Бронзы.

Оловянные бронзы. Из диаграммы состояния следует, что предельная растворимость олова в меди соответствует 15,8% (рис. 9.9, а). Сплавы этой системы характеризует склонность к неравновесной кристаллизации, в

Рис. 9.9. Диаграмма состояния (а) и влияние олова на механические свойства меди (б)

результате чего в реальных условиях охлаждения значительно сужается область -твердого раствора, его концентрация практически не меняется с понижением температуры, не происходит эвтектоидного превращения -фазы (см. штриховые линии диаграммы) и при содержании олова более 5-8% в структуре сплавов присутствует эвтектоид где -фаза-электронное соединение со сложной кубической решеткой (рис. 9.10,б). Оно обладает высокой твердостью и хрупкостью. Появление -фазы в структуре бронз вызывает резкое снижение их вязкости и пластичности (рис. 9.9, б). Поэтому, несмотря на повышение прочности при дальнейшем увеличении количества олова до 25%, практическое значение имеют бронзы, содержащие только до Двойные оловянные бронзы применяют редко, так как они дороги. Широкий температурный интервал кристаллизации обусловливает у них большую склонность к дендритной ликвации, низкую жидкотекучесть, рассеянную усадочную пористость и поэтому невысокую герметичность отливок.

Оловянные бронзы легируют . Для экономии более дорогостоящего олова в бронзы добавляют от 2 до 15% Zn. В таком количестве цинк полностью растворяется в -твердом растворе, что способствует повышению механических свойств. Уменьшая интервал кристаллизации оловянных бронз, цинк улучшает их жидкотекучесть, плотность отливок, способность к сварке и пайке. Свинец повышает антифрикционные свойства и улучшает обрабатываемость резанием оловянных бронз. Фосфор, являясь раскислителем оловянных бронз, повышает их жидкотекучесть, износостойкость улучшается благодаря появлению твердых включений фосфида меди Кроме того, он повышает временное сопротивление, предел упругости и выносливость бронз. Никель способствует измельчению структуры и повышению механических свойств.

Бронзы хорошо обрабатываются резанием, паяются, хуже свариваются.

Среди медных сплавов оловянные бронзы имеют самую низкую линейную усадку (0,8% при литье в землю и 1,4% при литье в металлическую форму), поэтому они используются для получения сложных фасонных отливок. Двойные низколегированные литейные бронзы содержат Для удешевления оловянных бронз содержание олова в некоторых стандартизованных литейных бронзах снижено до Большое количество и повышает

Рис. 9.10. Микроструктуры бронз: а - деформированной однофазной с после рекристаллизации; б — литой двухфазной с

их жидкотекучесть, улучшает плотность отливок, антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием. Структура оловянных бронз ( и др.) 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

Деформируемые бронзы содержат до (табл. 9.4). В равновесном состоянии они имеют однофазную структуру -твердого раствора (см. рис. 9.10, а). В условиях неравновесной кристаллизации наряду с твердым раствором может образоваться небольшое количество -фазы. Для устранения дендритной ликвации и выравнивания химического состава, а также улучшения обрабатываемости давлением применяют диффузионный отжиг, который проводят при 700-750 °С. При холодной пластической деформации бронзы подвергают промежуточным отжигам при 550-700 °С. Деформируемые бронзы характеризуются хорошей пластичностью и более высокой прочностью, чем литейные.

Наряду с хорошей электрической проводимостью, коррозионной стойкостью и антифрикционностью деформируемые бронзы обладают высокими упругими свойствами и сопротивлением усталости. Их используют для изготовления круглых и плоских пружин в точной механике, электротехнике, химическом машиностроении и других областях промышленности.

Алюминиевые бронзы. Они отличаются высокими механическими, антикоррозионными и антифрикционными свойствами. К преимуществам перед оловянными бронзами относятся меньшая стоимость, более высокие механические и некоторые технологические свойства. Например, небольшой интервал кристаллизации обеспечивает алюминиевым бронзам высокую жидкотекучесть, концентрированную усадку и

ТАБЛИЦА 9.4. (см. скан) Химический состав и механические свойства оловянных бронз

Рис. 9.11. Диаграмма состояния системы Си-А1 (а) и влияние алюминия на механические свойства меди (б)

хорошую герметичность, малую склонность к дендритной ликвации. Вместе с тем из-за большой усадки иногда трудно получить сложную фасонную отливку.

Медь с алюминием образует а-твердый раствор (рис. 9.11), концентрация которого при понижении температуры с 1035 до увеличивается от 7,4 до 9,4% Al. При -фаза претерпевает эвтектоидное превращение: где промежуточная фаза переменного состава со сложной кубической решеткой.

При реальных скоростях охлаждения, в отличие от равновесного состояния, эвтектоид появляется в структуре сплавов при содержании Наличие эвтектоида приводит к резкому снижению пластичности алюминиевых бронз. С увеличением содержания алюминия до 4-5% наряду с прочностью и твердостью повышается пластичность, затем она резко падает, а прочность продолжает расти при увеличении содержания алюминия до 10 11% (рис. Однофазные бронзы имеющие хорошую пластичность, относятся к деформируемым. Они обладают наилучшим сочетанием прочности и пластичности Двухфазные бронзы выпускают в виде деформируемого полуфабриката, а также применяют для изготовления фасонных отливок. При наличии большого количества эвтектоида бронзы подвергают не холодной, а горячей обработке давлением. Двухфазные бронзы отличаются высокой прочностью и твердостью Их можно подвергать упрочняющей термической обработке. При быстром охлаждении (закалке) -фаза претерпевает не эвтектоидное, а мартенситное превращение.

К недостаткам двойных алюминиевых бронз помимо большой усадки относятся склонность к газонасыщению и окисляемости во время плавки, образование крупнокристаллической столбчатой структуры, трудность пайки. Эти недостатки существенно устраняются при легировании алюминиевых бронз железом, никелем, марганцем.

В -фазе алюминиевой бронзы растворяется до 4% железа, при большем содержании образуются включения Дополнительное легирование сплавов никелем и марганцем способствует появлению этих включений при меньшем содержании железа. Железо оказывает модифицирующее действие на структуру алюминиевых бронз, повышает их прочность, твердость и антифрикционные свойства, уменьшает склонность к охрупчиванию двухфазных бронз из-за замедления эвтектоидного распада -фазы и измельчения -фазы, образующейся в результате этого распада. Наилучшей пластичностью алюминиево-железные бронзы (например,

Рис. 9.12. Диаграмма состояния

обладают после термической обработки, частично или полностью подавляющей эвтектоидное превращение -фазы (нормализация при или закалка от Отпуск закаленной бронзы при приводит к распаду -фазы с образованием тонкодисперсного эвтектоида и повышению твердости

Никель улучшает технологичность и механические свойства алюминиевожелезных бронз при обычных и повышенных температурах. Кроме того, он способствует резкому сужению области -твердого раствора при понижении температуры. Это вызывает у бронз, легированных железом и никелем способность к дополнительному упрочнению после закалки вследствие старения. Например, в отожженном (мягком) состоянии имеет следующие механические свойства: После закалки от и старения при в течение твердость увеличивается до Из алюминиево-железоникелевых бронз изготовляют детали, работающие в тяжелых условиях износа при повышенных температурах (400-500 °С): седла клапанов, направляющие втулки выпускных клапанов, части насосов и турбин, шестерни и др. Высокими механическими, антикоррозионными и технологическими свойствами обладают алюминиево-железные бронзы, легированные вместо никеля более дешевым марганцем .

Кремнистые бронзы. Они характеризуются хорошими механическими, упругими и антифрикционными свойствами.

Кремнистые бронзы содержат до Согласно диаграмме состояния (рис. 9.12), двойные кремнистые бронзы имеют однофазную структуру -твердого раствора кремния в меди. При увеличении содержания кремния более в структуре сплавов появляется твердая и хрупкая у-фаза. Однофазная структура твердого раствора обеспечивает кремнистым бронзам высокую пластичность и хорошую обрабатываемость давлением. Они хорошо свариваются и паяются, удовлетворительно обрабатываются резанием. Литейные свойства кремнистых бронз ниже, чем оловянных, алюминиевых бронз и латуней.

Легирование цинком способствует улучшению литейных свойств этих бронз вследствие уменьшения интервала кристаллизации. Добавки марганца и никеля повышают прочность, твердость кремнистых бронз. Марганец повышает их предел упругости. Никель, обладая переменной растворимостью в а-фазе, позволяет упрочнять никель-кремнистые бронзы путем закалки и старения. После закалки от 800 °С и старения при 500 °С эти бронзы имеют Свинец улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием.

Кремнистые бронзы выпускают в виде ленты, полос, прутков, проволоки. Для фасонных отливок они применяются редко. Их используют вместо более дорогих оловянных бронз при изготовлении антифрикционных деталей а также для замены бериллиевых бронз при производстве пружин, мембран и других деталей приборов, работающих в пресной и морской воде.