книги из ГПНТБ / Червякова, В. В. Сложные латуни и бронзы. Свойства, строение и вопросы технологии

с9,0% алюминия содержится около 20,0% ß-кристаллов, а

с10,5% —около 50,0%.

Влитых сплавах ß-фаза обычно располагается в меж­ дендритных пространствах, а после горячей прокатки бронз

она прослеживается в виде непрерывных строчек между

зернами a-твердого раствора (рис. 63, б). Количество и ши­ рина строчек увеличиваются по мере нарастания содержа­ ния алюминия. После длительного (483 ч) ступенчатого отжига сплавы с 6,4—7,0% алюминия представляют собой однородные твердые растворы. При увеличении концентра­ ции алюминия до 7,5—7,9% в структуре появляются ок­ руглые голубоватые выделения y-фазы, а затем эвтектоидные колонии (рис. 63, в).

Таким образом, бронза Бр.АМц9-2 имеет двухфазную структуру и состоит из a + ß-фаз в литом или а + у-фаз в рав­

150

новесном состояниях. Параметр кристаллической решетки a-фазы до 7,5—8,0% алюминия не изменяется, а затем уве­ личивается. Параметр y-фазы, имеющей сложную кубиче­ скую решетку, в сплаве с 10,5% алюминия равен 8,857 кХ, т. е. он несколько больше, чем параметр уг-фазы бинарных сплавов медь — алюминий. Измерения постоянной кристал­ лических решеток а- и y-фаз в двойных алюминиевых спла­ вах и с добавками марганца показали, что последний входит в решетку той и другой фазы, расширяя их [264]. Марга­ нец сужает область ci-твердого раствора, и, следовательно, его добавление в алюминиевые бронзы приводит к более раннему появлению в них ß (или у)-фаз и соответственно из­ меняет свойства.

Механические свойства бронзы Бр.АМц9-2 при разных температурах впервые были определены П. И. Градусовым

[265]. Образцы, содержащие около 9,0% алюминия и 2% марганца, вырезались из горячекатаных полос. Кх проч­ ность в интервале 20—400° изменяется незначительно, пла­ стичность постепенно возрастает (табл. 6). При 550° показа­ тели механических свойств резко снижаются. По данным

[266]), относительное удлинение и прочность бронзы с 9,9% алюминия и 2% марганца при комнатной температу­ ре равны 23% и 60 кг!мм2. А. П. Смирягин [1] считает зна­

чения предела прочности и удлинения бронзы Бр.АМц9-2 при комнатной температуре равными 42 кгімм2 и 25%. Со степенью деформации пластичность снижается, а проч­ ность возрастает. Оптимальные значения получаются после отжига при 600—700°.

Подробно механические свойства бронзы Бр.АМц9-2 исследовались Н. Н. Туторской [267] при изучении моди­ фицирующего действия малых добавок титана. Сплав с 9% алюминия и 2% марганца при низких и высоких темпера­ турах является высокопластичным, малые значения удли­ нения обнаружены вблизи 400°. Прочность вначале изменя­ ется мало, но затем при 400° резко уменьшается.

Из таблицы 6 следует, что величины свойств алюминие­ во-марганцевой бронзы, найденные разными авторами, не­ одинаковы. Так, относительное удлинение при одном и том же химическом составе образцов [266, 267] изменяется от 23 до 51% при комнатной температуре и имеет различную температурную зависимость. При 20° предел прочности со­ ставляет от 42 до 60 кгімм-. Такая разница этих величин объясняется, вероятно, различным состоянием сплавов и неодинаковыми условиями экспериментов.

Особенно значительные изменения в свойствах наступа­ ют при изменении химического состава. Цо последнего вре­

151

мени не имелось систематических исследований о влиянии отдельных элементов на механические свойства алюминие­ во-марганцевой бронзы, были известны лишь отдельные дан­ ные о сплавах некоторых составов. О влиянии концентра-

Таблица 6

Механические свойства бронзы Бр.АМц9-2 по данным разных работ

ции марганца (от 1,04 до 3,02%) на свойства литой бронзы с 9,5% алюминия сообщали японские исследователи [268]. Сплав с большим содержанием марганца имел высокую прочность (49 кг/мм2), но низкое удлинение (13%). У образ­ цов с 1,04% марганца удлинение при комнатной температу­ ре составляло около 40%. Аналогичные результаты были получены в работе [269] при исследовании бронзы с 10% алюминия. При добавлении марганца от 1,0 до 2,0% проч­ ностные характеристики сплава возрастали, а пластичность снижалась.

Строение и свойства алюминиево-марганцевых бронз, со­ держащих 6,5-—11,5% алюминия и до 14,0% марганца, изу­ чал Рутковский [270]. По его данным, высокой прочностью (св—55—75 кг/мм2) отличаются многофазные сплавы, имеющие более 3,0% марганца. Сплавы с 3,5% марганца обладают наилучшими механическими и антикоррозионны­ ми свойствами по сравнению с другими.

Влияние концентрации марганца и других элементов на механические свойства двенадцати сплавов, содержащих от 7,5 до 10,6% алюминия, было изучено Торольфом [271]. Он обнаружил, что оптимальное сочетание прочности (45 кг/мм2)

марганца около 2,0%. Улучшение свойств при этом составе

152

автор объясняет уменьшением количества эвтектоида в структуре.

Из других механических свойств бронзы Бр.АМц9-2 ис­ следована ударная вязкость литых и деформированных сплавов, содержащих 8,2, 8,8, 9,3 и 10,0% алюминия и соот-

Тенлературо

Рис. 64. Ударная вязкость бронз: 1 — 8,2% алюминия+1,8% марганца; 2 — 8,8% алюминия+1,63% марганца; 3 — 9,3% алюминия+1,6% марганца; 4— 10,0% алюминия+1,81% марганца [272].

ветственно 1,8, 1,63, 1,6 и 1,81% марганца [272]. Темпера­ турная зависимость ударной вязкости для всех сплавов име­ ет одинаковый характер (рис. 64). В интервале 20—200° ее величина находится в пределах 12—22 кг/мм2, более высо­ кими значениями обладают бронзы с 8,2 и 10,0% алюминия и 1,8% марганца. При повышении температуры ударная вяз­ кость сплавов снижается, особенно интенсивно в интервале 200—500°. В области 600—750° она уменьшается на 60— 90% по сравнению со значениями, найденными при 20°. При 800—900° ударная вязкость вновь возрастает.

Аномальное снижение ее при средних температурах объясняют влиянием примесей, образующих пленки по гра­ ницам зерен, которое при более высоких температурах ос­ лабляется перекристаллизацией [272]. У бронз с 8% алю­ миния наблюдаются низкие прочностные свойства, в связи с чем рекомендовано использовать сплавы с концентрацией алюминия на верхнем пределе, установленном ГОСТом

493-54 [79].

Систематическое исследование влияния химического со­ става на механические свойства алюминиево-марганцевых бронз проведено в работе [273]. Определены пластичность и прочность восемнадцати сплавов, содержащих от 6,4 до

153

10,5% алюминия, с разной концентрацией марганца (1,6, 2,0, 2,6%). Все сплавы обнаружили сложную зависимость пластичности от температуры.

Концентрацusi алюминии Sec.'/„

Рис. 65. Изотермы пластичности бронз с 2% марганца при

сплавы).

Влияние содержания алюминия на строение и свойства бронзы БрАМц9-2. Из изотерм пластичности (рис. 65) вид­ но, что бронзы с 6,4—8,3% алюминия при низких темпера­ турах пластичнее сплавов с более высоким содержанием этого элемента. Наиболее резкое снижение относительного сужения при комнатной температуре наблюдается при до­ бавлении алюминия свыше 9,0%, особенно в равновесном состоянии. Нагрев до 400° снижает пластичность менее ле­ гированных сплавов и повышает ее у бронз, главным обра­ зом литых, с концентрацией алюминия 9,0% и больше.

Вблизи 400° у литых однофазных бронз, содержащих 6,4—9,0% алюминия, появляется узкий провал пластично­ сти, развитие которого усиливается при переходе к равно­ весным материалам (рис. 66). Наиболее ярко он выражен у однофазных сплавов при концентрации алюминия с 7,5 и 7,9%. С переходом в двухфазную область провал пластич­ ности, наоборот, вырождается. При содержании в бронзах более 10% y-фазы вместо снижения показателей наблюда­ ется их увеличение. Тот факт, что в образцах с 7,5 и 7,9%

154

алюминия вблизи 400° выявляется экзотермический эффект [255], дает основание считать, что тепловая хрупкость свя­ зана с превращением в а-фазе.

Рио. 66. Пластичность бронз с 2% марганца и

6,4 (7), 7,5% Al (2). 1,2 — литые, 3 — равновес­ ный (7,5% Al) сплавы.

Сплавы, содержащие более 7,5% алюминия, около 500° очень пластичны (рис. 67) и сильно разупрочнены. Относи­ тельное сужение при этой температуре зависит от состояния материала и концентрации легирующего элемента. Макси­ мальная величина его (0,9) отмечается у бронз с 9,6% алю­ миния в литом состоянии.

Сплавы в исследуемой области концентраций алюминия делятся на две группы с разными закономерностями изме­ нения свойств с температурой. Для первой группы бронз (6,4—9,0% алюминия) характерна высокая пластичность в интервале 20—300° независимо от исходного состояния и глубокий провал пластичности вблизи 400° (рис. 67). В ли­ том и равновесном состояниях эти сплавы содержат в ос­ новном a-твердый раствор, поэтому их пластичность опре­ деляется свойствами а-фазы. '

При увеличении концентрации алюминия с 7,9 до 9,0% деформируемость при комнатной температуре снижается вследствие появления хрупкой фазы. В интервале 550— 900° бронзы с 6,4—7,9% алюминия высокопластичны не­ зависимо от исходного состояния. При этих температурах структура их состоит из a-твердого ра’створа, за исключени­ ем сплавов с 7,5 и 7,9% алюминия, у которых начиная с 800° наблюдается заметное снижение пластичности, связан­ ное с увеличением количества ß-фазы. Литые и равновесные сплавы с 8,3—9,0% алюминия при 550—800° имеют пони­

155

женную пластичность. В этом интервале температур они состоят из а- и ß-фаз. Количество последней колеблется от 3 до 30% в зависимости от состава, температуры и состоя­ ния. Пониженная пластичность указанных сплавов связа­ на, вероятно, с определенным соотношением а- и ß-фаз в их структуре. Понижение сужения до 0,6 у бронз с 8,3—

Рис. 67. Пластичность бронз с 2% марганца и алюминия,

%: 1 — 7,5; 2, 3 — 7,9; 4, 5—9,0; 6— 9,6; 7 — 10,5. 1, 3, 5, 7 — равновесные; 2, 4, 6 — литые сплавы.

9,0% алюминия при 850—900° объясняется значительным увеличением количества ß-фазы в результате развития пере­ хода а—>ß при нагреве до деформации [273].

Сплавы второй группы (9,0—10,5% алюминия) при ком­ натной температуре имеют низкое сужение (0,2) в литом со­ стоянии и совершенно хрупки после деформации и отжига. Это обусловлено присутствием до 40% хрупкой y-фазы, рас­ полагающейся в виде непрерывных цепочек по границам a-зерен (см. рис. 63). Бронзы с 9,6 и 10,5% алюминия не имеют провала пластичности при 400° ни в литом, ни в рав­ новесном состояниях. При 500° их сужение резко возрастает (рис. 67) в связи с эвтектоидным превращением, и только

156

вслед за этим всплеском обнаруживается узкий провал вбли­ зи 550°. Выше 600“ эти сплавы высокопластичны.

По данным Г. О. Аубакирова [255], прочность бронз при увеличении содержания алюминия от 7,0 до 10,5% возрас­ тает от 27 до 55 кгімм2 в литом и от 32 до 43 кгімм2 в рав­ новесном состояниях. После длительного ступенчатого от-

Рис. 68. Пластичность литых бронз, содержа­

лее) она снижается на 20—25% по сравнению с литыми. В то же время у бронз с 7—8% алюминия отжиг, наоборот, увеличивает прочность на 5—10%. В результате нагрева сплавов до 300° предел прочности почти не меняется, а при 400—600° и особенно в интервале 500—600° резко снижа­ ется. С увеличением концентрации алюминия разупрочне­ ние бронз усиливается, вероятно, в связи с увеличением количества неравновесной ß-фазы. В области высоких тем­ ператур (800—900°) этот процесс замедляется, особенно у литых сплавов.

Влияние марганца на свойства бронзы Бр.АМц9-2 зави­ сит от содержания алюминия. Присадка марганца в коли­ честве 2—2,6% к бинарным бронзам, с 8% алюминия уве­

личивает их пластичность при низких температурах

(рис. 68), а в области 750—900° снижает ее. В то же времяи добавление его к сплавам, содержащим 9,5% алюминия

более, резко понижает пластичность в интервале 20—300° и заметно повышает ее в области температур 400—900°.

157

В двойных алюминиевых бронзах наблюдается один про­ вал пластичности при 400—500° или в более широком ин­ тервале температур в зависимости от содержания алюми­ ния. В тройных сплавах вследствие развития эвтектоидного превращения сужение образцов резко возрастает и зона хрупкости становится более сложной: уменьшение пластич­ ности при 400° сменяется всплеском при 500°, затем новым падением около 550° и, наконец, переходом в зону высокой деформируемости.

сплавов трех групп, содержащих разное количество алюми­ ния. Следует сказать, что температурная зависимость пла­ стичности бронз с переменной концентрацией марганца та­ кая же, как и у сплава с 2% марганца. Значения пластич­ ности равновесных сплавов (8% алюминия) при увеличе­ нии содержания марганца повышаются при всех темпера­ турах, кроме области выше 750° (рис. 69). Литые сплавы в этом случае становятся более пластичными только в ин­ тервале 20—300° и около 500°.

При содержаниях 8,6—9,0% алюминия пластичность с концентрацией марганца в разных температурных интер­ валах изменяется неодинаково: при комнатной температуре снижается, а в области 800—900° возрастает. Развитие про­ вала пластичности при этом зависит от состояния образ­

158

цов : в равновесных — влияние состава слабо сказывается на изменении пластичности. При растяжении литых спла­ вов с высоким содержанием марганца выявляется узкий провал пластичности, смещенный в сторону низких темпе­ ратур.

В литых бронзах с 9,8% алюминия (рис. 70) пластич­ ность с увеличением концентрации марганца понижается при всех температурах. Равновесные сплавы в этом отно-

Рис. 70. Пластичность бронз с 9,8% алюминия и марганца, %: 1, 3 — 1,6; 2, 4— 2,6%. 1, 2— литые ; 3, 4 — равновесные сплавы.

отмечаются низкие значения сужения независимо от коли­ чества марганца. Его влияние особенно заметно около 400— 500 и 600—700°, больший всплеск пластичности при 500° обнаруживается при меньшем содержании марганца. Проч­ ность бронз Бр.АМц9-2 с концентрацией этого элемента по­ вышается при всех температурах, интенсивность разупроч­ нения в связи с эвтектоидным распадом определяется в ос­ новном содержанием алюминия.

Влияние фазовых превращений на свойства алюминие­ во-марганцевых бронз. Аномалии механических свойств бронз, как и латуней, в значительной степени определяются протеканием фазовых превращений. В частности, аномаль­ но высокая пластичность бинарной алюминиевой бронзы (12 вес. % алюминия) связана с эвтектоидным превращени­ ем [274, 275]. Более подробно в этом отношении исследова­ ны алюминиево-марганцевые бронзы [276]. Выше было показано, что их пластичность изменяется с температурой

159