Механические свойства оловянных бронз
| Группа | Бронза | Механические свойства*, не менее | |
| σВ, МПа | δ, % | ||
| Литейные стандартные | БрО3Ц12С5 БрО5Ц5С5 БрО4Ц4С17 БРО4Ц7С5 БрО3Ц7С5Н1 | 210 170 150 180 210 | 5 4 12 4 5 |
| Литейные ответственного назначения | БрО10Ф1 БрО10Ц2 БрО8Ц4 БрО6ЦбСЗ БрО10С10 БрО5С255 | 250 230 200 180 200 140 | 3 10 10 4 6 6 |
| Деформируемые | БрОФ8-0,3 БрОФ6,5-0,4 БрОФ6,5-0,15 БрОФ4-0,25 БрОЦ4-3 БрОЦС4-4-2,5 | 390 300 300 300 300 300 | 55 60 38 40 38 35 |
* Для литейных сплавов – при литье в кокиль; для деформируемых сплавов – для отожженного листа.
Кроме перечисленных, принято выделять четвертую группу – этосплавы художественного литья (БХ1, БХ2, БХЗ). Для изготовления художественных изделий бронза представляется наиболее подходящим материалом. Она достаточно жидкотекуча, хорошо заполняет самые сложные формы, обладает очень небольшой усадкой при затвердевании и поэтому хорошо передает форму изделия. Эти бронзы отличаются красивым цветом, сохраняющимся благодаря их высокой коррозионной стойкости достаточно долгое время. На поверхности бронз под воздействием естественной среды образуется патина – тончайшая оксидная пленка различных цветовых оттенков, от зеленого до темно-коричневого. Патина придает бронзовым скульптурам и декоративным изделиям красивую ровную окраску.
Вот несколько исторических фактов, доказывающих давнюю практическую "применимость" сплавов на основе композиции Cu- Sn. Так, найдены бронзовые статуи, отлитые 5 тыс. лет назад. В Древнем Египте, например, зеркала делали из бронз. И в настоящеё время металлические зеркала в ответственных оптических инструментах делают из зеркальной бронзы. Сплав Cu + 9-11 % Sn + 2 % Zn называли пушечной бронзой.
|
|
|
Основные виды термической обработки бронз – гомогенизация и промежуточный отжиг. Основная цель этих операций – облегчение обработки давлением. Гомогенизацию проводят при 700¸750 °С с последующим быстрым охлаждением. Для снятия остаточных напряжений в отливках достаточно отжига при 550 °С длительностью 1 ч. Промежуточный отжиг при холодной обработке давлением проводят при температурах 550¸700 °С.
Алюминиевые бронзы
Алюминиевые бронзы по распространенности в промышленности занимают одно из первых мест среди медных сплавов. В меди растворяется довольно большое количество алюминия (рис. 1.12): 7,5 % при 1035 °С, 9,4 % при 565 °С и около 9 % при комнатной температуре. Фаза β представляет соединение Сu3А1 электронного типа с электронной концентрацией 3/2. Эта фаза является аналогом β-латуни и имеет ОЦК-решетку. При температуре 565 °С β-фаза претерпевает эвтектоидный распад β→α+γ2, где γ2-фаза – электронное соединение Сu9А14 с электронной концентрацией 21/13.
|
|
|
Рис. 1.12. Диаграмма состояния Cu-Al
С увеличением содержания алюминия прочностные свойства сплавов повышаются. Сплавы с α-структурой хорошо обрабатываются давлением как при высоких, так и при низких температурах, но их прочность невелика. Фаза γ2 имеет очень высокую твердость и ничтожную пластичность, поэтому когда в структуре сплавов появляется γ2-фаза, прочность резко возрастает, а пластичность начинает падать.
Из-за ликвационных явлений снижение пластичности, обусловленное γ2-фазой, проявляется несколько раньше (обычно начиная с 8 % А1), чем это следует из равновесной диаграммы состояния. Оптимальными механическими свойствами обладают сплавы, содержащие 5¸8 % А1. Наряду с повышенной прочностью они сохраняют высокую пластичность.
Алюминиевые бронзы по сравнению с оловянными имеют следующие преимущества:
1) меньшую склонность к дендритной ликвации;
2) большую плотность отливок;
3) лучшую жидкотекучесть;
4) более высокую прочность и жаропрочность;
5) более высокую коррозионную и противокавитационную стойкость;
6) меньшую склонность к хладноломкости.
Кроме того, алюминиевые бронзы не дают искр при ударе. В качестве недостатков алюминиевых бронз можно отметить следующие особенности:
|
|
|
1) значительная усадка при кристаллизации;
2) склонность к образованию крупных столбчатых кристаллов;
3) сильное окисление в расплавленном состоянии, при котором образуются оксиды алюминия, приводящие к шиферному излому в деформированных полуфабрикатах;
4) вспенивание расплава при заливке в форму;
5) трудность пайки твердыми и мягкими припоями;
6) недостаточная коррозионная стойкость в перегретом паре.
Для устранения этих недостатков алюминиевые бронзы дополнительнолегируют марганцем, железом, никелем, свинцом.
В сплавах Сu-Аl-Fе со стороны меди растворяется до 4 % Fе. При одновременном легировании алюминиевых бронз никелем и марганцем растворимость железа в α-фазе уменьшается и железистая составляющая появляется при меньших его содержаниях. Железо повышает прочностные свойства алюминиевых бронз при некотором снижении их пластичности, сильно измельчает зерно при кристаллизации и рекристаллизации. При медленном охлаждении в сплавах, содержащих 8¸11 % А1, эвтектоидный распад β-фазы приводит к (α+γ2)-структуре с крупными кристаллами γ2-фазы, что вызывает хрупкость. Железо замедляет эвтектоидный распад β-фазы и тем самым препятствует развитию хрупкости.
|
|
|
Сплавы меди, легированные алюминием и железом, наиболее пластичны после нормализации от 600¸700 °С, которая уменьшает количество эвтектоида в структуре. После закалки от 950 °С сплавы также отличаются высокой пластичностью, так как их структура представлена α- и β-фазами. Последующее старение при 250¸300 °С приводит к распаду β-фазы с образованием высокодисперсной эвтектоидной смеси, что сопровождается повышением прочности и уменьшением пластичности.
Марганец растворяется в алюминиевых бронзах в больших количествах (до 10 %). Он повышает прочность бронз, их пластичность, коррозионную стойкость, антифрикционные свойства, способность к холодной обработке давлением. Двойные сплавы меди с алюминием не обрабатываются давлением в холодном состоянии, если содержание алюминия превышает 7 %. Тройная бронза БрАМн9-2 хорошо обрабатывается давлением как в горячем, так и в холодном состоянии.
Никель сильно уменьшает растворимость алюминия в меди при понижении температуры. Поэтому медные сплавы, одновременно легированные алюминием и никелем, существенно упрочняются при термической обработке, состоящей из закалки и старения, из-за выделения интерметаллидов Ni3А1 и NiА1. Никель улучшает механические свойства и коррозионную стойкость алюминиевых бронз, повышает температуру их рекристаллизации и жаропрочные свойства. Сплавы меди, легированные алюминием и никелем, хорошо обрабатываются давлением, имеют высокие антифрикционные свойства и не склонны к хладноломкости.
Небольшие содержания титана увеличивают плотность отливок и их прочность. Благоприятное влияние титана на свойства бронз обусловлено его действием как дегазатора, уменьшающего газонасыщенность расплава, и модификатора, измельчающего зерно.
Цинк заметно снижает антифрикционные и технологические свойства алюминиевых бронз и поэтому является нежелательной примесью.
Механические свойства некоторых алюминиевых бронз приведены в табл. 1.4 и 1.5. Одни из них применяют только как литейные (БрАМц10-2; БрАЖН11-6-6; БрАЖС7-1,5-1,5), другие – только как деформируемые (БрА5, БрА7). Большую группу бронз (БрАМц9-2; БрАЖ9-4; БрАЖМц10-3-1,5; БрАЖН10-4-4) используют и как деформируемые, и как литейные сплавы.
Наиболее пластичная и наименее прочная бронза – БрА5. Она легко деформируется при всех видах обработки давлением. Меньшей, но достаточно высокой обрабатываемостью давлением отличаются бронзы БрА7 и БрАМц9-2, предназначенные для получения прутков, листов и лент. Остальные бронзы (БрАЖ9-4, БрАЖМц10-3-1,5, БрАЖН10-4-4) деформируются только в горячем состоянии, так как в их структуре довольно много эвтектоида (до 30¸35 %). Вместе с тем благодаря эвтектоиду и железистым включениям антифрикционные свойства и прочность этих бронз выше, чем у перечисленных выше сплавов. Поэтому бронзы БрАЖ9-4 и БрАЖМц10-3-1,5 нашли наиболее широкое распространение.
Из всех медноалюминиевых сплавов наибольшим временным сопротивлением разрыву обладает бронза БрАЖН10-4-4, которую применяют и как деформируемую, и как литейную. Она жаропрочна и сохраняет удовлетворительную прочность до 400¸500 °С (см. рис. 1.4). При температурах до 250¸400 °С у бронзы БрАЖН10-4-4 наименьшая ползучесть по сравнению с другими алюминиевыми бронзами.
Деформируемые полуфабрикаты применяют в состоянии поставки или подвергают дорекристаллизационному или рекристаллизационному отжигу. Дорекристаллизационный отжиг алюминиевых бронз приводит к повышению их упругих свойств. Большинство этих бронз относится к термически неупрочняемым сплавам. Исключение составляет бронза БрАЖН10-4-4, которая эффективно упрочняется закалкой с проведением последующего старения при 400 °С в течение 2 ч.
Таблица 1.4
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 489; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!