5.3. Бронзы

Двойные или многокомпонентные сплавы меди с оловом, алюми­нием, свинцом, бериллием, кремнием, хромом и другими элемен­тами, среди которых цинк не является основным легирующим, называются бронзами.

Особенно широкое применение в машиностроении имеют оло­вянные бронзы, в которых олово является основным легирующим элементом, а также в качестве легирующих добавок используют цинк, свинец, фосфор, никель и др.

Диаграмма состояния системы медь—олово (рис. 139) характе­ризуется сравнительно большим расстоянием между линиями ликвидус и солидус. Поэтому особенностью двухкомпонентных оловянных бронз является их повышенная склонность к ликвации,

вызванная медленно проходящим процессом диффузии, низкая жидкотекучесть, рассеянная пористость.

В соответствии с диаграммой состояния предельная раствори­мость олова в меди составляет 15,8 %. Учитывая склонность сплавов системы Сu — Sn к неравновесной кристаллизации, при обычных условиях охлаждения область -твердого раствора сужается (пунктирные линии). Уже при содержании олова 5— 6 % в структуре появляется ( )-эвтектоид, в котором 6-фаза представляет собой твердое и хрупкое электронное соединение Cu₃₁Sn₈. С появлением -фазы снижается пластичность и вязкость сплавов. Бронзы с Sn > 12 % из-за повышенной хрупкости практически не применяются.

Двойные оловянные бронзы дороги и имеют пониженные литей­ные свойства. Их обычно дополнительно легируют цинком, свин­цом, никелем, фосфором.

Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы.

Химический состав и механические свойства некоторых марок оловянных бронз приведен в табл. 20.

Деформируемые оловянные бронзы содержат 3—7 % Sn, до 5 % Zn и Рb и до 0,4 % Р. Они состоят из однородного твердого раствора и после отжига имеют однофазную структуру. Благодаря хорошей пластичности они легко подвергаются обработке давле­нием и поставляются в виде прутков, труб и лент. Этот вид брояз используется также для изготовления различных деталей с высо­кими упругими свойствами. Их прочность составляет б_в = 320-350 МПа-при относительном удлинении = 30- 50 %.

П ри концентрации олова 9—11 % в структуре увеличивается количество хрупкой составляющей — эвтектоида, содержащего соединение Cu₃₁Sn₆, что исключает возможность пластической деформации. Такие бронзы применяются только в литом со­стоянии.

Литые оловянные бронзы с цинком и свинцом имеют высокие литейные свойства: малую объемную усадку (менее 1 %) и хоро­шую жидкотекучесть. Из бронзы изготавливают сложные от­ливки, в частности художественное литье.

Высокая коррозионная стойкость позволяет использовать ли­тейные бронзы в качестве арматуры, работающей в агрессивных средах и обладающей высокой электрической проводимостью и теплопроводностью.

Наличие включений твердого эвтектоида обеспечивает высо­кую стойкость против истирания, а мягкие частицы облегчают приработку и образуют на поверхности мельчайшие каналы, по которым может циркулировать смазка. Поэтому бронзы, содер­жащие 9—10 % Sn, являются одним из лучших антифрикционных материалов и применяются для изготовления подшипников. Для улучшения антифрикционных свойств в состав бронз также вводят свинец.

Литые оловянные бронзы имеют предел прочности б_в = 170-200 МПа при относительном удлинении = 5-10 %.

Из безоловянных бронз наибольшее распространение имеют алюминиевые, кремнистые и бериллиевые бронзы.

Алюминиевые бронзы, например БрАЖ9-4, БрАЖНН-6 со­держат 5—11 % А1, имеют удовлетворительную жидкотекучесть, отличаются высокими механическими свойствами (б_в = 550-650 МПа, = 10-15 %) и коррозионной стойкостью. По сравнению с оловянной, алюминиевая бронза имеет несколько большую усадку. Из алюминиевых бронз изготавливаются раз-

личные втулки, фланцы, шестерни и другие ответственные де­тали.

Кремнистые бронзы, например БрКМцЗ-1, содержащие до 4 % Si, используют как заменитель оловянистых бронз. Имея большую величину усадки, чем оловянистые бронзы, они пре­восходят их по коррозионной стойкости и механическим свойствам. Из них изготовляют детали, работающие в таких агрессивных средах, как морская вода, а также для деталей, работающих при нагреве до 500 °С.

Особый интерес представляют бериллиевые бронзы, содержа­щие 2—2,5 % бериллия, например БрБ2. Бериллиевая бронза является дисперсионнотвердеющим сплавом. После закалки от 800 °С в воде она сохраняет однофазную структуру, хотя рас­творимость бериллия в меди составляет всего 0,2 %. После за­калки прочность БрБ2 составляет б_в = 500 МПа при = 30 %. При искусственном старении при температуре 300—350 °С из пересыщенного твердого раствора выделяются мелкодисперсные частицы фазы СuВе. После термообработки бронза имеет б_в = = 1200 МПа, = 4%.

Бериллиевые бронзы хорошо сопротивляются коррозии, сва­риваются и обрабатываются резанием. Они применяются для ответственных деталей авиационных приборов — мембран, пру­жин. Бериллиевые бронзы — искробезопасный материал, по этому из них делают контакты и некоторые инструменты для работы во взрывоопасных условиях.