Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки
.pdf3.20. Химический состав (%) стандартных бериллиевых бронз, применяемых в США, Германии, Японии, Франции и Англии (48,103]
Марка |
Страна |
Стандарт |
|
Be |
Другие элементы |
С17000 |
США |
ASTMB194 |
1,60... 1,79 |
0,20 Al; 0,20 Si; (Ni+Co) > 0,20; |
|
|
|
|
|
|
(Ni+Co+Fe) = 0,6 |
С17200 |
США |
ASTMB194, |
1 ,8 |
...2 , 0 |
(Ni+Co) > 0,20; (Ni+Co+Fe) = 0,6 |
|
|
В570 |
|
|
10,5 |
|
|
|
|
|
|
CuBel,7 |
Германия |
DIN, 17666 |
1 ,6 |
...1 , 8 |
(Ni+Co) > 0,20; (Ni+Co+Fe) = 0,6 |
(2.1245) |
|
|
|
|
|
CuBe2 |
Германия |
DIN, 17666 |
1 .8 |
...2 , 1 |
(Ni+Co) > 0,20; (Ni+Co+Fe) = 0,6 |
(2.1447) |
|
|
|
|
Z 0,5 |
CuBe2Pb |
Германия |
DIN,17666 |
1 ,8 |
...2 , 1 |
0,20...0,6 Pb; (Ni+Co) > 0,20; |
(2.1248) |
|
|
|
|
(Ni+Co+Fe) = 0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10,5 |
С1700 |
Япония |
JIS, H3130 |
1,6... 1,79 |
(Cu+Be+Ni+Co+Fe) > 99,5; |
|
|
|
|
|
|
(Ni+Co) > 0,2; (Ni+Co+Fe) > 0,6 |
С1720 |
Японии |
JIS, H3130 |
1 ,8 |
...2 , 0 |
Cu+Be+Ni+Co+Fe) > 99,5; |
|
|
|
|
|
(Ni+Co) > 0,2; (Ni+Co+Fe) > 0,6 |
Cu-Be 250 |
Англия |
- |
1 ,8 ...2 , 0 |
0,25 (Co+Ni) |
|
Cu-Be 275 |
Англия |
- |
2,13...2,8 |
0,3...0,6 (Co+Ni) |
|
V Be |
Франция |
- |
1 ,6 ...1,9 |
0,15...0,35 (Co+Ni) |
3.21. Физические, механические, технологические свойства и режимы обработки бериллиевой бронзы C l7200 (США) (48,103,104]
Свойства и режимы обработки |
Значения свойств и |
|
режимов обработки |
||
|
||
1 |
2 |
|
Физические свойства |
|
|
Температура плавления (ликвидус), °С |
955 |
|
у, кг/м3 |
8230 |
|
р при 20 °С, мкОм м: |
0 ,1 2 ...0 , 0 1 0 |
|
после закалки |
||
после закалки и старения |
0,095...0,07 |
|
после закалки, деформации и старения |
0,095...0,07 |
|
со, % от Си: |
|
|
после закалки |
18 |
|
после закалки и старения |
24 |
|
после закалки, деформации и старения |
24 |
|
а', К* 1 |
0,0017 |
|
а-10‘, К- 1 |
16,6 |
|
X после закалки и старения, Вт(м-К) |
84 |
|
ср после закалки и старения, Дж/(кг К) |
419 |
|
Окончание табл. 3.21 |
1 |
2 |
Механические свойства |
|
ов, МПа: |
420...550 |
после закалки |
|
после закалки и старения |
1150...1330 |
после закалки и деформации 50 % |
700...840 |
после закалки, деформации и старения |
1330...1500 |
о0,2, МПа: |
200...250 |
после закалки |
|
после закалки и старения |
1000... 1225 |
после закалки и деформации 50 % |
630...785 |
после закалки, деформации и старения |
1150... 1440 |
6, %: |
35...50 |
после закалки |
|
после закалки и старения |
4...10 |
после закалки и деформации 50 % |
2...8 |
после закалки, деформации и старения |
1...4 |
HRC (HRB): |
50...78 HRB |
после закалки |
|
после закалки и старения |
36...44 HRC |
после закалки и деформации 50 % |
96...102HRB |
после закалки, деформации и старения |
40...45 HRC |
Технологические свойства или режимы обработки |
|
Температура литья, °С |
1120... 1180 |
Температура горячей обработки давлением, °С |
600...800 |
Температура закалки, °С |
780 |
Температура старения, °С |
300...320 |
Паяемость |
Удовлетворительная |
Свариваемость |
Удовлетворительная |
Полируемость |
Хорошая |
Обрабатываемость резанием*, % |
20 |
4 В% относительно свинцовой латуни С36000 (США).
3.5. КРЕМНИСТЫЕ БРОНЗЫ
Предельная растворимость кремния в ме ди достаточно высока: 5,3 % при температуре
перитектического равновесия 852 °С. С пони жением температуры она уменьшается и при 20 °С составляет около 3,5 %. Поскольку вто рая фаза у сильно уменьшает технологичность
сплавов системы Cu-Si, то в кремнистые брон зы вводят не более 3 % Si.
Двойные сплавы системы Cu-Si не при меняются. Среди кремнистых бронз наиболь шее распространение получили бронзы, допол нительно легированные никелем и марганцем (см. табл. 3.14). Добавки этих элементов улуч
шают механические и коррозионные свойства кремнистых бронз.
В кремнемарганцовистой бронзе БрКМцЗ-1 добавка марганца (1,0... 1,5 % Мл) практически полностью находится в а-твердом растворе4, поэтому полуфабрикаты из этого сплава упрочняющей термической обработке не подвергаются.
4 В бронзе БрКМцЗ-1 имеется небольшое ко личество промежуточной фазы Mn3Si, обладающей переменной растворимостью в медном а-растворе, поэтому сплав можно подвергать закалке и старе нию, но эффект от такой обработки небольшой и на практике не применяется [25].
Никель с кремнием образует соединение Ni2 Si, растворимость которого резко уменьша ется с понижением температуры. Бронза БрКН1-3 относится к числу термически уп рочняемых сплавов (см. табл. 3.16). Упрочне ние при старении (450 °С в течение 1 ч) после закалки с 850 °С обеспечивает силицид Ni2 Si.
Кремнистые бронзы БрКМцЗ- 1 и БрКН1 - 3 отличаются высокими пружинящими и анти фрикционными свойствами, хорошей коррози онной стойкостью. Они технологичны: отлич но обрабатываются давлением в горячем и холодном состояниях, хорошо свариваются с бронзой и сталью, легко паяются мягкими и твердыми припоями.
Полуфабрикаты из бронзы БрКМцЗ-1 в виде прутков, проволоки, полос, листов и лент различных размеров применяют в приборо строении, химическом и общем машинострое нии, морском судостроении для изготовления пружин и пружинящих деталей, металлических сеток, антифрикционных деталей и т.д.
3.6. МАРГАНЦЕВЫЕ БРОНЗЫ
Марганцевые бронзы, содержащие до 2 0 % марганца, при всех температурах в твер дом состоянии являются однофазными (рис. 3.28). Марганец сильно повышает температуру рекристаллизации меди (на 150...200 °С) и улучшает характеристики жаропрочности.
Рис. 3.28. Диаграмма состояния системы Cu-Mn [142]
Наибольшее распространение в промыш ленности получила бронза БрМц5. Она хорошо обрабатывается давлением в горячем и холод ном состояниях, имеет высокую коррозионную стойкость и сохраняет высокие свойства при повышенных температурах.
В табл. 3.22 приведены виды полуфабри катов из безоловянных бронз, обрабатываемых давлением, которые применяются в промыш ленности.
3.22. Виды полуфабрикатов из безоловянных бронз, обрабатываемых давлением
Марка |
Листы |
Полосы |
Ленты |
Прутки |
Профили |
Трубы |
Проволока |
Поковки |
БрА5 |
X |
X |
X |
X |
|
X |
X |
|
БрА7 |
X |
X |
X |
X |
|
X |
X |
X |
БрАМц9-2 |
|
X |
X |
X |
|
|
X |
X |
БрАМц10-2 |
|
|
|
|
|
|
|
X |
БрАЖ9-4 |
|
|
|
X |
|
X |
|
X |
БрАМц10-3-1,5 |
|
|
|
X |
|
X |
X |
X |
БрАЖН 10-4-4 |
|
|
|
X |
|
X |
|
X |
БрАЖНМц9-4-4-1 |
|
|
|
X |
|
|
|
|
БрБ2 |
|
X |
X |
X |
|
X |
X |
|
БрБНТ1,7 |
|
X |
X |
X |
|
X |
X |
|
БрБНТ1,9 |
|
X |
X |
X |
|
X |
X |
|
БрБНТ1,9Мг |
|
|
X |
|
|
|
|
|
БрКМцЗ-1 |
X |
X |
X |
X |
|
|
X |
|
БрКН1-3 |
|
|
|
X |
X |
|
|
X |
БрМц5 |
|
|
|
|
|
|
|
X |
Примечание . |
Знак «X» означает применение бронз для изготовления указанных полуфабрикатов. |
4. ЛИТЕЙНЫЕ МЕДНЫЕ СПЛАВЫ
4.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТЕЙНЫХ МЕДНЫХ СПЛАВОВ
Литейные медные сплавы нашли широ кое применение в технике благодаря хорошим механическим и литейным свойствам. Они обладают высокой коррозионной стойкостью, хорошим сопротивлением износу, имеют низ кий коэффициент трения и хорошую притираемость в паре с другими, более твердыми материалами. Доля фасонных отливок из мед ных сплавов составляет примерно 15 % от про изводства всех отливок из сплавов на основе цветных металлов.
Для изготовления фасонных отливок ис пользуются три группы медных сплавов: оло вянные бронзы, безоловянные бронзы и лату ни. Отливки из медных сплавов изготовляют всеми известными в настоящее время способа ми литья [114].
Маркировка литейных медных сплавов производится с помощью букв, обозначающих элемент, и цифр, указывающих среднее содер жание элемента в процентах. Цифры ставят сразу после буквы, обозначающей название элемента. Приняты следующие обозначения легирующих элементов: О - олово, А - алюми ний, Ц - цинк, Ф - фосфор, С - свинец, Ж - железо, Н - никель, К - кремний, Мц - марга нец, Мш - мышьяк, Кд - кадмий. Маркировка бронзы начинается с букв «Бр» - бронза, лату ней - с буквы «Л» - латунь. Например, литей ная латунь ЛЦЗОАЗ содержит 30 % Zn, 3 % А1, Си - основа; бронза БрОбЦбСЗ - 6 %Sn, 6 % Zn, 3 % Pb, Си - основа. Если одна и та же бронза используется в деформируемом и ли тейном варианте, то в конце марки литейной бронзы ставиться буква «Л»: БрА10Ж4Н4Л.
4.1.1. Оловянные бронзы
Марки литейных оловянных бронз и их химический состав приведены в табл. 4.1, за рубежные аналоги - в табл. 4.2. Фазовый со став и структура литейных оловянных бронз определяется диаграммой состояния Cu-Sn (см. рис. 3.1), а также многокомпонентными системами Cu-Sn-P (рис. 4.1) и Cu-Sn-Zn- (Pb).
Основной структурной составляющей промышленных сплавов является а-твердый раствор олова и других легирующих элементов в меди с гранецентрированной кубической решеткой. В равновесии с a-твердым раство ром в зависимости от температуры находятся промежуточные интерметаллидные фазы - р, у, 5 и с. Фазы р и у являются высокотемператур ными и при охлаждении претерпевают эвтектоидный распад: превращение р-фазы (Р —►а + у) осуществляется при температуре 586 °С, а у-фазы (у —►а + 5) - при 520 °С (см. рис. 3.1). Поэтому в структуре литейных оло вянных бронз при нормальной температуре данные интерметаллидные фазы не фиксиру ются.
Фаза 5 (Cu3 ,Sn8) при температуре 350 °С в свою очередь должна распадаться по эвтектоидной реакции 8 —►а + е. Однако эта реакция при реальных скоростях охлаждения (2 0 ...
500 °С/мин), с которыми охлаждаются фасон ные отливки в промышленных условиях, по давляется, и 5 (Сиз1Бп8)-фаза сохраняется до нормальной температуры, а сплавы ведут себя так, как если бы растворимость олова в меди была постоянна (~ 8 %) и не изменялась с тем пературой. В соответствии с этим на диаграм ме состояния системы Cu-Sn (см. рис. 3.1)
Основные компоненты
Марка |
Sn |
Р |
Zn |
РЬ |
Ni |
|||
|
||||||||
БрОЮФ1 |
9,0... |
11,0 |
0,4... |
1,1 |
|
|
|
|
Бр08Ц4 |
7,0... |
9,0 |
|
4,0... |
6,0 |
|
|
|
БрОЮЦ2 |
9,0... |
11,0 |
|
1,0... |
3,0 |
|
|
|
БрОЮСЮ |
9,0... |
11,0 |
|
|
|
8,0... |
11,0 |
|
Бр05С25 |
4,0... |
6,0 |
|
|
|
23,0... |
26,0 |
|
БрОбЦбСЗ |
5,0... |
7,0 |
- |
5,0... |
7,0 |
2,0... |
4,0 |
- |
Бр05Ц5С5 |
4,0... |
6,0 |
- |
4,0... |
6,0 |
4,0... |
6,0 |
- |
Бр04Ц7С5 |
3,0... |
5,0 |
- |
6,0... |
9,0 |
4,0... |
7,0 |
- |
БрОЗЦ12С5 |
2,0... |
3,5 |
- |
8,0... |
15,0 |
3,0... |
6,0 |
- |
Бр04Ц4С17 |
3,5... |
5,5 |
- |
2,0... |
6,0 |
14,0... |
20,0 |
- |
БрОЗЦ7С5Н1 2,5...4,0 — 6,0...9,5 3,0...6,0 0,5...2,0
Примеси, не более |
Области применения |
|
0,3Zn; 0,3Pb; 0,2Fe; 0,02А1; |
Втулки для подшипников электромоторов, гайки ходовых вин |
|
0,02Si; 0,3Sb; |
тов автоматов, узлы трения арматуры, высоконагруженные |
|
I |
1,0 |
детали шнековых приводов, нажимные и шпиндельные гайки, |
|
|
венцы червячных шестерен, шестерни |
0,05Р; 0,5Pb; 0,02А1; 0,3Fe; |
Арматура, отливки частей насосов, фасонные части трубопрово |
|
0,02Si; 0,3Sb |
дов, насосы, работающие в морской воде |
|
1 |
1,0 |
|
0,05P; 0,5Pb; 0,02A1; 0,3Fe; |
Отливки ответственной арматуры, антифрикционные детали, |
|
0,02Si; 0,3Sb |
сложное фасонное литье, вкладыши подшипников, детали тре |
|
Z 1,0 |
ния и облицовки гребных винтов, шестерни, втулки, подшипни |
|
|
|
ки, краны, клапаны, корпуса насосов, червячные колеса |
0,05P; 0,5Zn; 0,02Si; 0,2Fe; |
Подшипники скольжения, работающие при высоких удельных |
|
0,02A1; 0,3Sb |
давлениях |
|
Z 0,9 |
Подшипники и втулки, работающие при малых удельных на |
|
0,05Pb; 0,5Zn; 0,02A1; 0,2Fe; |
||
0,02Si; 0,5Sb |
грузках и очень больших скоростях, маслоуплотнительные |
|
Z 1,2 |
кольца, биметаллические подшипники скольжения |
|
0,05P; 0,05A1; 0,4Fe; 0,02Si; 0,5Sb |
Паровая и водяная арматура, антифрикционные детали, втулки, |
|
Z 1,3 |
вкладыши подшипников, сальники |
|
0,1P; 0,05A1; 0,4Fe; 0,05Si; 0,5Sb |
Антифрикционные детали, арматура, вкладыши подшипников |
|
Z 1,3 |
Антифрикционные детали, детали, работающие в масле, паре и в |
|
0,1P; 0,05A1; 0,4Fe; 0,05Si; 0,5Sb |
||
Z 1,3 |
пресной воде, арматура |
|
0,05P; 0,02A1; 0,4Fe; 0,02Si; 0,5Sb |
Арматура, работающая в пресной воде и парах, может использо |
|
Z 1,3 |
ваться для антифрикционных деталей |
|
0,05P; 0,05A1; 0,4Fe; 0,05Si; 0,5Sb Антифрикционные детали |
||
Z 1,3 |
Арматура, работающая в морской и пресной воде, в маслах и |
|
0,05P; 0,02A1; 0,4Fe; 0,02Si; 0,5Sb |
||
Z 1,3 |
других слабо коррозионных средах, антифрикционные детали |
Пр и м е ч а н и я : 1. Примеси, не указанные в таблице, учитываются в общей сумме примесей.
2.Содержание примеси никеля во всех марках, кроме БрОЗЦ7С5Н1, допускается до 2,0 % за счет меди и в общую сумму примесей не входит.
3.В бронзах марок БрОЗЦ7С5Ц1, БрОЗЦ12С5, Бр08Ц4 и БрОЮЦ2 сумма примесей кремния и алюминия не должна превышать 0,02 %.
4.Допускаются примеси мышьяка до 0,15 %, магния - до 0,02 %, серы - до 0,05 %.
5.Массовая доля свинца в бронзах марок БрОЮЦ2 и Бр08Ц4 по согласованию изготовителя с потребителем допускается до 1,5 % и в об щую сумму примесей не входит.
6.По согласованию изготовителя с потребителем в марке БрОЮСЮ допускается массовая доля фосфора до 1,0 %.
СПЛАВОВ МЕДНЫХ ЛИТЕЙНЫХ ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЩАЯ
4.2. Марки литейных оловянных бронз по национальным стандартам
Россия |
США |
|
Германия |
Япония |
ГОСТ 613-79 |
ASTM |
|
DIN |
JIS |
|
ВЗО; В427; В505; В584 |
|
17656 |
Н5111; Н5113; HI 15 |
1 |
2 |
|
3 |
4 |
1 |
Двойные бронзы системы Cu-Sn |
|
||
С91000 |
| |
SnBzl4 (2.1057) |
1 |
|
I |
| |
|||
|
Оловянно-никелевые бронзы |
|
||
- |
С96000 |
|
- |
— |
|
|
|||
- |
С91700 |
|
- |
- |
- |
С96800 |
|
- |
- |
|
Оловянно-фосфористые бронзы |
|
||
БрОЮФ1 |
- |
|
- |
- |
- |
С90700 |
|
- |
Н5113/class2 |
|
С90800 |
|
- |
Н5113/class2B |
|
|
|
|
|
|
С91100 |
|
- |
- |
|
С91300 |
|
- |
- |
|
Оловянно-цинковые бронзы |
|
||
Бр08Ц4 |
С90300 |
|
- |
- |
БрОЮЦ2 |
С90500 |
|
- |
- |
- |
- |
|
Rgl 0(2.1087) |
- |
1 |
Оловянно-цинк-никелевые бронзы |
|
||
С94700 |
1 |
-______1i |
||
| |
| |
|
|
|
|
Оловянно-свинцовые бронзы |
|
||
— |
С92700 |
|
- |
- |
- |
С92800 |
|
- |
- |
- |
С93400 |
|
- |
- |
- |
С93600 |
|
- |
- |
БрОЮСЮ |
С93700 |
|
- |
H5115/class 3,3c |
- |
- |
|
SnPbBzlO (2.1177) |
- |
- |
С93800 |
|
SnPbBz (2.1183) |
H5115/class4,4c |
- |
С93900 |
|
- |
- |
- |
С94000 |
|
- |
- |
- |
С94100 |
|
SnPbBz (2.1189) |
- |
Бр05С25 |
С94300 |
|
- |
- |
- |
С94500 |
|
- |
H5115/class5 |
Оловянно-свинцово-никелевые бронзы
-
-
С92500
С92900
— |
- |
- |
- |
|
Оловянно-свинцово-цинковые бронзы |
|
|
БрОбЦбСЗ |
- |
- |
- |
Бр05Ц5С5 |
С83800 |
- |
P511 l/class6 ,6 C |
- |
- |
Rg5 (2.1097) |
- |
Бр04Ц7С5 |
С83800 |
- |
- |
- |
С84200 |
- |
- |
|
|
|
Окончание табл. 4.2 |
1 |
2 |
3 |
4 |
БрОЗЦ12С5 |
С84800 |
- |
Н5111/classl,1C |
Бр04Ц4С17 |
- |
- |
- |
- |
С92200 |
- |
Н511 l/class7,7C |
- |
С92300 |
- |
Н51 ll/class2,2C |
- |
С92600 |
- |
H511 l/class3,3C |
- |
С93200 |
Rg7 (2.1091) |
- |
- |
С93500 |
- |
- |
|
Оловянно-цинково-свинцово-никелевые бронзы |
|
|
БрОЗЦ7С5Н1 |
- |
- |
- |
- |
C83450 |
- |
- |
- |
C94800 |
- |
- |
- |
C94900 |
- |
- |
|
|||
- |
C97300 |
- |
- |
- |
C97600 |
- |
- |
Т,°С
Sn, %
а ) |
б ) |
Рис. 4.1. Политермнческне разрезы диаграммы состояния системы Cu-Sn-P при постоянном содержании фосфора |92|:
а - \ % Р; <5-2 % Р
штриховыми линиями показан неравновесный солидус и отмечено смещение границы раство римости олова в a-твердом растворе к медному углу и исключена эвтектоидная реакция при температуре 350 °С.
Таким образом, структура бронз, содер жащих менее 8 % Sn, представляет собой а-твердый раствор с дендритным строением кристаллитов с неравномерным распределени
ем компонентов вследствие дендритной ликва ции. При содержании более 8 % Sn структура сплава состоит из a-твердого раствора и эвтектоида (а + б).
Появление эвтектоида, содержащего твердую интерметаллидную фазу 6 (Cu3 1 Sn8), вызывает повышение твердости и прочности сплавов. Максимум значений этих свойств достигается при 20...25%Sn (рис. 4.2). Пла-
Рис. 4.2. Влияние содержания олова на механические свойства литых сплавов
системы Cu-Sn.
Исходный материал - литье в кокиль [72]
стичность сплавов с увеличением содержания олова сначала возрастает, достигая максималь ных значений при 5...7 % Sn, а затем резко снижается. Это определяет содержание олова в литейных бронзах: в стандартных сплавах об щего назначения верхний предел равен 8...10%Sn (ГОСТ 613-79), в высокопрочных бронзах, которые не включены в Государст венный стандарт, - до 16... 19 % Sn. Нижний предел легирования (2...3% Sn) определяется необходимостью получения минимального растворного упрочнения (см. табл.4.1).
Кроме химического состава, на свойства литейных оловянных бронз существенное влияние оказывает структурный фактор: раз меры и форма зерен а-раствора, расположение
идисперсность (а + 5 )-эвтектоида в отливке. Размеры и количество выделений эвтектоида в структуре слитка зависят не только от содер жания олова, но и от условий затвердевания расплава: чем быстрее происходит затвердева ние, тем больше количество эвтектоида (а + 8 )
идисперснее частицы этой структурной со ставляющей. С увеличением количества эвтек тоида прочность бронзы возрастает до опреде
ленного предела, а пластичность снижается. В бронзах, не содержащих эвтектоид, относи тельное удлинение составляет 6... 1 0 %, появ
ление |
эвтектоида снижает пластичность |
ло 1... |
3 %. Кроме того, включения твердого |
эвтектоида (а + б) обеспечивает высокую стой
кость бронз против истирания и высокие анти фрикционные свойства.
Оловянные бронзы применяют для паро водной арматуры, работающей под давлением, и для литья антифрикционных деталей, под шипников, шестерен и зубчатых колес, рабо тающих в условиях истирания (см. табл. 4.1).
Характерная особенность этой группы литейных медных сплавов - большой интервал кристаллизации (150...200 °С), что обусловли вает образование в отливках рассеянной уса дочной пористости и невысокой жидкотекучести: она значительно ниже, чем у алюминие вых бронз. Минимальную жидкотекучесть имеют бронзы, содержащие 10... 12 % Sn, что соответствует максимальному интервалу меж ду температурами ликвидуса и солидуса в ус ловиях неравновесной кристаллизации этих сплавов (штриховые линии диаграммы состоя ния системы Cu-Sn (см. рис. 3.1)).
В оловянных бронзах образуется значи тельная усадочная пористость и очень неболь шая усадочная раковина, что обусловливает малую линейную усадку - самую низкую из всех известных сплавов (~ 1 % при литье в песчаные формы). Это позволяет получать сложные по конфигурации фасонные отливки с четким воспроизведением рельефа формы при художественном литье, а также отливки с рез кими переходами от толстых сечений к тонким. Отливки в кокиль получаются более плотными, и линейная усадка существенно возрастает. В большинстве случаев горячеломкость отливок невелика. В целом оловянные бронзы имеют хорошие литейные свойства, позволяющие получать сложные по конфигурации фасонные отливки [1 0 , 114].
В литейных бронзах стремятся умень шить содержание дефицитного олова, заменяя его более дешевыми и менее дефицитными элементами. В группе стандартных литейных оловянных бронз (см. табл. 4.1) двойные спла вы системы Cu-Sn отсутствуют: для улучше ния механических, технологических и служеб ных характеристик бронзы дополнительно легируют цинком, фосфором, свинцом и нике лем.
Одним из основных легирующих элемен тов литейных оловянных бронз является цинк. Его вводят в количестве 2... 12 %, и он благо приятно влияет на комплекс свойств, в том числе механических и литейных. Кроме того, цинк позволяет экономить более дефицитное и
дорогое олово, частично заменяя его в сплавах. При затвердевании отливок цинк входит в твердый раствор и (при постоянном содержа нии олова) несколько повышает прочность и пластичность сплавов. Однако следует иметь в виду, что олово является более сильным упрочнителем, чем цинк, поэтому замена каждого процента олова на такое же содержание цинка неравноценна с точки зрения прочностных свойств. Частичная замена олова цинком за метно уменьшает интервал кристаллизации бронз. Это приводит к улучшению литейных свойств: повышается жидкотекучесть, возрас тает плотность отливок, уменьшается склон ность к обратной ликвации. Кроме того, цинк способствует более равномерному распределе нию включений свинца в структуре отливок. Возрастает коррозионная стойкость бронзы в морской воде. При содержании более 8 % Sn и в присутствии цинка несколько снижается пла стичность бронз из-за увеличения в их струк туре твердой и хрупкой 6 (Си3 1 8 п8)-фазы из эвтектоида (а + 8 ), так как цинк уменьшает растворимость олова в меди.
Фосфор в литейные оловянные бронзы вводят в значительно большем количестве (до 1,2%), чем в деформируемые. Он улучшает литейные и антифрикционные свойства бронз. Являясь хорошим раскислителем, фосфор так же понижает температуру плавления (см. рис. 4.1) и повышает жидкотекучесть оловянных бронз. Поэтому высокофосфористые бронзы особенно пригодны для художественного ли тья. Кроме того, фосфор является сильным упрочнителем как по растворному механизму, так и вследствие образования химических со единений. В оловянных бронзах, легированных фосфором, образуется фосфид меди (Си3 Р), который, наряду с 8 -фазой, обладает высокой твердостью и обеспечивает повышение износо стойкости, создавая необходимые условия для хорошей работы литых антифрикционных де талей узлов трения (втулки, вкладыши, червяч ные колеса и др.) и подшипников.
Добавки свинца повышают плотность и улучшают герметичность отливок, а также антифрикционные свойства, но снижают проч ность и пластичность оловянных бронз. Сви нец практически не растворим в бронзе в твер дом состоянии. При кристаллизации сплава он выделяется как самостоятельная фаза, распола гаясь между дендритами и заполняя поры уса дочного происхождения. При этом повышается
плотность и способность к обработке резанием. Свинец образует мягкую составляющую, кото рая играет роль смазки в трущихся поверхно стях деталей, работающих в условиях трения. Поэтому свинец - непременный легирующий элемент оловянных бронз, применяемых для изготовления подшипников скольжения. Оло вянно-свинцовые бронзы являются одним из лучших антифрикционных материалов, так как олово обеспечивает достаточную прочность и износостойкость сплава, а свинец - хорошую прирабатываемость [10, 78].
Небольшие добавки никеля (до 1 %) по вышают механические свойства, уменьшают ликвацию в оловянно-свинцовых бронзах, т.е. ослабляют отрицательное влияние свинца, улучшают коррозионную стойкость и измель чают зерно в отливках.
Оловянные бронзы обладают высокой коррозионной стойкостью в атмосферных ус ловиях, в морской и пресной воде и противо стоят большому количеству химических рас творов (органические кислоты, разбавленная серная и фосфорная кислоты, растворы едкого калия, хлористый аммоний, сложные эфиры, спирты, нефтяные растворители и т.д.). Они не подвержены, как латуни, обесцинкованию при работе в морской воде и в этом отношении являются уникальным коррозионно-стойким материалом. Сопротивление коррозии улучша ется с увеличением содержания олова в брон зах, в то время как цинк уменьшает сопротив ление коррозии при работе в морской воде.
Основные сведения о режимах литья и свойствах литейных оловянных бронз даны в табл. 4.2...4.5.
4.1.2. Безоловянные бронзы
Среди литейных безололвянных бронз наибольшее распространение получили алю миниевые бронзы (табл. 4.7, 4.8). Они отлича ются высокой прочностью и хорошими анти фрикционными и коррозионными свойствами. Алюминиевые бронзы применяются для изго товления деталей, работающих в особо тяже лых условиях, из них изготовляют гребные винты крупных судов, тяжелонагруженные шестерни и зубчатые колеса, корпуса насосов, червяки, работающие в паре с деталями из азо тируемых и цементируемых сталей, подшип ники, работающие при высоких удельных на грузках.
4.3. Гарантируемые свойства литейных оловянных бронз (ГОСТ 613-79)
|
Способ |
О., |
|
, % |
НВ |
Марка |
МПа |
8 |
|||
литья* |
|
|
|
||
|
|
не менее |
|
||
|
|
|
|
||
БрО10Ф1 |
П |
215,5 |
|
3 |
80 |
|
К |
245 |
|
3 |
90 |
Бр08Ц4 |
П |
196 |
|
1 0 |
75 |
|
К |
196 |
|
1 0 |
75 |
БрОЮЦ2 |
П |
215,5 |
|
1 0 |
65 |
|
К |
215,5 |
|
1 0 |
75 |
БрОЮСК) |
П |
176,2 |
|
7 |
65 |
|
К |
196 |
|
6 |
78 |
Бр05С25 |
П |
147 |
|
5 |
45 |
|
К |
137,2 |
|
6 |
60 |
БрОбЦбСЗ |
П |
147 |
|
6 |
60 |
|
К |
176,2 |
|
4 |
60 |
Бр05Ц5С5 |
П |
147 |
|
6 |
60 |
|
К |
176,2 |
|
4 |
60 |
Бр04Ц7С5 |
П |
147 |
|
6 |
60 |
|
К |
176,2 |
|
4 |
60 |
БрОЗЦ12С5 |
п |
176,2 |
|
8 |
60 |
|
к |
206 |
|
5 |
60 |
Бр04Ц4С17 |
п |
147 |
|
5 |
60 |
|
к |
147 |
|
1 2 |
60 |
БрОЗЦ7С5Н1 |
п |
176,2 |
|
8 |
60 |
|
к |
206 |
|
5 |
60 |
П - литье в песчаную форму; К - литье в кокиль.
Благодаря хорошему комплексу свойств и меньшей стоимости алюминиевые бронзы по степенно вытесняют оловянные бронзы.
Многие марки алюминиевых бронз ис пользуются как деформируемые и как литей ные сплавы. Деформируемые и литейные брон зы одной марки различают по содержанию примесей. В литейных сплавах допускается большее содержание примесей.
Особенности структуры и многие свойст ва литейных алюминиевых бронз могут быть объяснены с помощью диаграммы состояния системы Си-Al (см. рис. 3.9). Растворимость алюминия в меди в твердом состоянии не сколько ниже, чем олова. При эвтектической температуре 1037 °С она составляет 7,5 % и увеличивается при понижении температуры, достигая предельных значений 9,4 % при
565 °С. При дальнейшем понижении темпера туры растворимость алюминия в меди практи чески не изменяется. Следовательно, диспер сионное упрочнение двойных сплавов системы Си-Al за счет изменения растворимости невоз можно.
Высокотемпературная P-фаза представля ет собой твердый раствор на основе соедине ния Си3 А1. Она кристаллизуется непосредст венно из жидкости. При температуре 565 °С p-фаза претерпевает эвтектоидный распад по реакции: р —>а + у2, где фаза у2 также является твердым раствором на основе твердого и очень хрупкого интерметаллида C119AI4 . Появление этой фазы в составе эвтектоида (а + у2) в струк туре алюминиевых бронз приводит к повыше нию прочности, которая достигает максималь ных значений при 11 % А1 (рис. 4.3). Дальней шее повышение содержания алюминия в спла вах приводит к понижению прочности из-за развития хрупкости, а твердость продолжает увеличиваться.
Пластичность сплавов, содержащих до 8 ...9 % А1 (что соответствует предельной рас творимости алюминия в медных отливках в неравновесном состоянии), сохраняется на высоком уровне. При большем содержании алюминия пластичность сплавов резко падает из-за увеличения объемной доли эвтектоида (а + у2) в структуре. Упрочнение сплавов осу ществляется по растворному механизму, а так же в результате образования небольшого коли чества эвтектоида (а + у2) в структуре бронз с высоким содержанием алюминия. Алюминий является более сильным упрочнителем твердо го раствора, чем олово.
кси,
нв МДЖ/М2
200 2.8
150 2.4
100 2.0
50 1,6
1,2
0 .8
0,4
0
Рис. 4.3. Влияние содержания алюминия на механические свойства литых сплавов системы Cu-AI.
Исходный материал - литье в кокиль [92]