Твердофазные превращения в системе Pb-Сu-Zn

Медь с цинком образуют кроме основного α-раствора ряд фаз электронного типа β, γ, ε. Наиболее часто структура латуней состоит из α- или α+ β’ -фаз: α-фаза - твёрдый раствор цинка в меди с кристаллическим решеткой меди ГЦК, а β’ – фаза-упорядоченный твёрдый раствор на базе химического соединения CuZn с электронной связью 3/2 с решеткой ОЦК.

При высоких температурах β-фаза имеет неупорядоченное расположение атомов и широкую область гомогенности. В этом состоянии β-фаза пластична. При температуре ниже 454-468 °C расположение атомов меди и цинка в этой фазе становится упорядоченным, и она обозначается β’. Фаза β’ в отличие от β-фазы является более твёрдой и хрупкой; γ-фаза представляет собой электронное соединение Cu₅Zn₈.

Однофазные латуни характеризуются высокой пластичностью; β - фаза очень хрупкая и твердая, поэтому двухфазные латуни имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные. Влияние химического состава на механические свойства отожженных латуней: При содержании цинка до 30 % возрастают одновременно и прочность, и пластичность. Затем пластичность уменьшается, вначале за счет усложнения α -твердого раствора, а затем происходит резкое ее понижение в связи с появлением в структуре хрупкой β-фазы. Прочность увеличивается до содержания цинка около 45 %, а затем уменьшается так же резко, как и пластичность. Большинство латуней хорошо обрабатывается давлением. Особенно пластичны однофазные латуни. Они деформируются при низких и при высоких температурах. Однако в интервале 300-700 °C существует зона хрупкости, поэтому при таких температурах латуни не деформируют. Двух фазные латуни пластичны при нагреве выше температуры β -превращения, особенно выше 700 °C, когда их структура становится однофазной (β-фаза). Для повышения механических свойств и химической стойкости латуней в них часто вводят легирующие элементы: алюминий (Al), никель (Ni), марганец (Mn), кремний (Si) и т. д.

Диаграмма состояния системы Сu-Pb-Ζn характеризуется наличием широкой области несмешиваемости в жидком состоянии, а также отсутствием тройных соединений. На рис. 9 представлена диаграмма первичной кристаллизации сплавов системы.

В нашем эксперименте три пластинки меди, свинца и цинка приводили в контакт, затем медленно сжимали с помощью наковален Бриджмена в течение 20 мин при комнатной температуре. Общая фотография тройного сплава медь-свинец-цинк приведена на рисунке 10.

Рисунок 9. Диаграмма состояния системы Cu-Zn.

Рисунок 10. Проекция поверхности кристаллизации сплавов системы медь-свинец-цинк

Рисунок 11. Фотография образца латуни-свинца после реакции

Для исследования продуктов реакции проведен рентгеноспектральный анализ поверхности образцов.

Рисуноук 12. Рентгеновский микроанализ поверхности образца Pb-Cu-Zn после твердофазного превращения в зоне прохождения реакции

Таблица 2.

Название	Al	Si	Cl	Ca	Fe	Cu	Zn	Sn	Pb
Атомы	1.3	2.9	4.1	9.9	20.7	1.2	3.1	23.7	33.2

Из приведенного рисунка 12 видно, что произошло соединение между образцами, о чем свидетельствует о перераспределении компонентов сплава.

Таким образом, в трехслойной системе Pb-Cu-Zn при комнатной температуре в результате механохимической реакции, инициированной динамической нагрузкой, достигнута взаимная растворимость металлов друг в друге. Исследование структурно-фазовых превращений при деформации тройной композиции Pb-Cu-Zn подтверждает соединение этих металлов при комнатной температуре.

Заключение

В данной работе выявлены физические механизмы кинетических процессов, протекающих в условиях локализации деформации в сплавах на основе меди и свинца при твердофазных превращениях, инициированных механической нагрузкой.

Проведенные исследования показали, что в областях локализации деформации в трехслойных системах Pb-Cu-Sn и Pb-Cu-Zn твердофазные превращения проходят с образованием продуктов реакции. В зоне локализации деформации может проходить аномально быстрая направленная диффузия, в результате которой формируются продукты реакции, связывающие образцы [13,14].

Совокупность результатов, полученных в работе, позволяет обосновать важность проведенных экспериментов для науки и практики.

Вырезанные в виде пластинок образцы меди, свинца и олова размерами 0,1мм×10мм×20мм совмещали друг с другом и в наковальне Бриджмена [10] сдавливали их в течение 20 мин при комнатной температуре. Образцы прочно соединялись в результате твердофазной реакции, инициированной механической нагрузкой

Основные результаты, представленные в моих исследованиях, сводятся к следующему:

1. В результате совместного динамического нагружения образцов Cu-Pb-Sn и Cu-Pb-Zn в зоне контакта происходят перераспределение компонентов и механохимические реакции, продукты которых связывают образцы.

2. Механохимическая реакция прошла благодаря направленной диффузии под действием нагрузки в наковальне Бриджмена.

3. Очевидно прохождение точечной сварки под действием механического нагружения в системе Cu-Pb-Sn и Cu-Pb-Zn с образованием островков, связывающих три металлических слоя.

Результаты работы были представлены на Первой Международной школе-семинаре «Инновационные технологии и исследования, направленные на развитие «зеленой» энергетики и глубокую переработку продукции» (Казахстан, ВКО, г.Усть-Каменогорск, 26-30 июня 2013 г.). Работа отмечена сертификатом и дипломом 1 степени (Приложение 1, 2).

Список литературы

1. Стройман И.М. Холодная сварка металлов. – Ленинград: Машиностроение, 1985. - 224 с.

2. Лякишев Н.П., Банных О.А., Рохлин Л.Л. и др. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник.- М.: Машиностроение,1997.- Т.2, 1024 с.

3. Ляхов Н.З., Талако Т.Л., Григорьева Т.Ф. Влияние механоактивации на процессы фазо- и структурообразования при СВС. Новосибирск: Параллель, 2008. 167 с.

4. http://ru.wikipedia.

5. Лашко С.В, Лашко Н.Ф. Пайка металлов. М.: Машиностроение, 1988. 376 с

6. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3976.html

7. Багоцкий В.С., Скундин А.М. Химические источники тока.
М.: Энергоиздат, 1981. 360 с.

8. Деордиев С.С. Аккумуляторы и уход за ними. К.: Техника, 1985, 136 с.

9. Зефиров Н. С. Химическая энциклопедия: в 5 т.. - Москва: Советская энциклопедия, 1995. - Т. 4. - С. 300. - 639 с. - 20 000 экз. - ISBN 5-85270-039-8.

10. Литература с наковальней Бриджмента

11. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди: Справочник/Под ред. Дрица М. Е.-М.: Наука.-1979.-246 с.

12. Куандык Б. Д, Р.Б. Абылкалыкова. Холодная сварка механохимическими методами под действием внешних нагрузок. I Международная школа-семинар «Инновационные технологии и исследования, направленные на развитие «зеленой» энергетики и глубокую переработку продукции», Усть-Каменогорск, Казахстан, 26-30 июня 2013 г., с. 40-41.

13. Р.Б. Абылкалыкова, Л.И. Квеглис, Ф.М. Носков. «Структурообразование в системе железо-медь при интенсивных динамических нагрузках». «Известия вузов. Черная металлургия», 2012, №10, с.52-56

14. А.К. Абкарян, Р.Б. Абылкалыкова, Л.И. Квеглис, Ф.М. Носков. «Механохимические процессы в системе железо-медь при интенсивных динамических нагрузках». 16-й Международный дисциплинарный симпозиум «Порядок, беспорядок и свойства оксидов», ODPO-16, Ростов-на-Дону-г. Туапсе, 7-12 сентября, 2013 г, с.59-62.

Приложение 1

Приложение 2

Дата добавления: 2015-07-11