- •Содержание
- •Введение
- •1. Общие сведения о цветных металлах и сплавах
- •1.1 Классификация и свойства чистых металлов
- •1.2. Цветные сплавы
- •1.1.3. Термическая обработка цветных сплавов
- •1.3. Принципы разработки литейных сплавов
- •1.3.1. Общие положения синтеза сплавов
- •1.3.2. Оптимизация состава сплавов
- •2. Легкие цветные сплавы
- •2.1. Алюминиевые сплавы
- •2.1.1. Состав и свойства первичного алюминия
- •2.1.2. Классификация и маркировка алюминиевых сплавов
- •2.1.3. Взаимодействие алюминия с другими элементами
- •2.1.4. Литейные алюминиевые сплавы
- •2.1.5. Новые поршневые сплавы и режимы их термической обработки
- •2.2. Магниевые сплавы
- •2.2.1. Состав и свойства первичного магния
- •2.2.2. Выбор основы и легирующих элементов
- •2.2.3. Классификация магниевых сплавов
- •2.2.4. Литейные магниевые сплавы
- •2.2.5. Сверхлегкие магниевые сплавы.
- •2.3. Титановые сплавы
- •2.3.1. Состав и свойства чистого титана
- •2.3.2. Взаимодействие титана с другими элементами
- •2.3.3. Классификация титановых сплавов
- •2.3.4. Литейные титановые сплавы
- •2.3.4.1. Особенности литейных свойств
- •2.3.4.2. Термическая обработка титановых сплавов
- •2.3.4.3. Области применения титановых сплавов
- •3. Тяжелые цветные сплавы
- •3.1. Медные сплавы
- •3.1.1. Состав и свойства чистой меди.
- •3.1.2. Классификация и маркировка медных сплавов.
- •3.1.3. Взаимодействие меди с другими элементами.
- •3.1.4. Литейные латуни
- •3.1.5. Оловянные бронзы
- •3.1.6. Безоловянные бронзы
- •3.1.6.1.Алюминиевые бронзы
- •3.1.6.2. Свинцовая бронза
- •3.1.6.3. Прочие безоловянные бронзы
- •3.1.7. Медно-никелевые сплавы
- •3.2. Никелевые сплавы
- •3.2.1. Состав и свойства чистого никеля
- •3.2.1. Взаимодействие никеля с другими элементами
- •3.2.2. Жаропрочные литейные никелевые сплавы
- •3.3. Сплавы тугоплавких металлов
- •3.4. Цинковые сплавы
- •3.4.1. Состав и свойства чистого цинка
- •3.4.2 Литейные цинковые сплавы
- •Марки и химический состав литейных цинковых сплавов (гост 25140–93)
- •Некоторые физические и технологические свойства литейных цинковых сплавов (гост 25140–93)
- •3.4.3. Антифрикционные цинковые сплавы
- •3.5. Сплавы на основе олова и свинца
- •3.6. Легкоплавкие сплавы
- •3.7. Сплавы благородных металлов
- •3.7.1. Золото и его сплавы
- •3. Тяжелые цветные сплавы Медные сплавы. Классификация и маркировка медных сплавов
- •Методические указания
- •Плавка цветных сплавов
3.1.6. Безоловянные бронзы
При существенном повышении требований к механическим свойствам материала и герметичности отливок оловянные бронзы часто оказываются непригодными и требуют замены сплавами с более высокими эксплуатационными и технологическими свойствами. Необходимость применения других сплавов вызывается и дефицитностью олова.
Безоловянные литейные бронзы (ГОСТ 493-79) можно подразделить на три группы: алюминиевые, свинцовые и сурьмянистые. Их состав приведен в таблице 9. Литейщикам иногда приходится плавить и получать отливки из некоторых деформируемых бронз (ГОСТ 19175-78). В качестве деформируемых сплавов используют марганцовые, кремнистые и бериллиевые бронзы. Состав этих сплавов также показан в табл. 9
Механические, физические и технологические свойства литейных безоловянных бронз приведены соответственно в таблицах 10 и 11 .
3.1.6.1.Алюминиевые бронзы
Из разд. 3.1.3. следует, что по своим свойствам алюминий относится к основным легирующим добавкам для меди. Первые сведения об алюминиевых бронзах появились в 1870 г., но они длительное время не применялись для получения фасонных отливок из-за образующейся на поверхности прочной плены окислов алюминия. Во время литья плены попадали в тело отливок, резко ухудшая их качество. Совершенствование технологии литья пленообразующих сплавов способствовало широкому применению алюминиевых бронз для получения качественных отливок.
Алюминиевые бронзы обладают высокими механическими свойствами, которые достигнуты в результате удачного подбора легирующего комплекса и могут быть улучшены термической обработкой. Алюминиевые бронзы оказались в числе немногих материалов, удовлетворивших современным требованиям к прочности и герметичности медных сплавов в сочетании с высокой коррозионной стойкостью.
Медный угол диаграммы состояния системы Cu-Al приведен на рис.
Рис. Диаграмма состояния системы Cu – Al
При эвтектической температуре 1035 оС в меди растворяется до 7,4 % Al При понижении температуры область α –твердого раствора расширяется до 9,4 % при температуре 565 оС и далее растворимость не меняется до комнатной температуры. В сплавах, содержащих от 9 до 15 % Al, появляется β -фаза, представляющая собой твердый раствор на базе интерметаллида Cu3Al. Ниже температуры 565 оС β –фаза распадается с образованием эвтектоида α + γ2. Новая фаза γ2 представляет собой твердый раствор на базе соединения Cu32Al19. Таким образом структура двойных сплавов при увеличении концентрации Al меняется от однофазного α –твердого раствора до смеси α –твердого раствора и эвтектоида α + γ2. На рис. приведена микроструктура двойной бронзы с 10 % Al, в которой присутствуют обе составляющие.
Рис. .Микроструктура двойной бронзы с 10 % Al в литом состоянии: а – структурные составляющие (х250); б – строение эвтектоида (х500).
При увеличении количества эвтектоида растут прочностные характеристики бронзы, но резко снижаются пластичность и ударная вязкость (рис .), поэтому в промышленных сплавах содержание алюминия ограничено в пределах 9 – 11,5 %.
Мальцев стр. 167 рис. 85
Рис. Изменение механических свойств двойных алюминиевых бронз в зависимости от содержания алюминия
Все промышленные алюминиевые бронзы являются многокомпонентными сплавами. Из большого числа элементов, которые можно отнести к основным и вспомогательным добавкам, в алюминиевых бронзах используют присадки марганца, железа, никеля и цинка.
Добавки железа (1 – 4 %) измельчают зерно бронз и упрочняют твердый раствор. Крупногабаритные отливки из алюминиевых бронз склонны к самоотжигу (при медленном охлаждении в песчаных формах происходит рост зерна и фаза γ2в эвтектоиде выделяется в виде крупных пластин, что снижает пластичность). Железо подавляет это явление и замедляет эвтектоидный распад, что благоприятно сказывается на механических свойствах сплавов. В структуре латуни при содержании железа на верхнем пределе появляется самостоятельная железистая фаза. Из рис. где приведена микроструктура алюминиевожелезистой бронзы (по границам светлых кристаллов α –твердого раствора располагаются темные включения эвтектоида и мелкие включения железистой фазы) видно, что под влиянием добавки железа она стала более дисперсной, чем у двойной латуни (см. рис..). Бронза БрА9Ж3Л подходит для изготовления массивных деталей, отливаемых в песчаных формах (зубчатые венцы, гайки нажимных винтов, ободья и др.). Рабочие температуры до 250 оС.
Рис. . Микроструктура литой бронзы БрА9Ж4. х75
Марганец хорошо растворяется в бронзах и оказывает растворное упрочнение. Он существенно повышает коррозионную стойкость сплавов. Из бронз БрА9Мц2 и БрА10Мц2Л изготовляют зубчатые колеса, шестерни венцы зубчатых колес, ходовые гайки, втулки и др. детали, работающие на истирание; корпуса насосов, тарелки клапанов, а также различные детали, работающие в пресной воде, топливе и паровой атмосфере при температурах до 250 оС.
Никель образует новые интерметаллические фазы Ni3Al и NiAl с переменной растворимостью в твердом растворе. Это придает бронзе способность к дисперсионному твердению в ходе закалки и старения. Алюминиевые бронзы с никелем БрА10Ж4Н4Л и БрА11Ж6Н6 используют для деталей нефтяной, химической и пищевой аппаратуры, работающей при температурах до 500 оС и для арматуры, работающей в морской воде. Антифрикционные детали из этих бронз выдерживают более высокие давления и скорости, чем из других алюминиевых бронз.
Из алюминиевых бронз, имеющих малый интервал кристаллизации, получаются плотные отливки с концентрированными усадочными раковинами, которые необходимо выводить в прибыли. Усадка больше, а жидкотекучесть лучше, чем у оловянных бронз. Они склонны к образованию крупнозернистой столбчатой структуры. Этот недостаток можно устранить, кроме добавок железа, модифицированием бором, ванадием, ниобием.