Microstrutture delle leghe di rame e comuni reagenti di attacco

Le microstrutture del rame e delle sue leghe si esaminano scegliendo un reagente di attacco adatto al materiale e al dettaglio da osservare. Ottone e bronzo presentano diverse distribuzioni delle fasi. Le soluzioni seguenti evidenziano grani, interfacce tra le fasi, inclusioni e strutture saldate, nelle condizioni indicate di attacco a tampone o per immersione.

Caratteristiche microstrutturali

L'ottone e il bronzo sono le leghe di rame più diffuse in ambito industriale.

Gli ottoni possono essere suddivisi in leghe monofase e bifase. L’ottone α monofase fuso presenta spesso segregazione dendritica. La deformazione seguita da ricottura elimina la segregazione e produce grani uniformi con gemelli di ricottura. Nell’ottone bifasico α+β’, la fase α precipita dalla fase β durante il raffreddamento e la sua morfologia dipende dalle condizioni di lavorazione. Allo stato di fusione, la fase α forma una struttura grossolana di Widmanstatten. Il raffreddamento lento dopo la lavorazione a caldo produce grani α equiassiali uniformi, mentre il raffreddamento rapido produce una struttura di Widmanstatten aciculare fine. Ad eccezione dell’NH₄OH e H₂O₂ Nelle soluzioni acquose, gli agenti corrosivi elencati di seguito attaccano preferenzialmente la fase β, che assume un colore scuro, mentre la fase α rimane chiara.

Il bronzo allo stagno, il bronzo all’alluminio e il rame al berillio presentano una caratteristica strutturale comune: una matrice in soluzione solida α con una piccola quantità di costituente eutettico o eutettoide; il bronzo allo stagno contiene una fase eutettoide α+(α+δ); il bronzo all’alluminio contiene una fase eutettoide α+(α+γ₂) eutettoide; il rame-berillio contiene una fase eutettoide α+(α+β); e il bronzo fosforoso contiene una fase α+(α+Cu₃P) eutettico più (α+δ+Cu₃P) eutettoide. Anche il bronzo allo stagno presenta una forte segregazione e può discostarsi notevolmente dal proprio diagramma di fase di equilibrio, poiché l’intervallo tra liquidus e solidus è ampio e lo stagno si diffonde lentamente. Il bronzo all’alluminio presenta una segregazione solo lieve. A basso ingrandimento, la sua struttura ricorda quella dell’ottone bifasico, mentre la (α+γ₂) L'eutettoide diventa visibile ad alto ingrandimento. Il rame-berillio viene generalmente utilizzato dopo il trattamento di solubilizzazione e l'invecchiamento. Il trattamento di solubilizzazione produce una struttura monofasica uniforme. L'invecchiamento provoca la precipitazione di particelle molto fini di seconda fase CuBe all'interno dei grani o lungo i bordi dei grani. La microscopia ottica può rivelare debolmente particelle allineate lungo le linee di scorrimento, ma per osservarne i dettagli è necessaria la microscopia elettronica.

Reagenti di attacco comuni

Le seguenti soluzioni sono comunemente utilizzate per evidenziare le microstrutture del rame e delle leghe di rame.

Esame delle inclusioni

L'identificazione dei tipi e delle caratteristiche delle inclusioni riveste un'importanza sempre maggiore nell'esame al microscopio, poiché le inclusioni influenzano direttamente la formabilità e la lavorabilità del rame. Le inclusioni possono essere esaminate allo stato lucidato. In alternativa, è possibile passare brevemente sulla superficie lucidata una soluzione di idrossido di ammonio (Etchant 1, sopra indicato) per renderle più visibili.

Lo zolfo e l'ossigeno possono formare Cu+Cu₂S e Cu+Cu₂Eutettici nel rame. Sia il Cu₂S e Cu₂I composti contenenti ossigeno sono fragili e si fratturano facilmente durante la lavorazione a freddo; pertanto, il rame è soggetto a rigidi limiti relativi al contenuto di ossigeno e zolfo. Oltre all’analisi chimica, la metallografia può fornire un’indicazione approssimativa del contenuto di impurità. Sotto illuminazione ordinaria, l’ossido di rame e il solfuro di rame non possono essere distinti poiché entrambi appaiono di colore grigio-blu. Sotto luce polarizzata, l’ossido di rame appare rosso rubino e può quindi essere distinto dal solfuro di rame. Allo stato di fusione, il tenore di ossigeno può essere valutato mediante confronto con micrografie standard che rappresentano diversi livelli di ossigeno.

Tracce di bismuto e piombo formano con il rame eutettici Cu+Bi o Cu+Pb. Entrambi gli elementi si separano dall’eutettico, ma la loro distribuzione differisce. Il bismuto forma una rete lungo i bordi dei grani e causa una marcata fragilità a caldo. Il piombo tende meno a formare una distribuzione continua lungo i bordi dei grani; l’agitazione prima della solidificazione può disperdere il Pb sotto forma di particelle fini nella matrice. Piccole aggiunte di piombo possono quindi migliorare la lavorabilità.