инженеров.net - научно-познавательный сайт

Основой литейных оловянных бронз являются системы Cu-Sn и Cu-Sn-Zn-(Pb). Широкое применение нашли в промышленности оловянные бронзы, содержащие олова не более 10-12 и редко - 12-20 %. Для этих бронз характерны широкий температурный интервал кристаллизации и значительная растворимость олова в твердом состоянии.

Структура бронз, содержащих до 8 % Sn, представляет собой α - твердый раствор дендритного строения с неравномерным распределением компонентов вследствие дендритной ликвации. Структура сплавов с концентрацией Sn не более 8% состоит из α - фазы и эвтектоида α + σ (CUSSnS). Твердая интерметаллидная фаза CUSSnS вызывает увеличение прочности и твердости; максимальных значений эти величины достигают при 20 - 35% Sn. Прочность бронз увеличивается с возрастанием содержания упрочняющих элементов.

В зависимости от процентного содержания олова оловянные бронзы подразделяют на бронзы:
общего назначения (содержание олова до 6-10%);
высокопрочные (содержание олова до 16-19%);

В зависимости от содержания легирующих компонентов различают оловянные бронзы: оловянные и оловянно - цинковые (БрО8Ц8, БрО10Ц2, БрО10Ф1);
оловянно - цинково - свинцовые (БрО4Ц4С17, БрО5ЦС, БрО3Ц12 С5, БрО6Ц6С3, БрО3Ц7С5Н1);
свинцовые и оловянно - свинцовые (БрО5С25,ЬрО10С10).

Химический состав оловянных литейных бронх (таблица 1) должен соответствовать ГОСТ 613-79, который содержит бронзы с содержанием олова не более 10 %, что связано с необходимостью экономного легирования. Нижний предел легирования (2-3 % Sn) определяется необходимостью получения минимального растворенного упрочнения.

Часто оловянные бронзы, как правило, не применяют, их легируют компонентами, улучшающими механические, технологические и эксплуатационные свойства.

Цинк является одним из основных легирующих компонентов оловянных бронз. Он сходит в твердый раствор и несколько повышает прочность и пластичность сплавов, а также улучшает растворимость распределения свинца, способствует возрастанию коррозионной стойкости бронзы в морской воде. Цинк позволяет экономить более дефицитное и дорогое олово, снижает интервал кристаллизации, что способствует жидкотекучести, плотности и уменьшению склонности отливок к обратной ликвидации.

Свинец образует в структуре медных сплавов мягкую металлическую фазу. При этом прочность и твердость сплавов снижается, но улучшается антифрикционные свойства. Оптимальные концентрации свинца повышают жидкотекучесть сплавов, их плотность и герметичность.

Фосфор является интенсивным раскислителем медных сплавов и упрочнителем как по типу, так и вследствие образования химических соединений. Фосфор снижает температуру плавления и улучшает практическую жидкотекучесть.

Никель измельчает макрозерно, повышает пластичность и прочность, уменьшает ликвацию в оловянно - свинцовых бронзах.

Из оловянных бронз в чушках (таблица 2) изготавливают оловянные литейные бронзы по ГОСТ 613-79. Химический состав оловянных бронз в чушках должен соответствовать ГОСТ 614-73,

Чушки должны иметь один или несколько пережимов, масса чушек не превышает 42 кг. Назначение оловянных бронз в чушках и их маркировка приведены в таблица 3.

Прочность и твердость бронз увеличивается с возрастанием содержания упрочняющих легирующих элементов, причем олово является более сильным упрочнителем, чем цинк. В бронзах, не содержащих эвтектоид, относительное удлинение составляет 6-10%, а появление эвтектоида снижает относительное удлинение до 1-3%.

Оловянные бронзы из-за большого интервала кристаллизации обладают умеренной жидкотекучестью. Минимальная жидкотекучесть соответствует концентрации олова 10-12%. В оловянных бронзах образуется значительная усадочная пористость и очень небольшая усадочная раковина, что обуславливает малую линейную усадку (~ 0,8%) при литье в песочные формы, обеспечивает четкое воспроизведение рельефа формы в сложных отливках при художественном литье, а также в отливках с резкими переходами от толстых сечений к тонким. Отливки в кокиль более плотны, линейная усадка увеличивается до 1,4 %. В большинстве случаев горячеломкость отливок невелика и вызывается главным образом наружной ковкой.

Физические, механические и технические свойства оловянных бронз приведены в таблицах 4, 5, 6.

Для получения литых деталей применяются в основном стандартные литейные оловянные бронзы в чушках, а для изделий ответственного назначения - высокооловянные бронзы, выплавляемые из первичных (чистых) металлов. Отливки из оловянных бронз в чушках дешевле, но их механические свойства несколько ниже, чем механические свойства отливок, выплавляемых из первичных металлов.

Из литейных оловянных бронз получают главным образом литые детали, работающие под давлением или в условиях трения (таблица 7).

Безоловянные бронзы. Литейные безоловянные бронзы подразделяют на четыре группы: алюминиевые, марганцевые, свинцовые и сурьмянистые (ГОСТ 493-79). Химический состав безоловянных бронз приведен в таблице 8.

Наибольшее распространение в литейном производстве получили алюминиевые бронзы. Они имеют хорошую коррозионную стойкость в пресной и морской воде, хорошо противостоят разрушению в условиях кавитации, обладают меньшим, чем оловянные бронзы, антифрикционным износом.

Сплавы Cu-Al кристаллизуются в узком температурном интервале (46оС), что приводит к последовательному затвердеванию и образованию в отливках столбчатой структуры, в результате чего ухудшается пластичность. В связи с этим все алюминиевые бронзы содержат добавки 1-4% (мас. доля) Fe.

Железо вводят в сплав для измельчения зерна и упрочнения твердого раствора, замедления эвтектоидного распада β - фазы, предотвращающей тем самым явление самопроизвольного отжига при литье крупногабаритных фасонных отливок в песчаные формы.

Марганец хорошо растворяется в алюминиевой бронзе, повышает ее коррозионную стойкость, повышает прочность и пластичность.

Никель в алюминиевых бронзах образует фазы Ni3Al и NiAl с переменной растворимостью в твердом состоянии, смещает однофазную область при понижении температуры в сторону медного угла, что позволяет алюминиевые бронзы упрочнять термической обработкой.

Цинк несколько снижает технологические свойства сплава и поэтому в алюминиевых бронзах применяется редко.

Для неответственных отливок широко применяют безоловянные литейные бронзы в чушках (таблица 9) Чушки используют для изготовления бронз по ГОСТ 493-79.

Безоловянные бронзы имеют высокие механические, антикоррозионные и антифрикционные свойства, а также обладают рядом специальных свойств - высокими электропроводностью, теплопроводностью и паростойкостью.

Таблица 1. Химический состав [ % (мас. доля) ] оловянных литейных бронз

Примечание:
1. В бронзах БрО3Ц12С5, БрО8Ц4 и БрО10Ц2 сумма примесей Si и Ai не должна превышать 0,02% (мас. доля).
2. В бронзе БрО10Ф1 содержится 0,4-1,1% (мас. доля) Р; в бронзе БрО3Ц7С5Н1 - 0,5 - 25 % (мас. доля)

Таблица 2. Химический состав [ % (мас. доля) ] оловянных бронз в чушках (по ГОСТ 614-73)

Примечание: В бронзах всех марок также примесей, % (мас. доля); не более Sb 05; Fe 0,4; Р 01; As 0,15; Mg 0,02; S 0,08; общая сумма определяемых примесей 1,3% (мас. доля).

Таблица 3. Марки оловянных бронз, получаемых из бронз в чушках, и маркировка оловянных бронз в чушках.

Таблица 4. Физические свойства литейных оловянных бронз

Продолжение таблицы 4

Таблица 5. Механические свойства литейных оловянных бронз

Примечание: В числителе приведены механические свойства для отливок, полученных в кокиль, в знаменателе - литьем в песчаную форму.

Таблица 6. Технологические свойства литейных оловянных бронз

Продолжение таблицы 6

Примечание: Для бронз всех марок характерны невысокая горячеломкость, высокая герметичность, средняя склонность к газонасыщению и высокая коррозионная стойкость, рабочие температуры 280-286^оС.

Таблица 7. Области применения литейных оловянных бронз

 Таблица 8. Химический состав [% (мас. доля) ] безоловянных литейных бронз (по ГОСТ 493-79)

 Примечание: В бронзу БрСу3Н3Ц3С20Ф в качестве легирующих элементов добавлены, % (мас. доля): Р 0,15-0,3; Sb 3-4.