Легирование бериллиевых бронз
Легирование бериллиевых бронз направлено на улучшение их свойств. В качестве легирующих элементов используют Ni, Co и Ti. Эти элементы подавляют прерывистый распад и замедляют непрерывный. Такое влияние никеля и кобальта связывают с тем, что эти элементы, имеющие меньший атомный радиус, чем медь, уменьшают период решетки α-раствора, что приводит к сохранению когерентности матрицы и выделений, т.е. к отностильной стабилизации γ'-фазы. Кроме того, Ni иTi могут образовывать соединения типа TiВе, Cu3Тi, которые обеспечивают дополнительное упрочнение.
Таблица 2 – Типичные свойства бериллиевых бронз
Марка | Состояние материала | σB, МПа | σ0,2 МПа | δ % | HV (НВ) | σ0,005 МПа | E ГПа | KCU, МДж/м2 | σ-1 на базе 1⋅108 циклов, МПа |
БрБ2 | Закаленное | 500 | 250 | 40 | 90 | 130 | 117 | 0,7 | - |
Состаренное | 1250 | 1000 | 3 | 370 | 770 | 131 | 0,125 | 245 | |
Состаренное после закалки и деформации на 40% | 1350 | 1200 | 2 | 400 | 960 | 135 | 294 | ||
БрБНТ1,7 | Закаленное | 420 | 220 | 50 | 85 | 120 | 107 | - | - |
Состаренное | 1150 | 930 | 7 | 320 | 700 | 128 | - | 245 | |
Состаренное после закалки и деформации на 40% | 1250 | 1150 | 3 | 360 | 890 | 131,5 | 275 | ||
БрБНТ1,9 | Закаленное | 480 | 250 | 50 | 90 | 130 | 110 | - | - |
Состаренное | 1250 | 1000 | 6 | 360 | 77 | 130 | - | 245 | |
Состаренное после закалки и деформации на 40% | 1350 | 1180 | 2 | 400 | 960 | 134 | 294 |
Таблица 3 – Механические свойства бериллиевых бронз
|
|
Марка | Закалка | Старение по оптимальному режиму | |||
σB, МПа | δ,% | σB, МПа | σ0,02, МПа | δ,% | |
БРБНТ1,9 | 400–500 | 38–45 | 1150–1250 | 700 | 4–6 |
БрБ2 | 400–500 | 38–45 | 1150–1250 | 600 | 4..6 |
БрБ2,5 | 400–500 | 30–38 | 1250–1350 | 650 | 3–5 |
БрБНТ1,7 | 300–400 | 45–50 | 1000–1100 | 400 | 5–7 |
[4]
Кремнистые бронзы
Предельная растворимость кремния в меди достаточно высока: 5,3% при температуре перитектического равновесия 852°С. С понижением температуры она уменьшается и при 20°С составляет около 3,5 %. Поскольку вторая фаза γ сильно уменьшает технологичность сплавов системы Cu-Si, то в кремнистые бронзы вводят не более 3%Si.
Таблица 4 – Химический состав (%) и назначение кремниевых деформируемых бронз(ГОСТ 18175–78)
Марка бронзы | Мn | Ni | Si | Примеси | Примерное назначение |
БрКН1-3 | 0,1‑0,4 | 2,4‑3,4 | 0,6‑1,1 | 0,15Pb, 0,01P, 0,02Al, 0,1Sn, 0,1Fe, 0,1Zn В сумме не более 0,4 | Прессованные прутки, профили. Ответственные детали в моторостроении, направляющие втулки для антифрикционных деталей, баков, резервуаров |
БрКМц3-1 | 1‑1,5 | – | 2,75‑3,5 | 0,2Ni, 0,3Fe, 0,25Sn, 0,03Pb, 0,5Zn В сумме не более 1,0 | Прутки, проволока, полосы, листы, ленты. Детали всех видов для химических аппаратов, пружины и пружинящие детали в приборостроении, детали для судостроения, детали сварных конструкций, детали в моторостроении |
Двойные сплавы системы Cu-Si не применяются. Среди кремнистых бронз наибольшее распространение получили бронзы, дополнительно легированные никелем и марганцем. Добавки этих элементов улучшают механические и коррозионные свойства кремнистых бронз.
|
|
В кремнемарганцовистой бронзе БрКМц3-1 добавка марганца (1,0–1,5% Мn) практически полностью находится в α-твердом растворе, поэтому полуфабрикаты из этого сплава упрочняющей термической обработке не подвергаются. В бронзе БрКМц3-1 имеется небольшое количество промежуточной фазы Mn3Si, обладающей переменной растворимостью в медном α-растворе, поэтому сплав можно подвергать закалке и старению, но эффект от такой обработки небольшой и на практике не применяется.
Никель с кремнием образует соединение Ni2Si, растворимость которого резко уменьшается с понижением температуры. Бронза БрКН1-3 относится к числу термически упрочняемых сплавов. Упрочнение при старении (450°С в течение 1 ч) после закалки с 850°С обеспечивает силицид Ni2Si.
Технологические свойства
Кремниевые бронзы БрКМц3-1 и БрКН1-3 отличаются высокими пружинящими и антифрикционными свойствами, хорошей коррозионной стойкостью. Они технологичны: отлично обрабатываются давлением в горячем и холодном состояниях, хорошо свариваются с бронзой и сталью, легко паяются мягкими и твердыми припоями.
|
|
Полуфабрикаты из бронзы БрКМц3-1 в виде прутков, проволоки, полос, листов и лент различных размеров применяют в приборостроении, химическом и общем машиностроении, морском судостроении для изготовления пружин и пружинящих деталей, металлических сеток, антифрикционных деталей и т.д.
Таблица 5 – Технологические свойства и режимы обработки кремниевых бронз
Марка | Температура, °С | Обрабатываемость резанием, % | Линейная | Коэффициент трения | |||||
литья | горячей обработки | отжига | закалки | старения | со смазкой | без смазки | |||
БрКН1-3 | 1170–1200 | 890–910 | - | 850 | 450 | 30 | 1,8 | 0,017 | 0,45 |
БрКМц3–1 | 1080–1100 | 800–850 | 275 | - | - | 20 | 1,6 | 0,013 | 0,4 |
Таблица 6 – Механические свойства
Марка бронзы | E, кгс/мм2 | σв кгс/мм2 | δ,% | НВ | ||
БрКМцЗ–1 | 11 500 | 35–40 | 50–60 | 70–90 | ||
65–75 | 6–8 | 150–170 | ||||
БрКН 1–3 | – | 40–45 | 25–30 | 80–100 | ||
50–60 | 6–8 | 150–200 | ||||
В числителе данные для мягкого состояния, а знаменателе – для твердого состояния
|
[5]
Алюминиевые бронзы
Рисунок 5 – Диаграмма состояния системы Cu-Al
Алюминиевые бронзы — это медные сплавы, в которых главным легирующим элементом является алюминий. Эти сплавы отличаются высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами. Во многих случаях они являются полноправными заменителями оловянных бронз. В промышленности применяются двух- и многокомпонентные сплавы. Многокомпонентные алюминиевых бронзы кроме алюминия содержат никель, железо и марганец.
Алюминиевые бронзы содержат до 11—12% Al. Согласно диаграмме состояния Cu-Al, сплавы, содержащие до 9,4 % Al, являются однофазными α-растворами. Высокотемпературная β-фаза является твердым раствором на основе соединения Cu3Al электронного типа с электронной концентрацией 3/2. Эта фаза является аналогом β-фазы в латунях и имеет объемно центрированную кубическую решетку. Фаза β пластична, поэтому алюминиевые бронзы при горячей деформации нагревают в температурную область существования β-фазы. При температуре 565°С β-фаза претерпевает эвтектоидный распад β → α + γ2, где γ2 - твердый раствор на основе соединения Cu9Al4 с электронной концентрацией 21/13. Согласно диаграмме состояния Cu-Al, эвтектоидное превращение в алюминиевых бронзах происходит при содержании алюминия от 9,4 до 15,6%.
Таблица 7 – Химический состав (%, остальное Cu) и назначение безоловянных деформируемых бронз (ГОСТ 18175-78)
Марка бронзы | Al | Fe | Мn | Ni | Примеси, не более | Полуфабрикаты и области применения |
БрА5 | 4‑6 | ‑ | ‑ | ‑ | 0,01 As; 0,002 Sb; 0,1 Sn; 0,15 Si; 0,5 Mn; 0,03 Pb; 0,01 P; 0,5 Fe; в сумме<1,6 | Ленты, листы, полосы. Детали, работающие в морской воде; монеты, детали химического машиностроения |
БрА7 | 6‑8 | ‑ | ‑ | ‑ | 0,01 As; 0,002 Sb; 0,1 Sn; 0,5 Ni; 0,5 Mn; 0,03 Pb; 0,01 P; 0,5 Fe; 0,5 Zn; в сумме<1,6 | Ленты, полосы, прутки, листы. Пружины, пружинящие детали, детали химического машиностроения, скользящие контакты, втулки |
БрАМц9‑2 | 8‑10 | ‑ | 1,5‑2,5 | ‑ | 0,01 As; 0,002 Sb; 0,1 Sn; 0,5 Ni; 0,1 Si; 0,03 Pb 0,01P; 0,5Fe; 1,0 Zn; в сумме<1,7 | Прутки, полосы, ленты. Трубные доски конденсаторов, износостойкие детали, винты, валы в морском судостроении для различных деталей, арматуры, работающей до 250°С, шестерни, втулки |
БрАМц10‑2 | 9‑11 | ‑ | 1,5‑2,5 | ‑ | 0,1 Sn; 0,1 Si; 0,03 Pb 0,01 P; 0,5 Fe; 1,0 Zn; в сумме<1,7 | Прутки и трубы. Для червячных винтов, шестерен втулок |
БрАЖ9‑4 | 8‑10 | 2‑4 | ‑ | ‑ | 0,01 As; 0,002Sb; 0,1 Sn; 0,5 Ni; 0,5 Mn; 0,01 Pb; 0,1 Si; 1.0 Zn; в сумме<1,7 | Прутки, трубы прессованные. Шестерни, втулки, гайки нажимных винтов, седла клапанов в авиапромышленности |
БрАЖМц 10‑3‑1,5 | 9‑11 | 2‑4 | 1‑2 | ‑ | 0,01 As; 0,002Sb; 0,5 Sn; 0,5 Ni; 0,03 Pb; 0,01 P; 0,5 Zn; в сумме<0,75 | Прутки, трубы. Детали ответственного назначения (шестерни, втулки, подшипники), трубные доски конденсаторов, детали химической аппаратуры |
БрАЖН 10‑4‑4 | 9,5‑11 | 3,5‑5,5 | ‑ | 3,5‑5,5 | 0,01 As; 0,002 Sb; 0,1 Sn; 0,1 Si; 0,3 Mn; 0,02 Pb; 0,01 P; 0,5 Fe; 0,3 Zn в сумме<0,8 | Трубы, прутки, поковки, детали ответственного назначения в авиапромышленности (седла клапанов, направляющие втулки выпускных клапанов, шестерни), трубные доски конденсаторов, детали химической аппаратуры |
БрАЖНМц 9‑4‑4‑1 | 8,8‑10 | 4,0‑5,0 | 0,5‑1,2 | 4,0‑5,0 | 0,1 Sn; 0,1 Si; 0,02 Pb; 0,01 P; 0,5 Zn в сумме<0,7 | Трубы, прутки. Детали конденсаторов, детали химической промышленности |
По данным ряда исследователей, в системе Cu-Al существует α2-фаза, образующаяся по перитектоидной реакции α + γ2 → α2. Фаза α2 изоморфна с αα-твердым раствором на основе меди и имеет кубическую решетку типа Mnβ (кубическая решетка с 20 атомами в элементарной ячейке).
Механические свойства
С увеличением содержания алюминия прочностные свойства бронз повышаются, достигая максимальных значений (σв = 600 МПа) при 10—11% Al, затем заметно снижается при 12% Al. Однофазные α-бронзы пластичны, хорошо обрабатываются давлением при высоких и низких температурах, но прочность их невелика. Например, у марки БрА7 в отожженном состоянии σв = 500 МПа, δ = 50 70%.
Фаза γ2 имеет высокую твердость и ничтожно малую пластичность, поэтому двухфазные бронзы, содержащие эвтектоид (α + γ2), отличаются более высокой твердостью и прочностью, но имеют пониженную пластичность. Двухфазные алюминиевые бронзы легко обрабатываются давлением в горячем состоянии с нагревом в однофазную область β. Из-за ликвационных явлений γ2-фаза появляется в структуре сплавов при меньших концентрациях (начиная с 7,5—8 % Al), чем это следует из равновесной диаграммы состояния. Поэтому БрА7 - наиболее высоколегированный однофазный сплав.
Рисунок 6 – Влияние содержания алюминия на механические свойства отожженых алюминиевых бронз
Таблица 8 – Механические свойства деформируемых безоловянных бронз
Марка бронзы | E, кгс/мм2 | σв кгс/мм2 | δ,% | НВ | |||
БрА5 | 12 000 | 36–44 | 60–70 | 55–65 | |||
70–80 | 4–6 | 190–210 | |||||
БрА7 | 12000 | 44–50 | 65–75 | 65–75 | |||
95–103 | 2–4 | 200–220 | |||||
БрАМц9–2 | 9200 | 40–50 | 20–40 | 110–130 | |||
60–80 | 4–5 | 160–180 | |||||
БрАЖ9–4 | 11600 | 40–50 | 35–45 | 100–120 | |||
50–70 | 4–6 | 160–200 | |||||
БрАЖМц10–3–1,5 | 10000 | 40–50 | 20–30 | 125–140 | |||
60–70 | 9–12 | 160–200 | |||||
БрАЖН10–4–4 | 11500 | 45–55 | 35–45 | 130–150 | |||
75–83 | 9–15 | 180–220 | |||||
*1 В числителе данные для мягкого состояния, а знаменателе – для твердого состояния.
Мы поможем в написании ваших работ! |