- •Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины
- •Схемы микроструктуры заданных бронз в литом состоянии. Их химический состав и применение.
- •Марки сплавов, их
- •Физические свойства материала м00 .
- •Физические свойства материала м0б .
- •Физические свойства материала м2р .
- •Физические свойства материала м3 .
- •Физические свойства материала мнжМц30-1-1 .
- •Физические свойства материала мн19 .
- •Физические свойства материала ла77-2 .
- •Физические свойства материала лоМш70-1-0.05 .
- •Физические свойства материала лс59-1 .
- •Физические свойства материала лжМц59-1-1 .
- •Физические свойства материала лц38Мц2с2 .
- •Физические свойства материала лц16к4 .
- •Физические свойства материала БрА9ж3л .
- •Физические свойства материала БрМц5 .
- •Коэффициент трения материала БрМц5 .
- •Определить по маркам фазовые превращения при охлаждении медных сплавов
Схемы микроструктуры заданных бронз в литом состоянии. Их химический состав и применение.
Бронзами называют сплавы меди, в которых цинк и никель не
являются основными легирующими элементами.
Название бронзам дают по названию основного легирующего
элемента, например, оловянная, алюминиевая и т.п. Отдельные
бронзы в качестве легирующего компонента содержат цинк, но он не
является основным. Но фазовому составу бронзы делят на
однофазные и двухфазные. Однофазные бронзы состоят из зерен
твердого раствора легирующих элементов в меди, называемого a -
фазой. По технологическому признаку бронзы, как и латуни, делят на
2 группы: литейные и деформируемые. Литая однофазная бронза
имеет структуру неоднородного твердого раствора, т.е. дендритную
структуру. Дендриты любого сплава всегда обогащены более
тугоплавким компонентом, а междендритные объемы – более
легкоплавким. Схемы микроструктуры литой и деформированной
однофазных бронз аналогичны соответствующим схемам латуни . В двухфазных бронзах наряду с a -фазой присутствуют кристаллы
более твердого химического соединения той или иной природы,
которые могут присутствовать в структуре либо в виде отдельных
кристаллов, либо являться составной частью эвтектоида. Например
микроструктура литой двухфазной бронзы БрА10 состоит из следующих
структурных составляющих – светлых участков a -фазы (это твердый
раствор алюминия в меди) и темных участков эвтектоидной смеси a -
фазы и химического соединения.
Микроструктура литой двухфазной бронзы
(справа – схематическое изображение)
Оловянные бронзы – это сплавы меди с оловом, которые могут
содержать, добавки фосфора, свинца, цинка, никеля и других
легирующих элементов. Обладая достаточной прочностью, они имеют
высокую коррозионную стойкость (особенно в морской воде),
хорошие антифрикционные свойства низкий коэффициент трения,
высокое сопротивление износу. Небольшие добавки фосфора (0,1 –
0,4 %) в оловянные бронзы вводят с целью их раскисления. Добавки
цинка улучшают литейные свойства (вследствие уменьшения
интервала кристаллизации), а добавки свинца –антифрикционные
свойства.
Характер взаимодействия меди с оловом при их сплавлении
определяется диаграммой состояния медь-олово.
Диаграмма состояния Cu-Sn
Широкая область α-твердых растворов, указанная на диаграмме
сплошной линией, характерна только лишь для равновесных сплавов.
В реальных условиях охлаждения при литье в металлические и
земляные формы эта область значительно сужается (пунктирная
линия).
Алюминиевые бронзы содержат обычно добавки марганца,
железа, никеля, свинца. Марганец улучшает коррозионную стойкость,
никель и железо прочностные свойства, свинец – антифрикционные
свойства и обрабатываемость резанием алюминиевых бронз.
Помимо оловянных и алюминиевых бронз в судовых механизмах
применяются кремнистые и бериллиевые бронзы. Последние близки к
алюминиевым бронзам по значению свойств и технологическим
характеристикам.
Большинство литейных оловянных бронз применяется для
изготовления ответственных отливок. Отливки из алюминиевых бронз
обычно получают литьем в кокиль или песчаные формы. Обратите
внимание на особенность маркировки литейных бронз.
Сплавы на основе меди с содержанием до 9,8 % имеют
однофазную структуру твердого раствора алюминия в меди (α).
При больших концентрациях алюминия сплавы имеют
двухфазную структуру, состоящую из твердого раствора (α) и
эвтектоида (α+γ′). Фаза γ является твердым раствором на основе
электронного соединения Cu32Al19 со сложной кубической решеткой.
«Медный» участок диаграммы состояния Cu-Al
Микроструктура литой бронзы БрА10
Показана структура алюминиевой бронзы, состоящей из
зерен твердого раствора α (светлый фон) и эвтектики α+γ (темный
фон); γ-фаза представляет химическое соединение СuАl2.
a - фаза (a +g ) – фаза.
Алюминиевая бронза (×120):
а) структура (травитель – соляная кислота плотностью 1,19);
б) схематическое изображение
Сложнолегированные алюминиевые бронзы, кроме указанных
структурных составляющих, содержат точечные включения железной
составляющей, равномерно распределенной по всему шлифу на
светлом фоне α-фазы.
Большинство алюминиевых бронз относится к термически
неупрочняемым сплавам, деформируемые полуфабрикаты подвергают
до- и рекристаллизационному отжигу. Сложнолегированные (Ni, Fe)
бронзы являются термически упрочняемыми и к ним применяют
термическую обработку, состоящую из закалки и отпуска.
Бериллиевая бронза обладает исключительно ценными
качествами, диаграмма состояния этой системы приведена.
Она имеет высокую прочность и твердость, повышенный предел
упругости и усталости. Бериллиевая бронза является ценным
пружинным материалом, она с успехом применяется для изготовления
деталей, работающих на износ. Этот материал не дает искр при ударе,
кроме того, он не магнитен. Большую часть продукции из
бериллиевой бронзы выпускают в виде деформированных
полуфабрикатов. Бериллиевая бронза является также хорошим
литейным материалом.
Диаграмма состояния Cu-Be
Наиболее высокие механические свойства имеют сплавы с 2,0-
2,5 % бериллия. Как видно из диаграммы состояния, они являются
дисперсионно-твердеющими. Растворимость бериллия в меди при
комнатной температуре не превышает 0,2 %. Закалка с 800оС
фиксирует пересыщенный раствор бериллия в меди. Последующее
искусственное старение при 300 – 350оС приводит к резкому
повышению твердости и прочности, которое связано с выделением из
твердого раствора γ (CuBe) – фазы в форме дисперсных включений.
Широкому распространению бериллиевой бронзы препятствует ее
высокая стоимость и дефицитность.
Свинцовистая бронза. Сплавы меди со свинцом (свинцовистые
бронзы) имеют широкое применение как подшипниковые материалы.
Наибольшее распространение получила свинцовистая бронза с
содержанием 30 % свинца (БрС30). Структура такой бронзы состоит
из зерен меди (основное светлое поле) и включений свинца (темные
участки). Свинец, как уже отмечалось, практически не
растворяется в меди. Медь выполняет функции несущего нагрузку
каркаса, а свинец играет роль смазки (под нагрузкой свинец
выдавливается на несущую поверхность).
Свинцовистая бронза (×200) %:
а) структура (травитель –раствор аммиака
(25 %, 1 часть) с перекисью водорода (3 %, 1 часть по объему));
б) схематическое изображение
Сравнивая свойства отдельных видов бронз, следует отметить, что
оловя-нистые бронзы отличаются меньшим коэффициентом усадки;
алюминиевая и кремнистая имеют более высокие прочностные
свойства; алюминиевая бронза отличается более высокой химической
стойкостью, чем оловянистая. Наилучшей жидкотекучестью обладает
кремнецинковая бронза. Максимальная твердость и упругость
характерна для бериллиевой бронзы БрБ2 с содержанием бериллия Be
~ 2 %.