Латуни.. Бронзы.. Оловянные бронзы.

Латуни.

Медь с цинком образует твердый раствор с предельной концентрацией цинка 39%. При большем содержании цинка образуется электронное соединение CuZn (β-фаза) с кристаллической решеткой объемно- центрированного куба. При температуре 454-468 °С наступает упорядочение β-фазы (β'-фаза), сопровождающееся значительным повышением ее твердости и хрупкости. В отличие от равновесного состояния β'-фаза появляется в структуре латуней при- содержании цинка около 30%. В соответствии с изменением структуры меняются механические свойства латуней. Когда латунь имеет структуру α-твердого раствора, увеличение содержания цинка вызывает повышение ее прочности и пластичности. Появление β'-фазы сопровождается резким снижением пластичности, прочность продолжает повышаться при увеличении цинка до 45%, пока латунь находится в двухфазном состоянии.

Переход латуни в однофазное состояние со структурой β'-фазы вызывает резкое снижение прочности. Практическое значение имеют латуни, содержащие до 45% Zn. Сплавы с большим содержанием цинка отличаются высокой хрупкостью. Химический состав некоторых промышленных латуней и их механические свойства представлены в ГОСТ 15527-70, ГОСТ 17711-80.

Двойные латуни по структуре подразделяют на две группы:

1) однофазные со структурой α-твердого раствора;

2) двухфазные со структурой (α + β)- фаз.

В связи с высокой пластичностью однофазные латуни хорошо поддаются холодной пластической деформации, которая значительно повышает их прочность и твердость. Рекристаллизационный отжиг проводится при 600-700°С.Повышение содержания цинка удешевляет латуни, улучшает их обрабатываемость резанием, способность прирабатываться и противостоять износу. Вместе с тем уменьшаются теплопроводность и электрическая проводимость, которые составляют 20-50% от характеристик меди.

Примеси повышают твердость и снижают пластичность латуней. Особенно неблагоприятно действуют свинец и висмут, которые в однофазных латунях вызывают красноломкость. Поэтому однофазные латуни в основном выпускают в виде холоднокатаных полуфабрикатов: полос, лент, проволоки, листов, из которых изготовляют детали методом глубокой вытяжки (радиаторные трубки, снарядные гильзы, сильфоны, трубопровода), а также детали, требующие по условиям эксплуатации низкую твердость (шайбы, втулки, уплотнительные кольца и др.).

В двухфазных латунях вследствие α↔β-превращения легкоплавкие эвтектические фазы находятся не по границам, а внутри зерен твердого раствора и не влияют на их способность к горячей пластической деформации. Иногда добавляют свинец для улучшения обрабатываемости резанием и повышения антифрикционных свойств. Ввиду малой пластичности при низких температурах эти латуни выпускают в виде горячекатаного полуфабриката: листов, прутков, труб, штамповок. Из них изготовляют втулки, гайки, тройники, штуцеры, токопроводящие детали электрооборудования и др. Вследствие небольшого температурного интервала кристаллизации двойные латуни обладают низкой склонностью к дендритной ликвации, высокой жидкотекучестью, малой рассеянной усадочной пористостью и хорошей герметичностью. Но, несмотря на это, они практически не применяются для фасонных отливок, так как имеют довольно большую концентрированную усадочную раковину. Этот недостаток в меньшей степени присущ легированным латуням.

Легированные латуни применяют как для деформируемых полуфабрикатов, так и в виде фасонных отливок.

Литейные латуни, как правило, содержат большее количество цинка и легирующих элементов.Помимо свинца для легирования латуней используют Al, Fe, Ni, Sn, Si. Эти элементы повышают коррозионную стойкость латуней. Поэтому легированные латуни широко применяют в речном и морском судостроении (конденсаторные и манометрические трубки и другие детали). Оловянные латуни (ЛО70-1) называют морскими.

Алюминий повышает прочность, твердость латуней. Практическое применение находят высокомедистые латуни с добавлением алюминия до 4% (ЛA77-2), которые благодаря однофазной структуре хорошо обрабатываются давлением. Алюминиевые латуни дополнительно легируют никелем, железом, марганцем, кремнием, обладающими переменной растворимостью в α- твердом растворе, что позволяет упрочнять эти латуни с помощью закалки и старения. Временное сопротивление после такой обработки достигает 700 МПа. Хорошая пластичность в закаленном состоянии позволяет дополнительно упрочнять сплавы с помощью пластической деформации (перед старением). Обработка по схеме «закалка + + пластическая деформация + старение» обеспечивает повышение временного сопротивления до 1000 МПа. Кремний улучшает жидкотекучесть, свариваемость и способность к горячей и холодной пластической деформации латуней. Кремнистые латуни характеризуются высокой прочностью, пластичностью, вязкостью не только при 20-25 °С, но и при низких температурах (до —183°С). При легировании латуни для получения однофазной структуры используют небольшие добавки кремния (ЛK80-3). Эти латуни применяют для изготовления арматуры, деталей приборов, в судо- и общем машиностроении. Никель повышает растворимость цинка в меди и улучшает механические свойства латуней. Никелевые латуни (например, ЛH65-5) хорошо обрабатываются давлением в холодном и горячем состояниях.

Бронзы.

Оловянные бронзы.

Из диаграммы состояния Cu-Sn следует, что предельная растворимость олова в меди соответствует 15,8% . Сплавы этой системы характеризует склонность к неравновесной кристаллизации, в результате чего в реальных условиях охлаждения значительно сужается область α-твердого раствора, его концентрация практически не меняется с понижением температуры, не происходит эвтектоидного превращения δ-фазы и при содержании олова более 5-8% в структуре сплавов присутствует эвтектоид (α +δ), где δ-фаза - электронное соединение Cu₃Sn₈ со сложной кубической решеткой. Оно обладает высокой твердостью и хрупкостью. Появление δ-фазы в структуре бронз вызывает резкое снижение их вязкости и пластичности. Поэтому, несмотря на повышение прочности при дальнейшем увеличении количества олова до 25%, практическое значение имеют бронзы, содержащие только до 10% Sn.

Двойные оловянные бронзы применяют редко, так как они дороги. Широкий температурный интервал кристаллизации обусловливает у них большую склонность к дендритной ликвации, низкую жидкотекучесть, рассеянную усадочную пористость и поэтому невысокую герметичность отливок.

Оловянные бронзы легируют Zn, Pb, Ni, Р. Для экономии более дорогостоящего олова в бронзы добавляют от 2до 15% Zn. В таком количестве цинк полностью растворяется в α-твердом растворе, что способствует повышению механических свойств. Уменьшая интервал кристаллизации оловянных бронз, цинк улучшает их жидкотекучесть, плотность отливок, способность к сварке и пайке. Свинец повышает антифрикционные свойства и улучшает обрабатываемость резанием оловянных бронз. Фосфор, являясь раскислителем оловянных бронз, повышает их жидкотекучесть, износостойкость улучшается благодаря появлению твердых включений фосфида меди Сu₃Р. Кроме того, он повышает временное сопротивление, предел упругости и выносливость бронз. Никель способствует измельчению структуры и повышению механических свойств.

Бронзы хорошо обрабатываются резанием, паяются, хуже свариваются.

Среди медных сплавов оловянные бронзы имеют самую низкую линейную усадку (0,8% при литье в землю и 1,4% при литье в металлическую форму), поэтому они используются для получения сложных фасонных отливок. Двойные низколегированные литейные бронзы содержат 10% Sn. Для удешевления оловянных бронз содержание олова в некоторых стандартизованных литейных бронзах снижено до 3-6%. Большое количество Zn и РЬ повышает их жидкотекучестъ, улучшает плотность отливок, антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием. Структура оловянных бронз (БрО3Ц12С5, БрО4Ц4С17, БрОЮЦ2 и др.) полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к структуре антифрикционных сплавов. Высокая коррозионная стойкость в атмосферных условиях, пресной и морской воде способствует широкому применению литейных бронз для пароводяной арматуры, работающей под давлением. Рассеянная пористость не мешает этому, поскольку у поверхности отливок имеется зона с мелкозернистой структурой, обладающая высокой плотностью. При усовершенствовании технологии получают отливки, выдерживающие давление до 30 МПа.

Деформируемые бронзы содержат до 6-8% Sn. В равновесном состоянии они имеют однофазную структуру α-твердого раствора. В условиях неравновесной кристаллизации наряду с твердым раствором может образоваться небольшое количество δ-фазы. Для устранения дендритной ликвации и выравнивания химического состава, а также улучшения обрабатываемости давлением применяют диффузионный отжиг, который проводят при 700-750 °С : При холодной пластической деформации бронзы подвергают промежуточным отжигам при 550-700 °С. Деформируемые бронзы характеризуются хорошей пластичностью и более высокой прочностью, чем литейные. Наряду с хорошей электрической проводимостью, коррозионной стойкостью и антифрикционностью деформируемые бронзы обладают высокими упругими свойствами и сопротивлением усталости. Их используют для изготовления круглых и плоских пружин в точной механике, электротехнике, химическом машиностроении и других областях промышленности.

⇐ Предыдущая 1 234 5 Следующая ⇒