Бронз

Бронзът е сплав на основата на мед и калай, където берилий, алуминий и други елементи, най-често фосфор, алуминий, цинк и олово, могат да действат като легиращи компоненти. Но все пак бронзът не може да бъде сплав от мед с цинк (тогава се получава месинг) или сплави от мед с и никел.

Уместност

Най-известният калаен бронз е сплав от мед и калай (по-голямата част от медта). Това е един от първите метали, усвоени от човека. Тази композиция е позната на хората от древната бронзова епоха. Дълго време бронзът остава стратегически метал (до 19-ти век оръжията са били отливани от бронз). Този метал е забележителен със своите качества - като твърдост, здравина, висока технологичност. С откриването на бронза пред човека се откриха най-широки перспективи. Можете да се запознаете с цените на цветните метали и да закупите бронз на нашия уебсайт.

Имоти

Калайеният бронз е слабо обработен чрез натиск, лошо рязане и огъвания. Той е метал за леене и неговите леярски свойства не са по-ниски от другите метали. Характеризира се с ниско свиване - 1-2%, свиване на месинг и чугун = 1,6%, стомана - повече от 3%. Следователно, бронзът се използва успешно за създаване на сложни художествени отливки. Има висока устойчивост на корозия и антифрикционни свойства. Използва се в химическата промишленост за създаване на фитинги и като антифрикционен материал в движещи се части.

Марки бронз

Калаените бронзи могат да бъдат допълнително легирани с цинк, алуминий, никел, фосфор, олово, арсен или други метали. Добавянето на цинк (не повече от 11%) не променя характеристиките на бронза, но го прави много по-евтин.

Бронзът с добавка на цинк се нарича "адмиралтейски бронз" и има много висока устойчивост на корозия в морска вода. Оловото и фосфорът позволяват да се подобрят антифрикционните свойства на бронза и продължителността на работа на движещите се части. Алуминиевият бронз е лек и има висока специфична якост.

Търсен е в транспортната индустрия. Високата му електропроводимост е важна в електротехниката. Частите от берилиев бронз не искриха при удар, те се използват в експлозивна среда.

Редица медни сплави не принадлежат към бронзите. Най-известните от тях са месинг (Cu + Zn сплав) и константан (Cu + Ni).

Снабдяване

Доставяме сертифицирани сплави от цветни метали и бронз на най-добри цени. Спецификацията отразява данни за процентния състав и механичните качества на продуктите. От нас е лесно да продавате на едро всякакви полуфабрикати за мащабно производство. Предлагаме изгодни условия за купувачи на дребно. Нашата компания се отличава с високо ниво на обслужване и ефективност на обслужването.

Купете на изгодна цена

Всички продукти от редки и цветни метали, продавани от Evek GmbH, отговарят на GOST и международните стандарти за качество. Можете да закупите бронз в най-кратки срокове. Високо качество, достъпни цени и широка гама от продукти определят лицето на нашата компания. Ставайки наш редовен клиент, можете да разчитате на система от отстъпки. Сътрудничеството с нас ще ви помогне да реализирате всякакви инженерни идеи. Очакваме вашите поръчки на сайта.

Бронзови медали

Бронзите са сплави на основата на мед, съдържащи повече от 2,5% (тегловни) легиращи компоненти.

В бронзите съдържанието на цинк не трябва да надвишава съдържанието на сумата от други легиращи елементи, в противен случай сплавта ще бъде класифицирана като месинг.

Името на бронза се дава от основния легиращ елемент (алуминий, калай и др. ), но в някои случаи два или три (калай-фосфор, калай-цинк, калай-цинк-олово и др. ).

Бронз без калай

Обобщен списък на вътрешните стандартни безкалаени бронзи, обработени под налягане, и техните чуждестранни аналогови сплави е даден в таблица. 1.

Консолидиран списък на местни стандартни безкалаени бронзи, обработени под налягане, и техните чуждестранни аналогови сплави

Нисколегирани бронзи:

Алуминиеви бронзи:

Берилиев бронз:

Силиконови бронзи

манганов бронз

Телуровият бронз в GOST 18175 няма специално обозначение

Раздел. 2. Химичен състав на безкалаени бронзи (GOST 18175−78) (масова част,%)

Раздел. 3. Характерни свойства и видове полуфабрикати от безкалаени бронзи

Фигура 1. Диаграма на състоянието на системата (равновесно състояние)

От диаграмата се вижда, че максималната разтворимост на алуминий в мед в твърдо състояние е 9,4% (по маса). С повишаване на температурата от 565 до 1037 °C, разтворимостта на алуминия в медта намалява и достига 7,5%.

Стабилните фази на системата Cu-Al включват α, β, γ2 и α2 фази.

Фаза α е първичен твърд разтвор, изоморфен, с елементарна гранецентрирана кубична кристална решетка. Когато сплавта се охлажда бавно до температура от 400°C, α-фазата образува късообхватен ред, което води до забележимо намаляване на нейното електрическо съпротивление, което продължава при температури под 200°C в резултат на елиминирането на грешки при подреждане.

Фаза β е твърд разтвор, образуван на базата на стехиометричния състав Cu3Al директно от стопилката при температура 1036–1079 ° C, с елементарна центрирана кубична кристална решетка. β фазата е пластична, електропроводима и стабилна над 565°C. При бързо охлаждане на сплавта (със скорост >2°C/min) тя претърпява резки трансформации от мартензитен тип, образувайки междинни фази (фиг. 1). При бавно охлаждане (2°C/min) β-фазата се разлага на α+γ2 евтектоид с образуването на едрозърнеста γ2 фаза, която се утаява под формата на непрекъснати вериги, което прави сплавта крехка. Фазата γ2 (Cu9Al4), образувана от фазата γ', е стабилна при ниски температури, крехка и твърда, с електропроводимост, по-ниска от тази на β-фазата.

Фазата α2, която се образува при температура 363°C в резултат на перитектоидна реакция между фазите α и γ2, има гранецентрирана кубична кристална решетка, но с различни параметри.

Метастабилни фази в сплави: β1 - с елементарна центрирана кубична кристална решетка (a - 5,84 Å, Al - 11,9%), подредени; β' - с елементарна гранецентрирана кубична кристална решетка (Al - 11,6%), силно деформирана; β1' - с елементарна ромбична кристална решетка (a = 3.67 Å, c = 7.53 Å, Al - 11.8%), подредена; γ1-фаза с елементарна орторомбична клетка (a = 4.51 Å, b = 5.2 Å, c = 4.22 Å, Al - 13.6%), подредена. Предполага се, че има други фази, които са вариация на β1' фазата.

Определянето на структурата на Cu-Al сплавите е трудно. За получаване на равновесни структури на сплавите са необходими много високи скорости на охлаждане (от 1 до 8°C/min в зависимост от съдържанието на алуминий). Такива структури се откриват при ецване на сплави с железен хлорид.

Въпреки това, ецването с железен хлорид не винаги дава възможност да се определят фазите с увереност в сплави, охладени с конвенционална скорост. В този случай се използват специални техники, използващи електролитно полиране, за да се разкрие истинската структура на Cu-Al сплавите.

Структурата на бинарни медно-алуминиеви сплави и многокомпонентни бронзи на базата на медно-алуминиева система в равновесно състояние се определя от фазовата диаграма (фиг. 2).

Ориз. 2. Диаграма на фазовите трансформации на алуминиев бронз със съдържание на алуминий 12,07% (по маса)

Въпреки това, при производствени условия, при леене на слитъци и заготовки, обработката им чрез налягане в горещо и студено състояние, скоростите на охлаждане и нагряване се различават значително от тези, при които е конструирана диаграмата на равновесното състояние.

Следователно структурите на лятите и деформираните полуфабрикати се различават от тези, определени от диаграмата на равновесното състояние.

За определяне на свойствата и микроструктурата на сплави в метастабилно състояние се изграждат C-образни криви, показващи кинетиката на фазовото преобразуване в зависимост от скоростта на охлаждане и изотермичното излагане при температури под температурата на евтектоидното преобразуване.

Еднофазните сплави (α-алуминиевите бронзи) са пластични и се обработват добре под налягане, двуфазните сплави (α+γ2-алуминиеви бронзи) с високо съдържание на алуминий са по-малко пластични и се използват главно като леярни.

Трябва да се отбележи, че действителното съдържание на алуминий в промишлените сплави варира в широки граници, което влияе върху стабилността на механичните свойства на отлети и деформирани полуфабрикати от алуминиеви бронзи.

Промени в механичните свойства на алуминиевите бронзи, обработени под налягане (якост на опън σv, пропорционалност σpts и граница на провлачване σ0,2, относително удължение - δ и стесняване ψ, якост на удар an (KS) и твърдост по Бринел (HB) в зависимост от съдържанието на алуминий , както е показано на фиг. 3.

Ориз. 3. Промяна в механичните свойства на Cu-Al алуминиеви бронзи в зависимост от съдържанието на алуминий:

а - ленти, деформирани с 40% и закалени при температура 650 ° С за 30 минути;

b - пресовани пръти и тръби от алуминиев бронз BrAZhMts10−3-1.5

Тази характеристика на алуминиевите бронзи се взема предвид в чуждестранни национални стандарти (САЩ, Германия, Великобритания, Франция и др.). В тези страни, за да се повиши стабилността на механичните свойства на алуминиевите бронзи, в тях е предвиден по-тесен диапазон на съдържание на алуминий, което е приблизително 1,5–2 пъти по-малко, отколкото в подобни бронзи, използвани в страните от ОНД (виж сплави според GOST 493 , GOST 17328 и чужди аналогови сплави).

В САЩ, Франция и Япония има групи бронзи от типа BrAZhMts, в които необходимите механични свойства се постигат само чрез промяна на съдържанието на алуминий.

Влияние на легиращите елементи върху свойствата на алуминиевите бронзи

Легирането на двукомпонентни алуминиеви бронзи с различни елементи значително променя техните свойства. Основните легиращи елементи на Cu-Al сплавите са желязо, манган и никел. В алуминиевите бронзи, като правило, съдържанието на желязо и никел не надвишава 5,5, манган 3% (тегловни).

Желязо в твърдо състояние, той е слабо разтворим в Cu-Al сплави и образува с алуминия интерметално съединение с Fe3Al състав, което се утаява като независима фаза под формата на фини частици. При съдържание на сплави около 1% Fe се образува незначително количество фино диспергирани частици, които са разположени в близост до евтектоидната област (α + γ2) и я рамкират. Но с увеличаване на съдържанието на желязо броят им се увеличава. Така при съдържание на 4% Fe се образуват фино диспергирани частици Fe3Al както в областта α + γ2, така и в областта α. Фините частици на интерметалното съединение Fe3Al предотвратяват растежа на зърната в алуминиеви бронзи при високи температури. Под въздействието на желязото, което значително подобрява механичните свойства и забавя температурата на рекристализация, в алуминиевите бронзи изчезва така нареченото явление „спонтанно отгряване“, което води до повишаване на чупливостта на сплавите. Желязото, смилайки структурата, спира образуването в Cu-Al сплави, съдържащи 8,5–11,0% Al на едрозърнеста γ2 фаза, която се утаява под формата на непрекъснати вериги, причинявайки крехкост.

Желязото, в зависимост от съдържанието му в сплавта, влияе върху структурата, фазовите трансформации и свойствата на алуминиевите бронзи, както следва: при съдържание до 1,2% е в твърд разтвор (α-фаза), а при по-високо съдържание , той се освобождава под формата на отделни глобуларни включвания, които в бинарни и тройни сплави, съдържащи никел, обикновено са представени от k-фазата. Приблизителен състав на k-фазата: 85% Cu, 10% Al и 5% Fe; когато съдържанието в сплавта е от 1,2 до 5,5%, желязото има силен модифициращ ефект върху промяната на първичното зърно в лятите заготовки; когато съдържанието на бронз > 5,5% Fe, този ефект изчезва. Следователно в промишлените алуминиеви бронзи съдържанието на желязо обикновено не надвишава 4%.

Желязото укрепва алуминиевия бронз чрез увеличаване на якостта на твърдия разтвор (α-фаза) и утаяването на k-фазата. Сплавите с високо съдържание на желязо от типа BrAZh10−10 се характеризират с повишена устойчивост на абразивно износване и ерозия, но са по-малко стабилни в морска вода.

С допълнително легиране на сплави от системата Cu-Al-Fe с манган и никел, техните якостни характеристики и устойчивост на корозия значително се повишават, структурата и съставът на k-фазата се променят.

Манган разтваря се добре в алуминиеви бронзи в твърдо състояние. Когато съдържанието на Mn> 2% в сплавите на системата Cu-Al, трансформацията на фазите α + γ2 в β фазата значително се ускорява (манганът понижава евтектоидната температура и забавя разлагането на β-фазата); при съдържание на Mn от >8%, разлагането на β-фазата практически не настъпва.

Характеристика на добавките на манган към алуминиевите бронзи е и появата в тях на игловидни ядра на β-фазата при охлаждане до превръщането на β-фазата в α+ γ2

Появата на игловидни ядра на α-фазата е особено забележима при отгряване на големи полуготови продукти. Ето защо при отливането на морски витла с разлики в дебелината от 15 до 400 mm широко се използват специални алуминиево-манганови бронзи с високо съдържание на манган.

В бронзите от типа BrAZh10−4 и BrAZh9−4 манганът е водещият елемент, който определя кинетиката на β-фазовото преобразуване при нагряване и подобрява тяхната дълбока закаляване. В тези бронзи се допуска съдържание на Mn до 1,5%. Въпреки това, с увеличаване на съдържанието на Mn от 2 до 5%, твърдостта на алуминиевите бронзи намалява след закаляване при температура 800–1000 ° C. Следователно, за да се увеличи твърдостта на алуминиевите бронзи по време на топлинна обработка, те трябва да съдържат не повече от 0,5% Mn.

Манганът повишава механичните и корозионните свойства и подобрява технологичните характеристики на Cu-Al сплавите. Алуминиевите бронзи, легирани с манган, се отличават с повишена устойчивост на корозия, устойчивост на студ и висока деформируемост в горещо и студено състояние.

Никелът , безкрайно разтворим в твърдо състояние в мед, е практически неразтворим в алуминий (при температура 560 ° C, разтворимостта е 0,02%). Никелът увеличава областта на α-фазата в системите Cu-Al и Cu-Al-Fe. В сплавите Cu-Al-Ni, под въздействието на никел, областта на твърдия разтвор се измества значително към ъгъла на медта с намаляване на температурата, така че те могат да бъдат подложени на утаително втвърдяване. Способността на тези сплави за втвърдяване чрез утаяване се установява при съдържание на 1% Ni. Никелът повишава температурата на евтектоидното разлагане на β в α+γ2 до 615 °C, забавя превръщането на α+γ2 в β при нагряване. Влиянието на никела става особено забележимо, когато съдържанието му е повече от 1,5%. Така, когато сплавта съдържа 2% Ni, β-фазата се появява при температура 790°C, а при съдържание 4% Ni - при температура 830°C.

Никелът има благоприятен ефект върху структурата на евтектоида α + γ2 и псевдоевтектоида α + β, значително повишава устойчивостта на фазовите трансформации на β-фазата и по време на леене и закаляване допринася за по-голямо образуване на количеството метастабилен β '-фаза от мартензитен тип. В този случай α-фазата придобива по-заоблена форма, структурата става по-равномерна и дисперсността на евтектоида се увеличава.

Легирането с никел на алуминиеви бронзи значително подобрява техните физични и механични свойства (топлопроводимост, твърдост, якост на умора), студоустойчивост и антифрикционни характеристики, устойчивост на корозия и ерозия в морска вода и слаби разтвори на солна киселина; топлоустойчивост и температура на рекристализация без забележимо влошаване на технологичните характеристики. Съдържанието на никел в сплавите значително увеличава модифициращия ефект на желязото.

Алуминиевите бронзи от системата Cu-Al-Ni се използват рядко. Никелът, като правило, се въвежда в алуминиеви бронзи в комбинация с други елементи (главно с желязо). Най-широко използваният алуминиев бронз тип BrAZhN10-4-4. Оптималните свойства на тези бронзи се постигат при съотношение Fe:Ni 1:1. Когато тези бронзи съдържат 3% Ni и 2% Fe, k-фазата може да се утаи в две форми: под формата на малки заоблени включвания на твърд разтвор на базата на желязо, легирано с алуминий и никел, и под формата на тънки плочи, интерметално съединение от NiAl състав.

Най-разпространените деформирани алуминиеви бронзи от следните системи: Cu-Al, Cu-Al-Fe, Cu-Al-Mn, Cu-Al-Fe-Mn, Cu-Al-Fe-Ni.

Алуминиевите бронзи се отличават с висока устойчивост на корозия в разтвори на въглена киселина, както и в разтвори на повечето органични киселини (оцетна, лимонена, млечна и др.), Но са нестабилни в концентрирани минерални киселини. В разтвори на сулфатни соли и каустични алкали, еднофазните алуминиеви бронзи с намалено съдържание на алуминий са по-стабилни.

Алуминиевият бронз е по-малко податлив на умора от корозия в сравнение с други материали.

Характеристики на обработката на ковани алуминиеви бронзи

За да се получат хомогенни деформирани полуфабрикати с подобрени механични свойства и висока якост на умора, се препоръчва непрекъснато отливане на алуминиеви бронзи и последваща обработка по специален метод, включващ следните операции:

а) гореща обработка на лята заготовка с общо намаление до 30%;

б) термична обработка при дадена температура (t0) с отклонение ±2°C (нагряване до дадена температура, задържане за 20 минути за всеки 25 mm от материала);

в) закаляване във вода или масло при температура 600 °C;

г) гореща обработка под налягане при температура с 35-50 ° C по-ниска от тази, приета по време на топлинна обработка на етап "b" в зависимост от съдържанието на алуминий в сплавта (съдържанието на алуминий трябва да се определи с точност от ± 0,02%). Температурата на термична обработка се определя по емпиричната формула:

t=(1990 - 1000A)°С,

където А е съдържанието на алуминий в сплавта, % (тегловни).

Графичната зависимост на температурата от съдържанието на алуминий по време на термична и втора гореща обработка под налягане на алуминиеви бронзи е показана на фиг. 4.

Ориз. 4. Зависимост на температурата от съдържанието на алуминий при термична и гореща обработка под налягане на алуминиеви бронзи:

1 - температура на термична обработка;

2 - гореща работна температура

Берилиеви бронзи (медно-берилиеви сплави)

Берилиевите бронзове са уникални сплави поради благоприятната комбинация от добри механични, физикохимични и антикорозионни свойства. Тези сплави след закаляване и рафиниране имат висока якост на опън, еластичност, провлачване и умора на умора, характеризират се с висока електропроводимост, топлопроводимост, твърдост, висока устойчивост на пълзене, висока циклична якост с минимален хистерезис, висока устойчивост на корозия и корозионна умора. Те са устойчиви на замръзване, немагнитни и не искри при удар. Поради това берилиевите бронзи се използват за производството на пружини и пружинни части за критични цели, включително мембрани и части от механизми за часовници.

Ориз. 5. Диаграма на състоянието на системата Cu-Be

От диаграмата може да се види, че медта с берилий образува серия от твърди разтвори. Площта на твърдия разтвор α при температура 864 °C достига 2,7% (по маса). С понижаването на температурата границата на разтворимост на α областта се измества доста рязко към медта. При температура на евтектоидна трансформация от 608 °C тя е 1,55% и пада до 0,2% при температура от 300 °C, което показва възможността за рафиниране на берилиевите бронзи.

Значителна промяна в концентрацията на берилий в α-твърдия разтвор с понижаване на температурата допринася за утаителното втвърдяване на сплави Cu-Be. Ефектът от утаителното втвърдяване на Cu-Be сплави върху съдържанието на берилий е показан на фиг. 6.

Ориз. Фиг. 6. Влияние на съдържанието на берилий върху ефекта от преципитационното втвърдяване на Cu-Be сплави: 1 - втвърдяване при температура 780 °C; 2 - закаляване при температура 780 ° C + темпериране при температура 300 ° C

Термичната обработка на берилиеви бронзи се извършва при температура 750-790 ° C, последвано от охлаждане във вода до получаване на пренаситен твърд разтвор. В това състояние берилиевите бронзи лесно понасят огъване, изтегляне и други видове деформация. Втората операция на термична обработка - темперирането се извършва при температура 300−325 ° C. В този случай се освобождава β'-фазата. Тези утайки са свързани със значителни напрежения в кристалната решетка, които предизвикват повишаване на твърдостта и здравината на сплавите.

В резултат на евтектоидната трансформация на β-фазата при температура под 608 °C се образува евтектоидът α + β'. Фазата α има гранецентрирана кубична решетка, чийто параметър намалява с увеличаване на съдържанието на берилий. β фазата има кубична центрирана решетка с неподредено разположение на атомите. Кристалната структура на β'-фазата е същата като тази на β-фазата, но в нея се наблюдава подредено разположение на берилиеви атоми.

На практика бинарните медно-берилиеви сплави почти не се използват, широко разпространени са три- и многокомпонентните сплави.

За да се забавят процесите на фазови трансформации и прекристализация, за да се получи по-равномерна структура, в сплавите на Cu-Be се въвеждат никел или кобалт, както и желязо. Общото съдържание на никел, кобалт и желязо в берилиевите бронзи варира от 0,20 до 0,60% (по маса), включително никел и кобалт - от 0,15 до 0,35% (по маса).

Въвеждането на титан в Cu-Be сплави, който образува укрепваща фаза с берилий, забавя процесите на дифузия в тях. Титанът, като повърхностно активен елемент, намалява концентрацията на берилий по границите на зърната и намалява скоростта на дифузия в тези зони. При берилиевия бронз с титанови добавки се наблюдава равномерно разпадане и в резултат на това се наблюдава по-равномерно втвърдяване.

Титанът оказва най-благоприятно влияние върху свойствата на берилиевия бронз в присъствието на никел. Благодарение на добавянето на титан и никел, съдържанието на берилий в сплавите може да бъде намалено до 1,7–1,9% (тегловни).

Манганът в Cu-Be сплавите може частично да замени берилия без забележимо намаляване на якостта. Сплавите Cu + 1% Be + 5–6% Mn и Cu + 0,5% Be + 10% Mn след втвърдяване на утаяване се доближават до механичните свойства на берилиевия бронз от клас BrB2.

Добавките на магнезий в малки количества (0,1%) увеличават ефекта на втвърдяването на берилиевия бронз, а в диапазона от 0,1 до 0,25% значително намаляват неговата пластичност.

Оловото, бисмутът и антимонът за берилиевите бронзи са много вредни примеси, които влошават тяхната гореща деформируемост.

В стандартните Cu-Be сплави съдържанието на Al и Si е разрешено не повече от 0,15% от всеки елемент. В такива концентрации тези елементи не влияят неблагоприятно на свойствата на сплавите.

манганови бронзи

Мангановите бронзи се характеризират с високи механични свойства. Тези сплави са отлични за гореща и студена обработка, позволявайки до 80% деформация по време на студено валцуване.

Мангановите бронзи се отличават с устойчивост на корозия, висока устойчивост на топлина и поради това се използват за производство на части и продукти, работещи при повишени температури. В присъствието на манган температурата на рекристализация на медта се повишава със 150–200°C.

Ориз. 7. Диаграма на състоянието на системата Cu-Mn

Манганът при повишени температури е безкрайно разтворим в мед както в течно, така и в твърдо състояние. Когато сплавта съдържа 36,5% магнезий (по маса), температурите на ликвидус и солидус на системата са еднакви и равни на 870 ± 5 °C. При понижаване на температурата настъпват редица трансформации и се отделят нови фази. Областта на твърдия разтвор y намалява с намаляване на температурата. Мангановите бронзи, съдържащи по-малко от 20% магнезий, в температурния диапазон от стайна температура до точката на топене, са еднофазни. На фиг. 8. показва зависимостта на механичните свойства на мангановите бронзи от съдържанието на манган.

Ориз. Фиг. 8. Изменение на механичните свойства на Cu-Mn сплави в зависимост от съдържанието на манган: а - граница на провлачване σ0,2; b - крайна якост σb; c - относително удължение δ

Най-широко използваният бронз е BrMts5, който се деформира добре при горещи и студени условия, има висока устойчивост на корозия и запазва свойствата си при повишени температури.

Силиконови бронзи

Силициевите бронзи се отличават с високи механични, пружиниращи и антифрикционни свойства, устойчивост на корозия и износоустойчивост. Тези сплави се обработват отлично чрез натиск както в горещо, така и в студено състояние, добре заварени към стомана, споени, меки и твърди спойки. Те не са магнитни, не искри при удар и не губят своята пластичност при много ниски температури.

Диаграма на състоянието на сплав от системата Cu-Si:

Ориз. 9. Диаграма на състоянието на системата Cu-Si

Както се вижда от диаграмата, границата на твърдия разтвор α при температура 830°C достига 5,4% Si (по маса) и с понижаване на температурата се измества към медта. Фазата α има гранецентрирана кубична решетка с параметър a=(3.6077+0.00065k) Å, където k е концентрацията на силиций, %.

При температура > 577 °C, вдясно от границата на α-твърдия разтвор, се появява нова ко-фаза с хексагонална плътно опакована решетка (a=2,5550 Å, c=4,63644 Å). Отличителна черта на k фазата е забележима промяна на цвета в поляризирана светлина от светло до тъмно кафяво. При температура 557оС настъпва фазовото превръщане до → α+ γ.

Естеството на промяната на силиция в α-твърдия разтвор с понижаване на температурата показва възможността за подобряване на някои сплави от системата Cu-Si. Въпреки това, ефектът от валежното втвърдяване на сплавите е слабо изразен и не се използва на практика.

Най-широко използваните силициеви бронзи с добавка на манган и никел. По-рядко се използват двукомпонентни бронзи и с добавки от калай, цинк, желязо и алуминий.

Легирането на медно-силициевите бронзи с манган може значително да подобри техните механични свойства и устойчивост на корозия.

Диаграма на състоянието на системата Cu-Si-Mn:

Ориз. 10. Диаграма на състоянието на системата Cu-Si-Mn. Изотерма на насищане на областта на твърдия разтвор

Въпреки изместването на границата на α областта с понижаване на температурата към ъгъла на медта, ефектът от облагородяването на сплавите Cu-Si-Mn е слабо изразен.

Никеловите добавки значително повишават механичните свойства на силициевите бронзи. Силицият и никелът образуват интерметално съединение (Ni2Si), което се разтваря забележимо в медта. С понижаване на температурата (от 900 до 500 ° C) разтворимостта на Ni2Si в мед рязко намалява и отделящите се при това диспергирани частици на интерметалното съединение укрепват сплавите. Термичната обработка (закаляване, стареене) позволява да се увеличат якостните характеристики и твърдостта на тези сплави почти 3 пъти в сравнение с отгрите сплави. След закаляване Cu-Si-Ni сплавите имат висока пластичност и отлична студена обработваемост.

Промяната в якостта на опън на тези сплави в зависимост от съдържанието на Ni2Si и метода на топлинна обработка:

Ориз. Фиг. 11. Промяна в якостта на сплавите на системата Cu-Ni-Si в зависимост от съдържанието на Ni2Si и метода на термична обработка: 1 - закаляване при температура 900−950 ° C; стареене при температура 350−550°C; 2 - отгряване при температура 800 °C; 3 - втвърдяване при температура 900−950°C

Добавките от кобалт и хром имат същия ефект върху силициевите бронзи като никела, но ефектът от утаяващото втвърдяване на сплавите под въздействието на кобалтови и хромови силициди е много по-слаб.

Добавките от малки количества Sn (до 0,5%) значително увеличават, а желязото намалява устойчивостта на корозия на силициевите бронзи. Поради тази причина в силициевите бронзи, обработени чрез налягане, съдържанието на Fe не трябва да надвишава 0,2-0,3% (по маса).

Добавянето на Zn в границите от 0,5 до 1,0% при топенето на силициевите бронзи подобрява техните технологични свойства.

Легирането на силициевите бронзи с алуминий увеличава тяхната здравина и твърдост, но сплавите от системата Cu-Si-Al не са придобили популярност поради лошото им заваряване и спояване.

Вредните примеси в силициевите бронзи, обработени под налягане, са арсен, фосфор, антимон, сяра и олово.

Корозионни свойства на силициевите бронзи

Силициевите бронзи имат отлична устойчивост на корозия, когато са изложени на морска, индустриална и селска атмосфера, прясна и морска вода (при скорост на потока 1,5 m/s), горещи и студени разтвори и студени концентрирани основи и сярна киселина, студени разтвори на солна и органични киселини, хлориди и сулфати на леки метали. Те са доста стабилни в атмосфера на сухи газове: хлор, бром, флуор, сероводород, флуороводород и хлорид, серен диоксид и амоняк, но те корозират в тези среди в присъствието на влага.

Силициевите бронзи обаче са слабо устойчиви на алуминиев хидроксид, хлориди и сулфати на тежки метали. Те също така бързо корозират в кисели руднични води, съдържащи Fe2(SO4)3, както и в разтвори на соли на хромови киселини.

Характеристики на термична обработка на силициеви бронзи

Яркото отгряване на силициевите бронзи (включително нагряване и охлаждане) е целесъобразно да се извършва във водна пара. Оксидните филми, образувани върху повърхността на полуфабрикатите по време на отгряване, лесно се отстраняват чрез ецване при стайна температура в 5% разтвор на сярна киселина.

Калайени бронзи

Калаените бронзи са сплави с различни състави на базата на системата Cu-Sn. Обобщен списък на вътрешните калаени бронзи, обработени под налягане, и техните чуждестранни аналогови сплави е даден в таблица. 4.

Консолидиран списък на местни калаени бронзи, обработени под налягане, и техните чуждестранни аналози

Калай-фосфорни бронзи:

Калай-цинкови бронзи:

Калай-никелови бронзи:

Калай-цинк-оловен бронз:

Диаграмата на състоянието на системата Cu-Sn е показана на фиг. 12.

Ориз. 12 Диаграма на състоянието на системата Cu-Sn

α-твърдият разтвор на калай в медна фаза (гранецентрирана кубична кристална решетка) е пластичен в горещо и студено състояние.

β и γ фазите са стабилни само при повишени температури, а при понижаване на температурата те се разлагат с висока скорост. δ фазата (Cu31Sn8, γ-фазова решетка) е продукт на разлагане на γ-фазата (или β') при температура от 520 °C, твърда и крехка.

Разлагането на δ-фазата в α + Cu3Sn (ε-фаза) започва при температура 350°C. С понижаване на температурата разлагането на δ фазата протича изключително бавно (със 70–80% при дългосрочно отгряване след студена деформация). На практика в сплави, съдържащи до 20% Sn, ε фазата отсъства.

В техническите калаени бронзи съдържанието на калай варира от 2 до 14%, по-рядко до 20%.

Сплавите на системата Cu-Sn, в зависимост от съдържанието на калай, се състоят или от хомогенни кристали на α-твърд разтвор, или от α кристали и α + β евтектоид.

Процесът на дифузия в калаените бронзи протича бавно, дендритната структура изчезва само след многократни цикли на термомеханична обработка. Поради тази причина технологичният процес на обработка на калаени бронзове чрез налягане е труден.

По време на процеса на топене калаените бронзи се деоксидират с фосфор, така че повечето бинарни сплави Cu-Sn съдържат остатъчно количество фосфор. Фосфорът се счита за легираща добавка, когато съдържанието му в сплавта е > 0,1%.

Основните легиращи добавки на калаените бронзи, в допълнение към фосфора, са олово, цинк и никел.

Влияние на легиращите добавки

Фосфорът, когато взаимодейства с медта, дава химичното съединение Cu3P (14,1% P), което образува евтектика с мед при температура 714 ° C (съдържанието на P е 8,4% (по маса). В Cu-Sn-P трикомпонента система при температура 628 °C се образува трикомпонентна евтектика, съдържаща, %: 80.7Cu, 14.8 Sn и 4.5P.

От диаграмата на състоянието на системата Cu-Sn-P (фиг. 13) се вижда, че с увеличаване на съдържанието на калай и понижаване на температурата границата на насищане на α-твърдия разтвор се измества рязко към медния ъгъл .

Ориз. 13. Диаграма на състоянието на системата Cu-Sn-P: а - меден ъгъл; b - полиметрични разрези на медния ъгъл на системата Cu-Sn-P при постоянно съдържание на калай

Когато съдържанието в калаените бронзи е > 0,3% P, последният се утаява под формата на включвания на фосфидна евтектика. Калаените бронзи със съдържание от 0,5% P и повече се разрушават лесно по време на гореща деформация, тъй като фосфидната евтектика се стопява. Следователно максималното съдържание на фосфор в обработените под налягане калаени бронзи е 0,4%. С такова съдържание на фосфор калаените бронзи имат оптимални механични свойства, имат повишен модул на нормална еластичност, граници на еластичност и умора. Прилагайки отгряване-хомогенизиране, след което значителна част от фосфора преминава в α-твърдия разтвор, е възможно да се подобри деформируемостта на калаените бронзи с високо съдържание на фосфор.

Малки добавки от цирконий, титан, бор и ниобий също подобряват обработваемостта на горещи и студени калаени бронзи.

Оловото е практически неразтворимо в твърди калаени бронзи. Когато сплавта се втвърди, тя се отделя като самостоятелна фаза под формата на тъмни включвания между дендритите. Оловото значително подобрява плътността, антифрикцията и обработваемостта на калаените бронзи, но значително намалява техните механични свойства. Антифрикционните калаени бронзове съдържат до 30% Pb.

Цинкът е силно разтворим в калаени бронзи в твърдо състояние и, като леко променя структурата на сплавите, значително подобрява техните технологични свойства.

Никелът измества границата на твърдия разтвор α към медния ъгъл (фиг. 14).

Ориз. 14. Диаграма на състоянието на системата Cu-Sn-Ni: а - участък от меден ъгъл със съдържание на 2% никел; (b) област на ограничаване на насищането на твърдия разтвор при стайна температура. Меден ъгъл.

Кристалната решетка на α-твърдия разтвор не се променя под въздействието на никел, но нейният параметър леко се увеличава (-0,007 A). При ниска концентрация на калай в хетерогенната област се появява нова фаза (Ni4Sn), която в зависимост от скоростта на втвърдяване се утаява под формата на малки игловидни кристали (бързо охлаждане) или светлосини включвания. Ликвидусът в Cu-Sn сплавите значително се увеличава, когато се легира с никел. При температура 539 °C настъпва евтектоидната трансформация на α + γ в α + β'. Фазата δ', за разлика от δ фазата на двойната система Cu-Sn, е поляризирана.

Никелът подобрява механичните свойства и устойчивостта на корозия на калаените бронзи, усъвършенства структурата им, а при съдържание от 1% е полезна добавка. При съдържание на > 1% Ni, въпреки че сплавите се подобряват, тяхната обработваемост при натиск се влошава. Никелът има особено остър ефект върху калаено-фосфорните бронзи. В същото време съдържанието на Ni в диапазона от 0,5–1% не влияе нито на структурата, нито на свойствата на калаено-цинковите бронзи.

Влияние на примесите

Примесите от алуминий, магнезий и силиций са много вредни в калаените бронзи. Тези елементи, включени в твърдия разтвор, въпреки че повишават механичните свойства на бронза, обаче, по време на топене, те се окисляват енергично, образувайки огнеупорни оксиди, които, разположени по протежение на границите на зърната, прекъсват връзката между тях.

Вредни за обработените под налягане калаени бронзове също са примеси от арсен, бисмут, антимон, сяра и кислород. Последното намалява антифрикционните характеристики на калаените бронзи.

Корозионни свойства

Калаените бронзи имат добра устойчивост на атмосферни условия (селски, индустриални, морски). В морска вода те са по-стабилни от медта и месинга (устойчивостта на бронза при контакт с морска вода нараства с увеличаване на съдържанието на калай). Никелът също повишава устойчивостта на корозия на калаените бронзи в морска вода, докато оловото при високи нива я намалява. Калаените бронзове са стабилни в солена вода.

Калаените бронзи са задоволително устойчиви на корозия в атмосфера на прегрята пара при температура 250 ° C и налягане, не по-високо от 2,0 MPa, когато са изложени при стайна температура на алкални разтвори, сухи газове (хлор, бром, флуор и техните водородни съединения, въглеродни и серни оксиди, кислород), въглероден тетрахлорид и етилхлорид.

Калаените бронзи са нестабилни в среда на минерални (азотна, сярна) и мастни киселини, основи, амоняк, цианиди, железни и серни съединения, газове (хлор, бром, флуор) при високи температури, киселинни руднични води.

Корозията на калаените бронзи под действието на сярна киселина се увеличава в присъствието на окислители (K2SiO7, Fe2 (SO4)3 и др.) И намалява с 10-15 пъти в присъствието на 0,05% бензилтиоцианат.

Скоростта на корозия на калаените бронзи под действието на редица агенти е както следва, mm/година:

Алкали:

горещ …1.52

при температура 293 K …0,4−0,8

амонячни разтвори при стайна температура …1,27−2,54

оцетна киселина при стайна температура …0,025−0,6

H2S пари при 100 °C …1.3

мокър кисел газ …2.5

суха и мокра водна пара (в зависимост от дебита) …0,0025−0,9

Калаените бронзи претърпяват корозионно напукване под действието на живачен нитрат.

Месингът, желязото, цинкът и алуминият в процеса на електрохимична корозия са протектори за калаените бронзи.