Mikrostruktury stopów miedzi i popularne środki trawiące

Mikrostruktury miedzi i stopów miedzi bada się poprzez dobór odpowiedniego środka trawiącego do danego materiału i analizowanego elementu. Mosiądz i brąz wykazują różne wzory fazowe; poniższe roztwory pozwalają na uwidocznienie ziaren, granic faz, wtrąceń oraz struktur spawalniczych w określonych warunkach przecierania lub zanurzania.

Charakterystyka mikrostrukturalna

Mosiądz i brąz to najczęściej stosowane przemysłowe stopy miedzi.

Mosiądz można podzielić na stopy jednofazowe i dwufazowe. Odlewany mosiądz jednofazowy α często wykazuje segregację dendrytyczną. Odkształcenie, a następnie wyżarzanie, eliminuje tę segregację i prowadzi do powstania jednolitych ziaren z bliźniakami wyżarzeniowymi. W mosiądzu dwufazowym α+β’ faza α wytrąca się z fazy β podczas chłodzenia, a jej morfologia zależy od warunków obróbki. W stanie odlewanym α tworzy gruboziarnistą strukturę Widmanstattena. Powolne chłodzenie po obróbce na gorąco prowadzi do powstania jednolitych, równokątnych ziaren α, natomiast szybkie chłodzenie powoduje powstanie drobnej, igiełkowej struktury widmanstattenowskiej. Z wyjątkiem NH₄OH i H₂O₂ W roztworach wodnych wymienione poniżej środki trawiące atakują przede wszystkim fazę β, powodując jej ciemnienie, podczas gdy faza α pozostaje jasna.

Brąz cynowy, brąz aluminiowy i miedź berylowa mają wspólną cechę strukturalną: matrycę roztworu stałego α z niewielką ilością składnika eutektycznego lub eutektoidalnego. Brąz cynowy zawiera fazę eutektoidalną α+(α+δ); brąz aluminiowy zawiera fazę α+(α+γ₂) eutektoid; miedź berylowa zawiera eutektoid α+(α+β); a brąz fosforowy zawiera α+(α+Cu₃P) eutektyka plus (α+δ+Cu₃P) eutektoid. Brąz cynowy wykazuje również silną segregację i może znacznie odbiegać od swojego diagramu fazowego w stanie równowagi, ponieważ przedział między linią likwidusową a solidusową jest szeroki, a cyna dyfunduje powoli. Brąz aluminiowy ulega jedynie niewielkiej segregacji. Przy niewielkim powiększeniu jego struktura przypomina mosiądz dwufazowy, podczas gdy (α+γ₂) Przy dużym powiększeniu widoczna staje się faza eutektoidalna. Miedź berylowa jest zazwyczaj stosowana po obróbce rozpuszczającej i starzeniu. Obróbka rozpuszczająca pozwala uzyskać jednolitą strukturę jednofazową. W wyniku starzenia w ziarnach lub wzdłuż granic ziaren wytrącają się bardzo drobne cząstki drugiej fazy CuBe. Mikroskopia optyczna może nieznacznie ujawnić cząstki ułożone wzdłuż linii poślizgu, jednak do dokładnego zbadania ich szczegółów konieczna jest mikroskopia elektronowa.

Typowe środki trawiące

Poniższe roztwory są powszechnie stosowane do uwidocznienia mikrostruktur miedzi i stopów miedzi.

Badanie wtrąceń

Określenie rodzajów i cech wtrąceń ma coraz większe znaczenie podczas badania mikroskopowego, ponieważ wtrącenia mają bezpośredni wpływ na plastyczność i skrawalność miedzi. Wtrącenia można badać na wypolerowanej powierzchni. Alternatywnie można przetrzeć wypolerowaną powierzchnię roztworem wodorotlenku amonu (Etchant 1, jak wspomniano powyżej), aby uczynić je bardziej widocznymi.

Siarka i tlen mogą tworzyć związek Cu+Cu₂S oraz Cu+Cu₂O eutektykach miedzi. Zarówno Cu₂S i Cu₂Związki te są kruche i łatwo ulegają pękaniu podczas obróbki na zimno, dlatego w przypadku miedzi obowiązują surowe limity zawartości tlenu i siarki. Oprócz analizy chemicznej, metalografia może dostarczyć przybliżonych informacji na temat zawartości zanieczyszczeń. W zwykłym oświetleniu nie można odróżnić tlenku miedzi od siarczku miedzi, ponieważ oba mają barwę niebiesko-szarą. W świetle spolaryzowanym tlenek miedzi ma barwę rubinowo-czerwoną, dzięki czemu można go odróżnić od siarczku miedzi. W stanie odlewanym zawartość tlenu można ocenić poprzez porównanie z mikrografami wzorcowymi przedstawiającymi różne poziomy tlenu.

Śladowe ilości bizmutu i ołowiu tworzą z miedzią eutektyki Cu+Bi lub Cu+Pb. Oba pierwiastki wydzielają się z eutektyki, ale ich rozmieszczenie jest różne. Bizmut tworzy sieć wzdłuż granic ziaren i powoduje wyraźną kruchość na gorąco. Ołów wykazuje mniejszą skłonność do tworzenia ciągłego rozkładu wzdłuż granic ziaren; mieszanie przed zestaleniem może spowodować rozproszenie Pb w postaci drobnych cząstek w matrycy. Niewielkie dodatki ołowiu mogą zatem poprawić skrawalność.