4. Сплавы меди с алюминием, кремнием, бериллием и другими элементами

Сплавы меди с алюминием, кремнием, бериллием и другими элементами также называются бронзами; в отличие от оловянистых их называют соответственно алюминиевыми, кремнистыми и т. д. Малой величиной усадки оловянистая бронза превосходит эти бронзы, но они в свою очередь превосходят оловянистую в других отношениях: по механическим свойствам (алюминиевая, кремнистая бронза), по химической стойкости (алюминиевая бронза), по жидко-текучести (кремнецинковистая бронза). Олово — дефицитный элемент, поэтому эти бронзы, кроме, разумеется, бериллиевой, дешевле оловянистой. Бериллиевая бронза отличается от остальных высокими твердостью и упругостью.

Ценными механическими и технологическими свойствами обладают алюминиевые бронзы, содержащие Эти бронзы кристаллизуются в узком

интервале температур (рис. 425), поэтому обладают высокой жидкотекучестью и дают концентрированную усадочную раковину.

Наряду с простыми алюминиевыми бронзами применяют сложные алюминиевые бронзы. Состав и свойства некоторых алюминиевых бронз приведены в табл. 126.

Бронзы, содержащие и более, имеют в структуре эвтектоид а полученный в результате распада -фазы.

При быстром охлаждении -фаза переохлаждается и распад ее сопровождается образованием более дисперсных частица (т. е. эвтектоидная смесь по мере увеличения скорости охлаждения становится более дисперсной и твердой).

Рис. 425. Диаграмма состояния

Рис. 426. Диаграмма изотермического распада -фазы в алюминиевой бронзе

Скорость распада твердого раствора Р зависит от температуры и может быть представлена С-об-разной кривой (рис. 426). Сходство термической обработки алюминиевых бронз с термической обработкой стали дополняется тем, что при охлаждении с критической скоростью -фаза превращается в игольчатую структуру. Превращение происходит по мартенситному типу.

Таблица 126. Состав и свойства алюминиевых бронз (ГОСТ 18175-78)

На рис. 427 приведены типичные микроструктуры алюминиевых бронз. Структура на рис. 427, а соответствует медленному охлаждению с температуры выше критической. Структура получается доэвтектоидной и состоит из кристаллов а

(светлые) и эвтектоида а Мартенситная структура алюминиевой бронзы (рис. 427, б) получена в результате закалки в воде с 900 °С.

Алюминиевые бронзы применяют для изготовления различных втулок, направляющих седел, фланцев, шестерен и многих других, преимущественно мелких, но ответственных деталей.

Рис. 427. Микроструктура алюминиевой бронзы с а — после медленного охлаждения с эвтектоид); — после быстрого охлаждения (мартенсит)

Кремнистые бронзы, например бронза назначаются как заменители оловянистых бронз, например Уступая оловянистой бронзе по величине усадки, кремнистая бронза превосходит ее в отношении коррозионной стойкости, механических свойств и плотности отливки.

Добавка приблизительно (и для удешевления и меди делает такой сплав похожим на серебро, и он получил название нейзильбер нем. — новое серебро). Высокие механические свойства до 800 МПа в наклепанном состоянии; коррозионная стойкость, красивый вид поверхности способствовали применению его в приборостроении, а также в качестве декоративного материала.

Рис. 428. Диаграмма состояния

Особый интерес представляет бериллиевая бронза Сплав с как видно из диаграммы рис. 428, дисперсионно твердеющий. Растворимость бериллия в меди при комнатной температуре не превышает но закалка с фиксирует пересыщенный раствор а. Если закаленный сплав подвергнуть затем искусственному старению при твердость повысится до

При старении бериллиевой бронзы частицы выделяющейся фазы располагаются в матрице — пересыщенном -твердом растворе не беспорядочно, а регулярно, образуя так называемую модулированную или квазипериодическую структуру (рис. 429). При образовании такой структуры частицы выделяющейся фазы

размером 10 нм формируют объемноцентрнрованную тетрагональную макрорешетку с параметрами а 20 нм и нм. Исследованиями последних лет установлено, что образование таких регулярных структур происходит во многих сплавах и сталях, испытывающих старение, эвтектоидный распад, упорядочение. Причиной такого пространственного расположения частиц во второй фазе является взаимодействие полей упругих деформаций, создаваемых ими в матрице. Образование квазипериодических структур происходит преимущественно на стадии формирования когерентных зародышей второй фазы и приводит к снижению свободной энергии системы, т. е. энергетически выгодно.

Рис. 429. Электронномикроскопическое изображение бериллиевой бронзы после старения. Регулярное расположение выделений,

Рис. 430. Микроструктура свинцовистой бронзы

Высокая прочность и упругость при одновременной высокой химической стойкости, хорошей свариваемости, обрабатываемости резанием делают бериллиевую бронзу подходящим материалом для ответственных пружин, мембран, пружинящих контактов и т. д.

Состав, режимы термической обработки и свойства бериллиевой бронзы приведены в табл. 127.

Свинцовистая бронза, содержащая является высококачественным антифрикционным материалом, Широко применяемым в машиностроении. Структура такого сплава состоит из отдельных зерен меди и свинца (рис. 430). Высокие антифрикционные свойства сплава обеспечиваются равномерным вкраплением свинца в медь.

Однако получить надлежащую структуру свинцовистой бронзы трудно, так как большой температурный интервал кристаллизации (см. диаграмму состояния Си—РЬ, рис. 416, б) при различии в плотности меди и свинца

Таблица 127. Термическая обработка и свойства бериллиевой бронзы

благоприятствует усиленной ликвации по плотности. Это явление можно предупредить ускорением охлаждения расплава в процессе кристаллизации и другими приемами.

В последнее время получили распространение дешевые антифрикционные материалы из железных порошков. Наиболее простым таким сплавом является спеченный порошок железа (марочное обозначение ), но спрессованный таким образом, чтобы материал содержал 12-15 % пор. Поры такого псевдосплава пропитываются маслом, которое образует также пленку, разделяющую вкладыш от детали.

Таблица 128. (см. скан) Порошковые антифрикционные материалы на основе железа

Иногда поры заполняют графитом, а еще лучше графитом и серой (последняя при наличии меди или цинка).

Некоторые, наиболее важные, эксплуатационные характеристики таких порошковых антифрикционных материалов на основе железа приводятся в табл. 128.

В качестве антифрикционных чугунов применяют ферритные, феррито-перлитные, перлитные и даже аустенитные чугу-ны с пластинчатым (марки шаровидным (марки и хлопьевидным (марки графитом.

Антифрикционные чугуны отличаются от обычных высокой пористостью, что обеспечивает впитывание масла и образование между вкладышем и валом масляной пленки.

По химическому составу антифрикционные чугуны относятся к легированным, содержащим разные присадки (медь — никель, титан и медь — сурьму — алюминий и свинец — и др.).

Некоторые эксплуатационные характеристики антифрикционных чугунов приведены в табл. 129.

Таблица 129. Предельные эксплуатационные режимы антифрикционных чугунов

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

(см. скан)