Sunday, Oct 22nd

Last update08:30:58 AM GMT

Оловянные бронзы

( 5 Votes )

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

Марка сплава

Легирующие элементы

сумма определенных примесей

Sn

Zn

Pb

БрО3Ц12С5

2 - 3,5

8 - 15

3 - 6

1,3

БрО3Ц7С5Н1

2,5 - 4

6 - 9,5

3 - 6

1,3

БрО74Ц7С5

3 - 5

6 - 9

4 - 7

1,3

БрО4ЦС17

3,5 - 5,5

2 - 6

14 - 20

1,3

БрО5Ц5С5

4 - 6

4 - 6

4 - 6

1,3

БрО5С25

4 - 6

-

23 - 26

1,3

БрО6Ц6С3

5 - 7

5 - 7

2 - 4

1,3

БрО8Ц4

7 - 9

4 - 5

-

1,0

БрО10Ф1

9 - 11

-

-

1,0

БрО10Ц2

9 - 11

1-3

-

1,0

БрО10С10

9 - 11

-

8 - 11

0,9

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)

Марка бронзы

Легирующие элементы

Примеси, не юолее

Sn

Zn

Pb

Ni

Al

Si

Ni

БрО5Ц6С5

4,1-6,0

4,5-6,5

4,0-6,0

-

0,05

0,05

1,0

БрО3Ц13С4

2,1-3,5

9,0-16,0

3,0-6,0

-

0,02

0,02

2,0

БрО3Ц8С4Н1

2,6-4,0

7,0-10,0

3,0-6,0

0,5-2,0

0,02

0,02

-

БрО4Ц7С5

3,1-5,5

6,5-9,0

4,0-7,0

-

0,05

0,05

2,0

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.

Марка оловянных бронз

Чушки маркируются цветной полосой

в чушках

получаемой из чушек

БрО5Ц6С5

БрО5Ц5С5
БрО4Ц4С17

Черной

БрО3Ц12С4

БрО3Ц12С5

Зеленой

БрО3Ц8С4Н1

БрО3Ц7С5Н1

Синей

БрО4Ц7С5

БрО4Ц7С5

Красной

Таблица 4. Физические свойства литейных оловянных бронз

Свойства

БрО3Ц12С5

БрО3Ц7С5Н1

БрО4Ц7С5

БрО4ЦС17

БрО5Ц5С5

БрО5С25

Температура, оС :
ликвидуса
солидуса


950
-


1050
-


980
-


960
-


975
-


940
899

Плотность, кг/м2

8600

8800

8900

9200

8800

9400

Коэффициент линейного расширения α * 104 (1/оС) при 20оС

-

17,1

-

-

17,7

17,6

Теплоемкость, кДж/(кг*оС)

-

-

0,38

-

0,38

-

Теплоемкость, Вт/(м*оС

-

-

58,64

60,7

93,79

75,36

Удельное электрическое сопротивление при 20оС, мкОм*м

-

0,085

-

-

0,11

-

Продолжение таблицы 4

Свойства

БрО6Ц6С6

БрО8Ц4

БрО10Ф1

БрЛ10Ц2

БрО10С10

Температура, оС :
ликвидуса
солидуса


967
-


1015
854


934
-


1000
-


930
-

Плотность, кг/м2

8820

8800

8600

8700

9000

Коэффициент линейного расширения α * 104 (1/оС) при 20оС

17,1

16,5

17

18,3

-

Теплоемкость, кДж/(кг*оС)

-

0,36

0,40

0,37

-

Теплоемкость, Вт/(м*оС

75,36

68,24

48,98

55,26

-

Удельное электрическое сопротивление при 20оС, мкОм*м

0,0,9

0,135

0,16

0,155

-

Таблица 5. Механические свойства литейных оловянных бронз

Марка оловянной бронзы

σв*МПа

δв*%

Нв

Марка оловянной бронзы

σв*МПа

δв*%

Нв

не более

не более

БрО3Ц12С5

206
176,2

5
6

60
60

БрО6Ц6С3

176,2
147

4
6

60
60

БрО3Ц7С5Н1

206
176,2

5
6

60
60

БрО8Ц4

196
196

10
10

75
75

БрО4Ц7С5

176,2
147

4
6

60
60

БрО10Ф1

245
215,5

3
3

90
80

БрО4цС17

147
147

12
5

60
60

БрО10Ц2

225,5
215,5

10
10

75
65

БрО5Ц5С5

176,2
147

4
6

60
60

БрО10С10

196
176,2

6
7

78
65

БрО5С25

137,2
147

6
5

60
45

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

Таблица 6. Технологические свойства литейных оловянных бронз

 Свойства

БрО3Ц12С5

БрО3Ц7С5Н1

БрО4Ц7С5

БрО4ЦС17

БрО5Ц5С5

брО5С25

Температура, оС:
плавления
литья


980
-


1030
-


980
-


960
-


915
1150


940
-

Жидкотекучесть, мм

550

400

400

250

400

200

Усадка, %
линейная
объемная


1,6
-


1,5
2,5-4,5


1,43
-


-
-


1,6
5,5-6,5


1,5
-

Коэффициент трения со смазочным материалом

-

0,015

0,014

0,005

0,009

0,004

Коэффициент трения без смазочного материала

-

0,16

0,16

0,13

0,15

0,14

Обрабатываемость резанием, %

80

90

80

90

90

65

Продолжение таблицы 6

Свойства

БрО6Ц6С3

БрО8Ц4

БрО10Ф1

БрО10Ц2

БрО10С10

Температура, оС:
плавления
литья


967
1150


1010
1100-1150


934
1150


1000
1120-1150


930
-

Жидкотекучесть, мм

400

540

450

400

260

Усадка, %
линейная
объемная


1,6
5,5-6,5


1,54
-


1,44
6,0


1,5
5,5-7,5


1,5
-

Коэффициент трения со смазочным материалом

0,009

0,006

0,008

0,007

-

Коэффициент трения без смазочного материала

0,16

0,3

0,1

0,18

-

Обрабатываемость резанием, %

80

60

40

55

-

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

Таблица 7. Области применения литейных оловянных бронз

Марка бронзы

Область применения

БрО3Ц12С5
БрО3Ц7Н1

Литейные детали сложной тонкостенной арматуры с резкими переходами по толщине стенок как общего назначения, так и работающей в морской воде, насыщенном паре при 22-25оС, масле под давлением 2,5 МПа и более, антифрикционные детали; износ этих бронз выше, чем БрО5Ц5С5.

Бро4Ц7С5

Литые детали арматуры и антифрикционных узлов трения автомобилей и тракторов (втулки поршневых головок, шатунов дизелей и др.)

БрО4Ц4С7

Литые антифрикционные детали различного назначения (втулки в станках и др.)

БрО5Ц5С5
БрО6Ц6С3

Литые антифрикционные детали узлов трения (втулок, вкладыши подшипников, червячные колеса и др.); арматура, работающая в морской и пресной воде и паре.

БрО5С25

Биметаллические подшипники скольжения, подшипники и втулки под поршневые пальцы дизелей, водяных насосов, турбин и другие детали, работающие при небольших и высоких скоростях скольжения; маслоуплотнительные кольца

БрО8Ц4

Арматура, фасонные части трубопроводов, насосов, работающих в морской воде, детали арматуры, работающие под высоким давлением и температурах до 250-280оС.

БрО10Ц2

Детали сложной конфигурации со стенками различной толщины, стойкие против коррозии и эрозии в морской, пресной воде и других средах; антифрикционные детали (втулки, зубчатые колеса и шестерни, червячные зацепления, облицовки гребных винтов) при средних и высоких давлениях и невысоких скоростях скольжения

БрО10Ф1

Литые детали, работающие в узлах трения (высоко нагруженные детали шлаковых приводов, нажимные и шпиндельные гайки, венцы червячных шестерен, вкладыши при недостаточной подаче смазки, золотники, втулки кривошипных головок шатунов); арматура

БрО10С10

Литые детали подшипников скольжения, работающих в условиях высоких давлений, и детали химического машиностроения и приборостроения

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

Марка сплава

Легирующие элементы (Cu - основа)

Сумма определяемых примесей

Al

Fe

Mn

Ni

Pb

Zn

БрА9Мц2Л (БРАМц9-2Л)

8,0-9,5

-

1,5-2,5

-

-

-

2,5

БрА10Мц2Л (БрАМц10-2)

9,6-11,0

-

1,5-2,5

-

-

-

2,8

БрА9Ж3Л (БрАЖ9-4Л)

8,0-10,5

2,0-4,0

-

-

-

-

2,7

БрА10Ж3Мц2 (БрАЖМц10-3-1,5)

9,0-11,0

2,0-4,0

1,0-3,0

-

-

-

1,0

БрА10Ж4Н4Л (БрАЖН10-4-4А)

9,5-11,0

3,5-5,5

-

5,5-5,0

-

-

1,5

БРА11Ж6Н6 (БрАЖН10-6-6)

10,5-11,5

5,0-6,5

-

5,0-6,5

-

-

1,5

БрС30

-

-

-

-

27-31,0

-

0,9

БрА7Мц15Ж3Н2Ц2

6,6-7,5

2,5-3,5

14,0-15,5

1,5-2,5

-

1,5-2,5

0,5

БрСу3Н3Ц3С20Ф

-

-

-

3,0-4,0

18,0-22,0

3,0-4,0

0,9

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