И зависимость механических свойств от содержания цинка (б)
Рис. 3.8. Схема технологии обработки медных сплавов (кроме бериллиевых бронз)
Латуни
Латуни разделяют на простые (не содержащие кроме цинка других легирующих элементов), и многокомпонентные; деформируемые и литейные. Маркируют латуни буквой Л. Последовательность букв и цифр в деформируемых и литейных латунях – различная.
В деформируемых простых латунях, за буквой Л ставится число, показывающее среднее содержание меди. Пример: латунь Л68 содержит 68 % Cu .
В деформируемых многокомпонентных латунях после буквы Л ставятся буквы, символы элементов, а затем числа, указывающие содержание меди и каждого легирующего элемента. Обозначения легирующих элементов в медных сплавах приведены в таблице. 3.6. Пример: латунь ЛАН 59-3-2 содержит 59 % Cu , 3% Al , 2 % Ni (остальное Zn).
В марках литейных латуней содержание меди не указывают, а количество каждого легирующего элемента, если оно больше 1 %, ставится непосредственно за буквой. Пример: латунь ЛЦ40Мц3А содержит 40% Zn , 3 % Mn , 1 % Al.
Таблица 3.6
Буквенные обозначения легирующих элементов в медных сплавах
| Элемент | Обозначение | Элемент | Обозначение |
| Алюминий | А | Никель | Н |
| Бериллий | Б | Олово | О |
| Железо | Ж | Свинец | С |
| Кремний | К | Фосфор | Ф |
| Магний | Мг | Цинк | Ц |
| Марганец | Мц | Цирконий | Цр |
Цинк имеет значительную растворимость в меди, достигающую 39 % (рис. 3.7, а). При большем содержании цинка образуется промежуточная фаза – электронное соединение CuZn (β - фаза) с кристаллической решеткой ОЦК и латуни имеют двухфазную структуру. Многокомпонентные латуни также легируют свинцом для улучшения обрабатываемости резанием, кремнием, никелем, оловом, алюминием для повышения коррозионной стойкости, железом для измельчения структуры.
|
|
|
Простые латуниЛ90, Л60, Л68, Л63, имеют однофазную структуру и выпускаются в виде холоднокатаных полуфабрикатов: полос, лент, проволоки, листов. После отжига из них изготавливают радиаторные трубки, снарядные гильзы, сильфоны, трубопроводы.
Сплавы, содержащие 39 – 45 % Zn, это двухфазные латуни со структурой (α + β). Горячекатаные полуфабрикаты двухфазных латуней представляют собой листы, прутки, трубы, штамповки, которые используют для изготовления втулок, гаек, тройников, штуцеров и др. деталей.
Литейными сплавами являются двухфазные легированные латуни разнообразных марок ЛЦ40С, ЛЦ16К4 ЛЦ23А6Ж3Мц2 и др. Механические свойства и области применения некоторых литейных латуней приведены в таблице. 3.7.
Таблица 3.7
Механические свойства
|
|
|
* и назначение литейных латуней
| Марка сплава | σв, Мпа | δ, % | HB | Назначение |
| ЛЦ40С | 215 | 20 | 80 | Втулки, вкладыши подшипников |
| ЛЦ16К4 | 380 | 15 | 110 | Гидравлически плотная арматура |
| ЛЦ23А6Ж3Мц2 | 650 | 7 | 165 | Червячные винты, гайки нажимных винтов |
* свойства при литье в кокиль
Бронзы
Название бронзы определяется основным легирующим элементом. Бронзы по химическому составу бывают оловянные, алюминиевые, бериллиевые, свинцовые и т.д. В каждой из этих групп бронзы подразделяют на деформируемые и литейные. Бронзы обозначают буквами Бр, за которыми ставятся буквы и цифры.
В марках деформируемых бронз сначала помещают все буквы-символы легирующих элементов, а затем соответственно числа, указывающие их содержание. Пример: бронза БрАЖ9-4 содержит 9 % Al , 4 % Fe , остальное - Cu .
В марках литейных бронз содержание легирующего элемента указывают после каждой буквы. Пример: бронза БрО6Ц6С3 содержит 6 % Sn , 6% Zn , 3 % Pb , остальное - Cu . При идентичности состава литейной и деформируемой бронзы в конце марки литейного сплава стоит буква Л (например, БрА9Ж3Л).
Оловянные бронзы по структуре бывают однофазными (α – твердый раствор олова в меди) и двухфазными, состоящими из α и δ (Сu31Sn8) - фаз. Твердая и хрупкая δ - фаза обычно образуется при содержании олова, большем 8 %.
|
|
|
Легирующие элементы в оловянных бронзах улучшают их литейные свойства (P, Zn, Pb), повышают твердость, прочность, износостойкость (Р, Zn), а также антифрикционные свойства ( Pb, P). Механические свойства оловянных бронз представлены в таблице 3.8.
Таблица 3.8
Механические свойства*деформируемых (ГОСТ 5017–74) и литейных (ГОСТ 613–79) оловянных бронз
| Марки сплавов | σв, МПа | δ, % |
| Деформируемые бронзы | ||
| БрОФ6,5-0,15 | 300 | 38 |
| БрОЦ4-3 | 300 | 38 |
| БрОФ6,5-0,4 | 300 | 60 |
| Литейные бронзы | ||
| БрО3Ц12С5 | 210 | 5 |
| БрО5Ц5С5 | 170 | 4 |
| БрО10Ц2 | 230 | 10 |
| БрО10Ф1 | 250 | 3 |
*Для деформируемых сплавов – в отожженном состоянии, для литейных – при литье в кокиль
Деформируемые бронзы БрОФ6,5-0,4, БрОЦ4-3, БрОФ6,5-0,15 и другие являютсяоднофазными сплавами со структурой α-твердого раствора, т.к. содержат менее 7 % Sn. Они отличаются высокими значениями предела упругости и предела выносливости, пластичностью, вязкостью, их широко применяют для изготовления круглых и плоских пружин в точной механике, электротехнике. Высокая коррозионная стойкость позволяет использовать сплавы в химическом машиностроении и морском судостроении. По коррозионной стойкости в морской воде оловянные бронзы превосходят латуни.
|
|
|
Литейными сплавами являются двухфазные (α + δ) оловянные бронзы. По сравнению с другими литейными сплавами на медной основе оловянные бронзы обладают наилучшим сочетанием литейных и механических свойств. По назначению литейные оловянные бронзы делятся на две группы. В первую группу входят бронзы БрО3Ц12С5, БрО5Ц5С5, БрО4Ц7С5 и др., предназначенные для получения разных деталей машин. Эти сплавы имеют высокие коррозионные и механические свойства, хорошо обрабатываются резанием.
Ко второй группе относятся бронзы БрО10Ц2, БрО10Ф1, БрО5С25, БрО8Ц4, БрО6Ц6С3 ответственного назначения, обладающие высокими антифрикционными свойствами и хорошим сопротивлением истиранию. Эти сплавы применяют для изготовления подшипников скольжения и других деталей, работающих в условиях трения.
Алюминиевые бронзы занимают одно из первых мест среди медных сплавов. Преимуществаалюминиевых бронзопределяются меньшей стоимости (из-за отсутствия дефицитного олова), более высоким уровнем механических свойств (табл. 3.9), повышенной коррозионной стойкостью.
Таблица 3.9
Механические свойства
* деформируемых и литейных алюминиевых бронз
| Марки сплавов | σв, МПа | δ, % |
| Деформируемые сплавы | ||
| БрА5 | 380 | 65 |
| БрА7 | 420 | 70 |
| БрАЖ9-4 | 550 | 40 |
| БрАЖН10-4-4 | 650 | 35 |
| Литейные сплавы | ||
| БрА10Ж4Н4Л | 590 | 6 |
| БрА9Ж3Л | 490 | 12 |
| БрА11Ж6Н6 | 590 | 6 |
* Для деформируемых сплавов – в отожженном состоянии; для литейных – после литья в кокиль
Алюминий имеет высокую растворимость в меди – до 9 % при комнатной температуре. При большем содержании алюминия в сплавах протекает эвтектоидный распад с образованием фаз [α + γ2 ] (γ2 – промежуточная фаза на основе соединения Cu9Al4 ). Эвтектоидное превращение позволяет использовать упрочняющую термообработку алюминиевых сплавов.
Легирующие элементы существенно улучшают механические и технологические свойства сплавов: повышают прочность (Fe, Mn), пластичность(Mn), коррозионную стойкость (Mn, Ni), антифрикционные свойства (Mn).
Деформируемые сплавы могут быть как однофазными (α) (при содержании алюминия до 9,4 %), так и двухфазными [α + γ2 ]. Однофазные сплавы (БрА5, БрА7) производят в виде холоднокатаных листов, прутков, лент и применяют для изготовления упругих элементов.
Алюминиевые двухфазные бронзы БрАЖ9-4, БрАЖМц10-3-1,5 выпускающиеся в виде горячекатаных труб и прутков, обладают высокими прочностными и антифрикционными свойствами. Их используют для изготовления шестерен, втулок подшипников и др.
Литейные сплавы за счет узкого интервала кристаллизации имеют меньшую склонность к дендритной ликвации и лучшую жидкотекучесть по сравнению с оловянными бронзами. Однако, для них характерна значительная усадка при кристаллизации и склонность к образованию крупных столбчатых кристаллов.
Для устранения этих недостатков алюминиевые бронзы дополнительно легируют переходными металлами, железом и никелем. Железо оказывает следующее влияние на структуру и свойства: измельчает зерно при кристаллизации, т.е. оказывает модифицирующее действие; способствует образованию высокодисперсного эвтектоида [α + γ2] в результате закалки и отпуска, что повышает твердость до 175 – 180 НВ и прочность алюминиевых бронз, а также сообщает им антифрикционные свойства.
Влияние никеля проявляется в том, что он значительно уменьшает растворимость алюминия в меди, тем самым, обеспечивая возможность применения закалки и старения. Эффект упрочнения при такой термообработке довольно значительный: так, у бронзы БрАЖН10-4-4 твердость в результате закалки и старения увеличивается от 140 – 160 НВ до 400 НВ.
Присутствие в структуре твердой и хрупкой фазы γ2 обеспечивает бронзам антифрикционные свойства. В связи с этим из сплавов изготовляют детали, работающие в тяжелых условиях износа при повышенной температуре (400 – 500ºС): седла клапанов, направляющие втулки выпускных клапанов, части насосов и турбин, шестерни.
Бериллиевые бронзы являются дорогостоящим материалом, они токсичны в процессе изготовления деталей. Однако комплекс свойств этих сплавов уникален: высокая прочность и высокий предел упругости; высокое сопротивление износу и усталости; теплостойкость до 350ºС; высокая коррозионная стойкость; хорошая обрабатываемость резанием; свариваемость роликовой и точечной сваркой.
Бериллий имеет переменную, уменьшающуюся с температурой, растворимость (рис. 5.9): при 870ºС содержание бериллия в α -твердом растворе составляет 2, 75 %, а при 300ºС – 0,2 %. Это дает возможность применять к бериллиевым бронзам упрочняющую термическую обработку – закалку и старение.
После закалки бериллиевые бронзы имеют наибольшую пластичность:
δ = 30 – 40 %. После старения уровень прочности достигает уровня легированых сталей. Так например, бронза марки БрБ2 имеет sв = 1250 МПа, s0,2 = 1000 МПа, d = 2,5 %, твердость 700 НВ. Дисперсионное упрочнение бериллиевых бронз связано с выделением при распаде твердого раствора метастабильной фазы, близкой по составу к равновесной фазе сплавов системы медь-бериллий – γ (электронному соединению состава CuBe с ОЦК решеткой). Дополнительное упрочнение бериллиевых бронз может быть получено, если между закалкой и старением провести холодную пластическую деформацию (табл. 3.10).
Из бериллиевых бронз изготавливают детали ответственного назначения: упругие элементы точных приборов (пружины, мембраны); детали, работающие на износ (кулачки, шестерни, червячные передачи), подшипники скольжения, работающие при высоких скоростях и давлениях.
Таблица 3.10
Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 208; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!