно однофазных, содержащих цинк в пределах 30-33 %;

сурьма отрицательно влияет на обрабатываемость латуней давлением. Микродобавки сурьмы (<0,1 %) к двухфазным латуням частично локализуют коррозию, связанную с обесцинкованием;

мышьяк ухудшает пластичность латуней в результате выделения хрупких фаз при концен­трации выше его предела растворимости: в латунях в твердом состоянии (>0,1%). Добавки мышьяка в малых количествах (< 0,04%) предохраняют латуни от коррозионного растрески­вания и обесцинкования при контакте с морской водой;

фосфор измельчает структуру в литом состоянии и предотвращает растрескивание при нагревании, ускоряет рост зерен при рекристаллизации; уменьшает коррозию, связанную с обесцинкованием; не рекомендуется как раскислитель медно-цинковых сплавов;

олово понижает пластичность латуней и может вызвать растрескивание при нагревании, если содержание железа > 0,05%.

Модифицирование латуней осуществляется введением в расплав:

добавок элементов, образующих тугоплавкие соединения, которые при структурном соответствии будут служить центрами кристаллизации;

поверхностно активных металлов, которые, концентрируясь на гранях зарождающихся кристаллов, замедляют их рост.

В качестве модификаторов в латунях применяют такие элементы, как железо, никель, марганец, олово, иттрий, кальций, бор, а также мишметалл.

Коррозионные свойства латуней. Латуни обладают удовлетворительной устойчивостью против воздействия промышленной, морской и сельской атмосфер. На воздухе они тускнеют. Корродирующее воздействие на латуни, содержащие >15% цинка, оказывают угле­кислый газ и галогены.

Латуни, содержащие <15% Zn , по своей коррозионной стойкости близки к меди промыш­ленной чистоты.

Под воздействием окисляющих кислот латуни интенсивно корродируют. Предельная кон­центрация азотной кислоты, при которой не наблюдается заметной коррозии, составляет 0,1 % (по массе). Серная кислота действует на латуни менее агрессивно, однако при наличии окис­ляющих солей К 2 СГ 2 О 7 и Fe 2 (S0 4) 3 скорость коррозии возрастает в 200-250 раз. Из неокис­ляющих кислот наиболее сильное корродирующее воздействие оказывает соляная кислота.

Коррозионная стойкость латуней по отношению к большинству кислот, не обладающих окислительной способностью, удовлетворительная. Латуни также стойки к воздействию раз­бавленных горячих и холодных щелочных растворов (за исключением растворов аммиака) и холодных концентрированных нейтральных растворов солей. Латуни инертны по отношению к речной и соленой воде. При контакте с речной водой, содержащей небольшое количество серной кислоты, и в морской воде простые латуни заметно корродируют. Скорость коррозии зависит от температуры, концентрации, степени загрязнения и скорости обтекания поверхно­сти металла. По отоношению к почве латуни обладают хорошей коррозионной стойкостью, к пищевым продуктам - нейтральны. Скорость коррозии латуни в почве составляет от 0,0005 мм/год (в суглинистой с pH 5,7) до 0,075 мм/год (в зольной с pH 7,6).

Сухие газы - фтор, бром, хлор, хлористый водород, фтористый водород, углекислый газ, оксиды углерода и азота при температуре 20°С и ниже на латуни практически не действуют, однако в присутствии влаги действие галогенов на латуни резко возрастает; сернистый ангидрид вызывает коррозию латуней при концентрации его в воздухе - 1 % и влажности воздуха > 70%; сероводород значительно действует на латуни при всех условиях, однако латуни с содержанием Zn > 30% более устойчивы, чем латуни с небольшим содержанием цинка.

Фторированные органические соединения, например, фреон, на латуни практически не действуют.

Во влажном насыщенном паре при больших скоростях (около 1000 м 3 / c ) наблюдается питтинговая коррозия, поэтому для перегретого пара латуни не применяют.

Коррозионная стойкость латуней в различных средах приведена в табл . 5.

В рудничных водах, особенно при наличии Fe 2 (SO 4 ) 3 латуни сильно корродируют. Присут­ствующие в воде фтористые соли действуют на латуни слабо, хлористые - сильнее, иодистые - очень сильно.

Латуни, кроме общей коррозии, подвержены также особым видам коррозии: ооесцинкованию и "сезонному" растрескиванию.

Обесцинкование - особая форма коррозии, при которой растворяется твердый раствор цинка в меди и в катодных местах электрохимически осаждается медь. Продукты коррозии цинка могут отводиться или задерживаться в виде оксидной пленки. Раствор, в котором латунь подвергается обесцинкованию, обычно содержит больше цинка, чем меди.

В результате обесцинкования латуни становятся пористыми, на поверхности появляются красноватые пятна, ухудшаются механические свойства. Обесцинкование наблюдается при контакте латуни с электропроводящими средами (кислые и щелочные растворы) и проявляется в двух формах: сплошной и локальной. Процесс обесцинкования усиливается с увеличением содержания цинка, а также с повышением температуры и аэрации. Однофазные латуни, содержащие >15% Zn , подвергаются обесцинкованию в кислых растворах (нитраты, сульфаты, хлориды, соли аммония и цианиды). В двухфазных латунях процесс обесцинкования заметно усиливается и может происходить даже в водных средах. Наиболее уязвимой является β -фаза.

Малые добавки мышьяка, фосфора и сурьмы частично локализуют коррозию, связанную с обесцинкованием. Мышьяк и сурьма защищают от обесцинкования главным образом α -фазу.

"Сезонное" или межкристаллитное растрескивание наблюдается в латунях в результате воздействия коррозионных агентов при наличии растягивающих напряжений. К коррозион­ным агентам относятся: пары или растворы аммиака, конденсаты с сернистыми газами, влаж­ный серный ангидрид, растворы солей ртути, различные амины, компоненты травильных растворов, влажный диоксид углерода. Если в атмосфере содержатся следы аммиака, влажного диоксида углерода, сернистого газа и др. коррозионных агентов, то "сезонное" растрескивание проявляется при колебаниях температуры, в результате кото­рых на поверхности деталей происходит конденсация коррози­онных агентов.

Латуни, содержащие до 7% цинка, мало чувствительны к "сезонному” растрескиванию. В латунях, содержащих от 10 до 20% цинка, межкристаллитное растрескивание не наблюдает­ся, если внутренние растягивающие напряжения не превышают 60 МПа. Латуни, содержащие 20-30% Zn , подвергаются корро­зионному растрескиванию только в холоднодеформированном состоянии в водном растворе аммиака. Наиболее склонны к коррозионному растрескиванию однофазные латуни с концен­трацией цинка, близкой к пределу насыщения, и двухфазные. Они устойчивы против "сезонного" растрескивания только при наличии растягивающих напряжений < 10 МПа.

Склонность к коррозионному растрескиванию медно-цинковых сплавов в парах аммиака приведена на рис. 5.

Для предотвращения коррозионного растрескивания латуней необходимо применять низкотемпературный отжиг и предо­хранять их от окисления при хранении. Для снятия внутренних напряжений производят дорекристаллизационный отжиг.

Для предохранения латуней от окисления рекомендуется пассивировать их в следующих средах: слабокислом водном рас­творе, содержащем около 6% ангидрида хромовой кислоты и 0,2% серной кислоты; водном растворе, содержащем 5 % хромпика и 2% хромовых квасцов.

Защиту латуней производят также с помощью ингибиторов коррозии, например, бензотриазола или толуолтриазола. Бензотриазол образует на поверхности пленку (< 5 нм), которая предохраняет латуни от коррозии в водных средах, различных атмосферах и других агентах. Коррозионные ингибиторы могут быть введены в состав лаков и защитной оберточной бумаги.

В случае электрохимической коррозии латунь при контакте с различными металлами и сплавами проявляет себя двояко: в одних случаях анодом, в других - катодом (табл. 6 ).

При контакте латуни с серебром, никелем, мельхиором, медью, алюминиевой бронзой, оловом и свинцом электрохимическая коррозия не происходит.

При нагреве латуни окисляются. Скорость окисления латуней с повышением температуры возрастает по экспоненте, удваиваясь приблизительно через каждые 360К. При температуре свыше 770К наблюдается испарение цинка наиболее интенсивно, если его концентрация в сплавах превышает 20 %.

Изменение некоторых физических и механических свойств латуней в зависимости от содержания цинка показано на рис. 6-9.

Типичные физические, механические и технологические свойства латуней приведены в п рил. 2, 3 , 4.

Специальные латуни, обрабатываемые давлением

Специальные или многокомпонентные латуни - это медно-цинковые сплавы сложных ком­позиций, в которых основными легирующими элементами являются алюминий, железо, мар­ганец, никель, мар­ганец, никель, кремний, олово и свинец. Эти элементы, как правило, вводят в латуни в таких количествах, чтобы они полностью растворялись в α и β фазах. Кроме указанных элементов в латуни вводят малые добавки мышьяка, сурьмы и других элементов.

Влияние легирующих элементов проявляется двояко: изменяются свойства фаз (а и/3) и относительные их количества, т.е. граница фазовых превраще­ний.

Для определения границ фазовых превраще­ний в системе или "кажущегося" ("фиктивного") содержания меди при добавлении легирующего элемента используют эмпирическое уравнение:

A’ = A *100/(100+ X *(K э-1)),

где А’ - кажущееся (фиктивное) содержание ме­ди, % (по массе); А - фактические содержание меди, % (по массе); X - содержание третьего ком­понента, % (по массе); Кэ - коэффициент Гинье, характеризующий влияние легирующего элемен­та на фазовый состав (при К э > 1, увеличивается количество β ’-фазы).

Значение Кэ для различных элементов: для Ni K э от -1,2 до -1,4, для Co K э=-1, для Mn K э=0,5, для Fe K э=0,9, для Pb K э=1, для Sn K э=2, для Al K э=6, для Si K э от 10 до 12.

Свинцовые латуни

Свинцовые латуни - медно-цинковые сплавы, легирован­ные свинцом. Диаграмма состояния системы Cu - Zn - Pb пред­ставлена на рис . 10.

Растворимость свинца в сплавах в твердом состоянии ничтожно мала. В двухфазных медно-цин­ковых сплавах (с содержанием Zn 40 %) растворимость свинца при 750°С в β -фазе немногим более 0,2%; при комнатной температуре свинец практически не растворим. В двухфазных латунях (в равновесном состоянии) свинец располагается внутри α и β -фаз и частично на границах этих фаз. Свинец при выделении его по границам фаз или зерен заметно ухудшает деформируемость латуней в горячем состоянии.

Свинец в сплавах а + β выполняет двоякую роль: с одной стороны он используется в качестве фазы, способствующей измельчению стружки, с другой - как смазка, снижающая коэффициент трения при обработке резанием. Эффективность добавок свинца определяется его количеством и структурой сплава, величиной и характером распределения частиц свинца, величиной зерна a -фазы, количеством и распределением β -фазы.

Улучшая обрабатываемость резанием свинец заметно снижает ударную вязкость латуней, ухудшает обрабатываемость давлением, пайку и сварку, полируемость и усложняет гальвани­ческую обработку поверхности изделий.

Прочностные характеристики свинцовых латуней с повышением температуры уменьшаются более интенсивно по сравнению с простыми латунями. Временное сопротивление разрыву латуней, содержащих около 2% свинца, при температуре 600°С составляет 10 МПа, при температуре 800°С - практически равно нулю.

В зависимости от обработки готовых деформированных полуфабрикатов свинцовые ла­туни классифицируют на три основных типа: для холодной обработки давлением, для горя­чей штамповки, для обработки на токарных автоматах.

Структура свинцови стых ла туней. обрабатываемых давле­нием в холодном состоянии, состоит из α-фазы и свинца, со­держание которого должно быть в таких пределах, чтобы обеспечить высокую обрабаты­ваемость резанием. К таким сплавам относятся латуни ма­рок ЛС74-3, ЛС64-2, JIC 63-3 и ЛС63-2.

Свинцовы е латун и, обрабатываемые давлением в горячем состоянии и предназначенные для горячей ковки и штамповки - двухфазные (α +β). Содержа­ние цинка в латунях должно быть таким, чтобы превраще­ние α + β в чистую β -фазу про­исходило полностью и при относительно низкой температуре.

Расчетное содержа­ние β -фазы состав­ляет около 20%. Содержание свинца от 1 до 3%. К та­ким латуням отно­сятся свинцовые латуни марок ЛС60-1, ЛС59-1 и ЛС59-3. Свинцовы е лату ни. применяемыедля обработки на то­карных автоматах и в микротехнике (т.е. для изготовления деталей, которые очень малы по раз­мерам, порядка 1 мм) - двухфазные, с высоким содержанием свинца; ЛС63-3 (с малым содержанием/3-фазы) и ЛС58-3 (с высоким содержанием β -фазы).

К латуням, применяемым в микротехнике, предъявляются особые требования по однород­ности химического состава, допускам по основным компонентам и микроструктуре (размер и распределение частиц свинца, количество и распределение β -фазы, величина зерна α -фазы). Однородность химического состава (гомогенность сплава) необходимо обеспечивать на не­больших участках.

Границы оптимизации микроструктуры свинцовых латуней для "микродеталей" определя­ются содержанием β -фазы от 10 до 30%, величиной зерна α -фазы - от 10 до 50 мк при среднем диаметре частиц свинца 1-5 мк.

Обработка свинцовых латуней. Оксиды различных элементов ухудшают обрабатываемость свинцовых латуней резанием, поэтому при их плавке и литье необходим тщательный контроль за их содержанием. Из элементов-примесей наиболее отрицательное влияние на обрабатыва­емость резанием оказывает железо, поэтому на его содержание установлены особые ограни­чения. Литье осуществляется двумя способами: в изложницы и полунепрерывным (непрерывным) способом. Для достижения стабильности химического состава предпочтитель­но отливать свинцовые латуни непрерывным (полунепрерывным) способом.

Свинец не оказывает влияния на температуру и процесс кристаллизации медно-цинковых сплавов, он затвердевает при 326°С и в случае выделения по границам зерен (фаз) ухудшает деформируемость в горячем состоянии двухфазных сплавов.

Области составов стандартных свинцовых латуней, обрабатываемых в горячем и холодном состояниях, показаны на рис. 11.

При горячей штамповке свинцовых латуней, содержащих 56-60% Cu (ЛС59-1), склонность к образованию трещин определяется главным образом температурой деформации. Оптималь­ный интервал температур, при котором не образуются трещины, доволно узок и находится в области температур, со­ставляющих линии на диаграмме состояния Cu - Zn , разграничивающих двухфазную α+ β и однофазную β -об­ласти.

Содержание свинца, а также легко­плавких примесей (висмута, сурьмы и других) не оказывает влияния на склонность к образованию трещин при горячей штамповке двухфазных свин­цовистых латуней (α+ β ).

Влияние химического состава на обрабатываемость резанием и давлением свинцовых лату­ней показано в табл. 7.

Свинцовые α-латуни обрабатывают в холодном состоянии, однако при определенных режимах возможно и горячее прессование.

Основными видами термической обработки свинцовых латуней являются полный рекристаллизационный отжиг и низкотемпературный отжиг для снятия внутренних напряжений.

Свинцовые латуни хуже, чем простые латуни, соединяются припоями, свариваются и пол­ируются. Для соединения свинцовых латуней не рекомендуется применять кислородно-ацетиленовую сварку, дуговую в среде защитного газа и дуговую с расходуемым электродом.

Ко ррозионная стойкость свинцовых латуней . Свинцовые латуни обладают: отличной устой­чивостью против воздействия чистых гидрокарбонатов, фреона, фторированных гидрокарбо- натовых охладителей и лаков; хорошей устойчивостью против воздействия промышленной, морской, сельской атмосфер, спиртов, дизельного топлива и сухого диоксида углерода; средней устойчивостью против воздействия сырой нефти и водяного диоксида углерода; плохой устой­чивостью против воздействия гидроксида аммония, хлористоводородной и серной кислот.

Олов янные лат уни

Олово незначительно влияет на изменение гра­ниц фазовых превращений, однако заметно изме­няет природу β -фазы. Диаграмма состояния сис­темы Cu - Zn - Sn приведена на рис . 12.

Двухфазные оловянные латуни обладают высо­кой коррозионной стойкостью во многих средах. При повышенном содержании олова в латунях появляется новая фаза γ. Фаза γ - хрупкая состав­ляющая, которая заметно ухудшает обрабатыва­емость латуни давлением в холодном состоянии. Появление γ -фазы в двухфазной латуни (а + /3) наблюдается при содержании олова свыше 0,5% (если содержание олова превышает этот предел, то при превращении β выделяется δ-фаза, обво­лакивающая α -фазу. Появление хрупких фаз ог­раничивает легирование латуней оловом. Содержание олова более 2% в латунях ухудшает их обрабатываемость в горячем состоянии. Стан­дартные оловянные латуни можно разделить на два типа: однофазные (α - твердый раствор) и трехфазные ( α + β + γ ).

Алюминиевые латуни

Алюминиевые латуни - медно-цинковые сплавы, в которых основной легирующей добавкой является алюминий.

Алюминий благодаря высокому коэффициенту Гинье (Кэ = 6) и значительной растворимо­сти в твердом состоянии по сравнению с другими элементами (кроме кремния) оказывает даже в небольших количествах заметное влияние на свойства латуни. Добавки алюминия повышают механические свойства и коррозионную стойкость латуней, но несколько ухудшают их пластичность. Количество вводимого алюминия ог­раничивается пределами, выше которых появляется хрупкая γ -фаза (рис . 13).

При содержании меди, % (по массе): 70; > / J 65; 60 предельные содер­жания алюминия, % (по массе): 6; 5 и 3 соответст­венно. В латунях, обраба­тываемых давлением, содержание алюминия не превышает 4%, в литейных высокопрочных ла­тунях 7%.

Легирование латуней производят одним алюминием или в определен­ных соотношениях с другими элементами (же­лезо, никель, марганец и др.).

Одним алюминием, как правило, легируют одно­фазные латуни (ЛА85-0,5, ЛА77-2). Для локализации обесцинкования и предотвращения коррозионного растрескивания при контакте с морской водой в однофазные алюминиевые латуни, содержащие более 15% Zn , вводят 0,02-0,04 As (ЛАМш77-2-0,05).

Избыток мышьяка (> 0,062%) ухудшает пластичность латуней. Алюминий совместно с железом (ЛАЖ60-1-1) и никелем (ЛАН59-3-2) вводят преимущественно в двухфазные лату­ни.

Железо улучшает пластичность латуней, содержащих свинец, в горячем состоянии измель­чает структуру и повышает их механические свойства; никель повышает коррозионную стойкость. Железо и никель несколько снижают пластичность латуней в холодном состоянии.

Легирование латуней алюминием, никелем и небольшими добавками марганца и кремния (ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5) делает их дисперсионно-твердеющими и существенно улучшает механические свойства, особенно упругие характеристики.

Однофазные алюминиевые латуни удовлетворительно обрабатываются давлением в горячем состоянии и хорошо - в холодном; двухфазные - хорошо в горячем состоянии и удовлетвори­тельно в холодном. Обрабатываемость резанием колеблется от 30 до 50% (по сравнению с латунью ЛС63-3).

Алюминиевые латуни по сравнению со свинцовыми хуже соединился припоями, но не­сколько лучше свариваются; по полируемости они близки к двухфазный простым латуням (таб л. 8).

Железосодержащие латуни

Добавки железа значительно измельчают структуру латуней, благодаря чему улучшаются механические свойства и технологические характеристики. Однако" сплавы системы Cu - Zn - Fe применяются редко. Распространение получили многокомпонентные латуни.

Марганцевые латуни

Легирование латуней марганцем заметно повышает их коррозионную стойкость при контакте с морской во­дой, хлоридами и перегретым паром.

Диаграмма состояния сплава систе­мы Cu - Zn - Mn приведена на рис. 14.

Добавки марганца оказывают незна­чительное влияние на структуру лату­ней. Однако марганец уменьшает стабильность упорядоченной решетки фазы β . При содержании Мп > 4,7% (ат.) в сплаве наблюдается частично неупорядоченное состояние при тем­пературе закалки от 520°С.

Наиболее благоприятное влияние на свойства и технологи­ческие характеристики латуни марганец оказывает в сочетании с другими легирующими элементами (алюминий, железо, оло­во, никель).

Кремнистые латуни

Кремний в твердом состоянии растворим в латунях в значи­тельных количествах, однако растворимость его понижается с увеличением содержания цинка. Область твердого раствора а под влиянием кремния и цинка резко сдвигается в сторону медного угла (рис. 15) .

С увеличением содержания кремния в структуре сплавов Cu - Zn - Si появляется новая фаза к гекса­гональной сингинии, которая при повышенных температурах пластичная и в отличие от β -фазы поляризуется. С понижением температуры (ниже 545°С) происходит эвтектоидный распад к-фазы в α + γ ".

Кремнистые латуни, содержащие 20% Zn и 4% Si для обра­ботки давлением не пригодны из-за малой пластичности. Для получения деформированных полуфабрикатов применяются кремнистые латуни, содержащие <4% Si .

Небольшие добавки кремния улучшают технологические характеристики латуней при литье и горячей обработке давлением, повышают ме­ханические свойства и антифрикционносгь

Никелевые латуни

Легирование ла­туней никелем повышает их механические свой­ства и коррозионную стойкость. Никеле­вые латуни более стойки по сравнению с другими латунями к обесцинкованию и коррозионному рас­трескиванию.

Как видно из диаграммы состояния сплава системы Cu - Zn - Ni (рис . 16), никель оказывает заметное влияние на структуру латуней, расширяя область твердого раствора α

При легировании никелем можно некоторые двухфазные латуни перевести в однофазные.

Легирование латуни Л62 никелем в количестве 2-3% (по массе) позволяет получить одно­фазный сплав с мелким зерном, высокими и однородными механическими свойствами и повышенной коррозионной стойкостью. Благодаря добавкам никеля при производстве дефор­мированных полуфабрикатов исключается появление такого отрицательного явления как строчечная структура.

Рекомендации по улучшению свойств медно-цинковых сплавов с учетом зарубежного опы­та. На свойства латуней наряду с чистотой исходных компонентов сплавов, способами и режимами плавки и литья большое влияние оказывают режимы их обработки и подготовка шихты.

Для уменьшения образования пористости и пузырей в листах (полосах) и лентах из латуни марок Л70, Л68, Л63 и Л60: избегать загрязнения шихты фосфором; отходы в виде стружки, содержащей масло, эмульсию и др. перед плавкой подвергать окислительному обжигу; добав­лять в расплав оксид меди в количестве 0,1-1,0 кг на 100 кг шихты; обращать особое внимание на оптимальные режимы литья и горячей прокатки; отжигать горячекатаные полосы перед холодной прокаткой.

Для увеличения сопротивления латуней Л68 и Л70 коррозионному растрескиванию необходимо уделять большое внимание подбору режима холодной прокатки и отжига. Сум­марное обжатие при последней холодной прокатке должно быть более 50%, оптимальная температура отжига - 260-280°С.

Для повышения сопротивления двухфазных латуней обесцинкованию (а это возможно, если доля β -фазы в структуре сплава составляет около 30%) необходимо термообработку проводить в интервале температур 400-700°С (в зависимости от состава сплава).

Для предотвращения обесцинкования латуней Л63 и получения качественной поверхно­сти при светлом отжиге (в колпаковых и шахтных печах) температуру рекристаллизационного отжига выдерживают в пределах 450-470°С. При этой температуре в течение 1-4 ч получают полосу (ленту) с размером зерна 0,035- 0,045 мм, временным сопротивлением разрыву 33-35 кгс/мм 2 и относительным удлинением 50%.

Латунь - это двойной или многокомпонентный сплав на основе меди , где основным легирующим элементом является цинк , иногда с добавлением олова , никеля , свинца , марганца , железа и других элементов.

Латунь - сплав меди с цинком (от 5 до 45%). Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), с содержанием 20–36% Zn – желтой. На практике редко используют латуни, в которых концентрация цинка превышает 45%.

Цинк более дешевый материал по сравнению с медью, поэтому его введение в сплав одновременно с повышением механических, технологических и антифрикационных свойств, приводит к снижению стоимости - латунь дешевле меди. Электропроводность и теплопроводность латуни ниже, чем меди.

Латунь - двойной и многокомпонентный медный сплав, с основным легирующим элементом - цинком. По сравнению с медью обладают более высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Простые латуни обозначают буквой Л и цифрой, показывающей содержание меди в процентах. В специальных латунях после буквы Л пишут заглавную букву дополнительных легирующих элементов и через тире после содержания меди указывают содержание легирующих элементов в процентах. Латуни разделяют на литейные и деформируемые. Латуни, за исключением свинцовосодержащих, легко поддаются обработке давлением в холодном и горячем состоянии. Все латуни хорошо паяются твердыми и мягкими припоями.

Основными легирующими элементами в многокомпонентных латунях являются алюминий, железо, марганец, свинец, кремний, никель. Они по-разному влияют на свойства латуней.

Маркировка:

Принята следующая маркировка. Латунный сплав обозначают буквой «Л», после чего следуют буквы основных элементов, образующих сплав. В марках деформируемых латуней первые две цифры после буквы «Л» указывают среднее содержание меди в процентах. Например, Л70 - латунь, содержащая 70 % Cu. В случае легированных деформируемых латуней указывают ещё буквы и цифры, обозначающие название и количество легирующего элемента, ЛАЖ60-1-1 означает латунь с 60 % Cu, легированную алюминием (А) в количестве 1 % и железом в количестве 1 %. Содержание Zn определяется по разности от 100 %. В литейных латунях среднее содержание компонентов сплава в процентах ставится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, латунь ЛЦ40Мц1,5 содержит 40 % цинка (Ц) и 1,5 % марганца (Мц).

Термическая обработка латуни

Термическая обработка латуни заключается только в отжиге. При обработке давлением или выколачивании деталей, изготовленных из латуни, желательно повысить ее пластичность. Для этого латунь нагревают до температуры немного более 500° С и дают остыть на воздухе. После отжига латунь становится мягкой и легко гнется и выколачивается. При дальнейшей обработке давлением, прокатыванием и выколачиванием латунь снова нагартовывается и становится жесткой. В этом случае производят повторный отжиг. При глубоких вытяжках, чтобы избежать образования трещин, латунь приходится отжигать несколько раз.

69. Бронзы, состав, маркировка:

Бро́нзы - сплав меди , обычно с оловом в качестве основного легирующего компонента, но к бронзам также относят медные сплавы с алюминием , кремнием , бериллием , свинцом и другими элементами, за исключением цинка (это латунь ) и никеля . Как правило в любой бронзе в незначительных количествах присутствуют добавки: цинк , свинец , фосфор и др.

Маркировка бронзоснована на том же принципе, что и маркировка латуней. Впереди стоят буквы Бр (бронза), далее следуют буквенные обозначения элементов, входящих в состав сплава, и за ними - цифры, указывающие среднее содержание элементов в процентах.Маркировка бронзсостоит из букв и цифр. Первые буквы Бр обозначают название сплава - бронза, далее следуют буквенные обозначения элементов, входящих в состав сплава, за ними - цифры, указывающие среднее содержание этих элементов в процентах. Например, БрОФ6 5 - 0 15 - оловянистофосфористая бронза, содержащая 6 5 % олова, 0 15 % фосфора, остальное - медь.

Основные свойства бронз - высокая коррозионная стойкость, хорошие литейные и износостойкие свойства. Поставляются бронзы по ГОСТ 5017-74, ГОСТ 613-79, ГОСТ 1320-74.

По структуре оловянистые бронзы подразделяются на однофазные (содержащие до 10% Sn) и двухфазные (содержащие 10-22% Sn), которые представляют собой смесь кристаллов твердого раствора олова в меди и кристаллов химического соединения меди с оловом (Cu 3 Sn).

Для улучшения качества оловянистых бронз в них вводят свинец (повышает антифрикционные свойства и способствует лучшей обрабатываемости), цинк (улучшает литейные свойства), фосфор (повышает литейные, механические и антифрикционные свойства).

WikiHow тщательно следит за работой редакторов, чтобы гарантировать соответствие каждой статьи нашим высоким стандартам качества.

Благодаря отжигу медь становится более мягкой и пластичной, после него она легко гнется. Это позволяет ковать металл и придавать ему желательную форму, не ломая его. Можно отжечь медь любой марки и толщины, если у вас есть достаточно мощная горелка. Наиболее простой способ отжечь медь заключается в том, чтобы разогреть ее кислородно-ацетиленовой горелкой, а затем быстро охладить в воде.

Шаги

Часть 1

Подготовка к отжигу

Перед работой с горелкой наденьте защитные очки. При обращении с открытым пламенем необходимо использовать защитные очки. Наденьте защитные очки со степенью затемнения не ниже 4, чтобы как следует защитить глаза от яркого света ацетиленового пламени. Если смотреть на пламя ацетиленовой горелки без защитных очков, можно серьезно повредить глаза.

• Используемые для отжига, дуговой резки и сварки защитные очки оцениваются по шкале от 2 до 14, где 2 - наименее тонированные, а 14 - наиболее затемненные очки. Ацетиленовая горелка дает намного менее яркое пламя, чем сварочная, поэтому для защиты глаз достаточно слабо затемненных стекол.
• Если у вас нет защитных очков, приобретите их в магазине хозяйственных товаров или сварочного оборудования.

1. Подсоедините по одному шлангу к каждому баллону , чтобы подготовить ацетиленовую горелку. Сама горелка, которая выпускает пламя, имеет два выходящих из нее шланга. Подсоедините красный шланг горелки к ацетиленовому, а черный - к кислородному баллону. Ацетилен зажжет пламя, после чего кислород продолжит подпитывать его. Изменяя количество поступающего из баллона кислорода, вы сможете контролировать интенсивность пламени.

   Поверните ацетиленовый вентиль на четверть оборота по часовой стрелке. Тем самым вы откроете баллон с ацетиленом, и газ начнет поступать в редуктор. Поверните вентиль лишь на четверть оборота - этого хватит для того, чтобы ацетилен поддерживал пламя, но поток газа не будет слишком сильным, и вы сможете контролировать его. Следите за манометром и отрегулируйте вентиль так, чтобы давление составляло 0,5 атмосферы.

   • Манометр расположен наверху баллона с ацетиленом. Он имеет круглую шкалу с надписями «давление» и «атм».
   • После того как пламя установится, вы сможете регулировать его интенсивность с помощью вентиля на ацетиленовом баллоне. Вентиль расположен в верхней части баллона. Как правило, он находится рядом с манометром (или даже подсоединен к нему).

2. До конца отверните вентиль на баллоне с кислородом против часовой стрелки. Затем отрегулируйте давление с помощью винта на редукторе (поворачивайте его по часовой стрелке). При этом следите за манометром на кислородном баллоне - добейтесь того, чтобы он показывал 2,7 атмосферы.

   • Кислородный вентиль расположен в верхней части баллона с кислородом. На нем может быть стрелка, которая указывает на то, в какую сторону следует откручивать вентиль.
   • Необходимо добиться правильного соотношения кислорода и ацетилена, чтобы получить контролируемое горячее пламя.

3. Подожгите ацетиленовую горелку с помощью кремниевой зажигалки. Чтобы зажечь пламя, возьмите в одну руку горелку, а другой рукой поверните вентиль вверху баллона с ацетиленом на половину оборота по часовой стрелке. В результате в горелку начнет поступать газ. Поднесите кремниевую зажигалку к соплу горелки примерно на 1,5 сантиметра. Щелкайте ею до тех пор, пока не появится оранжево-красное пламя.

   • Зажигайте пламя не позднее, чем через 2–3 секунды после того, как отвернете вентиль на баллоне с ацетиленом, так как этот газ сильно воспламеняется.

4. Отрегулируйте вентиль на горелке так, чтобы пламя стало голубым. После того как горелка начнет выпускать светло-оранжевое пламя, поверните кислородный вентиль сбоку горелки по часовой стрелке, чтобы подать в горящий ацетилен кислород. Продолжайте крутить вентиль до тех пор, пока пламя не станет голубым. Голубой цвет пламени свидетельствует о том, что его температура идеально подходит для отжига меди.

   • Крутите кислородный вентиль медленно, чтобы избежать внезапной вспышки пламени.
   • Слишком горячее пламя сожжет металл, а если пламя будет слишком холодным, оно недостаточно разогреет медь, и ее долговечность и пластичность не изменятся.

   Часть 2

   Нагрев меди

   1. При отжиге держите пламя на расстоянии 7,5–10 сантиметров от поверхности меди. Направьте пламя прямо на медную пластину или трубу. Не подносите горелку слишком близко к металлу, иначе вы обожжете его поверхность. Держите горелку на расстоянии не менее 10–13 сантиметров от поверхности меди и ждите, пока металл разогреется.

      Быстро перемещайте пламя горелки по поверхности металла. Двигайте горелкой вдоль всей поверхности, чтобы равномерно разогреть медь. Необходимо равномерно распределить тепло по объему металла, чтобы отдельные участки не прошли отжиг быстрее, чем другие. При этом вы заметите, что в местах нагрева поверхность меди становится красной или оранжевой.

      • При работе с открытым пламенем держите под рукой сухой химический огнетушитель. Если что-нибудь воспламенится, немедленно используйте огнетушитель.

   2. Более толстые и массивные куски меди следует разогревать дольше. Отжиг позволяет смягчить любой кусок меди, независимо от его толщины и размеров. Однако чем толще металл, тем дольше следует разогревать его.

      • Например, тонкий кусочек ювелирной меди достаточно нагревать в течение 20 секунд, чтобы отжечь его. В то же время массивную медную трубу или лист меди толщиной 1,5 сантиметра необходимо нагревать хотя бы 2–3 минуты.

   3. Держите пламя на одном месте, пока медь не покраснеет. При нагреве ацетиленовой горелкой поверхность меди сначала почернеет. Не беспокойтесь: после этого она станет красной. Продолжайте перемещать пламя по поверхности металла до тех пор, пока черный цвет не сменится светящимся ярко-красным. Такой цвет свидетельствует о том, что медь отожжена.

Отжиг и закаливание дюралюминия

Отжиг дюралюминия производят для снижения его твердости. Деталь или заготовку нагревают примерно до 360° С, как и при закалке, выдерживают некоторое время, после чего охлаждают на воздухе. Твердость отожженного дюралюминия почти вдвое ниже, чем закаленного. Приближенно температуру нагрева дюралюминиевой детали можно определить так. При температуре 350--360° С деревянная лучина, которой проводят по раскаленной поверхности детали, обугливается и оставляет темный след. Достаточно точно температуру детали можно определить с помощью небольшого (со спичечную головку) кусочка медной фольги, который кладут на ее поверхность. При температуре 400° С над фольгой появляется небольшое зеленоватое пламя. Отожженный дюралюминий обладает небольшой твердостью, его можно штамповать и изгибать вдвое, не опасаясь появления трещин. Закаливание. Дюралюминий можно подвергать закаливанию. При закаливании детали из этого металла нагревают до 360--400° С, выдерживают некоторое время, затем погружают в воду комнатной температуры и оставляют там до полного охлаждения. Сразу после этого дюралюминий становится мягким и пластичным, легко гнется и куется. Повышенную же твердость он приобретает спустя три-четыре дня. Его твердость (и одновременно хрупкость) увеличивается настолько, что он не выдерживает изгиба на небольшой угол. Наивысшую прочность дюралюминий приобретает после старения. Старение при комнатных температурах называют естественным, а при повышенных температурах--искусственным. Прочность и твердость свежезакаленного дюралюминия, оставленного при комнатной температуре, с течением времени повышается, достигая наивысшего уровня через пять--семь суток. Этот процесс называется старением дюралюминия

Отжиг меда и латуни

Отжиг меди. Термической обработке подвергают и медь. При этом медь можно сделать либо более мягкой, либо более твердой. Однако в отличие от стали закалка меди происходит при медленном остывании на воздухе, а мягкость медь приобретает при быстром охлаждении в воде. Если медную проволоку или трубку нагреть докрасна (600°) на огне и затем быстро погрузить в воду, то медь станет очень мягкой. После придания нужной формы изделие вновь можно нагреть на огне до 400° С и дать ему остыть на воздухе. Проволока или трубка после этого станет твердой. Если необходимо выгнуть трубку, ее плотно заполняют песком, чтобы избежать сплющивания и образования трещин. Отжиг латуни позволяет повысить ее пластичность. После отжига латунь становится мягкой, легко гнется, выколачивается и хорошо вытягивается. Для отжига ее нагревают до 500° С и дают остыть на воздухе при комнатной температуре.

Воронение и «синение» стали

Воронение стали. После воронения стальные детали приобретают черную или темно-синюю окраску различных оттенков, они сохраняют металлический блеск, а на их поверхности образуется стойкая оксидная пленка; предохраняющая детали от коррозии. Перед воронением изделие тщательно шлифуют и полируют. Поверхность его обезжиривают промывкой в щелочах, после чего изделие прогревают до 60-- 70° С. Затем помещают его в печь и нагревают до 320--325° С. Ровная окраска поверхности изделия, получается только при равномерном его прогреве. Обработанное таким образом изделие быстро протирают тряпкой, смоченной в конопляном масле. После смазки изделие снова слегка прогревают и вытирают насухо. «Синение» стали. Стальным деталям можно придать красивый синий цвет. Для этого составляют два раствора: 140 г гипосульфита на 1 л воды и 35 г уксуснокислого свинца («свинцовый сахар») также на 1 л воды. Перед употреблением растворы смешивают и нагревают до кипения. Изделия предварительно очищают, полируют до блеска, после чего погружают в кипящую жидкость и держат до тех пор, пока не получат желаемого цвета. Затем деталь промывают в горячей воде и сушат, после чего слегка протирают тряпкой, смоченной касторовым или чистым машинным маслом. Детали, обработанные таким способом, меньше подвержены коррозии.

Отжиг и нормализация стали

Отжиг - процесс термообработки металла, при котором производится нагревание, затем медленное охлаждение металла. Переход структуры из неравновесного состояния до более равновесного. Отжиг первого рода, его виды: возврат (он же отдых металла), рекристаллизационный отжиг (он же называется рекристаллизация), отжиг для снятия внутренних напряжений, диффузионный отжиг (еще называется гомогенизация). Отжиг второго рода - изменение структуры сплава посредством перекристаллизации около критических точек с целью получения равновесных структур. Отжиг второго рода, его виды:полный, неполный, изотермический отжиги.

Ниже рассмотрен отжиг, его виды, применительно к стали.

Возврат (отдых) стали - нагрев до 200 - 400o, отжиг для уменьшения или снятия наклепа. По результатам отжига наблюдается уменьшение искажений кристаллических решеток у кристаллитов и частичное восстановление физико-химических свойств стали.

Рекристаллизационный отжиг стали (рекристаллизация) - нагрев до температур 500 - 550o; отжиг для снятия внутренних напряжений - нагрев до температур 600 - 700o. Эти виды отжига снимают внутренние напряжения металла отливок от неравномерного охлаждения их частей, также в заготовках, обработанных давлением (прокаткой, волочением, штамповкой) с использованием температур ниже критических. Вследствиии рекристаллизационного отжига из деформированных зерен вырастают новые кристаллы, ближе к равновесным, поэтому твердость стали снижается, а пластичность, ударная вязкость увеличиваются. Чтобы полностью снять внутренние напряжения стали нужна температура не менее 600o .

Охлаждение после выдержки при заданной температуре должно быть достаточно медленным: вследствии ускоренного охлаждения металла вновь возникают внутренние напряжения.

Диффузионный отжиг стали (гомогенизация) применяется тогда, когда сталь имеет внутрикристаллическую ликвацию. Выравнивание состава в зернах аустенита достигается диффузией углерода и других примесей в твердом состоянии, наряду с самодиффузией железа. По результатам отжига, сталь становится однородной по составу (гомогенной), поэтому диффузионный отжиг называет также гомогенизацией.

Температура гомогенизации должна быть достаточно высокой, однако нельзя допускать пережога, оплавления зерен. Если допустить пережог, то кислород воздуха окисляет железо, проникая в толщу его, образуются кристаллиты, разобщенные окисными оболочками. Пережог устранить нельзя, поэтому пережженные заготовки являются окончательным браком.

Диффузионный отжиг стали обычно приводит к слишком сильному укрупнению зерна, что следует исправлять последующим полным отжигом (на мелкое зерно).

Полный отжиг стали связан с фазовой перекристаллизацией, измельчением зерна при температурах точек АС1 и АС2. Назначение его - улучшение структуры стали для облегчения последующей обработки резанием, штамповкой или закалкой, а также получение мелкозернистой равновесной перлитной структуры готовой детали. Для полного отжига сталь нагревают на 30-50 o выше температуры линии GSK и медленно охлаждают.

После отжига избыточный цементит (в заэвтектоидных сталях) и эвтектоидный цементит имеют форму пластинок, поэтому и перлит называют пластинчатым.

При отжиге стали на пластинчатый перлит заготовки оставляют в печи до охлаждения, чаще всего при частичном подогреве печи топливом, чтобы скорость охлаждения была не больше 10-20o в час.

Рис. 1.

Отжигом также достигается измельчение зерна. Крупнозернистая структура, например, доэвтектоидной стали (рис. 1), получается при затвердевании вследствие свободного роста зерен (если охлаждение отливок медленное), а также в результате перегрева стали. Эта структура называется видманштетовой (по имени австрийского астронома А. Видманштеттена, открывшего в 1808 г. такую структуру на метеорном железе). Такая структура придает низкую прочность заготовке.Структура характерна тем, что включения феррита (светлые участки) и перлита (темные участки) располагаются в виде вытянутых пластин под различными углами друг к другу. В заэвтектоидный сталях видманштетова структура характеризуется штрихообразным расположением избыточного цементита.

Рис. 2.

Размельчение зерна связано с перекристаллизацией альфа-железа в гамма-железо; вследствии охлаждения и обратного переходе гамма-железа в aльфа-железо мелкозернистая структура сохраняется.

Таким образом, одним из результатов отжига на пластинчатый перлит является мелкозернистая структура.

Неполный отжиг стали связан с фазовой перекристаллизацией лишь при температуре точки А С1; неполный отжиг применяется после горячей обработки давлением, когда у заготовки мелкозернистая структура.

Отжиг стали на зернистый перлит применяют обычно для эвтектоидных, заэвтектоидных сталей, для повышения пластичности, вязкости стали и уменьшения ее твердости. Для получения зернистого перлита сталь нагревают выше точки АС1, затем выдерживают недолго, чтобы цементит растворился в аустените не полностью. Затем сталь охлаждают до температуры несколько ниже Ar1, выдерживают при такой температуре несколько часов. При этом частицы оставшегося цементита служат зародышами кристаллизации для всего выделяющегося цементита, который нарастает округлыми (глобулярными) кристаллитами, рассеянными в феррите (рис. 2).

Свойство зернистого перлита существенно отличаются от свойств пластинчатого в сторону меньшей твердости, но большей пластинчатости и вязкости. Особенно это относится к заэвтектоидной стали, где весь цементит (как эвтектоидный, так избыточный) получается в виде глобулей.

Изотермический отжиг - после нагрева и выдержки сталь быстро охлаждают до температуры несколько ниже точки А 1 (рис. 3), затем выдерживают при этой температуре до полного распадения аустенита на перлит, после чего охлаждают на воздухе. Применение изотермического отжига значительно сокращает время, а также повышает производительность. Например, обыкновенный отжиг легированной стали длится 13-15 ч, а изотермический - всего 4-7 ч. Схема изотермического отжига приведена на рис. 7.

Рис. 3.

Разновидностью полного отжига является нормализация, заключающаяся в нагреве стали на 30--50°С выше линии GSE, выдержке при этих температурах с последующим охлаждением на воздухе. Цель нормализации -- снятие остаточных напряжений в металле и выравнивание его структуры.

---