Metalografické hodnocení struktury odlitků

Vzorky pro metalografické hodnocení byly odebrány mechanických způsobem. Příprava metalografických výbrusů byla provedena obvyklým postupem, který obsahoval broušení, leštění a leptání. Po vyleštění byly vzorky nejprve pozorovány bez leptání na metalografickém mikroskopu Neophot 21 od firmy Carl Zeiss Jena, který je spojen s digitální kamerou Nikon DS-L1.

Kamera je propojena s počítačem, který obsahuje software pro optickou analýzu NIS-Elements. V tab. 4-5 jsou pouţitá leptadla, pro zvýraznění makrostruktury leptadlo 1 a pro zvýraznění mikrostruktury leptadlo 2. Vzorky byly pozorovány při postupně rostoucím zvětšením, od zvětšení 20x aţ 500x a výjimečně 1000x, s cílem získat přehled o charakteru mikrostruktury slitin mědi. V příloze této práce jsou uvedeny všechny získané struktury příslušných odlitků, u kterých je přesně uveden typ pouţitého leptadla.

Na obr. 4.17 aţ 4.24 jsou struktury vzorků v neleptaném stavu, tak jak jsou uvedeny v tabulce 4-1.

Tab. 4-5 Použitá leptadla

Leptadlo 1 100 ml kyselina dusičná a 100 ml destilovaná voda Leptadlo 2

2g dvojchroman draselný, 8 ml kyselina sírová, 4 ml nasycený roztok NaCl a 100 ml destilovaná voda

Obr. 4.17 Struktura slitiny CuZn30, vzorek č. 1, odléváno do kovové formy

64

Obr. 4.18 Struktura čisté elektrovodné mědi, vzorek č. 2, odléváno do kovové formy

Obr. 4.19 Struktura slitiny CuSn 12, vzorek č. 3, odléváno do kovové formy

Obr. 4.20 Struktura slitiny CuZn31MnAl1, vzorek č. 4, odléváno do kovové formy

65

Obr. 4.21 Struktura slitiny CuZn30, vzorek č. 1, odléváno do pískové formy

Obr. 4.22 Struktura elektrovodné mědi, vzorek č. 2, odléváno do pískové formy

Obr. 4.23 Struktura slitiny CuSn 12, vzorek č. 3, odléváno do bentonitové formy

66

Obr. 4.24 Struktura slitiny CuZn31MnAl1, vzorek č. 4, odléváno do bentonitové formy

Sledování makrostruktury odlitků ze slitin mědi

Během hodnocení krystalické struktury odlitků bylo provedeno hodnocení makrostruktury vzorků, které byly odlity do slévárenské formy kovové a pískové.

Pro zvýraznění struktury bylo pouţito leptadlo 1. Vzorky z odlitků slitin mědi byly pozorovány v naleptaném stavu na světelném mikroskopu Neophot 21 při 20 násobném zvětšení. Struktury jsou uvedeny na obr. 4.25 aţ 4.32.

Obr. 4.25 Struktura slitiny CuZn30, vzorek č. 1, odléváno do kovové formy

67

Obr. 4.26 Struktur elektrovodné mědi, vzorek č. 2, odléváno do kovové formy

Obr. 4.27 Struktura slitiny CuSn12, vzorek č. 3, odléváno do kovové formy

Obr. 4.28 Struktura slitiny CuZn31MnAl1, vzorek č. 4, odléváno do kovové formy

68

Obr. 4.29 Struktura slitiny CuZn30, vzorek č. 1, odléváno do bentonitové formy

Obr. 4.30 Struktura čisté elektrovodné mědi, vzorek č. 2, odléváno do pískové formy

Obr. 4.31 Struktura slitiny CuSn 12, vzorek č. 3, odléváno do bentonitové formy

69

Obr. 4.32 Struktura slitiny CuZn31MnAl1, vzorek č. 4, odléváno do bentonitové formy

Sledování mikrostruktury odlitků ze slitin mědi

Na stejných vzorcích z odlitků ze slitin mědi byla také sledována mikrostruktura. Zde pro zvýraznění struktury bylo také pouţito leptadlo 1. Vzorky byly pozorovány v naleptaném stavu na světelném mikroskopu Neophot 21 při 100, 250 a 500 násobném zvětšení. Struktury při všech zvětšeních jsou uvedeny v přílohách.

V další části sledování mikrostruktury odlitků ze slitin mědi bylo pouţito leptadlo 2. Vzorky byly pozorovány při zvětšení 100x, 250x, 500x a výjimečně 1000x Struktury při všech zvětšeních jsou uvedeny v přílohách.

Ze snímků, které jsou uvedené výše a v přílohách, je zřejmé, ţe metalurgie mědi a jejich slitin je náchylná na kyslík – vodík. U vzorků z odlitků, které byly odlity do kovové formy, není vidět takový druh vady, a proto výskyt vad, jako jsou kyslíkové vměstky, není pravděpodobný u odlitků odlévaných do kokily.

Krystalická struktura odlitků ze slitin mědi je závislá na typu slitiny a ochlazovacím účinku slévárenské formy. Pokud se týká sledování krystalizace jednotlivých slitin, lze konstatovat následující poznatky, které vyplývají z jednotlivých obrázků příslušných struktur, viz obr. 4.33 aţ 4.40.

70

Obr. 4.33 Mikrostruktura slitiny CuZn30, odléváno do kovové formy

Odlitek ze slitiny CuZn30 - odléváno do kovové formy, v litém stavu má tato mosaz typickou polyedrickou aţ dendritickou strukturu. V tomto případě osy dendritů nebo polyedrů krystalizují jako první a jsou obohaceny o hůře tavitelnou mědí (bílé oblasti), mezifázové prostory se v poslední fázi krystalizace zaplňují tuhým roztokem α, který je velmi bohatý na zinek (tmavé oblasti). Krystalická struktura vykazuje délku krystalů od 45 do 230 μm.

Obr. 4.34 Mikrostruktura elektrovodné mědi, odléváno do kovové formy

Odlitek z elektrovodné mědi - po odlití do kovové formy má elektrovodná měď ve struktuře oblasti s obsahem CuO2. Krystaly mědi jsou na obr. 4.34 světlé útvary.

Se zvyšujícím mnoţství eutektika (soustava Cu – CuO2) se zvyšuje mnoţství kyslíku.

Krystaly mají typický členitý tvar a dosahují délky od 20 do 120 m. Šířka krystalů dosahuje aţ 30 m.

71

Obr. 4.35 Mikrostruktura slitiny mědi CuSn12, odléváno do kovové formy

Odlitek ze slitiny CuSn12 - odléváno do kovové formy, po odlití probíhá sloţitá krystalizace i chladnutí tohoto bronzu, v souladu podle rovnováţného diagramu Cu – Sn, výsledná struktura je tvořena tuhým roztokem  a eutektoidu (+). Fáze  je elektronová sloučenina Cu₃₁Sn₈, která má sloţitou kubickou mříţku. Eutektoid (+) je patrný na obr. 4.35, jsou to světlé oblasti ve struktuře bronzu, fáze  jsou tmavé oblasti ve struktuře bronzu. Oblasti eutektoidu dosahují délky aţ 900 m.

Obr. 4.36 Struktura slitiny CuZn31MnAl1, odléváno do kovové formy

Odlitek ze slitiny CuZn31MnAl1 - po odlití do kovové formy tato více komponentní mosaz krystalizuje ve tvaru jemných protáhlých zrn, viz obr. 4.36, tvořených směsí tuhého roztoku  bohatého na měď (světlá zrna) a tuhého roztoku  bohatého na zinek (tmavé oblasti). Protáhlé krystaly tuhého roztoku  dosahují velikosti od 20 m do 200 m a tloušťku od 4 m do 10 m.

72

Obr. 4.37 Mikrostruktura slitiny mědi CuSn12, odléváno do pískové formy

Odlitek ze slitiny CuSn12 - po odlití do pískové formy probíhá sloţitá krystalizace a pomalé chladnutí tohoto bronzu za vzniku dendritické struktury. Eutektoid ( + ) je vyloučen mezi zrny tuhého roztoku , viz obr.4.37. Základem eutektoidu je fáze  (Cu₃₁Sn₈). Strukturní sloţky tvoří tuhý roztok  a eutektoidní směs  + .

Světlé oblasti ve struktuře bronzu je fáze . Tmavé oblasti tvoří eutektoid.

Obr. 4.38 Mikrostruktura slitiny CuZn31MnAl, odléváno do pískové formy

Odlitek ze slitiny CuZn31MnAl1 - po odlití do pískové formy tato více komponentní mosaz krystalizuje ve tvaru hrubších protáhlých zrn, viz obr. 4.38, tvořených směsí tuhého roztoku  bohatého na měď (světlá zrna) a tuhého roztoku  bohatého na zinek (tmavé oblasti). Zde se projevuje menší intenzita odvodu tepla, krystaly tuhého roztoku  dosahují délku aţ 250 m, tloušťka krystalů je od 35 aţ 70 m.

73

Obr. 4.39 Mikrostruktura slitiny CuZn30, odléváno do pískové formy

Odlitek ze slitiny CuZn30 - odléváno do bentonitové formy, v litém stavu má tato mosaz typickou polyedrickou aţ dendritickou strukturu. V tomto případě osy dendritů nebo polyedrů krystalizují jako první a jsou obohaceny o hůře tavitelnou mědí (na snímkách mikrostruktury bílé oblasti), mezifázové prostory se v poslední fázi krystalizace zaplňují tuhým roztokem , který je velmi bohatý na zinek (tmavé oblasti). Krystalická struktura vykazuje délku rozvětvených krystalů aţ 500 m a šířku do 300 m.

Obr. 4.40 Mikrostruktura elektrovodné mědi, odléváno do pískové formy

Odlitek z elektrovodné mědi - po odlití do pískové formy má elektrovodná měď ve struktuře oblasti s obsahem CuO2, světlé oblasti. S přítomností kyslíku se zvyšuje mnoţství eutektika (soustava Cu – CuO2). Krystaly mají polyedrický mohutný tvar a dosahují délky od 450 m do 785 m. Některé tvary dendritů jsou polyedrického tvaru o rozměrech cca 650 m.

Slitiny mědi, mosazi i bronzy, jsou velmi důleţitým materiálem pro výrobu

74

odlitků. Jejich metalurgická příprava vyţaduje sníţení obsahu vodíku a kyslíku v připravované tavenině pro krystalizaci odlitků. Krystalizace, tuhnutí a chladnutí odlitků ze slitin mědi souvisí s charakterem slévárenské formy a jejím odvodem tepla z tuhnoucího odlitku. Krystalizace cínových bronzů je ovlivňována rychlostí ochlazování. Pro výrobu odlitků jsou důleţité příslušné rovnováţné diagramy. formy, je zřejmé, ţe kovová forma vykazuje vyšší akumulační schopnost, neţ forma písková. V kovové formě se ustavují příznivější tepelné poměry, krystalizace dané slitiny je jemnější. Srovnáme-li krystalizaci CuZn31MnAl v pískové a v kovové formě, velikost krystalů při odlévání do pískové formy jsou protáhlé o maximální délce 250 m a šířce 35 aţ 70 m. Krystalizace při odlévání do kovové formy je jemnozrnnější, výrazně protáhlého vzhledu. Krystaly tuhého roztoku  dosahují velikosti od 20 m do 200 m a tloušťce od 4 m do 10 m.