2.1. Маркування

Марки позначаються наступним чином. Перші букви в марці означають Бр. - Бронза. Літери, наступні за буквою Бр. в бронзі, означають: А - алюміній, Б - берилій, Ж - залізо, К - кремній, Мц - марганець, Н - нікель, О - олово, С - свинець, Ц - цинк, Ф. - фосфор.

Цифри, вміщені після літери, вказують середнє процентний вміст елементів.

У марках бронзи (як і в сталях) зміст основного компонента - міді - не вказується, а визначається по різниці. Цифри після букв, відокремлюються один від одного через тире, вказують середній вміст легуючих елементів; цифри розташовані в тому ж порядку, як і літери, що вказують на легування бронзи тим чи іншим компонентом. [4]

Бронзи безолов’яні, що обробляються тиском (ГОСТ 18175-78^[4]):

• БрА7 . Алюмінієва бронза з вмістом 7% алюмінію. Має міцність 432...490 МПа, твердість 63...72 HB. Деталі для хімічного машинобудування, ковзні контакти;

Бронзи безолов'яні ливарні (ГОСТ 493-79^[5]).

Мають високу міцність, антифрикційність, застосовуються для виготовлення деталей, що працюють у важких умовах:

• БрА10Ж3Мц2. Алюмінієва бронза з вмістом 10% алюмінію, 3% заліза та 2% марганцю. Має міцність 578 МПа, твердість 98...118 HB. Виготовляються зубчасті колеса, втулки, клапани;

• БрА10Ж4Н4Л. Алюмінієва бронза з вмістом 10% алюмінію, 4% заліза та 2% нікелю. Має міцність 578 МПа, твердість 157...167 HB. Деталі хімічної і харчової промисловості, а також деталі, що працюють при підвищених температурах. [2]

2. Хімічний склад та вплив легуючих елементів

Легування двокомпонентних алюмінієвих бронз різними елементами помітно змінює їх властивості . Основними легуючими елементами сплавів Cu - Al є залізо , марганець і нікель. У алюмінієвих бронзах , як правило , вміст заліза і нікелю не перевищує 5,5% , марганцю 3 % ( по масі), це показано в таблиці 1. Таблиця 1. Хімічний склад безолов’яних алюмінієвих бронз (ГОСТ 18175)
МАРКА БРОНЗИ	ОСНОВНІ КОМПОНЕНТИ, %								ДОМІШКИ, НЕ БІЛЬШЕ
	Al	Be	Fe	Mn	Ni	Si	Ti	Cu
БрА5	4-6	-	-	-	-	-	-	Все інше	1,6
БрА7	6-8	-	-	-	-	-	-	Все інше	1,6
БрАМц9-2	8-10	-	-	1,5-2,5	-	-	-	-"-	1,7
БрАМц10-2	9-11	-	-	1,5-2,5	-	-	-	-"-	2,8
БрАЖ9-4	8-10	-	2-4	-	-	-	-	-"-	1,7
БрАЖМц10-3-1,5	9-11	-	2-4	1-2	-	-	-	-"-	0,75
БрАЖН10-4-4	9,5-11	-	3,5-5,5	-	3,5-5,5	-	-	-"-	0,8

Залізо в твердому стані мало розчиняється у сплавах Cu - Al і утворює з алюмінієм інтерметалічне з'єднання складу Fe₃Al , яке виділяється як самостійна фаза у вигляді дрібнодисперсних частинок. При вмісті в сплавах близько 1 % Fe утворюється незначна кількість дрібнодисперсних частинок , розташованих поблизу евтектоїдної області ( α + γ2 ) і обрамлюють її . Проте зі збільшенням вмісту заліза їх кількість зростає. Так при вмісті 4 % Fe дрібнодисперсні частинки Fe₃Al утворюються як в області (α + γ2) , так і в області α . Дрібнодисперсні частинки інтерметалічного з'єднання Fe₃Al перешкоджають росту зерен в алюмінієвих бронзах при високих температурах . Під впливом заліза , яке значно покращує механічні властивості і затримує температуру рекристалізації , в алюмінієвих бронзах зникає так зване явище " мимовільного відпалу " , що приводить до підвищення крихкості сплавів. Залізо , подрібнюючи структуру , зупиняє утворення в Cu - Al сплавах , що містять 8,5-11,0 % Al , грубозернистою γ2 - фази , що виділяється у формі безперервних ланцюгів , що обумовлюють хрупкість.

Залізо в залежності від його вмісту в сплаві впливає на структуру , фазові перетворення і властивості алюмінієвих бронз таким чином: при вмісті до 1,2% воно знаходиться в твердому розчині ( α - фаза) , а при більшому вмісті - виділяється в вигляді окремих глобулярних включень , які в подвійних і потрійних сплавах , що містять нікель , зазвичай зображаються k - фазою. Приблизний склад k - фази: 85 % Cu , 10 % Al і 5 % Fe ; при вмісті в сплаві від 1,2 до 5,5% залізо робить сильну модифікуючу дію на зміну первинного зерна в литих заготовках ; при вмісті в бронзах > 5,5 % Fe ця дія зникає. Тому в промислових алюмінієвих бронзах вміст заліза звичайно не перевищує 4 %.

Залізо зміцнює алюмінієві бронзи за рахунок підвищення міцності твердого розчину ( α - фази) і виділення k - фази . Сплави з високим вмістом заліза типу БРАЖ10 - 10 відрізняються підвищеною опірністю абразивного зносу і ерозій , проте менш стійкі в морській воді.

При додатковому легуванні сплавів системи Cu - Al- Fe марганцем і нікелем значно підвищуються їх характеристики міцності і корозійна стійкість , змінюються структура і склад k - фази .

Марганець добре розчиняється в алюмінієвих бронзах в твердому стані. При вмісті Мц > 2 % в сплавах системи Cu - Al помітно прискорюється трансформація фаз α + γ2 в фазу β (марганець знижує евтектоїдну температуру і затримує розпад β - фази) ; при вмісті Mц > 8 % розпаду β - фази практично не відбувається.

Особливістю добавок марганцю в алюмінієві бронзи є також поява в них при охолодженні голчастих зародків β - фази до перетворення β - фази в α + γ2. Поява голчастих зародків α - фази особливо помітна при відпалі великогабаритних напівфабрикатів . Тому при литті морських гвинтів , що мають різну товщину від 15 до 400 мм , широко застосовують спеціальні алюмінієво- марганцеві бронзи з великим вмістом марганцю.

У бронзах типу БРАЖ10 - 4 , БрАЖ9 - 4 марганець є провідним елементом, що визначає кінетику перетворення β - фази при нагріванні і поліпшує їх гартування на глибину. У цих бронзах допускається вміст Mц до 1,5%. Однак зі зростанням змісту Mц від 2 до 5 % зменшується твердість алюмінієвих бронз після гартування при температурі 800-1000 ° С. Тому для підвищення твердості алюмінієвих бронз при термічній обробці в них повинно бути не більше 0,5 % Mц.

Марганець підвищує механічні та корозійні властивості і покращує технологічні характеристики сплавів Cu - Al. Алюмінієві бронзи , леговані марганцем , відрізняються підвищеною корозійною стійкістю , холодостійкістю і високим деформуванням в гарячому і холодному стані.

Нікель , необмежено розчинний у твердому стані в міді , практично не розчиняється в алюмінії (при температурі 560 ° С розчинність 0,02 %). Нікель збільшує область α - фази в системах Cu - Al і Cu – Al - Fe. У сплавахCu - Al- Ni під впливом нікелю область твердого розчину з пониженням температури значно зсувається в бік мідного кута , тому їх можна піддавати дисперсійному затвердіванню. Здатність до дисперсного затвердіння цих сплавів виявляється при вмісті 1 % Ni . Нікель підвищує температуру евтектоїдного розпаду β в α + γ2 до 615 ° С , затримує перетворення α + γ2 в β при нагріванні. Вплив нікелю стає особливо помітним при його вмісті більше 1,5 %. Так , при вмісті в сплаві 2 % Ni β - фаза з'являється при температурі 790 ° С , при вмісті 4 % Ni - при температурі 830 ° С.

Нікель надає сприятливу дію на структуру евтектоїда α + γ2 і псевдоевтектоїда α + β , значно збільшує стійкість фазових перетворень β - фази , а при литті і загартуванню сприяє більшому утворенню кількості метастабільної β' - фази мартенситного типу. При цьому α - фаза набуває більш округлу форму , структура стає більш рівномірною , підвищується дисперсність евтектоїда .

Легування нікелем алюмінієвих бронз помітно підвищує їх фізико -механічні властивості ( теплопровідність , твердість , міцність від утоми ) , холодостійкість та антифрикційні характеристики , корозійну і ерозійну стійкість в морській воді і слабких солянокислих розчинах ; жаростійкість і температуру рекристалізації без помітного погіршення технологічних характеристик. При вмісті в сплавах нікелю значно підвищується модифікуюча дія заліза.

Алюмінієві бронзи системи Cu - Al- Ni застосовують рідко. Нікель , як правило , вводять в алюмінієві бронзи в поєднанні з іншими елементами (переважно з залізом ) . Найбільш широкого поширення набули алюмінієві бронзи типу БрАЖН10 - 4 -4. Оптимальні властивості цих бронз досягаються при співвідношенні Fe : Ni = 1:1. При вмісті в цих бронзах 3 % Ni і < 2 % Fe k - фаза може виділятися у двох формах: у вигляді дрібних округлих включень твердого розчину на основі заліза , легованого алюмінієм і нікелем , і у вигляді тонких пластин , інтерметалліда складу NiAl . [6]

2. Методика отримання алюмінієвих бронз

Вид термообробки бронзи визначається виглядом діаграми стану Cu та основного легуючого компоненту. Алюмінієві бронзи нормалізують при 600–700° С. Складнолеговані алюмінієві бронзи гартують з t = 950°С з штучним старінням при температурі 250–300° С. [3]