Исследование медных и алюминиевых проводников в зонах короткого замыкания и термического воздействия, страница 2

Рабочая поверхность шлифа не должна иметь завалов и заметных рисок при увеличении 200^х

III.     Исследование микроструктуры медных и алюминиевых проводников

Структуру меди и алюминия целесообразно исследовать при увеличении 100^х — 200^х в белом и поляризованном свете. В поляризованном свете включения закиси меди имеют рубиновую окраску. Фотографирование микроструктуры необходимо выполнить в минимальный промежуток времени во избежание окисления поверхности шлифа. Для предотвращения преждевременного окисления шлифы необходимо хранить в эксикаторе.

Различные температурные условия, в которых протекают ПКЗ и ВКЗ. обусловливают существенные различия в микроструктуре медных и алюминиевых проводников, так как структура любого металла, кристаллизующегося из расплава, зависит прежде всего от скорости охлаждения.

Медь, и алюминий в расплавленном состоянии активно взаимодействуют с газами: О₂ , Н₂, СО, СО₂.

Для изготовления медных проводников электрического тока применяется медь марки M1, в которой содержится 0,05% — 0,06% кислорода. В исходной проволоке кислород находится в виде сферических частиц закиси меди Cu₂O. При температуре 1100⁰С в расплавленной меди может раствориться до 1,0 % кислорода. Поскольку растворимость кислорода в твердой меди составляет всего 0,01%, то в литой меди, содержащей более 0,01 % О₂, на границах между кристаллами меди образуется прослойка эвтектики Сu — Cu₂O.

Для изготовления алюминиевых проводников электрического тока применяют алюминий марки А5Е. Основной составляющей газов, растворенных в алюминии, является водород. В газах, экстрагированных из алюминия, на долю водорода приходится 80 — 90%, а остальное — на окись и двуокись углерода. Вследствие резкого уменьшения растворимости при переходе металла из жидкого состояния в твердое, газ выделяется из металла. Интенсивность и количество выделившегося газа зависят от скорости охлаждения.

3.1.    Исследование микроструктуры медных проводников

В случае ПКЗ в месте оплавления наблюдается двухфазная структура — эвтектический сплав Cu+(Cu — Cu₂О). При этом в зависимости от длительности процесса КЗ могут наблюдаться следующие три характерные микроструктуры:

а) в сплаве содержится от 0,05% до 0,39% кислорода. Определение массовой доли кислорода в доэвтектоидном сплаве (меньше 0,39% О₂) рекомендуется производить в соответствии с ГОСТом 13938.13-77 (при помощи эталонов микроструктуры) или расчетным путем по формуле:

где     х — массовая доля кислорода в сплаве;

F_эвт — площадь поля зрения микрошлифа, занимаемая эвтевтикой;

б) в сплаве содержится 0,39% О₂. В этом случае структура состоит сплошь из эвтектики Сu — СuO₂;

в) в расплавленной меди растворилось свыше 0,39% кислорода. Помимо эвтектики в структуре появляются первичные кристаллы закиси меди Cu₂O. Высокая скорость охлаждения расплавленной части медного проводника при ПКЗ приведет к тому, что образующиеся в расплаве центры кристаллизации начинают интенсивно расти в направлении максимального отвод тепла, а выделяющаяся в процессе кристаллизации скрытая теплота плавления препятствует росту кристаллов в других направлениях. В результате образуется зона вытянутых кристаллов, получивших название столбчатых дендритов. Дендритная структура является устойчивым дифференцирующим признаком характеризующим ПКЗ. Указанный признак сохраняется при нижеследующих длительных высокотемпературных (до 1000⁰С) отжигах. Отсутствие в атмосфере ПКЗ газов-восстановителей приводит к тому, что газовые раковины и поры в оплавленном участке не образуются.

В случае ВКЗ наблюдается иная микроструктура. Наличие в атмосфере КЗ окиси углерода приводит к исчезновению эвтектики Сu — Сu₂O по границам зерен меди, а присутствие в атмосфере небольшого количества водорода, помимо этого, способствует образованию газовых раковин и пор по границам и внутри тела зерен меди. Сами зерна литой меди имеют равноосную округлую форму. В тех случаях, когда содержание кислорода в атмосфере КЗ понижено, а концентрация газов-восстановителей недостаточна для восстановления меди, по границам зерен может наблюдаться тонкая прослойка эвтектики Сu — Сu₂O, но массовая доля кислорода не превышает 0,05%.

3.2.    Исследование микроструктуры алюминиевых проводников

Исследование микроструктуры алюминиевых проводников в случае ПКЗ показало наличие зоны вытянутых столбчатых зерен вместе оплавления и отсутствие газовых раковин и пор.

Для ВКЗ характерна равноосная литая структура. Часто в оплавленном участке наблюдаются газовые раковины и поры.