При увеличении олова прочность оловянных бронз

При увеличении олова прочность оловянных бронз

3. Влияние легирующих компонентов и примесей на свойства сплавов

( В этом разделе содержание легирующих компонентов и примесей приведено в процентах по массе.)

Оловянные бронзы. Легирующие компоненты

Олово. Основной легирующий компонент оказывает существенное влияние на весь спектр свойств оловянных бронз. Литейные свойства сплавов зависят от содержания олова: с увеличением содержания олова до 10. 12% увеличивается температурный интервал кристаллизации сплавов, снижается их жидкотекучесть. В то же время олово снижает линейную усадку, уменьшает газонасыщенность расплава.

Олово повышает коррозионную стойкость, твердость и прочность сплава, снижает относительное удлинение и ударную вязкость. Легирование меди оловом придает сплаву «бронзовый» оттенок.

Цинк. При небольших добавках цинка (0,5. 1%) жидкотекучесть сплава резко возрастает, затем плавно понижается при увеличении содержания цинка (до 15. 20%), но все равно остается выше, чем жидкотекучесть чистой меди. Цинк в оловянных бронзах уменьшает интервал кристаллизации, снижает линейную усадку, горячеломкость, газонасыщаемость расплава. При добавлении цинка коррозионная стойкость сплава уменьшается. Плотность лицевой поверхности отливок улучшается. Механические свойства при содержании цинка до 5% повышаются.

Свинец. При содержании свинца в сплавах свыше 1% жидкотекучесть уменьшается, происходит расслоение расплава и ликвация по плотности. Свинец повышает плотность сплава, герметичность отливок и облегчает обрабатываемость резанием (отливки лучше чеканятся). Содержание свинца в художественных бронзах не оказывает существенного влияния на механические свойства.

Фосфор. Введение фосфора в сплав улучшает жидкотекучесть, предупреждает образование оксидов. При содержании фосфора до 0,1% горячеломкость сплавов повышается, свыше 0,1%-уменьшается. Свариваемость сплава с фосфором улучшается, повышается коррозионная стойкость в условиях бытовой среды.

Таблица 19. Свойства медных и медноникелевых сплавов [43, 44, 48, 49]

1 ( З — литье в землю, К — литье в кокиль, М — сплав в мягком состоянии.)

Источник

При увеличении олова прочность оловянных бронз

Основой литейных оловянных бронз являются системы Cu-Sn и Cu-Sn-Zn-(Pb). Широкое применение нашли в промышленности оловянные бронзы, содержащие олова не более 10-12 и редко — 12-20 %. Для этих бронз характерны широкий температурный интервал кристаллизации и значительная растворимость олова в твердом состоянии. Структура бронз, содержащих до 8 % Sn, представляет собой α — твердый раствор дендритного строения с неравномерным распределением компонентов вследствие дендритной ликвации. Структура сплавов с концентрацией Sn не более 8% состоит из α — фазы и эвтектоида α + σ (CU_SSn_S). Твердая интерметаллидная фаза CU_SSn_S вызывает увеличение прочности и твердости; максимальных значений эти величины достигают при 20 — 35% Sn. Прочность бронз увеличивается с возрастанием содержания упрочняющих элементов.

В зависимости от процентного содержания олова оловянные бронзы подразделяют на бронзы:
общего назначения (содержание олова до 6-10%);
высокопрочные (содержание олова до 16-19%);

В зависимости от содержания легирующих компонентов различают оловянные бронзы: оловянные и оловянно — цинковые (БрО8Ц8, БрО10Ц2, БрО10Ф1);
оловянно — цинково — свинцовые (БрО4Ц4С17, БрО5ЦС, БрО3Ц12 С5, БрО6Ц6С3, БрО3Ц7С5Н1);
свинцовые и оловянно — свинцовые (БрО5С25,ЬрО10С10).

Химический состав оловянных литейных бронх (таблица 1) должен соответствовать ГОСТ 613-79, который содержит бронзы с содержанием олова не более 10 %, что связано с необходимостью экономного легирования. Нижний предел легирования (2-3 % Sn) определяется необходимостью получения минимального растворенного упрочнения.

Часто оловянные бронзы, как правило, не применяют, их легируют компонентами, улучшающими механические, технологические и эксплуатационные свойства.

Цинк является одним из основных легирующих компонентов оловянных бронз. Он сходит в твердый раствор и несколько повышает прочность и пластичность сплавов, а также улучшает растворимость распределения свинца, способствует возрастанию коррозионной стойкости бронзы в морской воде. Цинк позволяет экономить более дефицитное и дорогое олово, снижает интервал кристаллизации, что способствует жидкотекучести, плотности и уменьшению склонности отливок к обратной ликвидации.

Свинец образует в структуре медных сплавов мягкую металлическую фазу. При этом прочность и твердость сплавов снижается, но улучшается антифрикционные свойства. Оптимальные концентрации свинца повышают жидкотекучесть сплавов, их плотность и герметичность.

Фосфор является интенсивным раскислителем медных сплавов и упрочнителем как по типу, так и вследствие образования химических соединений. Фосфор снижает температуру плавления и улучшает практическую жидкотекучесть.

Никель измельчает макрозерно, повышает пластичность и прочность, уменьшает ликвацию в оловянно — свинцовых бронзах.

Из оловянных бронз в чушках (таблица 2) изготавливают оловянные литейные бронзы по ГОСТ 613-79. Химический состав оловянных бронз в чушках должен соответствовать ГОСТ 614-73,

Чушки должны иметь один или несколько пережимов, масса чушек не превышает 42 кг. Назначение оловянных бронз в чушках и их маркировка приведены в таблица 3.

Прочность и твердость бронз увеличивается с возрастанием содержания упрочняющих легирующих элементов, причем олово является более сильным упрочнителем, чем цинк. В бронзах, не содержащих эвтектоид, относительное удлинение составляет 6-10%, а появление эвтектоида снижает относительное удлинение до 1-3%.

Оловянные бронзы из-за большого интервала кристаллизации обладают умеренной жидкотекучестью. Минимальная жидкотекучесть соответствует концентрации олова 10-12%. В оловянных бронзах образуется значительная усадочная пористость и очень небольшая усадочная раковина, что обуславливает малую линейную усадку (

0,8%) при литье в песочные формы, обеспечивает четкое воспроизведение рельефа формы в сложных отливках при художественном литье, а также в отливках с резкими переходами от толстых сечений к тонким. Отливки в кокиль более плотны, линейная усадка увеличивается до 1,4 %. В большинстве случаев горячеломкость отливок невелика и вызывается главным образом наружной ковкой.

Физические, механические и технические свойства оловянных бронз приведены в таблицах 4, 5, 6.

Для получения литых деталей применяются в основном стандартные литейные оловянные бронзы в чушках, а для изделий ответственного назначения — высокооловянные бронзы, выплавляемые из первичных (чистых) металлов. Отливки из оловянных бронз в чушках дешевле, но их механические свойства несколько ниже, чем механические свойства отливок, выплавляемых из первичных металлов.

Из литейных оловянных бронз получают главным образом литые детали, работающие под давлением или в условиях трения (таблица 7).

Безоловянные бронзы. Литейные безоловянные бронзы подразделяют на четыре группы: алюминиевые, марганцевые, свинцовые и сурьмянистые (ГОСТ 493-79). Химический состав безоловянных бронз приведен в таблице 8.

Наибольшее распространение в литейном производстве получили алюминиевые бронзы. Они имеют хорошую коррозионную стойкость в пресной и морской воде, хорошо противостоят разрушению в условиях кавитации, обладают меньшим, чем оловянные бронзы, антифрикционным износом.

Сплавы Cu-Al кристаллизуются в узком температурном интервале (46оС), что приводит к последовательному затвердеванию и образованию в отливках столбчатой структуры, в результате чего ухудшается пластичность. В связи с этим все алюминиевые бронзы содержат добавки 1-4% (мас. доля) Fe.

Железо вводят в сплав для измельчения зерна и упрочнения твердого раствора, замедления эвтектоидного распада β — фазы, предотвращающей тем самым явление самопроизвольного отжига при литье крупногабаритных фасонных отливок в песчаные формы.

Марганец хорошо растворяется в алюминиевой бронзе, повышает ее коррозионную стойкость, повышает прочность и пластичность.

Никель в алюминиевых бронзах образует фазы Ni₃Al и NiAl с переменной растворимостью в твердом состоянии, смещает однофазную область при понижении температуры в сторону медного угла, что позволяет алюминиевые бронзы упрочнять термической обработкой.

Цинк несколько снижает технологические свойства сплава и поэтому в алюминиевых бронзах применяется редко.

Для неответственных отливок широко применяют безоловянные литейные бронзы в чушках (таблица 9) Чушки используют для изготовления бронз по ГОСТ 493-79.

Безоловянные бронзы имеют высокие механические, антикоррозионные и антифрикционные свойства, а также обладают рядом специальных свойств — высокими электропроводностью, теплопроводностью и паростойкостью.

Источник

Влияние легирующих элементов на свойства оловянных бронз

В связи с тем, что двойные оловянные бронзы дороги и имеют пониженные литейные свойства, их обычно дополнительно легируют цинком, никелем, свинцом, фосфором, железом.

Цинк улучшает жидкотекучесть оловянных бронз, плотность отливок, способность к сварке и пайке, уменьшая интервал кристаллизации.

Для экономии более дорогостоящего олова (в некоторых стандартизованных литейных бронзах содержание олова снижено до 3-6 %) в бронзы добавляют от 2 до 15 % Zn. В таком количестве цинк полностью растворяетcя в твердом растворе, что способствует повышению механических свойств. Таким образом, цинк не только удешевляет оловянные бронзы, но и улучшает их технологические и механические свойства.

Добавление цинка и никеля в литые оловянные бронзы повышают литейные свойства: малую объемную усадку (менее 1%) и хорошую жидкотекучесть. Эти элементы новых фаз не образуют, но растворяясь в твердом растворе, они способствуют увеличению количества эвтектоида.Никель, кроме того, способствует измельчению структуры, повышению механических свойств и коррозионной стойкости.

Железоизмельчает зерно, но ухудшает технологические и антикоррозионные свойства оловянных бронз.

Фосфор, являясь раскислителем оловянных бронз (восстанавливает оксид олова Sn0₂), повышает их жидкотекучесть, износостойкость улучшается благодаря появлению твердых включений фосфида Сu-Сu₃Р. Кроме того, фосфор повышает предел прочности, предел упругости и выносливость бронз, но ухудшает пластичность.

Свинецснижает механические свойства и улучшает обрабатываемость резанием и антифрикци­онные свойства. Структура оловянных бронз (Бр010Ц2, Бр03Ц12С5, Бр04Ц4С17) полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к структуре антифрикцион­ных сплавов. Высокая коррозионная стойкость в атмосферных условиях, пресной и морской воде способствует широкому применению литейных бронз для пароводяной арматуры, работающей под давлением. Рассеянная пористость не мешает этому, поскольку у поверхности отливок имеется зона с мелкозернистой структурой, обладающая высокой плотностью. При усовершенствовании технологии получают отливки, выдерживающие давление до 30 МПа.

Области применения оловянных бронз

Бронзы, содержащие 9-10% Sn, являются одним из лучших антифрикционных материалов и применяются для изготовления подшипников. Наличие включений твердого эвтектоида обеспечивает высокую стойкость против истирания, а мягкие частицы облегчают “приработку” и образуют на поверхности мельчайшие каналы, по которым может циркулировать смазка. Для улучшения антифрикционных свойств в состав бронз также вводят свинец. Литые оловянные бронзы имеют предел прочности s_B=170-200 MPа при относительном удлинении d=5-10 %.

Из бронзы изготавливают сложные отливки, в частности художественное литье. Высокая коррозионная стойкость позволяет использовать литейные бронзы в качестве арматуры, работающей в агрессивных средах и обладающей высокой электрической проводимостью и теплопроводностью.

Среди оловянных бронз следует выделить так называемую колокольную бронзу. Она содержит около 20% Sn с небольшими добавками других элементов.

Алюминиевые бронзы

Согласно диаграмме состояния Сu-А1 (рис.2.6, а) предельная растворимость алюминия в меди составляет 9,4% .

Рис. 2.6. Диаграмма состояния системы Cu-Al (а) и зависимость механических свойств алюминиевой бронзы от содержания алюминия (б)

Из диаграммы состояния следует, что медь образует с алюминием широкую область a-твердых растворов замещения с кристаллической решеткой ГЦК, а также b-фазу на базе электронного соединения Cu₃Al. При температуре 565 °С b-фаза претерпевает эвтектоидное превращение при 565°С по реакции b®a+g´, где g´ — промежуточ­ная фаза переменного состава со сложной кубической решеткой.

Алюминиевые бронзы, как и оловянные, бывают однофазные и двухфазные. Сплавы, содержащие до 9,4% Al, однофазные и состоят только из a-твердого раствора алюминия в меди. Однофазные алюминиевые бронзы характеризуются высокой пластичностью, их — используют для глубокой штамповки.

При содержании алюминия более 9,4% появляется эвтектоид (α+δ) (рис.2.7). Микроструктура таких сплавов состоит из светлых первичных кристаллов a-твердого раствора и темных участков эвтектоида. Двухфазное строение эвтектоида трудно различить из-за высокой дисперсности α- и g₂-фаз.

Рис. 2.7. Структура литой алюминиевой бронзы с содержанием 10% алюминия

Практическое применение имеют бронзы, содержащие до 11 % алюминия. Двухфазные бронзы подвергают горячей обработке давлением или используют в виде фасонного литья. Появление в структуре эвтектоида приводит к резкому снижению пластичности алюминиевых бронз, но обеспечивает высокие антифрикционные свойства алюминиевых бронз, которые применяются для изготовления деталей, работающих в условиях трения.

Механические свойства алюминиевых бронз изменяются при увеличении содержания алюминия (рис.2.6,б). С увеличением содержания А1 до 4-5 % наряду с прочностью и твердо­стью повышается пластичность, затем она резко падает, а прочность продолжа­ет расти при увеличении содержания Аl до 10-11 %. Это объясняет­ся тем, что при реальных скоростях охлаждения эвтектоид появляется в струк­туре сплавов при 6-8 % А1. При содержании А1 свыше 9,4 %, а в неравновесных условиях и при меньшем его содержании в структуре сплавов появляется эвтектоид (а+g₂), где g₂ — соединение электронного типа(Cu₃Al). Наличие эвтектоида приводит к резкому снижению пластичности алюминиевых бронз.

С целью улучшения механических свойств в алюминиевые бронзы вводят Fe, Mn и Ni.

Механические свойства и назначение некоторых безоловянных бронз приведены в табл.2.3.2.

Источник

Свойства оловянной бронзы

Оловянная бронза (кроме марок с низким содержанием олова — т.н. деформируемой бронзы) с трудом поддается обработке давлением (ковка, штамповка, прокатка и пр.), резанием и заточке. Благодаря этому бронза в целом — литейный металл, и по литейным качествам не уступает любому другому металлу. Она обладает очень малой усадкой — 1%, тогда как усадка латуней и чугуна составляет около 1,5%, а стали — более 2%. Поэтому, несмотря на склонность к ликвациии сравнительно невысокую текучесть, бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Благодаря ликвации сплавы с содержанием олова выше 5 % имеют в структуре эвтектоидную составляющую Э(), состоящую из мягкой и твердой фаз. Такое строение является благоприятным для деталей типа подшипников скольжения: мягкая фаза обеспечивает хорошую прирабатываемость, твердые частицы создают износостойкость. Поэтому оловянные бронзы являются хорошими антифрикционными материалами.

Цинка добавляют не более 10% (в этом количестве он почти не изменяет свойств бронз, но делает их дешевле); бронза с добавлением цинка называется «адмиралтейской бронзой» и обладает повышенной коррозионной стойкостью в морской воде. Свинец и фосфор улучшают антифрикционные свойства бронзы и её обрабатываемость резанием и давлением.

Классической маркой бронзы, применяемой издревле и до сих пор для литья колоколов, является колокольная бронза: 80% меди и 20% олова с разбросом соотношения 3%. Его недостатком является повышенная хрупкость, которой способствует большое содержание олова. В маркировке сплава на то, что это бронза указывает Бр, далее следует обозначение добавок, а после их процентное содержание. Например: БрО5 — бронза на основе меди с добавкой 5% олова. Ц — цинк, С — свинец, Ф — фосфор. Наиболее распространены следующие (литейные) марки: БрО5, БрО19, БрОФ10-1, БрОЦ8-4, БрОЦ10-2 и ковкая БрОС5-25.

Оловянные бронзы подразделяются на деформируемые и литейные.

В деформируемых бронзах содержание олова не должно превышать 6 %, для обеспечения необходимой пластичности, БрОФ6,5-0,15.

В зависимости от состава деформируемые бронзы отличаются высокими механическими, антикоррозионными, антифрикционными и упругими свойствами, и используются в различных отраслях промышленности. Из этих сплавов изготавливают прутки, трубы, ленту, проволоку.

Основной литейных оловянных бронз являются системы Cu-Snи Cu- Sn-Zn- (Pb).Широкое применение нашли в промышленности оловянные бронзы, содержащие олова не более 10..12% и редко — 18..20%. Для этих бронз характерны широкий температурный интервал кристаллизации и значительная растворимость олова в твердом состоянии.

Наиболее вредными примесями оловянных бронз являются алюминий и кремний. Сотые доли процента этих элементов снижают механические свойства и способствуют увеличению растворимости водорода.

Оловянные литейные бронзы из-за большого интервала кристаллизации обладают умеренной жидкотекучестью. Минимальная жидкотекучесть соответствует концентрации олова 10.12%. В оловянных бронзах образуется значительная усадочная пористость и очень небольшая усадочная раковина, что обусловливает малую линейную усадку (0,8%) при литье в песочные формы, обеспечивает четкое воспроизведение рельефа формы в сложных отливках при художественном литье, а также в отливках с резкими переходами от толстых сечений к тонким. Отливки в кокиль более плотны, линейная усадка увеличивается до 1,4%. В большинстве случаев горячеломкость отливок невелика и вызывается главным образом наружной коркой.

Для получения литых деталей применяют в основном стандартные литейные оловянные бронзы в чушках, а для изделий ответственного назначения — высокооловянные бронзы, выплавляемые из первичных (чистых) металлов. Отливка из оловянных бронз в чушках дешевле, но их механические свойства несколько ниже, чем механические свойства отливок, выполненных из первичных металлов.

Из литейных оловянных бронз получают главным образом литые детали, работающие под давлением или в условиях трения. Литейные оловянные бронзы, БрО3Ц7С5Н1, БрО4Ц4С17, применяются для изготовления пароводяной арматуры и для отливок антифрикционных деталей типа втулок, венцов червячных колес, вкладышей подшипников.

Марки и применяемость оловянных литейных бронз, предназначенных для изготовления отливок по ГОСТ 613-79, твердость по Бринеллю определяют по ГОСТ 9012-59. [8]

Оловянные бронзы применяются в химической промышленности и в качестве антифрикционных материалов благодаря высоким антикоррозийным и антифрикционным свойствам.

Легирующие элементы оловянных бронз — фосфор, цинк, никель. Цинк, входящий в состав оловянных бронз в количестве до 10%, служит для того, чтобы стоимость бронз стала меньше. Фосфор и свинец способствуют повышению антифрикционных свойств бронзы и улучшают их обрабатываемость резанием.

Литейные оловянные бронзы применяются:

Деформируемые бронзы — БрОФ6,5-0,4; БрОЦ4-3; БрОЦС4-4-2,5 — используются в качестве пружин, антифрикционных деталей, мембран

Литейные бронзы — БрО3Ц12С5, БрО3Ц12С5, БрО4Ц4С17 — используются в антифрикционных деталях, арматуре общего назначения

В настоящее время существует ряд марок бронз, не содержащих олова. Это двойные или чаще многокомпонентные сплавы меди с алюминием, марганцем, железом, свинцом, никелем, бериллием и кремнием. Величина усадки при кристаллизации у всех этих бронз более высокая, чем у оловянных.

Деформируемые оловянные бронзы подразделяются на оловянные фосфористые, оловянно-цинковые, оловянно-цинково-свинцовые.

Деформируемые оловянные бронзы (БрОФ6 5-04, БрОЦ4 — 3, БрОЦС4 — 4-25) имеют однофазную структуру (а-твердый раствор), поскольку содержат до 7% Sn. Полуфабрикаты (лента, проволока, прутки) поставляются как в нагартованном, так и отожженном виде. По усталостным характеристикам они уступают лишь бериллиевой бронзе.[15]

Деформируемые оловянные бронзы обладают высокой пластичностью и упругостью. Из них изготовляют прутки, трубы, ленты. Бронзу БрОФ65 — 1 5 применяют для изготовления пружин, мембран, антифрикционных деталей; БрОЦ4 — 3, БрОЦС4 — 4 — 2 5 для производства плоских и круглых пружин, антифрикционных деталей. Для облегчения обработки давлением бронзы подвергают отжигу при температуре 700 — 750 С и последующему быстрому охлаждению. Деформируемые оловянные бронзыБрОФ6 5 — 0 4; БрОФ6 5 — 0 15; БрОФ8 — 03 отличаются высокими механическими, коррозионными и антифрикционными свойствами. Наиболее существенным показателем этих бронз является высокая усталостная прочность в агрессивных средах.[16]

Наиболее существенным показателем деформируемых оловянных бронз является высокая усталостная прочность в коррозионных средах. Усталостная прочность растет при увеличении содержания олова до 4 %, а далее — в меньшей степени.

В выпускаемых промышленностью деформируемых оловянных бронзах, кроме олова, содержится также фосфор или цинк. Цинк целиком входит в твердый раствор, так что сплав в отожженном состоянии однофазен. В литом состоянии в матрице а-твердого раствора имеются включения обогащенной оловом фазы.

В древности иногда использовался сплав меди с мышьяком — мышьяковистая бронза, в некоторых культурах использование мышьяковистой бронзы даже предшествовало выплавке оловянной. Использовались и сплавы, в которых мышьяком замещалась лишь часть олова.

Таблица 5. Механические свойства и назначение оловянных бронз

Предел прочности ув, МПа

Относительное удлинение дв, %

Детали арматуры (клапаны, задвижки, краны), работающие на воздухе, в пресной воде, масле, топливе, паре и при температуре 250?С

Антифрикционные детали и арматура

• 500-700
• 350-450

• 4-6
• 8-12

• 160
• 90-100

Арматура трубопроводов для различных сред (кроме морской воды) при температуре до 250°С

Детали, работающие в морской воде (винты, лопасти)

Пружины, пружинящие контакты приборов и т.п.

По некоторым свойствам безоловянные бронзы превосходят оловянные. Алюминиевые, кремниевые и особенно бериллиевые бронзы— по механическим свойствам, алюминиевые— по коррозионной стойкости, кремнецинковые — по текучести. Алюминиевая бронза благодаря красивому золотисто-жёлтому цвету и высокой коррозионной стойкости иногда также применяется как заменитель золота для изготовления бижутерии и монет [13].

Прочность алюминиевой и бериллиевой бронзы может быть увеличена при помощи термической обработки.

Также необходимо упомянуть сплавы меди и фосфора. Они не могут служить машиностроительным материалом, поэтому их нельзя отнести к бронзам. Однако они являются товаром на мировом рынке и предназначаются в качестве лигатуры при изготовлении многих марок фосфористых бронз, а также и для раскисления сплавов на медной основе.

Рис. 2. Диаграмма состояния системы Cu-Sn (а) и зависимость механических свойств бронзы от содержания олова (б)

Безоловянные бронзы- это двойные или многокомпонентные бронзы без олова, в состав которых входя такие элементы как марганец, алюминий, свинец, железо, никель, кремний, бериллий. Безолованные бронзы делятся на литейные и деформируемые.

В свою очередь, литейные безоловянные бронзы подразделяют на четыре группы:

сурьмянистые (ГОСТ 493-79).

Безоловянные бронзы по механическим, коррозионным и антифрикционным свойствам превосходят оловянные.

Безоловянные бронзы имеют высокие механические, антикоррозионные и антифрикционные свойства, а также обладают рядом специальных свойств: высокой электропроводностью, теплопроводностью и паростойкостью. Из них изготавливают детали различной ответственной арматуры.

Твердость по Бринеллю определяют в соответствии с ГОСТ 9012-59.

Алюминиевые бронзы,БрАЖ9-4, БрАЖ9-4Л, БрАЖН10-4-4.

Наибольшее распространение в литейном производстве получили алюминиевые бронзы. Они имеют хорошую коррозионную стойкость в пресной и морской воде, хорошо противостоят разрушению в условиях кавитации, обладают меньшим, чем оловянные бронзы, антифрикционным износом.

Сплавы Cu-Al кристаллизуются в узком температурном интервале(46° С), что приводит к последовательному затвердеванию и образованию в отливках столбчатой структуры, в результате чего ухудшается пластичность. В связи с этим все алюминиевые бронзы содержат добавки железа (1..4% мас. доли). Железо и марганец устраняют склонность алюминиевых бронз к образованию крупнозернистой структуры, повышают механические свойства.

Бронзы с содержанием алюминия до 9,4% имеют однофазное строение — твердого раствора. При содержании алюминия 9,4…15,6% сплавы системы медь — алюминий двухфазные и состоят из — и- фаз.

Оптимальными свойствами обладают алюминиевые бронзы, содержащие 5…8% алюминия. Увеличение содержания алюминия до 10…11% вследствие появления — фазы ведет к резкому повышению прочности и сильному снижению пластичности. Дополнительное повышение прочности для сплавов с содержанием алюминия 8…9,5% можно достичь закалкой.

Положительные особенности алюминиевых бронз по сравнению с оловянными:

• · меньшая склонность к внутрикристаллической ликвации;
• · большая плотность отливок;
• · более высокая прочность и жаропрочность;
• · меньшая склонность к хладоломкости.

Основные недостатки алюминиевых бронз:

• · значительная усадка;
• · склонность к образованию столбчатых кристаллов при кристаллизации и росту зерна при нагреве, что охрупчивает сплав;
• · сильное газопоглощение жидкого расплава;
• · самоотпуск при медленном охлаждении;
• · недостаточная коррозионная стойкость в перегретом паре.

Для устранения этих недостатков сплавы дополнительно легируют марганцем, железом, никелем, свинцом.

Из алюминиевых бронз изготавливают относительно мелкие, но высокоответственные детали типа шестерен, втулок, фланцев литьем и обработкой давлением. Из бронзы БрА5 штамповкой изготавливают медали и мелкую разменную монету.

Алюминиевые бронзыобладают высокими технологическими и механическими свойствами, коррозийной стойкостью в условиях тропического климата и в морской воде. Для глубокой штамповки на практике используют однофазные бронзы, двухфазные бронзы применяются в виде фасонного литья и подвергают горячей деформации.

Алюминиевые бронзы, обладая более низкими литейными свойствами в сравнении с оловянными бронзами, способствуют более высокой плотности отливок.

Алюминиевые бронзы обладают повышенной по сравнению с оловянными бронзами усадкой при затвердеванию, что требует особых технологических приемов при производстве фасонных отливок; склонны к газонасыщению и окислению при неблагоприятных условиях плавки и заливки; более склоны к трещинообразованию при затрудненной усадке; обладают высокой гигроскопичностью, то затрудняет получение фасонных отливок сложной конфигурации из-за образующихся в них оксидов алюминия. Алюминиевые бронзы обладают более высокой жидкотекучестью, меньшей склонностью к дендритной ликвации.

Кремнистые бронзы, БрКМц3-1, БрК4, применяют как заменители оловянных бронз. Они немагнитны и морозостойки, превосходят оловянные бронзы по коррозионной стойкости и механическим свойствам, имеют высокие упругие свойства. Сплавы хорошо свариваются и подвергаются пайке. Благодаря высокой устойчивости к щелочным средам и сухим газам, их используют для производства сточных труб, газо- и дымопроводов.

Кремний, входящий в состав бронзы (до 3,5%), повышает её пластичность и прочность. В сочетании с марганцем и никелем коррозийные и механические свойства кремнистых бронз повышаются. Они широко применяются при работе в агрессивной среде, для изготовления пружинящих деталей, которые должны работать при температуре до 2500 °C.

Бериллиевые бронзы, БрБ2, являются высококачественным пружинным материалом. Растворимость бериллия в меди с понижением температуры значительно уменьшается. Это явление используют для получения высоких упругих и прочностных свойств изделий методом дисперсионного твердения. Готовые изделия из бериллиевых бронз подвергают закалке от 800 o С, благодаря чему фиксируется при комнатной температуре пересыщенные твердый раствор бериллия в меди. Затем проводят искусственное старение при температуре 300…350 o С. При этом происходит выделение дисперсных частиц, возрастают прочность и упругость. После старения предел прочности достигает 1100…1200 МПа. [13]

Для бериллиевых бронз характерны высокие характеристики упругости, предела текучести и временного сопротивления, устойчивы к коррозии. Применяются в электронной технике, для пружинящих контактов, мембран, деталей, которые работают на износ.

Свинцовые бронзы представляют собой сплавы, состоящие из включения свинца, который практически не растворяется в меди, и кристаллов меди. Высокие антифрикционные свойства свинцовых бронз позволяют применять их для изготовления деталей, которые работают в условиях больших скоростей и повышенного давления (вкладыши подшипников скольжения). За счёт высокой теплопроводности, свинцовые бронзы БрС30 способствуют отведению теплоты, возникающей при трении.

БрС30 используют как высококачественный антифрикционный материал. По сравнению с оловянными бронзами имеют более низкие механические и технологические свойства.

Свинцовые бронзы чрезвычайно склонны к гравитационной ликвации, что требует применения специальных мер при литье — диспергирования, ускоренного охлаждения. Эти бронзы почти в 4 раза превосходят оловянные подшипниковые сплавы по теплопроводности и имеют более высокие рабочие температуры.

Источник