Бронза.

Бронзою називають сплави міді з оловом чи деякими іншими елементами: алюмінієм, кремнієм, берилієм, свинцем та інш. Назву конкретний вид бронзи отримує по основному компоненту, що входить у сплав із міддю. Наприклад: олов’яні бронзи, кременисті бронзи. До складу бронзи також можуть входити і легуючі елементи.

Структура та властивості бронзи змінюються в залежності від швидкості охолодження при кристалізації сплавів, виду термічної обробки і характеру обробки тиском. Для покращення властивостей їх піддають термічній обробці: відпалюванню, гартуванню з відпущенням або пластичному деформуванню з метою наклепу. Більшість бронз (крім алюмінієвих) гарно піддаються зварюванню і паянню.

Олов’яні бронзи. Вміщують до 14% олова, збільшення кількості якого підвищує твердість і міцність. Однак, внаслідок високої вартості олова його частку замінюють свинцем чи цинком. Додаткове легування здійснюють Zn, Pb, Ni, P. Фосфор покращує ливарні властивості і збільшує твердість, Свинець і цинк покращують оброблюваність різанням і антифрикційні властивості. Олов’яні бронзи мають високі антифрикційні властивості, корозійну стійкість і досить високі пружні властивості. З них виготовляють різний прокат, дріт для пружин, ливарних деталей корпусів складної форми, деталей високого навантаження, опорні шайби, шестерні, деталі паро- і гідроапаратури. Приклад: БрОФ10-1, БрОФ8,5-0,3, БрЩ4Ц4С17.

Алюмінієві бронзи. Вміщують 5…11%Al. Вони є найбільш розповсюдженими дешевими замінниками олов’яних бронз і навіть перевищують їх по ряду властивостей: ливарним, порівнювально вищою міцністю, жаростійкістю, хімічною стійкістю. Недоліком цих бронз є важке паяння і зварювання. Бронзи, що містять до 7,5%Al однофазні, дуже пластичні, стійкі до стирання і використовуються для виготовлення напівфабрикатів різного профілю, стрічки, листів, дроту для пружних елементів і струмопровідних пружин. Двофазні бронзи зазвичай леговані Ni, Mn, Fe. Нікель (Ni) – підвищує механічні і фізичні властивості, жаростійкість, корозійну стійкість. Марганець (Mn) – підвищує технологічні властивості, морозостійкість, оброблюваність тиском. Залізо (Fe) – в комплексі з іншими елементами суттєва підвищує міцність і зносостійкість. З цих бронз виготовляють фасонні виливки, шестерні, втулки, деталі турбін і двигунів, деякі застосовують для виготовлення литих підшипників і втулок. Приклад: БрА5, БрА7, БрАЖМц 10-3-1,5.

Кременисті бронзи. Вміщують до 3,0%Si. Основними легуючими елементами є Mn і Ni. Ці бронзи перевершують інші в міцності і стійкості в лужних середовищах, тому використовуються для виготовлення труб і арматури хімічної промисловості. В багатьох випадках вони є замінниками дорогих олов’яних чи берилієвих бронз і латуней. Кременисті бронзи легко обробляються тиском, різанням і зварюються, однак їх ливарні характеристики низькі. Приклад: БрКМЦ3-1,

Берилієві бронзи. Містять до 1,8…2,5% Be. Легуючими елементами в них є Mn, Ni, Fe, Co, Ti та інші. Ці бронзи крім високої міцності характеризуються високою пружністю і електропровідністю. Вони добре обробляються різанням і зварюються. З виду високої вартості ці бронзи використовуються для особливо відповідальних виробів контрольно-вимірювальних приладів, контактів, роз’ємів, різних пружних елементів в авіаційній апаратурі, радіотехніці, зв’язку тощо. Приклад: БрБ2, БрБНТ 1,7; БрБНТ 1,9.

Свинцеві бронзи. Містять до 27…33% свинцю (Pb). За рахунок того, що свинець практично не розчиняється в міді, в цих бронзах по границям зерен розміщується евтектика у вигляді крапель. Саме така структура й забезпечує основну характеристику свинцевої бронзи – антифрикційність. Однак механічні характеристики їх не високі. Легують ці бронзи Ni і Sn. Використовують свинцеві бронзи в вузлах тертя, підшипниках ковзання, біметалевих виробів. Приклад: БрС30, БрСН60-2,5, БрСО12-8.

15.4. Мідно-нікелеві сплави.

Cu з Ni утворюють тверді розчини. Ni збільшує твердість, міцність і електроопір, зменшує коефіцієнт лінійного розширення, підвищує корозійну і теплостійкість. Мідно-нікелеві сплави виділені в особливу групу (ГОСТ 492 – 73). Їх поділяють на конструкційні – мельхіор, нейзильбер, куніаль, та електротехнічні – копель, константан, манганін. З мельхіору (МНЖМц30-0,8-1) виготовляють конденсаторні трубки, медичний інструмент, деталі точної механіки і хімічної апаратури; нейзильбер (МНЦ15-20) використовують для електротехнічних плоских пружин, реле, термопар, реостатів, деталей карбюраторів; куніаль (МНА13-3) застосовують для деталей підвищеної міцності, пружин; копель (МНМц43-0,5) і константан (МЕМц40,1,5) ідуть на виготовлення дроту вимірювальних і нагрівальних приладів, термопар, компенсаторів; манганін (МНМц3-12) має малу термо е.д.с та електроопір і використовується в резисторах, електроприладах.

15.5. Маркування мідних сплавів

Латуні маркуютьсябуквою"Л", наступне число за нею означає вміст міді, залишком (до 100%) є цинк. Це характерно для простих латуней.

Приклад:

Л86 – латунь, міді 86%, цинку – 14%;

Л59 – латунь, міді 59%, цинку – 41%.

Леговані багатокомпонентні латуні маркуються з врахуванням технологічних властивостей.

В ливарних латунях після букви "Л" вказують цинк та його вміст у відсотках, далі іде перелік легуючих елементів з позначенням їх кількості, залишком (до 100%) є мідь.

Приклад:

ЛЦ40С – латунь, цинку 40%, свинцю – 1%, міді – 59%;

ЛЦ40Мц3Ж – латунь, цинку 40%, марганцю – 3%, заліза – 1%, міді – 56%.

Деформовані латуні маркують з вказуванням після букви "Л" всього переліку легуючих елементів після чого через дефіс їх кількості, причому на першій позицій вказують кількість міді, залишком (до 100%) є цинк.

Приклад:

ЛС59-1 – латунь, міді 59%, свинцю – 1%;

ЛАЖ60-1-1 – латунь, міді 60%, алюмінію – 1%, заліза – 1%.

Бронзимаркуютьсябуквами"Бр", далі слідує буквене і числове позначення елементів, причому кількість міді не вказується, а визначається по різності до 100%.

В марках бронзи, оброблюваної тиском (деформована) після букв "Бр" стоїть буквене позначення легуючих елементів в порядку зменшення їх концентрацій, а далі в тій же послідовності через дефіс вказується їх кількість.

Приклад:

БрОФ10-1 – бронза олов’яна, олова – 10%, фосфору – 1%, міді – 89%;

БрКМц3-1 – бронза кремениста, кремнію – 3%, марганцю – 1%, міді – 96%.

В ливарних бронзах після кожного буквеного позначення легуючого елементу вказується його вміст у %.

Приклад:

БрО4Ц4С17 – бронза олов’яниста, олова 4%, цинку – 4%, свинцю – 17%, міді – 75%.

БрС30 – бронза свинцева, свинцю 30%, міді – 70%.

БрА10Ж3Мц2 – бронза алюмінієва, алюмінію – 10%, заліза – 3%, марганцю – 2%, міді – 85%.

Лекція 16

16.1. Алюміній та сплави на його основі

Алюміній – сріблясто-білий метал з ґратками ГЦК, щільність 2,7 г/см³, температура плавлення – 660ºС. Міцність і твердість алюмінію не великі, однак пластичність достатньо висока: σ_в=50МПа, НВ=50 МПа, δ=50%. Алюміній характеризується високими електропровідністю, теплопровідністю та корозійною стійкістю. Серед технологічних властивостей слід відзначити гарну оброблюваність тиском, зварюваність, , не високу оброблюваність різанням.

Особливо чистий алюміній (А999, А995, А99, А97) та технічно чистий (А85, А8, А7, А0-99,0%Al) використовується для елементів конструкцій які не несуть значних навантажень, для електричного дроту, кабелів, шин, конденсаторів, в хімічній та харчовій промисловості.

В якості конструкційного матеріалу в промисловості частіше використовуються сплави алюмінію. Перевагами їх є висока міцність, мала питома вага, корозійна стійність, тепло-, електропровідність, гарні технологічні властивості. Найбільш поширеними є сплави алюмінію з Cu, Si, Mg, Mn, Zn.

Класифікуються сплави алюмінію по складу, споживчим і технологічним властивостям (способу обробки), і по можливості зміцнення термічною обробкою.

По складу та споживчим властивостям сплави алюмінію поділяють на :

- сплави високої міцності. Вони мають складний хімічний состав, легуються Cu і Mg та мають в порівнянні з іншими більшу міцність (σ_в ≥ 600МПа). Приклад: В95;

- жаростійкі сплави. Леговані Ni. Температура експлуатації складає 300…350ºС;

- сплави підвищеної пластичності. Мають обмежений вміст міді (≤ 0,5%), додатково легується Mg та Mn. Поєднують незначну твердість і високі показники пластичності;

- антифрикційні сплави – сплави Al та Sn, додатково леговані Ni, Сu та іншими.

За технологічними ознаками алюмінієві сплави поділяють на:

- ливарні;

- оброблювані тиском (деформовані).

В кожній з цих груп існують підгрупи зміцнюваних і не зміцнюваних термічною обробкою сплавів.

16.2. Характеристика алюмінієвих сплавів.

До найбільш поширених алюмінієвих сплавів відносять силумін, дуралюмін, авіаль і антифрикційні сплави.

Силумін – ливарний сплав Al (основа) з Si (4..13%, до23%) та легуючими елементами Cu,Mn, Mg, Zn, Be. Силуміни поєднують жаростійкість, зносостійкість і розмірну стабільність при задовільних механічних характеристиках. Ці сплави використовують в серійному виробництві для деталей гідро і пнемо систем складної конфігурації, корпусних виробів. Приклад: АЛ5, АЛ8, АК12М2МгН.

Дуралюмін – сплав на основі Al з Cu(2,2..5,2%) + Mg (0,2…2,7%) + Mn (0,2..1,0%). Відносять сплав до оброблюваних тиском і зміцнюваних термічною обробкою. Ці сплави поєднують високу міцність з високою пластичністю при середній твердості. Деталі виготовляють прокаткою, пресуванням, куванням. Використовують для авіаційного і транспортного машинобудування. Приклад: Д1, Д6, Д31.

Авіаль – сплав AL (основа) з Mg, Si, Mn (чи Cr) та Cu ( в сумі до 3%). Ці сплави найменш леговані, є деформованими, зміцняються термічною обробкою . При середній міцності мають високу технологічність і стійкість проти корозії. З авіалю виготовляють ковані та штамповані деталі складної форми, широко використовують і будівництві(профілі, рами), деталі авіаційної техніки. Приклад: АВ1, АД1, АД31.

Кувальні сплави – це сплави системи Al + Cu + Mg леговані Ni та Fe. Відзначаються високою пластичністю, стійкістю до утворення гарячих тріщин, тому деталі з них отримують гарячою обробкою тиском: під моторні рами, стикові вузли, кріпильні деталі, крильчатки вентиляторів, лонжерони. Приклад: АК6, АК8, АК4.

Сплави Al + Mg, Al + Mn це сплави ,що не зміцняються термічною обробкою. Вони мають гарну пластичність при середній міцності. Зміцнення цих сплавів здійснюється нагартовкою. Ці сплави добре обробляються тиском (ковкою, штамповкою), гарно зварюються, мають високу корозійну стійкість, обробка різанням ускладнена. Використовують для зварених та клепаних елементів ненавантажених конструкцій, різних резервуарів, ємкостей, трубопроводів. Приклад: АМг2, АМг6, АМц, АМц4.

Антифрикційні сплави представляють сплави Al + Sn та Al + Ni. Вони мають низький коефіцієнт тертя і високу теплопровідність. Використовуються для виливок вкладишів та втулок підшипників та вузлів тертя, для отримання біметалевої стрічки. Приклад: АО3-7, АО9-2, АО20-1, АН-2,5, АСМ, АСМТ.

16.3. Маркування алюмінієвих сплавів.

Сплави алюмінію маркують з вказуванням типу та назви сплаву і порядкового номеру у відповідному ГОСТі.

- "АЛ" позначають ливарні сплави – силуміни.

- "АВ" і "АД" позначають авіаль та деформовані алюмінієві сплави.

- "Д" позначають дуралюміній.

- "АК" позначають кувальні сплави.

- "АМг", "АМц" позначають сплави алюмінію з Mg та Mn відповідно.

Приклад:

АЛ4 – силумін, №4;

АЛ8 – ливарний сплав №8;

Д16 – дуралюмін №16 по ГОСТ;

АМг6 – деформований, не зміцнювальний сплав №6.