Термообработка медных сплавов

Медь и сплавы на ее основе активно взаимодействуют с кислородом и парами воды при повышенных температурах, по крайней мере, более интенсивно, чем алюминий и его сплавы. В связи с этой особенностью при термической обработке полуфабрикатов и изделий из меди и ее сплавов часто применяют защитные атмосферы, в то время как в технологии термической обработки алюминия защитные атмосферы встречаются редко.

Отжиг меди и ее сплавов проводят с целью устранения тех отклонений от равновесной структуры, которые возникли в процессе затвердевания или в результате механического воздействия либо предшествующей термической обработки. Гомогенизационный отжиг заключается в нагреве слитков до максимально возможной температуры, не вызывающей оплавления структурных составляющих сплавов. Ликвационные явления в меди и латунях развиваются незначительно, и нагрев слитков под горячую обработку давлением достаточен для их гомогенизации. Основными сплавами меди, нуждающимися в гомогенизационном отжиге, являются оловянные бронзы, так как составы жидкой и твердой фаз в системе Cu-Sn сильно отличаются, в связи с чем развивается интенсивная дендритная ликвация. В результате гомогенизацнонного отжига повышается однородность структуры и химического состава слитков. Гомогенизационный отжиг - одно из условий получения качественного конечного продукта. 

Рекристаллизационный отжиг - одна из распространенных технологических стадий производства полуфабрикатов меди и сплавов на ее основе. Температуру начала рекристаллизации меди интенсивно повышают Zr, Cd, Sn, Sb, Сг, в то время как Ni, Zn, Fe, Co оказывают слабое влияние. На температуру рекристаллизации латуней также влияет предшествующая обработка, в первую очередь степень холодной деформации и величина зерна, сформировавшегося при этой обработке. Так, например, время до начала рекристаллизации латуни Л95 при температуре 440°С составляет 30 мин при степени холодной деформации 30% и 1 мин при степени деформации 80%. Величина исходного зерна действует на процесс рекристаллизации противоположно повышению степени деформации. Например, в сплаве Л95 с исходным зерном 30 и 15 мкм отжиг после 50% деформации при температуре 440°С приводит к рекристаллизации через 5 и 1 мин соответственно. В то же время величина исходного зерна не влияет на скорость рекристаллизации, если температура отжига превышает 440°С. При одинаковых условиях деформации и отжига с увеличением содержания цинка величина зерна уменьшается, достигает минимума, а затем растет. Так, например, после отжига при 500°С в течение 30 мин величина зерна составляет: в меди 0,025 мм; в латуни с 15% Zn 0,015 мм, а в латуни с 35% Zn 0,035 мм. В α - латунях зерно начинает расти при относительно низких температурах и растет вплоть до температур солидуса. В двухфазных (α+β)- и специальных латунях рост зерна, как правило, происходит лишь при температурах, при которых остается одна β- фаза. Например, для латуни Л59 значительное увеличение зерна начинается при отжиге выше температуры 750°С. Температуру отжига латуней выбирают примерно на 250-350°С выше температуры начала рекристаллизации. При отжиге сплавов меди с содержанием 32-39% Zn при температурах выше α↔α+β перехода выделяется β- фаза, что вызывает неравномерный рост зерна. Отжиг таких сплавов желательно проводить при температурах, не превышающих линию α↔α+β равновесия системы Cu-Zn. В связи с этим латуни, лежащие по составу вблизи точки максимальной растворимости цинка в меди, следует отжигать в печах с высокой точностью регулировки температуры и большой однородностью распределения ее по объему печи. При отжиге сплавов меди с содержанием 32-39% Zn при температурах выше α↔α+β перехода выделяется β- фаза, что вызывает неравномерный рост зерна. Отжиг таких сплавов желательно проводить при температурах, не превышающих линию α↔α+β равновесия системы Cu-Zn. В связи с этим латуни, лежащие по составу вблизи точки максимальной растворимости цинка в меди, следует отжигать в печах с высокой точностью регулировки температуры и большой однородностью распределения ее по объему печи. 

Неполный отжиг, продолжительность которого определяется степенью предварительной деформации, проводят в интервале 250-400°С. Для соблюдения точного технологического режима такой отжиг следует проводить в протяжных печах, где строго контролируется рабочая температура и продолжительность выдержки (скорость протяжки). Неполный отжиг применяют преимущественно с целью уменьшения остаточных напряжений, которые могут приводить к так называемому «сезонному растрескиванию» («Сезонная болезнь», проявляющаяся в основном в весенний и осенний периоды повышенной влажности). Этот вид коррозии, присущий латуням с содержанием более 15% Zn, заключается в постепенном развитии межкристаллитных трещин при одновременном воздействии напряжений (остаточных и приложенных) и специфических химических реагентов (например, растворы и пары аммиака, растворы ртутных солей, влажный серный ангидрид, различные амины и т. д.). Считается, что чувствительность латуней к сезонному растрескиванию обусловлена скорее неоднородностью напряжений, чем их абсолютной величиной. Отжиг для уменьшения остаточных напряжений проводят в температурном интервале ниже температуры начала рекристаллизации с тем, чтобы заметно не снижались механические свойства, полученные нагартовкой. Обычно этот интервал температур лежит между 250 и 330°С, а продолжительность отжига колеблется от 1 до 2 ч. Такая операция значительно снижает остаточные напряжения и, как правило, выравнивает их по объему изделия.

 

Вопросы для самопроверки

 

1. Что такое латунь, как она маркируется?

2. Что такое бронза, как она маркируется?

    3. Выбрать двухкомпонентные латуни из перечисленных: Л90, Л80, ЛС59-1, ЛС59-3, ЛО60-1, ЛАНКМц 75-2-2,5-0,5-0,5.

    4. Выбрать деформируемые латуни из перечисленных: ЛЦ40С, Л80, ЛС59-1, ЛЦ23А6Ж3Мц2.

    5. Какой эффект будет наблюдаться после закалки бронзы БрБ2 по сравнению с отжигом: упрочнение, разупрочнение, эффект отсутствует.

    6. Возможен ли «возврат к свежезакаленному состоянию» дуралюмина после искусственного старения и почему?

7. Что представляют собой силумины, какова роль их модифицирования и как они маркируются?

8. Что такое дуралюмины, как они маркируются и где применяются?

 9. Какие деформируемые алюминиевые сплавы относятся к термически      упрочняемым и к термически неупрочняемым?

10. Какая микроструктура у дуралюмина по диаграмме Al-Cu после отжига?

11. Какая упрочняющая термическая обработка дуралюминов?

12. Какая структура образуется у дуралюмина после закалки?

13. Что такое старение?

14. Что представляют собой зоны ГП1, ГП2, θ'-, θ''- и θ - фазы?

15. Как влияет температура старения на твердость дуралюмина?