» » Расчет структуры некоторых сложных латуней по составу и по заданной структуре
02.02.2017

При плавке специальных латуней, чтобы составить некоторое представление о структуре и отчасти о свойствах, часто удобно бывает пересчитать их на двойную систему. Многие компоненты, добавляемые к латуни в количествах до 3—5%, входят в твердый раствор. При этом одни компоненты замещают цинк, другие медь. Замена происходит не в равных количествах — процент за процент, а каждый элемент, входящий в твердый раствор, имеет свой коэффициент замещения. В свое время было подмечено, что
Расчет структуры некоторых сложных латуней по составу и по заданной структуре

Для никеля был тогда установлен отрицательный коэффициент замены, равный от -1 до -1,7. При расчетах предлагалось из суммы положительных фиктивных процентов, получающихся при пересчете, вычитать фиктивный процент никеля. Правильнее фиктивный процент, полученный для никеля, не вычитать из суммы положительных величин замены, а прибавлять его к содержанию меди, так как никель в пространственной решетке, будучи аналогом меди, заменяет ее в сложном сплаве.
Позднее была найдена связь коэффициентов замены с электронной концентрацией пространственной решетки сплава. Атомы цинка, алюминия, кремния при переходе в сплав с медью отдают сплаву соответственно два, три и четыре валентных электрона. Как показал Н.В. Агеев, это соответствует растворимости в одновалентном металле, в данном случае в меди 36, 18 и 12% (атомн.) каждого из перечисленных металлов. Поэтому в тройных латунях (латунь, в которую добавлен алюминий ила кремний) предельная электронная концентрация достигается при меньшем содержании атомных процентов цинка и алюминия или цинка и кремния (в сумме), чем только цинка в двойных сплавах. Предел насыщения а твердого раствора (граница между областями фаз α и α + β) в сплавах от добавления или 1% (атомн.) Al или 1% (атомн.) Si достигается соответственно в два или в три раза раньше, чем от добавления 1% (атомн.) Zn. Это значит, что структурный эквивалент 1% (атомн.) A1 равен 2, а 1% (атомн.) Si равен 3. В весовых процентах это составит соответственно около 5 для алюминия и около 7 для кремния.
Таким образом, коэффициенты замены, полученные опытным путем, несколько больше определенных путем расчета.
Для никеля опытным путем коэффициент замены был дан в пределах от -1 до -1,7. Путем расчета получено, что 1% (атомн.) Ni заменяет 1 % (атомн.) Cu, при пересчете на весовые проценты получается коэффициент замены, равный примерно -1,1.
В зависимости от комбинации компонентов в сплаве коэффициенты замены могут несколько меняться, поэтому пользоваться ими можно только для грубо приближенных расчетов. Тем не менее пересчеты сплавов с помощью коэффициентов замены оказывают большую помощь, когда нужно заранее определить структуру сложной латуни или когда, наоборот, нужно изготовить сложную латунь определенной структуры.
Пересчет сплава известного состава производится следующем образом.
Расчет структуры некоторых сложных латуней по составу и по заданной структуре

В обратном случае, когда заданы добавочные компоненты и их количество, а также структура и состав, соответствующий ей по двойной диаграмме, требуется же рассчитать количества меди и цинка, можно пользоваться следующей формулой:
Расчет структуры некоторых сложных латуней по составу и по заданной структуре

где Сu% — действительное содержание меди, которое определяется по приведенной формуле, %;
fCu — фиктивное содержание меди, которое соответствует заданной структуре;
fpΣ — фиктивная сумма положительных компонентов или компонентов, заменяющих цинк;
fnΣ — фиктивная сумма отрицательных компонентов, т. е. компонентов, заменяющих медь;
Σ — полная сумма действительных заданных добавочных компонентов.
Если, например, задан сложный сплав типа латуни, который должен содержать 3% Al, 4% Mn, 1% Si и 2% Ni и по структуре соответствовать двойной латуни, содержащей 51% Cu и 49% Zn, то
Расчет структуры некоторых сложных латуней по составу и по заданной структуре

Таким образом, действительный состав сплава должен быть: 59,93% Cu; 30,07% Zn; 3% Al; 4% Mn; 1% Si; 2% Ni.