1.)  Cel ćwiczenia: Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z obróbką cieplną stopów miedzi: przeprowadzenie hartowania brązu aluminiowego, homogenizacji brązu cynowego, wyżarzania rekrystalizującego po zgniocie oraz zapoznanie się z właściwościami tych materiałów przed i po obróbce cieplnej.

2.)  Wykonanie ćwiczenia:

Materiały:

a)      dwie próbki z brązu aluminiowego BA1032 – 10%Al, 3%Fe, 2%Mn;

b)      próbka z brązu cynowego B8 (odlew);

c)      dwie próbki do rozciągania w stanie zgniotu z brązu cynowego B8

Przebieg ćwiczenia:

a)      Próbki z brązu aluminiowego BA1032 nagrzewać w piecu o temp. 950°C w czasie 30min. Następnie jedną z próbek zahartować w wodzie a drugą pozostawić na powietrzu. Na obu próbkach wykonać zgłady metalograficzne, wytrawić odczynnikiem chromowym i obserwować (narysować struktury). Zmierzyć twardość obu próbek na twardościomierzu Brinella stosując kulkę 5mm i obciążeniu 250kG.

b)      Na próbce z brązu cynowego B8 (w stanie lanym) wykonać zgład metalograficzny i po wytrawieniu odczynnikiem chromowym dokonać obserwacji struktury i zmierzyć twardość HB. Następnie wygrzać próbkę w piecu o temp. 700°C w czasie 30 min. i ochłodzić na powietrzu. Wykonać zgład, dokonać obserwacji struktury po homogenizacji oraz zmierzyć twardość.

c)      Jedną z próbek z brązu cynowego B8 w stanie zgniotu wyżarzyć rekrystalizująco w piecu w temp. 520°C w czasie 30 min. Chłodzić próbkę na powietrzu. Zaznaczyć na próbkach długości pomiarowe. Wykonać próbę wytrzymałości na rozciąganie (dla próbek w stanie zgniotu i po obróbce cieplnej) na maszynie wytrzymałościowej. Dokonać obserwacji mikroskopowych zainkludowanych próbek z brązu w stanie zgniotu i po rekrystalizacji – narysować struktury.

3.)  Opis teoretyczny:

Rekrystalizacja (pierwotna) jest procesem zasadniczo różnym od zdrowie­nia, gdyż w tym okresie powstają zarodki nowych, nie odkształconych ziarn, które następnie się rozrastają, podobnie jak podczas krystalizacji z fazy ciekłej. Proces ten zachodzi w temperaturach wyższych niż zdro­wienie, powyżej tzw. temperatury rekrystalizacji. Jest to spowodowane głów­nie zanikiem dyslokacji, których gęstość spada w tym okresie o kilka rzę­dów wielkości. Wywołuje to zmniejszenie umocnienia, a więc obniżenie twardości i wytrzymałości i wzrost własności plastycznych. Rów­nocześnie obserwuje się istotne zmiany struktury polegające na zarodko­waniu i stopniowym rozroście nowych nie odkształconych ziarn wolnych od dyslokacji.

Temperatura rekrystalizacji nie może być jednoznacznie określona, gdyż zależy od wielu czynników, jak: temperatura topnienia i czystość metalu, skład stopu, wielkość zmagazynowanej energii odkształcenia, a również czasu wyżarzania. Do celów praktycznych wprowadzono poję­cie temperatury progowej rekrystalizacji Tr , która jest najniższą tempera­turą procesu przy dużych odkształceniach i czasie wyżarza­nia 1—2 godzin. Wartość Tr jest cechą charakterystyczną danego metalu (stopu). Korelacja między temperaturami topnienia Tt i rekrystalizacji Tr dla metali o czystości technicznej została ustalona przez Boczwara i jest wyrażona wzorem: Tr=0,4Tt.   

Homogenizację przeprowadza się w możliwe wysokiej temperaturze w celu przyspieszenia procesów dyfuzyjnych, które prowadzą do wyrównania różnic składu chemicznego. Tem­peratura tej operacji leży w zakresie ok. 100—150°C poniżej linii solidus (zwykle 1000—1250°C), czas jest długi — rzędu 12—24 h. Jest ono stosowane w celu zmniejszenia segregacji we wlewkach i odlewach ze stali stopowych. Bardziej jednorodny skład wlewka ułatwia jego dalszą obróbkę plastyczną i cieplną, zmniejsza naprężenia, a tym samym skłon­ność do pękania. Efektem ubocznym długotrwałego wyżarzania w wy­sokiej temperaturze jest rozrost ziarn w stali. W przypadku wlewków nie jest to szkodliwe, gdyż przy obróbce plastycznej zachodzi rozdrobnienie ziarna. Odlewy staliwne natomiast należy poddać wyżarzaniu normalizu­jącemu w celu rozdrobnienia ziarna.

                                                 Brąz aluminiowy BA1032

                  nie hartowany                                                              hartowany

              129HB                                                                       200HB

                                                          Brąz cynowy B8

                w stanie lanym                                    temp wygrzewania 700°C przez 30min.                                                                                                                

                                                                      i chłodzony na powietrzu (po homogenizacji)

                         85HB                                                                       75HB  

                                                     Zainkludowany brąz B8

              po rekrystalizacji                                                           po zgniocie

                              Pomiar wytrzymałości próbek z brązu cynowego B8:

                                                               Baza 50mm

-          w stanie zgniotu F = 4kN; l = 51,5mm;

Rm = 290MPa; A = 3%   

-          po rekrystalizacji w temp. 520°C w czasie 30 min. F = 1,58kN; l = 67mm;

Rm = 174MPa; A = 34%

4.)  Wnioski:

      W celu poprawienia własności wytrzymałościowych stopów należy poddać je zgniotowi. Ziarna wydłużają się, a stop utwardza się. Jednak tracimy na własnościach plastycznych (wydłużenie jest bardzo małe). Jeżeli chcemy uzyskać właściwości odwrotne należy materiał poddać rekrystalizacji. Brązy dają się również hartować na martenzyt twardość ich wzrasta prawie o połowę. Po poddaniu próbek homogenizacji ziarno wyraźnie się rozdrobniło i spadła o około 10% twardość. Zyskaliśmy jednak jednorodną strukturę oraz zlikwidowaliśmy naprężenia w materiale.