Микроструктура и свойства бронз.

Бронзы - сплавы меди с оловом, содержащие до 20% олова (ГОСТ 5017-74). Бронзы, содержащие до 6% олова, состоят из светлых пластичных зерен a- твердого раствора, замещение олова в меди. Такие однофазные сплавы хорошо деформируется. Из них изготавливают ленты, гильзы патронов, радиаторные трубки, проволоку.

При содержании олова выше 6% в структуре бронзы появляется хрупкий эвтектоид (a+b), где a- твердый раствор на базе электронного соединения Cu₃Sn₈. Такие сплавы используются как литейные.

Особенность таких сплавов в том, что a - твердый раствор - относительно мягкая составляющая, кристаллы d (Cu₃Sn₈) - твердые, что является хорошим сочетанием для подшипников скольжения: мягкая фаза быстро прирабатывается, твердые частицы обеспечивают высокую износостойкость и хорошо удерживают смазку между трущимися поверхностями деталей. Поэтому оловянные бронзы являются хорошим антифрикционным материалом.

Оловянные бронзы имеют низкую объемную усадку (около 0,8%) и используются при художественном литье. Хорошую жидкотекучесть обеспечивает наличие фосфора в составе бронз. Прочность бронз понижается при содержании олова больше 20%, при этом количество d- фазы значительно увеличивается. Технические сплавы Cu - Sn, как правило, содержат в своем составе не больше 12% олова. Часто в состав бронз входят 5...10% цинка главным образом с целью экономии олова; 3..5% свинца для улучшения антифрикционных свойств; до 1% фосфора для раскисления сплавов, улучшения жидкотекучести и повышения упругих свойств.

Бронзы маркируют по следующим принципам: БрОФ10-1 означает, что в бронзу входит 10% олова, 1% фосфора, остальное - медь.

Оловянные бронзы подразделяются на деформируемые и литейные. В деформированных бронзах содержание олова не должно превышать 6%. Из этих сплавов изготавливают ленты, трубы, прутки, проволоку. Деформируемые бронзы в зависимости от состава отличаются высокими механическими, антикоррозионными, антифрикционными и упругими свойствами и используются в различных отраслях промышленности.

Литейные бронзы используются в основном для изготовления пароводяной арматуры и для отливок антифрикционных деталей типа втулок, венцов червячных колес, подшипников скольжения. В табл. 4 представлены марки, механические свойства и области применения некоторых бронз.

Алюминиевые бронзы (ГОСТ 18175-78) - сплавы меди с алюминием. Хорошими механическими и технологическими свойствами обладают алюминиевые бронзы, содержащие 5-10% , например БрА5, БрА7, БрА10, содержащие соответственно 5, 7 и 10% алюминия. Сплавы, содержащие до 7% алюминия, обладают высокой пластичностью, прочностью и коррозионной стойкостью. Из них производят ленты, листы для производства монет. Эти бронзы имеют структуру a- твердого раствора замещения алюминия в меди. Бронза А10 в структуре содержит эвтектоид (a+b), что в состаренном состоянии уменьшает пластичность сплава, а, следовательно, затрудняет процесс пластической деформации. Поэтому заготовки из бронзы А10 получают методом литья.

Таблица 4

Механические свойства и применение бронз

Бериллиевые бронзы - сплавы меди с бериллием, содержащие 2...2,5% бериллия. Марки бериллиевых бронз БрБ2; БрБ2,5. Растворимость бериллия в меди при комнатной температуре составляет 0,2%, что используют для получения высоких упругих и прочностных свойств деталей из этих бронз методом дисперсионного твердения.

Готовые изделия из бериллиевых бронз закаливают в воду от 800⁰ С, благодаря чему фиксируется при комнатной температуре пересыщенный твердый раствор a (бериллия в меди). Затем проводят искусственное старение при 300...350⁰ С, в результате чего твердость закаленной бронзы повышается до 350...400 НВ.

В результате старения бериллиевой бронзы из перенасыщенного a- твердого раствора выделяются мелкие и твердые частицы СuВе, которые и придают сплаву повышенную твердость.