Легирующие элементы и свойства промышленных марок многокомпонентных бронз

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 6Следующая ⇒

Деформируемые оловянные бронзы можно разделить на сплавы, легированные оловом и фосфором, и сплавы, не содержащие фосфора. В процессе плавки оловянные бронзы раскисляют фосфором, поэтому большинство двойных сплавов системы Cu-Sn содержит остаточное количество фосфора. Фосфор определяют легирующим элементом, если его содержание в оловянной бронзе превышает 0,1%. Растворимость фосфора в твердой меди составляет 1,7 % (по массе) при эвтектической температуре 714°С, а при температуре 300°С понижается до 0,6%. Фосфор при взаимодействии с медью образует твердое химическое соединение Cu ₃Р (14 % Р), которое при температуре 714°С с α-твердым раствором на основе меди образует эвтектику по реакции L → α + Cu ₃Р, содержащую 8,3% Р.

Легирование оловянных бронз фосфором

Легирование оловянных бронз фосфором преследует несколько целей. Фосфор раскисляет медь и уменьшает содержание водорода. В нераскисленных оловянных бронзах кислород может присутствовать в виде очень твердого и хрупкого соединения SnO₂, который резко снижает технологические и эксплуатационные свойства оловянных бронз. Фосфор повышает прочностные свойства. В бронзах с небольшим количеством олова он повышает сопротивление износу из-за появления в структуре твердых дисперсных частичек фосфида меди Cu₃P. Однако фосфор ухудшает технологическую пластичность оловянных бронз, поэтому в деформируемых сплавах его содержание должно быть строго регламентировано.

Рисунок 12 – Политермические разрезы диаграммы состояния системы Cu-Sn-Pпри постоянном содержании олова

При выборе оптимального содержания фосфора в бронзах следует ориентироваться не на двойную систему Cu-P, а на трехкомпонентную диаграмму состояния системы Cu-Sn-P, так как олово существенно изменяет растворимость фосфора в медном твердом растворе. Диаграммы состояния системы Cu-Sn-P показывает, что олово уменьшает растворимость фосфора в меди: при 5% Sn в бронзах предельная растворимость фосфора в α-твердом растворе составляет приблизительно 0,8%, а при 10% олова она понижается до 0,4—0,5 %, в то время как в двойной системе Cu-P предельная растворимость фосфора в α-твердом растворе составляет 1,7 %. Поэтому в оловянных бронзах фосфидная фаза Cu3P появляется в структуре при значительно меньших концентрациях фосфора, чем в двойных сплавах системы Cu-P.

Оловянно-фосфористые бронзы БрОФ6,5-0,15, БрОФ6,5-0,4, БрОФ7-0,2 и БрОФ8-0,30 близки друг к другу по химическому составу и свойствам, а поэтому отнесены к одной группе сплавов. Эти бронзы отличаются высокими механическими, коррозионными и антифрикционными свойствами. Бронза БрОФ6,5-0,15 обладает после деформации высокой прочностью и упругостью и применяется для изготовления пружинящих деталей приборов.

Бронза БРОФ6,5-0,4 применяется главным образом для изготовления сеток в целлюлозно-бумажной промышленности. По износостойкости для этих целей она является одним из лучших сплавов.

Бронза БрОФ7-0,2 имеет высокие механические свойства при нормальной и повышенных температурах. Она выпускается в виде прессованных прутков, так как повышенное содержание олова затрудняет обработку давлением. Износостойкость бронзы можно повысить холодной деформацией.

Бронза БрОФ8-0,3 содержит больше олова, чем бронза БрОФ7-0,2, и по совокупности прочностных свойств и износостойкости превосходит ее.

Легирование цинком

Рисунок 13 – Изотермический разрез диаграммы состояния системы Cu-Sn-Znпри 500˚С

Для повышения прочностных свойств оловянные бронзы, не содержащие фосфора, легируют цинком в больших количествах, но в пределах его растворимости в α-фазе. Легирование бронз цинком также целесообразно потому, что он дешевле не только олова, но и меди. Оловянно-цинковая бронза БрОЦ4-3 по структуре даже в литом состоянии представляет собой α-твердый раствор, что следует из анализа диаграммы состояния системы Cu-Sn-Zn.

В оловянные бронзы этой группы цинк часто вводят совместно со свинцом. Свинец практически нерастворим в оловянных бронзах в твердом состоянии. При затвердевании сплава он выделяется как самостоятельная фаза, располагаясь между ветвями дендритов в виде темных включений. Поэтому фазовый состав и структуру оловянно-цинково-свинцовых бронзБрОЦ4-4-2,5 и БрОЦС4-4-1 можно обосновать с помощью диаграммы состояния Cu-Sn-Zn без учета содержания свинца, который практически нерастворим в твердом растворе: структура этих бронз состоит из кристаллов α-твердого раствора и включений свинца. Свинец улучшает антифрикционные свойства и резко повышает обрабатываемость резанием оловянных бронз, однако механические свойства при этом понижаются.

Бронзы БрОЦС4-4-2,5 и БрОЦС4-4-4, содержащие свинец, обрабатываются давлением только в холодном состоянии, поскольку из-за присутствия в структуре этих сплавов легкоплавкой эвтектики, состоящей практически из чистого свинца, горячая обработка давлением невозможна. Эти бронзы имеют высокие антифрикционные свойства, коррозионностойки, хорошо обрабатываются резанием. Из них изготовляют ленты и полосы, кроме того, их применяют в качестве прокладок в подшипниках и втулках в различных отраслях машиностроения.

Рисунок 14 – Изотермический разрез диаграммы состояния системы Cu-Sn-Ni при 520˚С

Важным легирующим элементом в оловянных бронзах является никель. Он повышает прочностные свойства, пластичность и деформируемость двойных оловянных бронз, повышает их коррозионную стойкость, измельчает зерно. В равновесии с α-твердым раствором могут находиться две промежуточные интерметаллидные фазы Ni₃Sn₂ и Ni₃Sn. Эти фазы имеют переменную, резко уменьшающуюся с понижением температуры растворимость в а-твердом растворе. Поэтому оловянные бронзы с никелем термически упрочняются закалкой и старением.

Оловянно-никелевые бронзы

В промышленности США применяются несколько марок деформируемых оловянных бронз с высоким содержанием никеля (С72500, С72650, С72700, С72900). Сообщается, что на лентах оловянно-никелевой бронзы С72500 путем особой термомеханической обработки может быть достигнута прочность σ_в = 690—860 МПа. Высокие механические, физические и антифрикционные свойства в сочетании с удовлетворительной электропроводностью, а также высокая коррозионная стойкость делают в ряде случаев оловянные бронзы незаменимым материалом для изготовления пружин и пружинящих деталей в машиностроении, точной механике, авиационной промышленности, химическом машиностроении, целлюлозно-бумажной промышленности.

[7]

4. Исследование влияния термообработки на свойства бронзовых сплавов

Бериллиевые бронзы

Бронзу Бр.Б2 закаливают при 800—820° С с охлаждением в воде, а затем подвергают искусственному старению при 300—350° С. При этом прочность сплава σ_Β=1300 МПа, твердость HRC37—40.

Предельная растворимость бериллия в меди в двойной системе Cu-Be при 870°С составляет 2,7% (по массе), и она резко уменьшается с понижением температуры. Это указывает на возможность применения упрочняющей термообработки к меднобериллиевым сплавам. Бериллиевые бронзы являются дисперсионно-твердеющими сплавами, причем эффект упрочнения при термической обработке у них максимальный среди всех сплавов на медной основе. Они подвергаются закалке и последующему старению.

Таблица 11 – Технологические свойства и режимы обработки бериллиевых бронз

Марка	Температура, °С					Обрабатываемость резанием, % (ЛС63-3 - 100%)	Линейная усадка, %	Коэффициент трения
Марка	литья	горячей обработки	отжига	закалки	старения	Обрабатываемость резанием, % (ЛС63-3 - 100%)	Линейная усадка, %	со смазкой	без смазки
БрБ2	1030‑1060	700‑800		760‑780	320	20	1,8	0,016	0,35
БрБ2,5¹⁾	1030‑1060	700‑800	-	770‑790	300	-	-	-	-
БрБНТ1,7	1030‑1060	700‑800	-	755‑775	300	-	-	-	-
БрБНТ1,9	1030‑1060	700‑800	-	760‑780	320	-	-	-	-
1) Низкотемпературный отжиг для повышения упругих характеристик, рекристаллизационный отжиг проводят при температурах 600–700°С.

При термической обработке бериллиевых бронз существенным является выбор температуры нагрева под закалку (T_зак). Ее значение определяет полноту перевода легирующих элементов в твердый раствор и возможность его гомогенизации. С точки зрения указанных факторов, предпочтительно повышение температуры закалки.

Нагрев под закалку выше оптимальной температуры способствует дополнительному пересыщению твердого раствора бериллием (особенно для сплава БрБ2,5) и вакансиями. Оба эти фактора ускоряют распад твердого раствора при последующем старении, но повышение температуры закалки приводит к росту зерен α-твердого раствора, что приводит к понижению пластичности и упругих свойств и ухудшает штампуемость. Для получения мелкого зерна при нагреве до температуры закалки в структуре бронзы должно сохраняться некоторое количество равномерно распределенных включений избыточной β-фазы, которые препятствуют собирательной рекристаллизации α-твердого раствора. Получению мелкозернистой сгруктуры способствует также никель: дисперсные частицы фазы NiBe не растворяются полностью при нагреве под закалку и сдерживают рост зерен α-раствора.

Диапазон температур нагрева под закалку бериллиевых бронз составляет 760—800°С. Выше указанных температур бронзы нагревать не следует из-за опасности роста зерен и ухудшения служебных характеристик сплава. Нагрев под закалку ниже оптимальной температуры уменьшает пересыщение α-твердого раствора бериллием в закаленном сплаве и интенсифицирует прерывистый распад при старении с образованием грубой двухфазной структуры с некогерентным выделением γ-частиц в приграничных участках. Закалка с низких температур стимулирует прерывистый распад особенно сильно при высокотемпературном старении (выше 350°С). Локализованный в приграничных участках прерывистый распад твердого раствора приводит к охрупчиванию сплава.

Важным параметром закалки бериллиевых бронз является скорость охлаждения, которое должно быть достаточно резким, чтобы исключить распад пересыщенного твердого раствора. При выборе закалочных сред руководствуются критическими скоростями (v_Kp), оцениваемыми с помощью термокинетических диаграмм или диаграмм изотермического превращения переохлажденного α-твердого раствора.

Данные показывают, что при закалке бронзы наибольшие скорости охлаждения должны быть в интервале температур 550— 250°С. Замедленное охлаждение в этом интервале может вызвать преждевременное выделение из α-твердого раствора фазы-упрочнителя и, следовательно, привести к уменьшению способности к последующему старению. Критическая скорость закалочного охлаждения, позволяющая получить необходимое сочетание физико-механических свойств составляет 60°С/с для бронзы с 2,46% Ве и 0,27% Со.

Критическая скорость охлаждения у бериллиевых бронз достаточно высока и составляет 30— 60°С/с, поэтому их обычно закаливают в воде. Для уменьшения критической скорости в бериллиевые бронзы вводят никель или кобальт. Добавки этих металлов приводят к повышению устойчивости переохлажденного α-твердого раствора в области температуры его наименьшей стабильности (~ 500°С). Примерно так же на устойчивость твердого раствора влияют небольшие добавки магния. Важным достоинством бериллиевых бронз является их высокая пластичность при умеренной прочности в закаленном состоянии: σ_в = 400—500 МПа. δ = 30—45%. В этом состоянии они легко переносят операции гибки, вытяжки и другие виды деформации.

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 111; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!