Микроструктура медных сплавов и распространённые травители

Микроструктуры меди и медных сплавов исследуются путем подбора травителя с учетом материала и интересующих характеристик. Латунь и бронза демонстрируют различные фазовые картины; приведенные ниже растворы позволяют выявить зерна, границы фаз, включения и структуры сварных швов при определенных условиях протирания или погружения.

Микроструктурные характеристики

Латунь и бронза — наиболее широко используемые в промышленности медные сплавы.

Латуни можно разделить на однофазные и двухфазные сплавы. Литая однофазная α-латунь часто демонстрирует дендритную сегрегацию. Деформация с последующим отжигом устраняет сегрегацию и приводит к образованию однородных зерен с отжиговыми близнецами. В двухфазной латуни α+β’ фаза α выпадает из фазы β в процессе охлаждения, и её морфология зависит от условий обработки. В литом состоянии α образует крупную структуру Видманштеттена. Медленное охлаждение после горячей обработки приводит к образованию однородных равноосных зерен α, тогда как быстрое охлаждение — к образованию мелкозернистой игольчатой структуры Видманштеттена. За исключением NH₄OH и H₂O₂ В водных растворах перечисленные ниже травильные вещества преимущественно воздействуют на β-фазу, приводя к её потемнению, в то время как α-фаза сохраняет светлый цвет.

Оловянная бронза, алюминиевая бронза и бериллиевая медь обладают общей структурной особенностью: матрицей α в виде твёрдого раствора с небольшим содержанием эвтектического или эвтектоидного компонента. Оловянная бронза содержит эвтектоид α+(α+δ); алюминиевая бронза содержит α+(α+γ₂) эвтектоид; бериллиевая медь содержит эвтектоид α+(α+β); а фосфорная бронза содержит α+(α+Cu₃P) эвтектический плюс (α+δ+Cu₃P) эвтектоидная. Оловянная бронза также демонстрирует выраженную сегрегацию и может существенно отличаться от своей равновесной фазовой диаграммы, поскольку интервал между ликвидусом и солидусом широк, а олово диффундирует медленно. Алюминиевая бронза подвергается лишь незначительной сегрегации. При небольшом увеличении её структура напоминает двухфазную латунь, тогда как (α+γ₂) эвтектоид становится видимым при большом увеличении. Бериллиевая медь, как правило, используется после термообработки в растворе и старения. Термообработка в растворе приводит к образованию однородной однофазной структуры. В результате старения в зернах или вдоль границ зерен выпадают очень мелкие частицы второй фазы CuBe. При оптической микроскопии можно слабо разглядеть частицы, выровненные вдоль линий скольжения, однако для изучения их деталей требуется электронная микроскопия.

Распространённые травители

Для выявления микроструктур меди и медных сплавов обычно используются следующие растворы.

Исследование включений

Определение типов и характеристик включений приобретает всё большее значение при микроскопическом исследовании, поскольку включения напрямую влияют на формуемость и обрабатываемость меди. Исследование включений можно проводить на отполированной поверхности. В качестве альтернативы можно кратковременно протереть отполированную поверхность раствором гидроксида аммония (Etchant 1, указанным выше), чтобы сделать их более заметными.

Сера и кислород могут образовывать соединение Cu+Cu₂S и Cu+Cu₂О эвтектиках в меди. Оба Cu₂S и Cu₂Соединения с содержанием кислорода (O) являются хрупкими и легко разрушаются при холодной обработке, поэтому к содержанию кислорода и серы в меди предъявляются строгие ограничения. Помимо химического анализа, металлография позволяет получить приблизительные данные о содержании примесей. При обычном освещении оксид меди и сульфид меди невозможно различить, поскольку оба имеют сине-серый цвет. В поляризованном свете оксид меди приобретает рубиново-красный оттенок, что позволяет отличить его от сульфида меди. В литом состоянии содержание кислорода можно оценить путем сравнения с эталонными микрофотографиями, отражающими различные уровни содержания кислорода.

Следовые количества висмута и свинца образуют с медью эвтектики Cu+Bi или Cu+Pb. Оба элемента выделяются из эвтектики, но их распределение различается. Висмут образует сеть вдоль границ зерен и вызывает выраженную горячую хрупкость. Свинец имеет меньшую склонность к образованию непрерывного распределения по границам зерен; перемешивание перед затвердеванием позволяет диспергировать Pb в виде мелких частиц в матрице. Поэтому небольшие добавки свинца могут улучшить обрабатываемость.