| Марка бронзы | Sn | Pb | Zn | Прочих элементов | Е, ГПа | sв | s0,2 | d | y | KCU,МДж/м2 | НВ |
| % (мас.) | МПа | % | |||||||||
| Деформируемые бронзы (ГОСТ5017-74) | |||||||||||
| БрОФб, 5–0,15 | 6–7 | – | – | 0,1–0,25 Р | 0,49* | ||||||
| БрОФ6,5–0,4 | 6–7 | – | – | 0,26–0,4 Р | 0,59 | ||||||
| 0,10–0,2 Ni | |||||||||||
| БрОФ4–0,25 | 3,5–4 | – | – | 0,2–0,3 Р | - | – | |||||
| БрОЦ4–3 | 3,5–4 | – | 2,7–3,3 | – | – | 0,39 | |||||
| БрОЦС4-4-2,5 | 3–5 | 1,5–3,5 | 3–5 | – | 0,36 | ||||||
| Литейныебронзы (Г0СТ 613-79) | |||||||||||
| БрОЗЦ7С5Н1 | 2,5–4 | 3–6 | 6–9,5 | 0,5–2,0 Ni | – | – | |||||
| БрОЗЦ12С5 | 2–3,5 | 3,6 | 8–15 | – | – | – | – | – | |||
| Бр04Ц4С17 | 3,5–5,5 | 14–20 | 2–6 | – | – | – | – | – | |||
| Бр05Ц5С5 | 4–6 | 4–6 | 4–6 | – | – | 2,05 | |||||
| Бр010Ц2 | 9–11 | – | 1–3 | – | – | 1,47 | |||||
| БрОЮФ! | 9–11 | – | – | 0,4–1,1P | 3–10 | 0,88 |
* В литом состоянии.
Алюминиевые бронзы
Алюминиевые бронзы отличаются высокими механическими, антикоррозионными и антифрикционными свойствами. Их преимущества перед оловянными бронзами – меньшая стоимость, более высокие механические и некоторые технологические свойства. Например, небольшой интервал кристаллизации обеспечивает алюминиевым бронзам высокую жидкотекучесть, концентрированную усадку и хорошую герметичность отливок, малую склонность к дендритной ликвации. Вместе с тем из-за большой усадки иногда трудно получить сложную фасонную отливку.
Медь с алюминием образует a-твердый раствор, концентрация которого при понижении температуры с 1035 до 565°С увеличивается от 7,4 до 9,4% Аl. При 565°С b-фаза претерпевает эвтектоидное превращение: (b ® a + g2, где g2 – промежуточная фаза переменного состава со сложной кубической решеткой.
При реальных скоростях охлаждения, в отличие от равновесного состояния, эвтектоид появляется в структуре сплавов при содержании 6–8% А1. Наличие эвтектоида приводит к резкому снижению пластичности алюминиевых бронз. С увеличением содержания алюминия до 4–5% наряду с прочностью и твердостью повышается пластичность, котораязатем резко падает, а прочность продолжает расти при увеличении содержания алюминия до 10–11%.
Однофазные бронзы (БрА5, БрА7), имеющие хорошую пластичность, относятся к деформируемым. Они обладают наилучшим сочетанием прочности (sв = 400–450 МПа) и пластичности (d = 60%). Двухфазные бронзы выпускают в виде деформируемого полуфабриката, а также применяют для изготовления фасонных отливок. При наличии большого количества эвтектоида бронзы подвергают не холодной, а горячей обработке давлением. Двухфазные бронзы отличаются высокой прочностью (sв = 600 МПа) и твердостью (> 100 НВ). Их можно подвергать упрочняющей термической обработке. При быстром охлаждении (закалке) b-фаза претерпевает не эвтектоидное, а мартенситное превращение.
К недостаткам двойных алюминиевых бронз помимо большой усадки относятся: склонность к газонасыщению и окисляемости во время плавки, образование крупнокристаллической столбчатой структуры, трудность пайки. Эти недостатки уменьшаются при легировании алюминиевых бронз железом, никелем, марганцем.
В a-фазе алюминиевой бронзы растворяется до 4% железа, при большем содержании образуются включения Al3Fe. Дополнительное легирование сплавов никелем и марганцем способствует появлению этих включений при меньшем содержании железа. Железо оказывает модифицирующее действие на структуру алюминиевых бронз, повышает их прочность, твердость и антифрикционные свойства, уменьшает склонность к охрупчиванию двухфазных бронз из-за замедления эвтектоидного распада b-фазы и измельчения g2-фaзы, образующейся в результате этого распада. Наилучшей пластичностью алюминиево-железные бронзы (например, БрАЖ9-4) обладают после термической обработки, частично или полностью подавляющей эвтектоидное превращение b-фазы (нормализация при 600–700°С или закалка от 950°С). Отпуск закаленной бронзы при 250–300°С приводит к распаду b-фазы с образованием тонкодисперсного эвтектоида (a + g2) и повышению твердости до 175–180 НВ.
Никель улучшает технологичность и механические свойства алюминиево-железных бронз при обычных и повышенных температурах. Кроме того, он способствует резкому сужению области a-твердого раствора при понижении температуры. Это вызывает у бронз, легированных железом и никелем (БрАЖН 10-4-4), способность к дополнительному упрочнению после закалки вследствие старения. Например, в отожженном (мягком) состоянии БрАЖН 10-4-4 имеет следующие механические свойства: sв = 650 МПа; d = 35%; 140–160 НВ. После закалки от 980°С и старения при 400°С в течение 2 ч твердость увеличивается до 400 НВ.
Из алюминиево-железоникелевых бронз изготовляют детали, работающие в тяжелых условиях износа при повышенных температурах (400–500°С): седла клапанов, направляющие втулки выпускных клапанов, части насосов и турбин, шестерни и др. Высокими механическими, антикоррозионными и технологическими свойствами обладают алюминиево-железные бронзы, легированные вместо никеля более дешевым марганцем (БрАЖМцЮ-3-1,5).
Кремнистые бронзы. Кремнистые бронзы характеризуются хорошими механическими, упругими и антифрикционными свойствами.
Кремнистые бронзы содержат до 3% Si и имеют однофазную структуру a-твердого раствора. При увеличении содержания кремния более 3% в структуре сплавов появляется твердая и хрупкая g-фaзa. Однофазная структура твердого раствора обеспечивает кремнистым бронзам высокую пластичность и хорошую обрабатываемость давлением.
Они хорошо свариваются и паяются, удовлетворительно обрабатываются резанием.
Литейные свойства кремнистых бронз ниже, чем оловянных, алюминиевых бронз и латуней.
Легирование цинком способствует улучшению литейных свойств этих бронз. Добавки марганца и никеля повышают прочность, твердость кремнистых бронз. Никель, обладая переменной растворимостью в a-фазе, позволяет упрочнять никель-кремнистые бронзы путем закалки и старения. После закалки от 800°С и старения при 500°С эти бронзы имеют sв ³ 700 МПа, d » 8%.
Кремнистые бронзы выпускают в виде ленты, полос, прутков, проволоки. Для фасонных отливок они применяются редко. Их используют вместо более дорогих оловянных бронз при изготовлении антифрикционных деталей (БрКН1-3), (БрКМцЗ-1), а также для замены бериллиевых бронз при производстве пружин, мембран и других деталей приборов, работающих в пресной и морской воде.
Бериллиевые бронзы. Бериллиевые бронзы характеризуются чрезвычайно высокими пределами упругости, временным сопротивлением, твердостью и коррозионной стойкостью в сочетании с повышенными сопротивлениями усталости, ползучести и износу. Двойные бериллиевые бронзы содержат в среднем 2,0–2,5% Be (БрБ2, БрБ2,5).
Согласно диаграмме состояния системы Сu-Be, они имеют структуру, состоящую из a-твердого раствора бериллия в меди и g-фазы – электронного соединения СuВе с ОЦК решеткой. Концентрация a-твердого раствора значительно уменьшается с понижением температуры (с 2,75% Be при 870°С до 0,2% при 300°С). Это дает возможность подвергать бериллиевые бронзы упрочняющей термической обработке – закалке и искусственному старению.
Изменение механических свойств сплавов меди с бериллием (рис. 2.5, б) показывает, что их временное сопротивление резко увеличивается в интервале 1,5–2,0% Be. При содержании бериллия более 2,0% временное сопротивление повышается незначительно, а пластичность из-за большого количества твердой и хрупкой g-фазы становится очень низкой.
Наибольшей пластичностью (d = 30–40%) бериллиевые бронзы обладают после закалки с 770–780°С. В закаленном состоянии они хорошо деформируются. Пластическая деформация на 40% увеличивает временное сопротивление бронзы БрБ2 почти в два раза (с 450 до 850 МПа). Механические свойства бериллиевых бронз достигают очень высоких значений после закалки и старения. Так, БрБ2 после закалки с 780°С и старения при З00–350°С в течение 2 ч имеет следующие механические свойства: sв = 1250 МПа, s0,2 = 1000 МПа, d = 2,5%, твердость 700 НВ, Е = 133 ГПа. Упрочнение происходит благодаря распаду пересыщенного a-твердого раствора с образованием метастабильной g'-фазы, близкой по составу к g-фазе. Пластическая деформация закаленной бронзы и последующее старение позволяют увеличить временное сопротивление до 1400 МПа.
Бериллиевые бронзы являются теплостойкими материалами, устойчиво работающими при температурах до 310–340°С. При 500°С они имеют приблизительно такое же временное сопротивление, как оловянно-фосфористые и алюминиевые бронзы при комнатной температуре. Бериллиевые бронзы обладают высокой теплопроводностью и электрической проводимостью; при ударах не образуют искр. Они хорошо обрабатываются резанием, свариваются точечной и роликовой сваркой, однако широкий температурный интервал кристаллизации затрудняет их дуговую сварку.
Бериллиевые бронзы выпускают преимущественно в виде полос, лент, проволоки и других деформированных полуфабрикатов. Вместе с тем из них можно получить качественные фасонные отливки. Из бериллиевых бронз изготовляют детали ответственного назначения: упругие элементы точных приборов (плоские пружины, пружинные контакты, мембраны); детали, работающие на износ (кулачки, шестерни, червячные передачи); подшипники, работающие при высоких скоростях, больших давлениях и повышенных температурах.
Основным недостатком бериллиевых бронз является их высокая стоимость.