Бронза БрАЖ9-4, БрОЦС5-5-5, БрКМц3-1, БрБ2, БрОФ.
Бронзовый прокат.
Главная » Статьи » Мои статьи

Бронза - виды бронз

 

  Бронза

          Бронза - это сплавы меди с оловом в различных пропорциях (медь в избытке),затем сплавы меди с оловом и цинком, а также некоторыми другимиметаллами или металлоидами (свинцом, марганцем, фосфором, кремнием идр., в небольших количествах). Название бронзе дают по легирующимэлементам (например, сплав меди с алюминием называют алюминиевойбронзой). Наиболее распространённой маркой бронз является бронза БрАЖ 9-4. Маркируют бронзы буквами Бр, за которой следуют заглавныебуквы легирующих элементов и через дефис цифры — ихпроцентное содержание. Марки обозначаются следующим образом: первыебуквы в марке означают: Бр. – бронза; буквы, следующие заБр., означают: А - алюминий, Б - бериллий, Ж - железо, К - кремний, Мц- марганец, Н - никель, О - олово, С - свинец, Ц - цинк, Ф. - фосфор. Цифры, помещенные после буквы, указывают среднеепроцентное содержание элементов.

В марках бронзы содержание основного компонента - меди - неуказывается, а определяется по разности. Цифры после букв, отделяемыедруг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующихэлементов; цифры расположенные в том же порядке, как и буквы,указывающие на легирование бронзы тем или иным компонентом. Например,Бр.АЖНЮ-4-4 означает бронзу с 10% Al , 4% Fe и 4% Ni (и 82% Cu); Бр. КМц3-1 означает бронзу с 3% Si , и 1% Mn(и 96% Cu).

      Присутствие посторонних металлов в настоящей бронзе(сплавах меди с оловом) носит иногда случайный характер иобуславливается неполной чистотой исходного материала, но обыкновенноприбавка известного количества тех или других веществ производитсязаведомо, с определенными целями, и тогда такая бронза получает особыеназвания (марганцовая бронза, фосфорная бронза и т.д.). От прибавкиолова медь становится более легкоплавкой, твердой, упругой, а,следовательно, способной к полировке, но менее тягучей, а потомубронза, главным образом, идет на отливку различных предметов. Качествабронзы зависят от состава, способов приготовления и последующейобработки. Если сплавы меди с оловом, содержащие от 7% до 15%последнего и наиболее употребительные в практике, подвергнутьмедленному охлаждению, то происходит разделение сплава и часть болеебогатая медью застывает ранее; такое явление, называемое ликвациейбронзы. Разделение до известной степени можно устранить прибавкойнекоторых веществ (напр., фосфористой меди, цинка) или быстро охлаждаяотлитые предметы (обратно, примесь свинца обусловливает более легкоеразделение сплава, так что следует избегать прибавки этого последнегосвыше 3%). При закалке бронзы происходит явление совершенно обратноетому, которое наблюдается для стали: бронза становится мягкой и доизвестной степени ковкой.

Цвет бронзы, с увеличением процентного содержания олова,переходит из красного (90% - 99% меди) в желтый (85% меди), белый (50%)и стально-серый (до 35% меди). Что касается тягучести, то при 1% - 2%олова сплавы ковки на холоду, но менее, нежели чистая медь; при 5%олова бронзу можно ковать только при температуре красного каления, апри содержании свыше 15% олова ковкость совершенно пропадает; сплавы сочень большим процентом олова опять становятся несколько мягкими ивязкими. Сопротивление разрыву зависит частью от состава, частью отагрегатного состояния, обусловливаемого способом охлаждения; при полнойоднородности и одинаковом составе, бронза с мелко кристаллическимстроением обладает большею способностью сопротивления.

 

 

 

                     Классификация бронз


            Различают две группы бронз: оловянные, в которыхпреобладающим легирующим элементом является олово, и безоловянные(специальные).

            Потехнологическому признаку бронзы делят на деформируемые и литейные.Первые легко поддаются штамповке, ковке, рифлению и другим видамобработки давлением, используемым при изготовлении изделий. Литейныебронзы предназначены для фасонных отливок. Бронзы по сравнению слатунью обладают более высокими прочностью, коррозионной стойкостью иантифрикционными свойствами. Они весьма стойки на воздухе, в морскойводе, растворах большинства органических кислот, углекислых растворах.

 

 

 

 

                                 Легирующие элементы в бронзе


            Вкачестве легирующих элементов в бронзах используют олово, алюминий,никель, марганец, железо, кремний, свинец, фосфор, бериллий, хром,цирконий и другие элементы. Бронзы, в которых легирующие элементывходят в твердый раствор, упрочняют деформационным наклепом.Последующим низкотемпературным отжигом (250— 300° С)могут быть повышены их упругие свойства. Бронзы, содержащие бериллий,хром, цирконий и некоторые другие элементы с переменной ихрастворимостью в α-твердом растворе, упрочняют дисперсионнымтвердением. К этому классу относится также бронза марки БрАЖН10-4-4.

           Изперечисленных элементов олово, алюминий, никель и кремний главнымобразом повышают прочность, упругие свойства и коррозионную стойкостьбронз, а в сочетании с другими элементами (свинцом, фосфором, цинком)также и антифрикционные свойства. Железо и никель сильно измельчаютзерно и повышают температуру рекристаллизации бронз. Марганец и кремнийповышают их жаростойкость. Бериллий, хром и цирконий, особенно послезакалки и старения, повышают прочностные свойства сплавов, одновременнонезначительно снижая их электропроводность. Эти элементы существенноповышают жаропрочность бронз. Большинство бронз (за исключениемалюминиевых) хорошо поддаются сварке и пайке твердыми и мягкимиприпоями.
                                     

 

 

 

 

                                   Виды бронз


       Оловянные бронзы.  Издиаграммы состояния CuSnследует,что предельная растворимость олова в меди соответствует 15,8 %(рис.10.11а). Сплавы этой системы характеризует склонность кнеравновесной кристаллизации, в результате чего в реальных условияхохлаждения значительно сужается область α-твердого раствора,его концентрация практически не меняется с понижением температуры, непроисходит эвтектоидного превращения δ -фазы. (см.штриховыелинии диграммы) и при содержании олова более 6 – 8 % в структуре сплавов присутствует эвтектоид (α +δ), где δ-фаза – электронное соединение CuSnсосложной кубической решеткой. Оно обладает высокой твердостью ихрупкостью. Появление δ-фазы в структуре бронз вызываетрезкое снижение их вязкости и пластичности(рис.10.11б). Поэтомупрактическое значение имеют бронзы, содержащие только до 10 % Sn.

         Двойные оловянные бронзы применяют редко, так как онидороги. Широкий температурный интервал кристаллизации обусловливает уних большую склонность к дендритной ликвации, низкую жидкотекучесть,рассеянную усадочную пористость и поэтому невысокую герметичностьотливок.

          Оловянныебронзылегируют Zn,Pb, Ni,P. В бронзы добавляютот 2 до 15 % Zn. Втаком количестве цинк полностью растворяется в альфа-твердом растворе,что способствует повышению механических свойств. Уменьшая интервалкристаллизации оловянных бронз, цинк улучшает их жидкотекучесть,плотность отливок, способность к сварке и пайке. Свинец повышаетантифрикционные свойства и улучшает обрабатываемость резанием оловянныхбронз. Фосфор, являясь раскислителем оловянных бронз, повышает ихжидкотекучесть, изностойкость улучшается. Кроме того, он увеличиваетвременное сопротивление, предел упругости и выносливость бронз.

         Бронзы хорошо обрабатываются резанием, паяются, хужесвариваются. 

         Средимедных сплавов оловянные бронзы  имеютсамую низшую литейную усадку (0,8 % при литье в песчаную форму и 1,4 %при литье в металлическую форму), поэтому их используют для получениясложных фасонных отливок. Двойные и низколегированные литейные бронзысодержат 10 % Sn.Для удешевления оловянных бронз содержание олова в некоторыхстандартизованных литейных бронзах снижено до 3 – 6 %.Большое количество Znи Pbповышает их жидкотекучесть, улучшает плотность отливок, антифрикционныесвойства и обрабатываемость резанием. Структура оловянных бронз(БрО3Ц12С5, БрО4Ц4С17, БрО10Ц2 и др.) полностью удовлетворяеттребованиям, предъявляемым к структуре антифрикционных сплавов. Высокаякоррозионная стойкость в атмосферных условиях, пресной и морской водеспособствует широкому применению литейных бронз для пароводянойарматуры, работающей под давлением. Рассеянная пористость не мешаетэтому, поскольку у поверхности отливок имеется зона с мелкозернистойструктурой, обладающая высокой плотностью. При усовершенствованиитехнологии получают отливки, выдерживающие давление до 30 МПа.

           Деформируемые бронзы содержат до 6 – 8 % Sn.В равновесном состоянии они имеют однофазную структуру (α– твердого раствора)(рис.10.12а). В условиях неравновеснойкристаллизации наряду с твердым раствором может образоваться небольшоеколичество δ-фазы. Для устранения дендритной ликвации ивыравнивания химического состава, а также улучшения обрабатываемостидавлением применяют диффузионный отжиг, который проводят при 700-750° С. При холодной пластической деформации бронзы подвергаютпромежуточным отжигам при 550 – 700 º С.Деформируемые бронзы характеризуются хорошей пластичностью и болеевысокой прочностью, чем литейные.

        Деформируемые бронзы обладют высокими упругими свойствамии сопротивлением усталости. Их используют для изготовления круглых иплоских пружин в точной механике, электротехнике, химическоммашиностроении и других областях промышленности.
           Безоловянныебронзы по своим свойствам не уступают, а понекоторым превосходят оловянные бронзы, и поэтому их широко применяют вмашиностроении и других отраслях промышленности. Бронзы используют дляизготовления арматуры, всевозможных шестерен, подшипников, втулок,баков, резервуаров и других ответственных деталей и узлов машин иаппаратов.
           Фосфорнаябронза, предложенная Кюнцелем в 1871 г.,состоит из 90% меди, 9% олова и 0,5% - 0,5% фосфора; употребляется дляотливки пушек, колоколов, статуй, подшипников, различных частей машин ит.п. Прибавка фосфора (в виде фосфорной меди или олова) увеличиваетупругость бронзы, сопротивление разрыву и твердость; расплавленныйметалл легко отливается и хорошо выполняет углубления формы. Изменяявесовые отношения составных частей, можно придать сплавам желаемыесвойства: сделать их мягкими как медь или вязкими как железо, итвердыми как сталь; от ударов и толчков строение фосфористой бронзы неменяется; при содержании фосфора свыше 0,5% цвет ее золотистый.
          Алюминиевые бронзы отличаютсявысокими механическими, антикоррозионными свойствами. Их преимуществаперед оловянными бронзами – меньшая стоимость, более высокиемеханические и некоторые технологические свойства. Например, небольшойинтервал кристаллизации обеспечивает алюминиевым бронзам высокуюжидкотекучесть, концентрированную усадку и хорошую герметичностьотливок, малую склонность к дендритной ликвации. Вместе с тем из-забольшой усадки иногда трудно получить сложную фасонную отливку.

         Медь с алюминем образует α-твердый раствор(рис.10.13), концентрация которого при понижении температуры с 1035 до565 ° С увеличивается от 7,4 до 9,4 % Al.При 565 º С β – фаза претерпеваетэвтектоидное превращение: β→α+γ ,где γ  - промежуточнаяфаза переменного состава со сложной кубической решеткой.
           При реальных скоростях охлаждения, в отличие отравновесного состояния, эвтектоид появляется в структуре сплавов присодержании 6 – 8 % Al.Наличие эвтектоида приводит к резкому снижению пластичности алюминиевыхбронз. С увеличением содержания алюминия до 4 – 5 % наряду спрочностью и твердостью повышается пластичность, которая затем резкопадает, а прочность продолжает расти при увеличении содержания алюминиядо 10 – 11 % (рис.10.13б).

          Однофазные бронзы (БрА5,БрА7), имеющие хорошуюпластичность, относятся к деформируемым. Они обладают наилучшимсочетанием прочности (400-450 МПа) и пластичности (δ=60 %).Двухфазные бронзы выпускают в виде деформируемого полуфабриката, атакже применяют для изготовления фасонных отливок. При наличии большогоколичества эвтектоида бронзы подвергают не холодной, а горячейобработке давлением. Двухфазные бронзы отличаются высокой прочностью(600 МПа) и твердостью (более 100 НВ). Их можно подвергать упрочняющейтермической обработке. При быстром охлаждении (закалке) β-фазапретерпевает не эвтектоидное, а мартенситное превращение.

          К недостаткам двойных алюминиевых бронз помимо большойусадки относятся: склонность к газонасыщению и окисляемости во времяплавки, образование крупнокристаллической столбчатой структуры,трудность пайки. Эти недостатки уменьшаются при легировании алюминиевыхбронз железом, никелем, марганцем.

          В α-фазе алюминиевой бронзы растворяется до 4 %железа, при большем содержании образуются включения AlFe. Дополнительноелегирование сплавов никелем и марганцем способствует появлению этихвключений при меньшем содержании железа. Железо оказываетмодифицирующее действие на структуру алюминиевых бронз, повышает ихпрочность, твердость и антифрикционные свойства, уменьшает склонность кохрупчиванию двухфазных бронз из-за замедления эвтектоидного распадаβ-фазы. Наилучшей пластичностью алюминиево-железные бронзы(например,БрАЖ-4) обладают после термической обработки, частично илиполностью подавляющей эвтектоидное превращение β-фазы. Отпускзакаленной бронзы при 250-300 ° С приводит к распадуβ-фазы  с образованиемтонкодисперсного эвтектоида и повышению твердости до 175 –180 НВ.

          Никель улучшаеттехнологичность и механические свойства алюминиево-железных бронз приобычных и повышенных температурах. Кроме того, он способствует резкомусужению области α-твердого раствора при понижениитемпературы. Это вызывает у бронз, легированных железом и никелем (БрАЖН10-4-4), способность к дополнительному упрочнениюпосле закалки вследствие старения. Из алюминиево-железоникелевых бронзизготовляют детали, работающие в тяжелых условиях износа при повышенныхтемпературах (400-500 ° С): седла клапанов, направляющие втулкивыпускных клапанов, части насосов и турбин, шестерни и др. Высокимимеханическими, антикоррозионными и технологическими свойствами обладаюталюминиево-железные бронзы, легированные вместо никеля более дешевыммарганцем (БрАЖМц10-3-1,5).

 

           Кремнистые бронзы  характеризуютсяхорошими механическими,  упругими иантифрикционными свойствами.

        Кремнистые бронзы содержат до 3 % Siи имеют однофазную  стуктуруα-твердого раствора(рис.10.14). При увеличении содержаниякремния более 3% в структуре сплавов появляется твердая и хрупкаяγ-фаза. Однофазная структура твердого раствора обеспечиваеткремнистым бронзам высокую пластичность и хорошую обрабатываемостьдавлением. Они хорошо свариваются и паяются, удовлетворительнообрабатываются резанием. Литейные свойства кремнистых бронз ниже, чемоловянных, алюминиевых бронз и латуней.
             Легированиецинком способствует улучшению литейных свойств этих бронз. Добавкимарганца и никеля повышают прочность, твердость кремнистых бронз.Никель, обладая переменной растворимостью в α-фазе, позволяетупрочнять никель-кремнистые бронзы путем закалки и старения.

             Кремнистые бронзы выпускают в виде ленты, полос, прутков,проволоки. Для фасонных отливок они применяются редко. Их используютвместо более дорогих оловянных бронз при изготовлении антифрикционныхдеталей (БрКН1-3),(БрКМц3-1), а также для замены бериллиевых бронз припроизводстве пружин, мембран и других деталей приборов, работающих впресной и морской воде.
           Марганцовая бронзаполучается сплавлением марганцовистого чугуна (ферромангана) с медью,затем с медью и цинком или же с медью, цинком и оловом. В Англииизготовляется пять сортов, которые отличаются друг от друга по своимсвойствам (твердости, вязкости, сопротивлению разрыву) и применяютсядля различных целей.  
         Бериллиевые бронзыхарактеризуютсячрезвычайно высокими пределами упругости, временным сопротивление,твердостью и коррозионной стойкостью в сочетании с повышеннымисопротивлениями усталости, ползучести и износу. Двойные берилливыебронзы содержат в среднем 2,0-2,5 % Be(БрБ2, БрБ2,5). Согласно диаграмме состояния системы Cu-Be(рис.10.15а), они имеют структуру, состоящую из α-твердогораствора бериллия в меди и γ-фазы – электронногосоединения CuBe сОЦК решеткой. Концентрация α-твердого раствора значительноуменьшается с понижением температуры (с 2,75 % Beпри 870 ° С до 0,2 % при 300 ° С). Это дает возможностьподвергать бериллиевые бронзы упрочняющей термической обработке– закалке и искусственному старению.

          Изменение механических свойств сплавов меди с бериллием (рис.10.15б) показывает, что их временноесопротивление резко увеличивается в интервале 1,5-2,0 % Be.При содержании бериллия более 2,0%  временноесопротивление повышается незначительно, а пластичность из-за большогоколичества твердой и хрупкой γ-фазы становится очень низкой.
        Наибольшей пластичностью (δ=30…40 %)бериллиевые бронзы обладают после закалки с 770-780 ° С. Взакаленном состоянии они хорошо деформируются. Пластическая деформацияна 40 % увеличивает временное сопротивление бронзы БрБ2 почти в 2 раза(с 450 до 850 МПа). Механические свойства бериллиевых бронз достигаюточень высоких значений после закалки и старения.

          Бериллиевые бронзы являются теплостойкими материалами,устойчиво работающими при температурах до 310-340 º С. При 500º С они имеют приблизительно такое же временное сопротивление,как оловянно-фосфористые и алюминиевые бронзы при комнатнойтемпературе. Бериллиевые бронзы обладают высокой теплопроводностью иэлектрической проводимостью; при ударах не образуют искр. Они хорошообрабатываются резанием, свариваются точечной и роликовой сваркой,однако широкий температурный интервал кристаллизации затрудняет ихдуговую сварку.

          Бериллиевые бронзы выпускают преимущественно в виде полос,лент, проволоки и других деформированных полуфабрикатов. Вместе с темиз них можно получить качественные фасонные отливки. Из бериллиевыхбронз изготовляют детали ответсвенного назначения: упругие элементыточных приборов (плоские пружины, пружинные контакты,. мембраны);детали, работающие на износ (кулачки, шестерни, червячные передачи);подшипники, работающие при высоких скоростях, больших давлениях иповышенных температурах.

          Основным недостатком бериллиевых бронз является их высокаястоимость. Легирование Mg,Ni, Ti,Coпозволяетуменьшить содержание бериллия до 1,7-1,9 % без заметного снижениямеханических свойств (БрБНТ1,7 и др.)
Приложение:


                                                                                                                                                                                                                                           

 

 

     
                                    Алюминиевые бронзы        (по ГОСТ 18175–72)
     
     
     
     
      марка
     
     
      химический состав
     
     
      назначение
     

      Al
     

      Fe
     

      Ni
     

     
     
     
      высокой пластичности (однофаз
      н
      ые
)
     

     
     

      Бр.А5
     

      4–6
     

     
     

     
     
     
     
     
     
      Ленты, полосы,      для пружин.
     

     
     
     
      высокой прочности (двухфазные)
     

     
     

      Бр.АЖ9–4
     

      8–10
     

      2–4
     

     
     

      Шестерни, втулки, арматура, в.т.ч для морской воды.
     

      Бр.АЖН10–4–4
     

      9,5–11
     

      3,5–5,5
     

      3,5–5,5
     

      То же, при больших давлениях и трении.
     


                                 

                                              

                                                     Кремнистые бронзы (поГОСТ 18175–72)


                                                                                                                                   

     
       марка
     
     
      химический состав
     
     
      назначение
     

      Si
     

      Mn
     

      Ni
     

      Бр.КМц 3–1
     

      2,75–3,5
     

      1–1,5
     

     
     

      Пружины, трубы, втулки в судостроении, авиации,химической промышлен­ности.
     

      Бр.КН1–3
     

      0,6–1,1
     

      0,1–0,4
     

      2,4–3,4
     

      Втулки, клапаны, болты,
     
      и др. детали для ра­боты в
     
      морской и сточных водах.
     

 


Бериллиевые бронзы (по ГОСТ18175–72)


                                                                                                                                                                                                                           

 

     
       марка
     
     
      химический состав
     
     
      назначение
     

      Be
     

      Ni
     

      Ti
     

      Mg
     

      Бр.Б2
     

      1,8–2,1
     

      0,2–0,5
     

     
     

     
     

     
      Высокопрочные и то­коведущие пружины,мембраны, сильфоны.
     

      Бр.БНТ1,7
     

      1,6–1,85
     

      0,2–0,4
     

      0,1–0,25
     

     
     

      Бр.БНТ1,9
     

      1,85–2,1
     

      0,2–0,4
     

      0,1–0,25
     

     
     

      Бр.БНТ1,9Mr
     

      1,85–2,1
     

      0,2–0,4
     

      0,1–0,25
     

      0,07–0,13
     

 


 

 

Категория: Мои статьи | Добавил: Bronza (04.03.2014)
Просмотров: 9848 | Рейтинг: 5.0/20
Всего комментариев: 0