Режимы термической обработки специальных латуней

Марка сплава	Назначение обработки	Вид обработки	Температу­ра нагрева, °С	Выдерж­ка, ч
Деформируемые латуни
ЛА77-2	Снятие наклепа	Рекристаллизацион- ный отжиг	600-650	2-3
ЛО90-1	То же	То же	600-650	2-3
ЛО80-4	Снятие напряжений	Низкий отжиг	350—400	1-2
Литейные латуни
ЛА67-2,5	Снятие напряжений	Рекристаллизацион- лый отжиг	300-400	2-3
ЛКС80-3-3	То же	То же	250—300	1,5-2
ЛС59-1Л	»	»	250—300	1-2

Химический состав и назначения сложных латуней и латуней повышенной прочности приведены в табл.3

Таблица 3

марка	химический состав					назначение
	Cu	Al	Pb	Sn	другие
Сложные латуни, обрабатываемые давлением (однофазные)
ЛА 77–2	76,0–79,0	1,7–2,5				Трубы в морском и общем машиностроении
ЛО70–1	69,9–71,0			1–1,5		Трубы подогревателей
Литейные сложные латуни (двухфазные) по ГОСТ 17711–72
ЛА 67–2,5	66–68	2–3	<=1,0			Отливки в морском и общем машиностроении

Сложные латуни повышенной прочности и стойкости против коррозии.

марка	химический состав					назначение
	Cu	Al	Pb	Sn	другие
ЛАН 59–3–2	57,0–60,0	2,5–3,5			2–3 Ni	Трубы, тяжело нагруженные детали в моторо- и судостроении
ЛАЖ 60–1–1	58,0–61,0	0,75–1,5	<=0,4		0,8–1,5 Fe
Латуни литейные (двухфазные) по ГОСТ 17711–72
ЛМцЖ 55–3–1	53–58		<=0,5	1,3–4,5	0,5–1,5 Fe 4–3 Mn	Массивное литье в судостроении.
ЛМцОС 58–2–2–2	57–60		0,5–2,5	1,5–2,5	1,5–2,5 Mn	Шестерни, зубчатые колеса

Примечание. Максимальные механические свойства обеспечивают литье в кокиль, центробежное литье; минимальные – литье в песчаную форму. Повышение содержания цинка удешевляет латуни, улучшает их обрабатываемость резанием и способность прирабатываться.

Бронза — сплав меди с оловом, свинцом, кремнием, алюмини­ем, бериллием и другими элементами. По основному легирующему элементу бронзы разделяют на оловянные и безоловянные (спе­циальные), по механическим свойствам — на деформируемые и литейные.

В марках бронзы содержание основного компонента – меди не указывается, а определяется по разности. Цифры после букв, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов; цифры, расположенные в том же порядке, как и буквы, указывающие на легирование бронзы тем или иным компонентом.

 Деформируемые оловянные бронзы марок Бр.ОФ8-0,3, Бр.ОЦ4-3, Бр.ОЦС4-4-2,5 выпускают в виде прутков, лент, проволоки для пружин и др. (рис.6.8).

Рис.6.8 Детали, изготовляемые из бронзы

Структура этих бронз состоит из α-твердого раствора. Основным видом термической обработки бронз является высокий отжиг по режиму: нагрев до 600—650° С, выдержка при этой температуре в течение 1—2 ч и быстрое охлаж­дение. Прочность после отжига Ϭ_в = 350 – 450 МПа, относительное удлинение δ = 18—22%, твердость НВ 70—90.

 Литейные оловянные бронзы марок Бр.ОЦ5-5-5, Бр.ОСНЗ-7-5-1, Бр.ОЦСЗ,5-7-5 используют для изготовления анти­фрикционных деталей (втулок, подшипников, вкладышей и др.). Литейные оловянные бронзы подвергают отжигу при 540—550° С в течение 60—90 мин.

 Безоловянные бронзы Бр.5, Бр.7, Бр.АМц9-2, Бр.КН1-3 и другие марки имеют высокую прочность, хорошие антикоррози­онные и антифрикционные свойства. Из этих бронз изготовляют шестерни, втулки, мембраны и другие детали. Для облегчения обработки давлением бронзы подвергают гомогенизации при 700—750°С с последующим быстрым охлаждением. Отливки, име­ющие внутренние напряжения, отжигают при 550°С с выдержкой 90—120 мин.

 Структура оловянистых бронз. В зависимости от легирующего элемента бронзы могут быть оловянистыми, алюминиевыми, бериллиевыми и кремнистыми, марганцовистыми, свинцовистыми и др. Наиболее широкое распространение получили три первые вида бронз. Используют также многокомпонентные бронзы.

В сплавах системы Сu - Sn, богатых медью, фазовое равновесие устанавливается медленно, и поэтому в ре­альных условиях охлажденные бронзы состоят из двух фаз: α и β (Cu₃₁Sn₈) (рис.6.10, а, б; рис.11, а, б).

 

а б

Рис.6.10 Микроструктура деформированной бронзы после рекристаллизации (а) и литой двухфазной бронзы (б)

а б

Рис. 6.11 Диаграмма состояния сплавов системы Cu – Sn (а) и влияние олова на свойства сплавов (б)

В практике применяют сплавы, содержание олова в которых не превышает обыч­но 10…12 %, так как при более высоком их содержании бронзы хрупки. В отличие от латуней оловянистые брон­зы склонны к ликвации, в их микроструктуре можно от­четливо видеть дендриты выделяющихся соединений (рис.6.12).

Рис.6.12 Микроструктура бронзы с литой дендритной структурой

Бронзы характеризуются пониженной жидкотекучестью, поэтому в них не образуются усадочные раковины, но возникает мелкая пористость, распределённая по объему. Это позволяет получать отливки сложной формы без усадочных раковин. Пластичность литых бронз низка как из-за ликвации компонентов, так и из-за хрупкости α – фазы.

Для повышения пластичности бронзы гомогени­зируют при 700 – 50 °С с последующим медленным ох­лаждением. В бронзах, содержащих 14…15 % Sn гомогенизирующий отжиг не приводит к появлению однофаз­ной структуры, поэтому после отжига при 700…750°С быстрой закалкой стараются сохранить (α + β) – структу­ру, поскольку β – фаза более пластична, чем α. Временное сопротивление (предел прочности) бронз возрастает при увеличении содержания олова вплоть до Ϭ = 25МПа, а затем резко падает, пластичность же начинает уже снижаться при содержаниях олова, превышающих 8 % (рис.6.11).

Для повышения пластичности бронзы гомогени­зируют при 700 – 750 °С с последующим медленным ох­лаждением. В бронзах, содержащих 14…15 % Sn гомогенизирующий отжиг не приводит к появлению однофаз­ной структуры, поэтому после отжига при 700 – 750 °С быстрой закалкой стараются сохранить (α + γ) – структу­ру, поскольку γ – фаза более пластична, чем α. Временное сопротивление (предел прочности) бронз возрастает при увеличении содержания олова вплоть до Ϭ = 25МПа, а затем резко падает, пластичность же начинает уже снижаться при содержаниях олова, превышающих 8 % (рис.6.11, б).

По коррозионной стойкости в морской воде оловянис­тые бронзы превосходят и медь, и латуни. Их легируют Zn, Fе, Р, Рb, Ni и другими элементами. Примеси, оказы­вающие вредное воздействие на свойства меди (Bi, Аs, S, Sb), ухудшают и свойства деформируемых бронз. На литейные свойства бронз примеси оказывают меньшее влияние, а сурьму даже специально добавляют для улуч­шения жидкотекучести (до 0,5 %). Литейные свойства улучшает также фосфор (до 0,3 %). Цинк улучшает тех­нологические свойства бронзы и снижает ее стоимость. Присадка никеля уменьшает ликвацию и тем самым по­вышает коррозионную стойкость, а также прочностные и антифрикционные характеристики. Легирование свин­цом облегчает обработку резанием и повышает анти­фрикционные свойства.

Из деформируемых бронз изготовляют пружины, мембраны, антифрикционные детали. Для деформируе­мых бронз Ϭ_в = 350…400 МПа в литом состоянии и Ϭ_в = 650…750 МПа в деформированном; δ = 10 % и δ = 2 % соответственно. Из деформируемых бронз назо­вём БрОЦ-4-3, БрОФ-6-0,15, БрОЦС-4-4-2,5.

Литейные оловянистые бронзы подразделяют на ма­шинные, предназначенные для фасонного литья деталей машин (БрО3Ц12С5, БрО3Ц7С5Н1) и антифрикционные с хорошим сопротивлением истиранию (БрО5Ц5С5, БрО4Ц4С17 и др.). Машинные бронзы имеют высокие ме­ханические свойства, коррозионную стойкость, но для снижения стоимости в них уменьшают содержание олова. Антифрикционные бронзы применяют для изготовления подшипников. Из-за дефицитности олова его частично заменяют свинцом; бронзы для художественного литья - БХ1, БХ2, БХ3 содержат соответственно 1 – 7, 5 – 8 и 25 – 35 % Sn, а также от 1 до 6 % Р (рис.6.13).

Для облегчения обработки давлением их подвергают гомогенизирующему отжигу при 700 – 750°С с последую­щим быстрым охлаждением. Но лучшая пластичность достигается, если с температуры гомогенизации ее сни­жают сначала лишь до 600 – 625 °С, выдерживают при этой температуре, а затем быстро охлаждают. Для сня­тия внутренних напряжений в отливках проводят их от­жиг при 550 °С в течение 1 ч.

Рис.6.13 Художественное литьё из бронз

Алюминиевые бронзы.  Наиболее часто в промышленности применяют двойные - алюминиевые бронзы и бронзы, до­бавочно легированные никелем, марганцем, железом и другими элементами (рис.6.14). Эти бронзы используют для различных втулок, фланцев, направляющих седел, шестерен и других небольших деталей, испытывающих большие нагрузки.

Двойные алюминиевые бронзы подвергают закалке и отпуску по режиму: нагрев под закалку до 880—900° С со скоростью 180—200° С/ч, выдержка при этой температуре 1,5—2 ч, охлажде­ние в воде; отпуск при 400—450° С в течение 90—120 мин. Струк­тура сплава после закалки состоит из мартенсита, после отпус­ка—из тонкой механической смеси; прочность бронзы

Ϭ_в = 550МПа, δ = 5%, твердость НВ 380—400.

Бериллиевая бронза Бр.Б2 — сплав меди с бериллием. Уникальные свойства — высокая прочность и упругость при одно­временной химической стойкости, немагнитность и способность к термическому упрочнению — все это делает бериллиевую бронзу незаменимым материалом для изготовления пружин часов и при­боров, мембран, пружинистых контактов и других деталей (рис.6.15, рис.6.16). Высо­кая твердость и немагнитность позволяют использовать бронзу в качестве ударного инструмента (молотки, зубила), не образующе­го искр при ударе о камень и металл. Такой инструмент применя­ют при работах во взрывоопасных средах. Бронзу Бр.Б2 закали­вают при 800—820° С с охлаждением в воде, а затем подвергают искусственному старению при 300—350° С. При этом прочность сплава Ϭ_в = 1300 МПа, твердость HRC37—4.

Рис.6.14 Влияние алюминия на структуру и свойства бронз

Износостойкость – это сложное понятие, которое может включать в себя следующие аспекты:

• надёжность в работе. Из БрБ2 изготавливают ответственные детали;

• хорошие показатели при работе с деталями из других материалов. Это значит, что детали из бериллиевой бронзы не истираются и в то же время бережно воздействуют на сопрягаемые механизмы. Такой механизм в целом можно охарактеризовать как безотказный;

• детали из этого металла хорошо сопрягаются друг с другом, полируются и идеальным образом взаимодействуют в механизмах при заданных параметрах;

• но даже если условия эксплуатации нарушены, детали из БрБ2 способны выдерживать большие нагрузки трения и других механических воздействий;

• при работе механизмов в ходе изнашивания БрБ2 не откалывается большими кусками, а истирается постепенно, давая очень мелкую стружку. 

Рис.6.15 Влияние бериллия на структуру и свойства бронз

Рис.6.16 Детали, изготовляемые из бериллиевой бронзы

 Уникальность бериллиевой бронзы Бр.Б2 заключается в том, что она обладает высокой износостойкостью и стойкостью к коррозионной усталости.

Свинцовые бронзы

Свинцовая бронза БрС30 характеризуется хорошими антифрикционными свойствами и высоким сопротивлением заеданию, поэтому применяется для высоконагруженных подшипников (опорные и шатунные подшипники мощных турбин, авиационных моторов, дизелей и других быстроходных машин).  Свинцовая бронза – это двухкомпонентный сплав системы Cu-Pb (рис.6.17).  Характерной особенностью затвердевания сплавов данной системы является наличие монотектической реакции: процесс кристаллизации сопровождается расслоением жидкости на два слоя: жидкость, богатая медью, и жидкость, богатая свинцом. После затвердевания структура бронзы представляет собой зерна меди и эвтектику, состоящую из практически чистого свинца. Для получения высоких антифрикционных свойств   необходимо иметь мелкое зерно меди и равномерное распределение частиц свинца.

Для обеспечения равномерного распределения свинца в структуре применяют в процессе литья специальные меры, уменьшающие   ликвацию: диспергирование, быстрая кристаллизация и т.п., например, для увеличения скорости кристаллизации стальные ленты или заготовки, на которые заливают свинцовую бронзу, охлаждают водой. Таким способом удается получить мелкое зерно меди с дисперсными частицами свинца. Прочностные свойства сплава достаточно резко понижаются с увеличением содержания свинца. Прочность и твердость свинцовой бронзы БрС30 невысоки, поэтому она применяется в виде биметалла, получаемого заливкой слоя бронзы на стальной корпус подшипника (рис.6.18). Благодаря биметаллической конструкции подшипники могут работать при высоких скоростях скольжения и пребольших удельных и циклических нагрузках ударного характера. Такие биметаллические подшипники имеют небольшую массу, просты в изготовлении и при износе легко заменяются. Свинцовые бронзы значительно превосходят по теплопроводности оловянные бронзы (почти в три раза) и другие подшипниковые сплавы, что позволяет использовать их при более высоких рабочих температурах.

Рис.6.17 Марки, свойства и структура свинцовых бронз

Рис.6.18 Биметаллическая конструкция подшипника