Определение термодинамических активностей компонентов бронзы БрБ2 (стр. 2 из 6)
Относительное удлинение несколько возрастает при содержании в бронзе 4-6% Sn, но при образовании эвтектоида сильно уменьшается. Оловянные бронзы обычно легируют Zn, Fe, P, Pb, Ni и другими элементами. Цинк улучшает технологические свойства бронзы и удешевляет её. Фосфор улучшает литейные свойства. Никель повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность отливок и уменьшает ликвацию. Железо измельчает зерно, но ухудшает технологические свойства бронз и сопротивляемость коррозии. Легирование свинцом снижает механические свойства бронзы, но повышает плотность отливок, а главное — облегчает обработку резанием и улучшает антифрикционные свойства.
Рис. 1.2 Влияние олова на механические свойства бронз
Табл. 1.1 Механические свойства и назначение деформируемых и литейных оловянных бронз
| Бронза |  | δ, % | Назначение |
| Деформируемые бронзы (ГОСТ 5017-74) | |||
| БрОФ6,5-0,4 | 400(750) | 65(10) | Пружины, барометрические коробки, мембраны, антифрикционные детали |
| БрОЦ4-3 | 330(550) | 40(4) | Плоские и круглые пружины |
| БрОЦС4-4-2,5 | 350(650) | 35(2) | Антифрикционные детали |
| Литейные бронзы (ГОСТ 613-79) | |||
| БрО3Ц12С5 | 200(170) | 5(8) | Арматура общего назначения |
| БрО5ЦНС5 | 175(150) | 4(6) | Антифрикционные детали, вкладыши подшипников, арматура |
| БрО4Ц4С17 | 150(150) | 12(5) | Втулки, подшипники, вкладыши, червячные шары и т.п. |
Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы (табл. 1.1).
В таблице для деформируемых бронз в скобках приведены свойства после холодной прокатки (наклёпа), а без скобок – свойства после отжига. Для литейных же бронз в скобках указаны свойства при литье в песчаную форму, а без скобок – свойства при литье в кокиль. Деформируемые бронзы изготовляют в виде прутков, лент и проволоки в нагартованном (твердом) и отожженном (мягком) состояниях. Эти бронзы чаще предназначаются для изготовления пружин и пружинных деталей, применяемых в различных отраслях промышленности. Структура деформированных оловянных бронз — это α-твердый раствор. Литейные бронзы, содержащие большое количество цинка, фосфора и нередко свинца, имеют двухфазную структуру: α-твердый раствор и твердые хрупкие включения δ-фазы, входящие обычно в структуру эвтектоида.
Оловянные бронзы обладают хорошими литейными свойствами и применяются для литья деталей сложной формы. Недостатком отливок из оловянных бронз является большая микропористость. Бронзы, особенно двухфазные, обладают высокими антифрикционными свойствами. В связи с этим их часто применяют для изготовления антифрикционных деталей.
Для облегчения обработки давлением бронзы подвергают гомогенизации при 700—750 °С с последующим быстрым охлаждением.
В таблице 1.2 указаны свойства и применение безоловянных бронз. Для литейных бронз без скобок указаны свойства при литье в кокиль, в скобках – свойства при литье в песчаную форму. Для бронзы БрБ2 без скобок указаны свойства сразу после закалки, в скобках – свойства после старения.
Табл. 1.2 Механические свойства и назначение деформируемых и литейных безоловянных бронз (ГОСТ 493-79, 18175-78)
| Бронза | | δ, % | Назначение |
| Алюминиевые бронзы | |||
| БрАЖ9-14 | 600 | 40 | Обработка давлением (прутки, трубы, листы) |
| БрАЖН10-4-4 | 650 | 35 | |
| БрА9Ж3Л | 490(392) | 12(10) | Арматура, антифрикционные детали |
| БрА10Ж3Мц2 | 490(392) | 12(10) | |
| Кремнистые бронзы | |||
| БрКМц3-1 | 380 | 35 | Прутки, ленты, проволока для пружин |
| Свинцовые бронзы | |||
| БрС30 | 600 | 4 | Антифрикционные детали |
| Бериллиевые бронзы | |||
| БрБ2 | 500(950) | 45(1-2) | Полосы, прутки, ленты, проволока для пружин |
Алюминиевые бронзы. Наиболее часто применяют алюминиевые бронзы двойные и добавочно легированные Ni, Mn, Fe и др. Сплавы, содержащие до 9% Аl, однофазные и состоят только из α-твердого раствора алюминия в меди. Фаза β, существующая при температуре свыше 565°С, представляет собой твердый раствор на базе электронного соединения Си3Аl. При содержании алюминия более 9% в структуре появляется эвтектоид α т γ' (γ' – это электронное соединение
). Фаза α пластична, по прочность её невелика. Двухфазные сплавы α+γ' имеют повышенную прочность, по пластичность их заметно ниже (рис. 1.3-1.4). Железо измельчает зерно и повышает механические и антифрикционные свойства алюминиевых бронз. Никель улучшает механические свойства и износостойкость, как при низких, так и при высоких температурах (500--600°С).Алюминиевые бронзы хорошо сопротивляются коррозии в морской воде и тропической атмосфере, имеют высокие механические и технологические свойства. Однофазные бронзы, обладающие высокой пластичностью, применяют для глубокой штамповки. Двухфазные бронзы подвергают горячей деформации или применяют в виде фасонного литья.
Литейные свойства алюминиевых бронз ниже, чем литейные свойства оловянных бронз, но они обеспечивают высокую плотность отливок.
Рис. 1.3Диаграмма состояния Cu-Al
Рис. 1.4 Влияние алюминия на механические свойства бронз
Кремнистые бронзы. При легировании меди кремнием (до 3,5%) повышается прочность, а также пластичность. Никель и марганец улучшают механические и коррозионные свойства кремнистых бронз. Эти бронзы легко обрабатываются давлением, резанием и свариваются. Благодаря высоким механическим свойствам, упругости и коррозионной стойкости их применяют для изготовления пружин и пружинящих деталей приборов и радиооборудования, работающих при температуре до 250°С. а также в агрессивных средах (пресная, морская вода).
Свинцовые бронзы. Свинец практически не растворяется в жидкой меди. Поэтому сплавы после затвердевания состоят из кристаллов меди и включений свинца.
Такая структура бронзы обеспечивает высокие антифрикционные свойства. Это предопределяет широкое применение бронзы БрСЗ0 для изготовления вкладышей подшипников скольжения, работающих с большими скоростями и при повышенных давлениях. По сравнению с оловянными подшипниковыми бронзами теплопроводность бронзы БрСЗ0 в 4 раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту, возникающую при трении.
Из-за невысоких механических свойств (
, δ=4%) бронзу БрСЗ0 наплавляют тонким слоем на стальные ленты (трубы). Такие биметаллические подшипники просты в изготовлении и легко заменяются при изнашивании. Вследствие большой разности значений плотности меди (8,94 г/см3) и свинца (11,34 г/см3) и широкого интервала кристаллизации бронза БрСЗ0 склонна к ликвации по плотности. Нередко свинцовые бронзы легируют никелем и оловом, которые, растворяясь в меди, повышают механические и коррозионные свойства.Бериллиевые бронзы. Эти бронзы относятся к сплавам, упрочняемым термической обработкой. Предельная растворимость бериллия в меди при температуре 866°С составляет 2,7%, при температуре 600 °С - 1,5%, а при 300°С всего 0,2%. Это указывает на возможность упрочнения бериллиевой бронзы методом дисперсного твердения. При нагреве бронзы БрБ2 до 760—780°С образуется однородный α-раствор, который сохраняется в результате быстрого охлаждения в воде при нормальной температуре. В составе бериллиевых бронз всегда присутствует никель или кобальт для повышения устойчивости переохлаждённого твёрдого раствора.
После закалки бронза обладает малой прочностью (
), высокой пластичностью (δ = 40%) и способностью упрочняться при старении как непосредственно после закалки, так и после пластической деформации в закаленном состоянии. Старение проводят при 300—350°С. При старении из пересыщенного α-раствора выделяются дисперсные частицы γ-фазы (СuВе), что сильно повышает прочность бронзы. Предварительно наклепанная бронза при старении упрочняется сильнее и быстрее.Так, бронза БрБ2 в состоянии после закалки и старения имеет
и δ=З÷5 %, а после закалки, холодной пластической деформации с обжатием 30% и старения - 
, пластичность после старения невелика (δ = 2%). Бронзу нередко легируют также титаном (0,1—0,25%): БрБНТ1,9 и БрБНТ1,7. Обладая высокими значениями временного сопротивления, пределов текучести и упругости, бериллиевые бронзы хорошо сопротивляются коррозии, свариваются и обрабатываются резанием. Бериллиевые бронзы применяют для мембран, пружин, пружинящих контактов, деталей, работающих на износ (кулачки полуавтоматов), в электронной технике и т. д.Бериллиевая бронза БрБ2 содержит в своём составе (по массе) 97,5% Cu, 0,5% Ni, 2% Be.
Система бериллий – медь была хорошо изучена многими исследователями. На рисунке 1.5 представлена обобщённая диаграмма состояния.
Граница твердого раствора Be в Си определена во многих работах на основании данных микроскопического, рентгеновского, дилатометрического анализов, измерения твердости и электрических свойств. Растворимость Be в Сu при эвтектоидной температуре (600°С) составляет 10%(ат.), а при перитектической температуре (866°С) - 16,5% (ат.).