Жұмысты орындау тәртібі. 6.4.1 Құйма және деформацияланған алюминийлі қорытпалардың (силуминдердің

6.4.1 Құйма және деформацияланған алюминийлі қорытпалардың (силуминдердің, алюминийлі-мысты қорытпалардың, дуралюминдердің) микроқұрылымын зерттеу.

6.4.2 Микроқұрылымдар суретін салып алу және барлық фазаларға сипаттама беру.

6.4.3 Зерттелетін қорытпалардың күй диаграммаларының түріне бақыланатын құрырылымдардың сәйкестігін қарастыру.

6.4.4 4 Баббиттер (қалайылы және қорғасынды) микроқұрылымын зерттеу және онда бар фазаларға сипаттама беру.

6.4.5 Жұмыс бойынша есеп құрастыру

Есепті құрастыру

Жұмыс есебінің мазмұны мынаған сәйкес болуы керек:

1. Тапсырма.

2. Жұмыстың мақсаты.

3. Теориялық негізінің жазбашасы.

4. Алюминий қорытпаларының және баббиттердің микроқұрылымының суреті.

 

Бақылау сұрақтары

1.Силуминдер деген не? Олардың қасиеттері және қолданылуы.

2. Силуминдерді модификациялау процесін сипаттап беріңіз.

3. Қандай деформацияланған алюминий қорытпаларын Сіз білесіз?

4. Қандай алюминийлі қорытпалар термиялық бекемделмейді?

5. Деформацияланған алюминий қорытпаларын қолдану аймағын сипаттап беріңіз.

6. Қандай қорытпалар подшипникті деп аталады?

7. Баббиттердің қандай түрлерін білесіз?

8. Баббиттерді қолдану аймағын сипаттаңыз.

 

Зертханалық жұмыс

МЫС ЖӘНЕ МЫСТЫ ҚОРЫТПАЛАРДЫҢ МИКРОҚҰРЫЛЫМЫН ТАЛДАУ

Жұмыстың мақсаты: студенттерді өз бетінше тәжірибе жүзінде мыс және ұқсас мыс қорытпаларына микроталдау жүргізуге үйрету; осы қорытпалардың өңдеу шарттары мен құрылымының, құрамының арасындағы байланысты анықтау.

 

Тапсырма

7.1.1 Әртүрлі тотықсыздандыру дәрежесіне (оттегінің әртүрлі мөлшерімен) байланысты мыс үлгілерінің микроқұрылымын зерттеу.

7.1.2 Жездер (α және α+β), қолалар (қалайылы, алюминийлі, бериллийлі) құрылымын зерттеу.

7.1.3 Осы қорытпалардың микроқұрылымдары мен күй диаграммалары арасындағы байланысты анықтау.

7.1.4 Микроқұрылымның суретін салып алу және ондағы бар фазаларды көрсету.

7.1.5 Жұмыс бойынша есепті құрастыру.

 

Олданылатын аспаптар мен материалдар

Жұмысты орындау үшін мынандай аспаптар мен материалдар қажет: металлографиялық микроскоп, таза мыстың, әртүрлі құрамды жездер мен қолалардың микрошлифтерінің жинағы.

 

Теориялық негізі

Мыс – адам өз өмірінде бірінші танысқан элементі болып табылады. Жер қыртысында мыстың мөлшері – 0,01% көп емес. Мыс және оның қорытпаларының ба,алы техникалық қасиетіне байланысты кеңінен қолданады. Электр өткізгіштігі бойынша мыс күмістен кейінгі екінші орынды алып отыр және ол өте маңызды өткізгіш материал болып табылады. Мыс қорытпалары өзінің жеткілікті коррозияға төзімділігі, жоғары технологиялық қасиеттері жағынан ерекшелінеді. Оның әдемі түсі бар және жақсы жылтыратылады. Мыс және оның қорытпалары суықтай және ыстықтай күйінде де қысыммен жақсы өңделеді, одан қысыммен алынатын жартылай фабрикаттардың барлық түрлері: табақшалар, плиталар, дайындамалар, штамптар, құбырлар, профильдер және сымдар өндіріледі. Мыс және оның қорытпалары пісірудің барлық түрлерімен пісіріледі және жеңіл дәнекерленеді.

Мыс – қызғылт-қызыл түсті метал. Ол Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесіндегі бірінші топтың элементі. Мыстың полиморфтық өзгерісі жоқ, балқу температурасынан төмен барлық температуралық аралықта қыры отралықтанған кубтық тордан тұрады, оның тор периоды 20°С – да 0,36153 нм–ге тең. Мыс ауыр металдар тобына жатады. Мыс – өте үлкен емес меншікті магниттелу қабілеттігімен диамагнитті метал.

Таза мыстың беріктігі қте жоғары емес және пластикалылығы жоғары. Жоғары тазалығымен мыстың жарылысқа уақытша кедергісі шамамен 200 МПа, аққыштық шегі 40-80 МПа; көлденең ығысуы 80-95%, салыстырмалы созылуы 35%.

Мыстың химиялық активтігі айрықша жоғары емес. Мыс минералды ерiткiштерде еридi, көбiнесе, азотты және ыстық концентрциялық күкіртте құрғақ ауада және суда мыс өзгермей түсiн сақтайды, ал сулы ауада түсi қараяды, қара – қызыл болады, Онда Cu₂О пайда болады. Ылғалды атмосферада СО₂ болса, CuСО₃ ·Cu(ОН)₂ карбонат жасыл түстің пайда болуына әкеледі.

Мыстың тазалығы оның қасиетіне, сонымен қатар келесі өңдеу кезіндегі жүрісіне әсер етеді. Мыстың қоспаларымен өзара әсерлесу сипаттамасы бойынша үш топқа бөлуге болады. Бірінші топқа қатты мыста еритiн металдар: Al, Fe, P, Ni, Sn, Zn, Au, Ag, Pt, Cd, Sb, As. Бірінші топтың элементтері аз мөлшерде мыстың қасиеттері, техникалық таза метал сияқты көп әсер ептейді. Мыта аз концентрацияда еритін элементтер қатты ерітінділер құрамына кіретіндіктен оларды байқау мүмкіншілігі жоқ. Бұл қоспалар жеткілікті мөлшерде мыстың пластикалық деформациялану қабілеттілігін төмендетпейді. Көптеген жағдайларда бұл қоспалар мыстың қаттылығы мен беріктігін арттырады, бірақ сурьма мен мышьяк оны төмендетеді, әсіресе жылу өткізгіштігін. Ал олардың көбірек мөлшерінде мысқа тек жақсы жағынан ғана әсер етеді, сондықтан оны легірлеуші элементтер ретінде қолданады.

Екінші топқа мыста қатты күйінде тіптен ерiмейтiн және онымен жеңiл балқитын эвтектика құратын элементтер: Bi және Pb. Олар түйіршіктер шекараларында бөлініп шығады. Бұл қоспалар мыстың электр өткізгіштігіне көп әсер етпейді. Қорғасынның қосылысы, сонымен қатар, висмуттың қосылыстары химиялық ерітіндімен өңделмесе де қара дақтар түрінде ішінде немесе қара торда түйіршіктер шекараларында жақсы көрінеді. Висмут – мортты метал, оның түйіршіктер шекараларындағы қатпарлары мыс пен оның қорытпаларында суықтай морттықты да, ыстықтай морттықтыны да тудырады.

Үшінші топқа мыспен мортты химиялық қосылыс түзетін, жартылай металдарды және метал емес элементтер жатады: О, S, P, Se, Te, As және тағы басқалары.

Оттегi мыста Cu₂О күйінде пайда болады және онымен де эвтектиканы 3,4% Cu₂О немесе 0,38% О – де түзеді (23–сурет). Бұл системадағы эвтектикалық түрлену 1064°С болады. Ол мыстың ыстықтай прокаттау температурасынан жоғары болғандықтан ықтықтай морттықты тудырады. Cu₂О – мыстың пластикалылығына, технолгиялылығына, коррозияға төзiмдiлiгiне жақсы әсер етпейдi. Оттегi дәнекерлеуді, пiсiрiлудi қиындатады. Күкірт мыспен Cu₂S түзеді. Оттегіні аз мөлшерінде эвтектика мыс түйіршіктерінің айналасында жұқа қабатты түзеді, көміртегі мөлшгері артқан сайын эвтектика саны артады және 0,39% О₂ мөлшерінде қорытпа таза эвтектикалық құрылыстан тұрады, ал эвтектикадан кейінгі құрылымға өту кезінде дендритті пішіні бар мыс тотығының бірінші реттік кристалдары түзіледі (–сурет). Химиялық ерітіндімен өңделмеген Cu₂O шлифінде қара – көгілдір түрінде пайда болады. Поляризациялық жарықта мыс тотығының бөлшектері лағұл–қызыл түске боялады, онымен бұл қосылыстар басқа элементтерден ерекшелінеді.

Оттегі мыстың «сутекті ауруына» ұшырауына себепкер болады. Сутегі – көп мөлшерде құйманың кеуектiлiгiне әкеледi. Бұл құбылыстың мәні мынада: оттегісі бар мысты қыздыру кезінде тотықсыздандыру атмосферасында (Н₂, СО, СН₄ және т.б. газдары бар ортада), сутегі және басқа да газдар қатты мысқа еніп, ондағы оттегімен өзара әрекеттесіп, мыста ерімейтін және одан қайсы–бір қысыммен бөлініп шығуға ұмтылатын сулы буларды (немесе СО₂) түзеді. Су буының қысымынан металдың iшiнде микрожарықтар пайда болады, ал беткі қабатында – үрленiп көпiршiктер пайда болады. Осының салдарынан мыстан дайындалған маштна бөлшектері келесі қысыммен өңделуі кезінде немесе бөлшектердің жұмысы кезінде метал бұзылады. Сондыұтан мыс және мыс бұйымдар стандартында оттегі мөлшеріне қатаң нормалар қойылады. Мысты тотықсыздандыру үшін көбіне көп еме мөлшерде фосфорды (0,002-0,003% дейін) ендіреді. Мысты тотықсыздандырғыштар ішінде ең эффективтісі литий болып табылады.

 

а ә б

а - 0,15% оттегісімен; ә - 0,39% оттегісімен; б - 0,5% оттегісімен.

23 – сурет. Оттегісі бар құйма мыстың микроқұрылымы

 

Жез деп мыс пен мырыш қорытпасын айтады. Бұл қорытпаны өзінің механикалық және технологиялық қасиетінің үйлесуімен жоғары қасиеттерге ие болғандықтан кеңінекн қолдануда. Мыстың мырышпен балқуының өзара әсерлесуі 28 – суретте келтірілген күй диаграмма бойынша сипатталады.

Бұл жүйеде алты бір фазалы аймақ бар: α – мыс негізіндегі қатты ерітінді, η – мырыш негізіндегі қатты ерітінді, β, γ, δ, ε – төрт аралық фазалар, оның ішінде δ – фаза тек жоғары температурада болады және эвтектоидты реакция бойынша γ және ε – ға 558°С температурада ыдырайды. Β, γ және ε – фазалар CuZn, Cu₅Zn₈ және CuZn₃ электрондық қосылыс негізінде 3/2, 7/4 және 21/13 сәйкесті электрондық концентрациясымен қатты ерітінділер түрінде болады.

α, β, γ, δ, ε және сұйық фазалары арасында 902, 834, 700, 598, 424 °С температураларына сәйкесті мырыш фазаларымен байытылумен пайда болған перитектикалық реакциялар жүреді. 450 – 470 °С температурасынан жоғары (күй диаграммадағы үздік сызық) β – фаза ретсіз қатты ерітінді болып табылады, демек CuZn қосылысының торында (КОК) мыс пен мырыш атомдарының ретсіз орналасуын сипаттайды. Көрсетілген температурадан төмен (қорытпаның әртүрлі құрамы үшін әртүрлі) β- фазасының торында орналасқан атомдардың ретті орналасқанын көреміз. Осы кезде мыс атомдары кубтың төбелерінде, ал мырыш атомдары оның центрінде орналасады. Ретті қатты ерітінді β' деп белгіленеді. Ретсіз қатты ерітіндіден ретті күйге өтуі пластикалылығының кенет түсуімен және қорытпаның морттығының артуымен жүреді. Онымен оның өңделуін қиындатады (прокаттауды, соғуды және т.б.).

 

24– сурет. Мыс – мырыш системасының күй диаграммасы

α – қатты ерітінді аймағының ерекшелігі, оның 900 – ден 450°С температураға дейін төмендегенде мырыштың 32 % - нан бастап кеңейеді. Төменгі температурада, бірақ өте ұзақ ұстау кезінде (ондаған сағат) мырыштың мыста еруі кемиді, яғни 450°С температурасынан төмен α – қатты ерітіндінің аймағы тәжірибе жүзінде ені өзгермейді. Сонымен, 39% - ға дейін мырышы бар мыс қорытпалары мыс негізіндегі ерітінді болады және оны бір фазалы α – жездер деп атайды. Мырыштың үлкен мөлшерінде құрылымда β – фазалар пайда болады, мұндай қорытпаларды екі фазалы (α + β) – жездер деп атайды. Осы қорытпаларда мырыштың мөлшері 41 – 42 % -дан аспайды. Мырыштың көп мөлшері болмауы керек, өйткені қорытпалар суықтай және ыстықтай пластикалық өңдеуге төтеп бере алмайды.

Құйма түрінде бір фазалы α – жездер дендритті құрылымнан тұрады (25,а – сурет). Дендрит остері алдымен кристалданып, қиын балқитын мыспен байытылады (суреттегі ақ түстер), ос аралық кеңістіктер байытылған мырыштың α – қатты ерітінділерімен толтырылады (суреттегі қара түстер). Екі фазалы [α + β – жездер α – қатты ерітіндінің түйіршіктерімен қатар өте қара түстермен (химиялық өңдеумен) β – фазалық қосылыстар түзіледі (25,ә - сурет)].

 

а ә

25 – сурет. Бір фазалы (30 %Zn) (а) және екі фазалы (40 %Zn) (ә) жездердің микроқұрылымы

Өндірісте деформацияланған және құйма жездерді қолданады. Жездер: жәй, тек мырышпен легірленген, арнайы, яғни мырыштан басқа, мырыштан ерекшелінетін бір немесе бірнеше элементтерден тұратын болып бөлінеді. Арнайы жездерді негізгі қосымша элементтермен былай атайды: алюминийлі, кремнийлі, марганецті, никельді, қалайылы, қорғасынды.

Барлық жәй жездер, Л59 – дан басқалары α – фазалы құрылымнан тұрады, олардың технологиялық қасиеттері жоғары. Онан дайындау кезінде деформацияланудың үлкен дәрежесін қажет ететін әртүрлі бұйымдар: гильзалар, патрондар, радиаторлы құбырлар, сымдар және табақшалар дайындалады. Осымен қатар, (α + β) – құрылымы бар Л59 жездерінің технологиялығы азырақ.

Арнайы жездер жәй жездерден бір немесе бірнеше спецификалық қасиеттерімен ерекшелінеді. Алюминийлі жездер өзінің жоғары беріктік қасиеттерімен сипатталады, оны алюминийдің өте күшті беріктендірішілігімен түсіндіруге болады. Осы жездерге мырыш пен алюминийден басқа, оларға қосымша беріктігін қамтамасыз ететін никель, марганец, темір, кремний сияқты элементтерді ендіреді. Кеңінен қолданылатын мұндай жездерге құрамында 4% Аl бар (ЛА85-0,5; ЛА77-2) мыспен байытылған α – жездер болып отыр.

Никельді жездер үшін ЛН65 – 5 жоғары технологиялық қасиетімен берілген жезі жатады. Ол ыстықтай және суықтай күйінде де өте жақсы өңделеді.

Марганецті ЛЖМц59–1–1 жезінің беріктігі жоғары және ұсақ түйіршікті құрылымының салдарынан тұтқырлығы да жоғары. Ол қосымша темірмен легірленген. Қалайылы жез теңіз суындағы жоғары коррозиялық төзімділігімен ерекшелінеді, сондықтан оларды теңізді жездер деп те атайды. Алюминді α–жездер ЛАМш77–2–0,5 мышьякпен микролегірленуі салдарынан теңіз суында мырышсыздануына кедергісі жақсы болады.

Қорғасынды жездер кесумен жақсы өңделеді. Бұл жездер – автомат станогында өңделетін материалдар үшін керемет материал болып табылады. α – жездерге қарағанда қорғасын (α + β) – жездерде зиянды қоспа болмайды, өйткені β → α өзгеруі нәтижесінде суыту процесінде ол түйіршіктер шекараларында орналаспай, α – фазасының кристалдарының ішінде қорғасын қосылыстарында жаңа туындылар болып пайда болумен орналасады. Қорғасын сызықтарды №№ сынғыш етеді, ол кесумен өңделуін жеңілдетеді. Сонымен қатар, қөорғасын антифрикциялық қасиетін жоғарлатады.

Ертеректен мыстың қалайымен қорытпасын қола деп атайды. Кейінірек қола деп аталатын мыстың алюминиймен, кремниймен, бериллиймен және басқа да элементтермен қорытпалары пайда болды. Қазіргі кезде жез және мыс – никельді қорытпалардан басқа мыстың барлық қорытпалары қола болып табылады.

Қоланың аты негізгі легірлеуші элементтің атымен аталады. Қолалар қалайылы, алюминийлі, бериллийлі, кремнийлі, марганецті, қорғасынды және тағы да басқалар болып бөлінеді.

Негізгі легірлеуші элементтер және олардың қорытпалардағы мөлшері қоланың маркасында Бр. деген әріптен кейін көрсетіледі.

Мысалы, БрОНС11–4–3, онда 10% Sn, 4% Ni және 3% Pb.

Қалайылы қола бұрыннан қолданылуда және олар өндірісте жақсы белгілі. Қалайының табылмайтындығы және қымбар болғандықтан, мысты қорытпаларда оның мөлшерін кемітуге және оны алмастыруға болатын материалды табуға арнап көптеген зерттеулерді үздіксіз жүргізуде. Осы қолалардан бұйымдар өндіру ұлғаймаса да, қазіргі кезде техникада қалайылы қолалар қасиеттерінің ерекше үйлесіміне байланысты алмастыруға келмейтін материал болып табылады. Мыс – қалайы жүйесінің күй диаграммасы 26 – суретте келтірілген.

 

 

26 – сурет. Мыс – қалайы және мыс алюминий жүйелерінің

күй диаграммасы

 

Мыстың негізінде кең гомогенді аймағы бар α – қатты ерітінді түзіледі. Температура төмендегенде ерігіштігі біршама өседі, яғни 798° С- да 13,5% - тен 590-520°С аралығында 15,8% - ға дейін. Температура әрі қарай төмендегенде қалайының мыста ерігіштігі төмендейді. Әсіресе 400°С – да көп төмендейді. Аралық β, δ және ε фазалар 3/2, 21/13 және 7/4 сәйкесті электрондық қосылысымен электрондық қосылыстар түріне жатады, Юм – Розери жұпталуында δ–фазаға γ белгісі сәйкес келеді. Cu–Sn жүйесінің қорытпаларында белгілі бір ішкі дендритті ликвация өседі.

Кристалдану аралығының үлкендіне және пайда болған α – қатты ерітінді кристалдарының құрамының өзгерісінің айрықша болуына байланысты дендритті ликвациямен анық дендриттік пішіндерді қабылдайды. 500 – 800°С – да 15 – 16 % Sn бар мыс негізіндегі α – қатты ерітіндінің ауданының дамуы, температура төмендегенде кенет кішірейеді. Бірақ бұл өзгеріс тек тепе – тең күйге ғана тән. Іс жүзінде қорытпаның кристалдануының диффузиялық процесінің толық аяқталмағандығының салдарынан тепе – теңсіз жүреді, сондықтан аралық фазалар 6 – 7% Sn кезінде кристалданудан кейінгі құрылымда пайда болады. Бұл шекаралық концентрация температураның әрі қарай бөлмелі температураға дейін төмендегенде де өзгеріссіз сақталады. Диаграмманың осы бөлігінде тепе – теңсіз күйі үзік сызықтармен көрсетілген. Бірақ тепе – теңдікте фактылы ауытқу одан да үлкен болуы мүмкін.

10 – 12 % Sn мөлшері бар қорытпаларда 798°С – да β – фазаның пайда болуымен перитектикалық реакция, содан кейін 588°С–да β→α+ γ эвтектоидты ыдырау процесі жүреді. γ–фаза 520°С–да тура сондай эвтектоидтық реакциямен γ → α + δ ыдырайды. Соңғы δ – фазада дәл сондай эвтектоидтық реакция бойынша 520 ° С – да δ → α + ε ыдырайды. Тәжірибе қолданатын суыту жағдайларында (20 – 500 град/мин), бірінші рет екі эвтектоидтық реакция толық аяқталады, ал соңғ,ысы мүлдем жүрмейді. Сондықтан α – қатты ерітіндіден және δ – фазадан тұратын құрамында 18 – 15% Sn бар мыс қорытпасының құйма күйінде екі фазалы болады, δ – фаза қатты ерітіндінің бұтақша дендриттерінің арасында ұсақ қосылыстар түрінде болады. α – қатты ерітіндінің дендриттері құрамы бойынша біртексіз. Егер бұтақша дендриттер арасында (дендритті ұяшық ортасында) қалайы құрамы 3 – 4 % құрады, онда δ – фазасының қосылысының жанында остер аралығында ол 15 – 18 % - ға тең. δ – фазаның өзінде 33 % Sn шамасында болады. 400 – 750 °С – да қыздырып өңдегенде құйма қорытпаларда құрылымы тепе – тең күйге келеді және осы температуралық аймақта тепе – тең диаграмма болғаны дұрыс (27 – сурет).

 

а) ә)

б) в)

а – құйма күйінде; ә – қыздырылып өңделген күйінде; б – қайта кристалданған күйінде; в – 10% Sn бар екі фазалы құйма қола.

27–сурет. 5% Sn бар бір фазалы қалайылы қолалардың микроқұрылымы

 

Құрамында 5%Sn бар қола бір фазалы аймаққа жатады және құйма түрінде өте айрықша дендриттік құрылымда болады (27,а – сурет). Ұзақ уақыт қыздырып өңдегенде түйіршіктердің ішкі құрамының біртекті болады, қорытпа полиэдралық құрылысты алады (27,ә – сурет). Деформациядан және қыздырып өңдеуден кейін сол қоланың құрылымы жұпталған түйіршіктерімен полиэдралық құрылысты болады (27,б – сурет).

Құрамында 10% Sn бар қола екі фазалы аймақта жатады және құйма күйінде α – қатты ерітіндінің түйіршігінен және бөліктерден тұратын эвтектоидтық бөлімдерінен тұратын құрылымға ие [α + δ(Cu₃₁Sn₈), 27,в - сурет]. Осындай тепе – теңсіз қоланы қыздырған кезде эвтектоидтық еруі жүреді және қола ұқсас бір фазалы құрылысты қабылдайды (27,ә – сурет).

Қалайылы қолалар кристалдануының аралығы үлкен болғандықтан аққыштығы үлкен емес болуымен ерекшеленеді. Осы себеппен қолада концентрацияланған қуыстылығы болмайды, одан шашарыңқы ұсақ кеуектілер пайда болады.

Қалайылы қолалардың мысқа және мыс-мырышты қорытпаларға қарағанда теңіз суында коррозияға төзімділігі айрықша.

Қалайылы қолаларға фосфорды жиі ендіреді. Фосфор, біріншіден, мысты қышқылдандырады және балқымадағы сутегі мөлшерін кемітеді; екіншіден беріктік қасиетін жоғарлатады; үшіншіден қолалардың аққыштығын жақсартады және жұқа қабатты күрделі пішінді құймаларды алуға мүмкіндік береді. Құрамында мыс фосфидінің Cu₃Р бар қатты бөлшектердің құрылымында пайда болу салдарынан, қалайылының аз мөлшері қоладағы фосфор тозуға төзімділігін жоғарлатады. Бірақ фосфор қоланың технологиялық пластикалылығын нашарлатады. Сондықтан деформацияланған қорытпаларға 0,5% - ға дейін ғана фосфор ендіреді. Қалайылы–фосфорлы қолалар (Бр.ОФ605 – 0,4) целлюлоза–қағаз өндірісінде қолданатын торлар үшін сымдар түрінде шығарылады.

Қалайылы қолаларды тек ерігіштік шегінде мырыштың көп мөлшерімен легірленеді. Мырыштың мұндай мөлшері қолалардың ликвацияға бейімділігін төмендетеді және аққыштығын жоғарлатады, өйткені ол қорытпаның кристалданудың температуралық аралығын төмендетеді. Никель қолалардың беріктік қасиеттерін жоғарлатады және пластикалылығын, деформациялануын жақсартады. Олардың коррозияға төзімділігін, тығыздығын жоғарлатады, ликвациясын төмендетеді. Никельді қолалар шынықтыру және ескірумен термиялық беріктендіріледі. Қорғасын қолалардың аққыштығын және тығыздығын, антифрикциялық қасиеттерін жоғарлатады.

Өзінің өндірісте қолданылуына байланысты алюминийлі қолалар бірінші орындардың бірін алады. Бұл өзінің жоғары механикалық және коррозиялық және антифрикциялық қасиеттерінің жоғары болуымен түсіндіріледі.

Алюминийдің құрамына байланысты алюминийлі қолалар мыс – алюминий күй диаграммасына тәуелді (28 – сурет) мыс негізінде бір фазалы ерітінділер немесе α + γ₂ екі фазалы құрылымнан тұрады, мұнда γ₂ – Cu₉Аl₄ электрондық концентрациясы 21/13 болатын электрондық қосылыс негізіндегі фаза.

Мыс ерітіндісінде алюминийдің жеткілікті көп мөлшері ериді (28 – сурет): 1035° С – да 7,5%, 565° С – да 9,4%, ал бөлмелі температурада 9% - ға жуық. β – фаза 3/2 электрондық концентрациясымен Cu₃Аl электрондық қосылыс түрінде болады. 565°С температурада осы фаза эвтектоидтық ыдырауға мына реакция боынша ұшырайды: β → α + γ₂.

9,8% дейін алюминийі бар қолалардың құрылымы құйма күйінде α – қатты ерітіндінің дендритті түйіршіктерінен және деформациядан кейін қос жолақты полиэдралық түйіршіктер пішінді болады.

9,8 – ден 15,2 % - ға дейін құрамында алюминийі бар α – қатты ерітіндінің құрылымда (α + γ₂) эвтектоидтық бөлімдер болады (28, а – сурет). Қолалардағы эвтектоидтық қосылыстар алюминийдің аз мөлшерінде де пайда болуы мүмкін екенін айта кетейік, өйткені жылдам суыту кезінде (зауыт жағдайында) екі фазалы аймақта фазалық қайта кристалдану толық жүріп үлгермейді және β – фазаның қалған бөлігі эвтектоидқа ыдырайды.

 

а ә

а) – құйма күйінде; ә) – шынықтырылған күйінде.

28– сурет. Бр.А10 алюминийлі қоланың микроқұрылымы

Шынықтырудан кейін көрсетілген алюминийлі қолалардың β – қатты ерітінді аймағына сәйкес температурадан олардың құрылымы мартенситті β' – фазаның ірі кристалдарынан тұрады (28,ә – сурет).

Алюминий мөлшері артқан сайын қорытпалардың беріктік қасиеттері жоғарлайды. α–құрылымымен қорытпалар жоғары және төмен температураларда қысыммен жақсы өңделеді, бірақ олардың беріктігі жоғары емес. γ₂ фазасының қаттылығы өте жоғары және пластикалылығы тіптен төмен, сондықтан қорытпа құрылымында γ₂ – фазасы пайда болғанда, беріктігі кенет төмендейді, ал пластикалылығы түсе бастайды.

γ₂ – фазасының салдарынан болатын ликвациялық құбылыстан пластикалылығының төмендеуі тепе – тең күй диаграммаға қарағанда, ертерек жүреді (алюминийдің 8% - нан бастап). Қорытпаның оптимальдық механикалық қасиеттері 5-8% Аl болғанда ықтимал. Жоғары беріктігімен қатар олар жоғары пластикалық қасиетін сақтайды.

Қалайылы қолаларға қарағанда алюминийлі қолалардың біршама мынандай артықшылықтары бар:

- дендритті ликвацияға бейімдігі азырақ;

- құйманың тығыздығы үлкен;

- сұйықтық аққыштығы жақсы;

- жоғары беріктігі және қызуға беріктігі жоғары;

- коррозиялық және кавитацияға қарсы төзімділігінің өте жоғарлығы;

- суықтай морттыққа бейімділігінің аздығы;

- алюминийлі қолалар соқтығысқанда шоқ шығармайды.

Алюминийлі қолалардың кемшілігіне мыналарды жатқызуға болады:

- кристалдану кезінде бос қуыстығының айрықша болуы;

- ірі қатарлы кристалдардың пайда болуына бейімділігі;

- балқыма күйінде қатты тотығуы, бұл кезде деформацияланған жартылай фабрикаттарда шиферлі сыныққа әкелетін алюминий тотығы пайда болады;

- қатты және жұмсақ қосындылармен пісірілуінің қиындылығы.

Осы кемшіліктерді жою үшін алюминийлі қолаларды қосымша марганецпен, темірмен, никельмен және қорғасынмен легірлейді.

Марганец алюминийлі қолаларда көп мөлшерде ериді (10% - ға дейін). Марганец қоланың беріктігін жоғарлатады, олардың пластикалылығын, коррозияға төзімділігін, антифрикциялық қасиеттерін, қысыммен суықтай өңделу мүмкіншілігін жоғарлатады. Аюминийлі қолаға темірді ендірумен қоланың құрылымын ұсақтандырумен оның беріктігін және қаттылығын жоғарлады. Содан басқа, темір β–фазаның эвтектоидтық ыдырауын бәсеңдетеді, сонымен морттықтың дамуына кедергі болады. Никель –алюминийдің мыста төменгі температурада еруін қатты төмендетеді. Сондықтан мысты қорытпалар бір мезгілде алюминиймен және никельмен легірлеумен термиялық өңдеу кезінде, яғни шынықтыру және ескірту кезінде Ni₃Аl және NiАl интерметаллидтердің бөлінуі салдарынан айрықша беріктенеді. Никель алюминийлі қолалардың механикалық қасиеттерін және коррозияға төзімділігін жақсартады, олардың қайта кристалдану температурасын және қызуға беріктігін жоғарлатады. Алюминиймен және никельмен легірленген мыс қорытпаларының қысыммен өңделуі жақсы, жоғары антифрикциялық қасиеттері бар және суықтай морттыққа бейімсіз.

Бериллийлі қолалар деп мыстың бериллиймен қорытпасының өте керемет үйлесімін айтады. Оның беріктік және серпімділік қасиеттері өте жоғары, электр– және жылуөткізгіштігі жоғары, бұзуға кедергісі және коррозияға төзімділігі жоғары.

Бериллийлі қола өте керемет серіппелі материал болып табылады; оны тозуға жұмыс жасайтын жауапты бөлшектер үшін де қолданады. Бериллийлі қоладан дайындалған аспап жарықшақтықты бермейді. Бериллийлі қола магнитті емес болғандықтан, одан компас бөлшектерін, сағат механизмін және басқада әртүрлі қосқыштар мен өшіргіштер дайындайды.

Температураның төмендеуімен бериллийдің мыста еруі кемиді (29 – сурет): 864 °С – да 2,7%, 576°С – да 1,6% және бөлмелі температурада 0,2%, сондықтан бериллийлі қолалар термиялық бекемделеді. β – фаза 3/2 электрондық концентрациясымен CuВе электрондық қосылыс негізіндегі қатты ерітінді болып табылады. 576°С температурада β – фаза перитектоидтық ыдырауға ұшырайды: β → α + γ.

29 – сурет. Мыс бериллий жүйесіндегі күй диаграмма

 

Шынықтыру мен келесі ескіру процесінен кейін бериллийлі қоланың механикалық қасиеті өте жоғары болады. α – аймағына (780°С) сәйкес келетін температура шынықтырудан кейін бериллийлі қоланың құрылымы аса қаныққан α – қатты ерітіндіден тұрады. Шынықтырылған күйінде қолалар суықтай қысыммен өңделу үшін жеткілікті жоғары пластикалылығымен және технологиялылығымен ерекшелінеді. 320 – 340°С ескіру кезінде 2 – 5 сағат ішінде аса қаныққан α – қатты ерітіндінің қалыңдығы 5 – 10 нм пластина пішінді γ' – фазаның бөлінуімен ыдырауға әкеледі (30 – сурет).

а ә

 

а) – құйма; ә) – термиялық өңделген күйінде.

30– сурет. БрБ2,5 бериллийлі қоланың микроқұрылымы

Кеңінен қолданылатын бериллийлі қолалар маркалары БрБ2 және БрБ2,5. БрБ2,5 құйма бериллийлі қоланың микроқұрылымы (30,а – сурет) ос аралық кеңістікте эвтектоидтық қосылыстары [α + γ(CuВе)] көрінетін α – қатты ерітіндінің дендритімен берілген. Осы қоланы 2 сағат ішінде 800°С – дан бастап шынықтырып және 350°С ескіруден кейін қоланың құрылымы шекараларындағы α – фазаның түйіршіктерінен және оның ішінде көрінетін γ΄–фазаның қосылысынан тұрады (30,ә – сурет).

Қоладағы бериллийдің мөлшерін 2,5 % - дан жоғары арттырған кезде қорытпаның беріктігі азғана жоғарлайды, ал пластикалылығы кенет төмендейді. Басқа да дисперсті – қатаятын қорытпалар сияқты бериллийлі қолалардың құрамында максимальды ерігіштікке жақын легірлеуші элементтер болғанда жақсы кешенді қасиеті болады.

Бериллийлі қолаларды қосымша никельмен және титанмен легірлейді. Никель ерігіштігі аз никельдің бериллидін NiВе түзеді және бериллийдің мыста ерігіштігін кемітеді. Ол бериллийлі қолалардағы фазалық өзгерістерді тежейді және олардың термиялық өңделуін жеңілдетеді, өйткені өте үлкен жылдамдықпен суыту қажеттілігі керек болмайды. Титан қосымша беріктендіретін ТіВе₂ және Cu₃Ті қосылысын түзеді.

БрБНТ1,7 және БрБНТ1,9 қолалары термиялық өңделумен беріктендірілгеннен кейін жоғары беріктік және серіппелі қасиеттерімен сипатталады. Сонымен қатар, қанағаттандыралықтай сырғымалылығы және жақсы коррозияға төзімділігі болады. Олардың тозуға төзімділігі өте жақсы, жоғары электр– және жылу өткізгіштігін сақтайды. Осы қорытпалардың суықтай морттыққа бейімділігі аз және –200 – ден +250 °С – ға температуралық аралықта жұмыс жасай алуы мүмкін.

Көрсетілген қасиеттерімен бериллийлі қолаларды керемет қасиеттердің үйлесімін қажет ететін жауапты бағыттарда қолдануға мүмкіндік берді. Бериллийлі қоланы кеңінен қолдануға оның құнының жоғарлығы және оның дефициттілігі мен улылығы кедергі болуда.