9.4.2.Бронзи

Бронзи – це дво- або багатокомпонентні сплави міді з оловом, алюмінієм, свинцем, берилієм, кремнієм хромом та іншими елементами, серед яких цинк не є основним.

Серед бронз найпоширенішими є багатокомпонентні, рідше – двокомпонентні. В залежності від основного легуючого елементу бронзи поділяють на олов’яні, алюмінієві, кремнієві, свинцеві, берилієві та інші, а за технологічною ознакою – ливарні і деформівні.

Бронзи мають добрі ливарні властивості. Їх усадка при литті в три рази менша, ніж у стальних виливках. Більшість бронз мають достатньо високу корозійну стійкість. Вони широко використовуються як антифрикційні сплави.

Маркують бронзи літерами Бр, за якими слідують літери, що вказують легуючі елементи, та числа, які вказують їх процентний вміст. Позначення легуючих елементів у бронзах такі ж, як і у латунях. Наприклад, БрОЦС5-5-5 – це деформівна бронза з вмістом 5% Sn, 5% Zn, 5% Pb, решта (85%) – мідь. У марках ливарних бронз числа, які вказують вміст легуючих елементів, ставлять за відповідною літерою. Наприклад, БрО5Ц5С5 – це ливарна бронза, яка містить 5% Sn, 5% Zn і 5% Pb, решта – мідь.

9.4.2.1.Олов’яні бронзи

Олов’яні бронзи – найстаріші з металевих сплавів. Структура двокомпонентних олов’яних бронз у рівноважному стані визначається діаграмою стану Cu-Sn (рис. 9.4).

При їх кристалізації утворюються такі тверді фази:

- -твердий розчин олова в міді з ГЦК-граткою (максимальна розчинність 15,8 % при температурі 520...586 С);

- -твердий розчин на базі електронної сполуки Cu₅Sn;

- -електронна сполука Cu₃₁Sn₈ зі складною кубічною граткою;

- -твердий розчин на базі хімічної сполуки Cu₃Sn;

- -електронна сполука Cu₃Sn;

- -хімічна сполука Cu₆Sn₅.

Олов’яні бронзи за структурою поділяють на однофазні () та двофазні (+). Звичайно -фаза виділяється при вмісті олова більше 6 %. Вона підвищує твердість і крихкість бронз. Тому бронзи з вмістом більше 6% Sn не піддаються деформуванню і їх використовують у литому стані.

Рис. 9.4. Діаграма стану сплавів Cu-Sn

Характерною особливістю олов’яних бронз є дуже мала усадка, тому їх використовують для отримання дуже складних за конфігурацією виливків. Але вони мають невисоку рідкотекучість і не утворюють при кристалізації концентровану усадочну раковину, що пов’язано зі значною різницею в температурах між лініями ліквідус і солідус.

Механічні властивості олов’яних бронз суттєво залежать від вмісту олова. Пластичність їх різко починає знижуватись при 5% Sn, а міцність – при 25% Sn.

У промисловості застосовують бронзи, які містять до 10...12% Sn. Завдяки їх високій хімічній стійкості з них виготовляють парову і водяну арматуру. Крім того з них виготовляють вкладиші підшипників ковзання, тобто використовують як антифрикційний матеріал.

Двокомпонентні олов’яні бронзи мають високу вартість, тому, щоб здешевити їх і поліпшити технологічні і механічні властивості, їх додатково легують цинком, свинцем, нікелем і фосфором.

Цинк дешевий, тому його вводять у великих кількостях, але не більше його розчинності в α-фазі. Нікель подрібнює зерна, збільшує міцність і пластичність, підвищує стійкість до корозії. Свинець знижує механічні властивості, поліпшує антифрикційні властивості, покращує оброблюваність різанням, проте підвищує щільність виливків. А фосфор підвищує міцність і рідкотекучість бронз.

Бронзи маркують літерами Бр (бронза), літерами інших компонентів і числами, які відповідають масовій частці легуючих елементів. Наприклад, БрО10 – бронза олов’яна, містить 10% олова, решта (90%) – мідь.

Розрізняють деформівні і ливарні олов’яні бронзи.

Деформівні бронзи містять до 8% олова, 5% цинку, 4,5% свинцю та 0,35% фосфору. Щоб забезпечити добру пластичність, масову частку олова обмежують шістьма відсотками. Вироби, виготовлені з таких бронз (стрічки, прутки, дріт), поставляють у нагартованому (твердому) й відпаленому (м’якому) стані. Щоб наблизити структуру до рівноважного стану, бронзу відпалюють, в результаті чого отримують однофазну (α-фаза) структуру.

Ливарні бронзи мають низьку пластичність. З підвищенням вмісту олова до 9...11% у нерівноважній структурі з’являється крихка δ-фаза, яка й погіршує пластичність. Олов’яні бронзи, які мають двофазну структуру (α+δ) є антифрикційними матеріалами, адже вкраплення твердих зерен δ-фази протистоять спрацьовуванню, а м’яка α-фаза матриці сприяє доброму припрацьовуванню тертьових поверхонь. Окрім різноманітних втулок, вкладишів підшипників, вінців черв’ячних коліс, з ливарних бронз виготовляють сантехнічну арматуру.