властивості бронз

Класифікація бронзових сплавів

За хімічним складом бронзи класифікуються за назвою основного легуючого елемента. При цьому бронзи умовно ділять на два класи: олов'яні (з обов'язковим присутності-наслідком олова) і безолов'яні.

По застосуванню бронзи ділять на деформуються, технологічні властивості яких допускають виробництво прокату і поковок, і ливарні, використовувані для лиття. У той же час багато бронзи, з яких виробляється прокат, використовуються і для лиття.

Хімічний склад і марки бронзових сплавів визначені в наступних ГОСТах:

Різноманіття бронз відображає наведена нижче таблиця. У ній представлені практично всі деформуються і частина ливарних бронз. Бронзи, які використовуються виключно як ливарні, позначені «зірочкою». Надалі будуть розглядатися переважно деформуються бронзи. Структура бронзових сплавів коротко розглянута в - Структура і властивості сплавів.

Високу теплопровідність мають низьколеговані бронзи. Облагороджування покращує теплопровідність. Висока теплопровідність особливо важлива для забезпечення відводу тепла в вузлах тертя і в електродах зварювальних машин. Низька теплопровідність полегшує процес зварювання бронзових деталей.

Механічні властивості бронзового прокату

Якщо з усього розмаїття латуней масово виробляється прокат тільки двох марок (ЛС59-1 і Л63), то для масового виробництва напівфабрикатів з бронзи використовується значно більшу кількість марок. Бронзовий прокат включає в себе кола, труби, дріт, стрічки, смуги і плити.

Бронзові кола випускаються пресованими, холоднодноформірованнимі і методом безперервного лиття. Спосіб виробництва і діапазон вироблених діаметрів визначається технологічними властивостями конкретної бронзи. У таблиці зазначено відповідність між марками бронз, діаметром прутка і способом виробництва.

Загальне уявлення про основні механічні властивості бронзових кіл дає наступна гістограма.

Методом безперервного лиття масово виробляються БрОЦС5-5-5, БрАЖ9-4, рідше БрОФ10-1 і БрАЖМц10-3-1.5. У виробах, отриманих цим способом, не має дефектів, характерні для лиття в кокіль або піщану форму. Тому за своїми властивостями непреривноліті напівфабрикати істотно перевершують виливки в кокіль і близькі до пресованим напівфабрикатів.

Кола з БрОЦС5-5-5 і БрОФ10-1 мають відносно гладку поверхню, порушується неглибокими вм'ятинами від тягне пристрою. Кола цих марок виробляються тільки безперервнолиту способом.

Кола з БрАЖ і БрАЖМц, отримані методом безперервного лиття, можуть мати на поверхні оперізують тріщини глибиною до 1 мм. По твердості, міцності і пластичності непреривноліті кола трохи поступаються пресованим, антифрикційні властивості у них практично однакові, а вартість їх істотно нижче. При необхідності якісні кола великих діаметрів (понад 100 мм) і короткої довжини можна відливати методом відцентрового лиття.

Пресовані і холоднодеформовані кола.

Вони виробляються по ГОСТ 1628-78. а також ГОСТ 6511-60 (БрОЦ4-3), ГОСТ10025-78 (БрОФ6.5-0.15 і БрОФ7-0.2) і ГОСТ15835-70 (БрБ2) і численним ТУ.

Масово виробляються і є у вільному продажу пресовані кола з БрАЖ9-4 діаметром 16-160 мм.

Доступні також кола з БрАЖМц10-3-1.5, БрАЖН10-4-4 і БрАЖНМц9-4-4-1, але вони значно дорожче. Пресовані кола інших марок випускаються під замовлення.

Холоднодеформовані (тягнені) кола випускаються в різному стані поставки діаметром до 40 мм. На гістограмі представлені дані для прутків з БрОЦ4-3. БрКМц3-1, БрОФ7-0.2 (твердий стан), БрАМц9-2 (полутвердое стан) і прутків БрБ2 в станах «М» і «Т» Слід зазначити, що холоднодеформовані кола виробляються під замовлення і є великим дефіцитом.

Бронзові труби і заготовки для втулок

Пресовані труби загального призначення виробляються з БрАЖМц10-3-1.5, БрАЖН10-4-4 (ГОСТ 1208-90). Труби спеціального призначення випускаються з інших марок за різними ТУ. Методом безперервного лиття випускаються трубні заготовки з БрОЦС5-5-5, БрАЖ9-4, БрАЖМц10-3-1.5. Механічні властивості труб практично збігаються з такими для відповідних кіл.

Заготовки для втулок відливаються в кокіль або методом відцентрового лиття. При цьому частіше використовуються марки БрАЖ9-4, БрОЦС5-5-5, БрОФ10-1, БрОЦ10-2.

Особливості властивостей різних бронзових сплавів

Вибір бронзи для використання в конкретних цілях не визначається тільки величинами? В та НВ. які відображають лише частину механічних властивостей. Вибір тієї чи іншої марки проводиться з урахуванням всього комплексу фізичних, механічних, технологічних і антифрикційних властивостей, корозійної стійкості, поведінки при високих або низьких температурах і т.д. Нижче в таблиці зіставлені властивості і марки бронзових сплавів.

ЗАСТОСУВАННЯ БРОНЗОВИХ СПЛАВОВ В ВУЗЛАХ ТЕРТЯ

Бронзи дуже широко використовуються як антифрикційні матеріали. До числа бронз, які імпользуются як антифрикційні матеріали відноситься більшість олов'яних (крім БрОЦ4-3) бронз, а з безолов'яні - БрАМц, Браже, БрАЖМц, бражної. Ці бронзи застосовуються головним чином для виготовлення 1) опор підшипників ковзання, 2) коліс (вінців) черв'ячних передач і 3) гайок в передачах "гвинт-гайка".

Анти-фрикційні властивості становлять окрему групу властивостей і не пов'язані безпосередньо з їх механічними властивостями. Антифрикційні властивості визначаються властивостями поверхневого шару, тоді як механічні властивості визначаються об'ємними властивостями матеріалу.

Це неочевидне твердження можна проілюструвати на прикладі двох бронз - БрС30 і БрАЖ9-4 при їх використанні в підшипниках ковзання. БрС30 істотно поступається бронзі БрАЖ9-4 за всіма механічними показниками (міцність, твердість, відносне удліеніе). Однак, саме вона застосовується в особливо відповідальних підшипниках, що допускають високі швидкості і високі навантаження (в т.ч. ударні).

Тому при виборі бронзи для використання в вузлах тертя враховують перш за все антифрикційні, а потім - механічні властивості. Для цих цілей масово використовуються кола і порожнисті заготовки БрАЖ9-4 і БрАЖМц10-3-1.5 БрОЦС5-5-5, БрОФ10-1. Для напрямних використовуються катані смуги з БрАМц9-2 і плити (литі і відфрезеровані) з БрАЖ9-4 і БрОЦС5-5-5.

Критерії вибору тієї чи іншої марки бронзи залежать від виду вузла тертя і умов його роботи. Для найбільш поширених випадків загальні рекомендації можуть бути наступними.

При швидкостях ковзання> 5-6 м / с переважно застосовувати БрОФ10-1. при швидкостях <5-6 м/с можно применять БрАЖ9-4 или БрОЦС5-5-5. Если опорная поверхность вала закалена, то можно применять любую из этих бронз, но БрАЖ допускает вдвое большие радиальные нагрузки. Если опорная поверхность вала незакалена, можно применять только БрОЦС.

Колеса (вінці) черв'ячних передач.

При швидкостях ковзання> 8-12 м / с застосовується БрОФ10-1. При швидкостях 4-10 м / с застосовується БрОЦС5-5-5. при швидкостях <4-6 м/с применяется БрАЖ9-4.

Більш детально питання застосування бронз у вузлах тертя розглядається на сторінці Антифрикційні матеріали. Відповідні рекомендації можуть бути корисні при проведенні ремонтних робіт у відсутності технічної документації на виріб.

Кола і заготовки з основних марок бронз є на складі - див. Стор. Сайту "БРОНЗОВІ КРУГИ і ТРУБИ"

Термоупрочняемие (облагороджує) бронзи

У деяких бронзах при зниженні температури розчинність легирующей компоненти різко падає і її виділення з твердого розчину викликає ефект дисперсійного твердіння. Цей процес супроводжується різкою зміною фізичних і механічних властивостей.

Бронзи, здатні до дисперсионному твердненню, дозволяють здійснювати зміцнення виробів з них за рахунок спеціальної термообробки (старіння, облагороджування). В результаті зростають твердість, межі плинності і міцності, поліпшується корозійна стійкість, підвищується тепло- і електропровідність.

До бронзам з ефектом твердіння відносяться берилієві, хромисті, цирконієві, кремнисто-нікелеві і деякі складні сплави (див. Таблицю марок бронз). Напівфабрикати з таких бронз (прутки, стрічки, плити, дріт) мають такі стану поставки:

Це гарячекатані плити або пресовані прутки, остиглі зі швидкістю природного охолодження.

- З термообробкою (гарт).

В цьому випадку напівфабрикат нагрівається до певної «високої» температури після чого проводиться його гарт в воду для отримання пересичені твердого розчину. Це загартовані напівфабрикати, стан яких зазвичай маркується літерою «М». Така термообробка підвищує пластичність і дозволяє в подальшому проводити операції згинання, витяжку, прокатку і інші види холодної деформації. Твердість, межі плинності і міцності, пластичність загартованих бронз трохи вище, ніж у пресованих.

- З термообробкою (гарт) і подальшої холодної деформацією.

Холодна деформація підвищує межі плинності і міцності і збільшує твердість загартованих напівфабрикатів. Холоднодеформована напівфабрикат після гарту зазвичай маркується літерою «Т».

Другий етап термообробки - відпустка, зазвичай проводиться вже над виробом. Відпустка проводиться при «низькій температурі» протягом певного часу. В процесі відпустки відбувається виділення надлишкової фази з впорядкованою розподілом легуючого елемента. Ці виділення пов'язані зі значними напруженнями кристалічної решітки, які викликають підвищення міцності і твердості.

Таким чином, облагороджування такого класу бронз складається з двох операцій. Спочатку проводиться швидка гарт, потім тривала відпустка. Між загартуванням і відпусткою може проводитися зміцнення холодної деформацією або виготовлення деталі. Режими облагородження сильно залежать від хімічного складу бронзи. Для БрБ2 температура гарту 750-790 С, температура відпустки 300 - 350 С протягом 2 - 4 годин. Для БрХ0.5 температура гарту 950 С, температура відпустки 400 С протягом 4 годин.

Ефект термообробки для прутка з БрБ2 показаний на гістограмі, а для стрічок - в таблиці. Там же, в таблиці, наведено ефект облагородження для хромової бронзи БрХ0.5.

Дисперсійне твердіння виробів, виготовлених з термоупрочняемих бронз (БрБ2, БрХ, БрХЦр, БрКН) і сплавів (МНМц20-30) істотно підвищують показники міцності і твердості в порівнянні з вихідним матеріалом поставки. Найбільший ефект від облагородження мають вироби з берилієвих бронз.

ЗАСТОСУВАННЯ БРОНЗОВИХ СПЛАВОВ ДЛЯ виготовлення пружин

(Пружні властивості бронзових сплавів)

Для виготовлення пружин використовуються матеріали з високою межею пружності і мінімальним рівнем непружних явищ (пружний гістерезис, низький рівень релаксації та ін.).

Для виготовлення пружин і пружних деталей використовуються стрічки, прутки і дріт з БрКМц3-1, БрОФ6.5-0.15, БрОФ7-0.2, БрОЦ4-3, берилієвих бронз. Висока пластичність цих бронз навіть в твердому стані дозволяє використовувати для навивки пружин не тільки дріт, а й прутки діаметром до 10-15 мм.

Залежно від виду пружини на її матеріал діють нормальні (стиснення-розтягування) або дотичні напруження. Жорсткість пружини визначається модулем пружності E або модулем зсуву G відповідно. Область допустимих навантажень тим більше, чим більше відповідний межа пружності (плинності), але при розрахунках допустимі навантаження і деформації розраховують за межі міцності при розтягуванні з урахуванням розрахункових коефіцієнтів.

У таблиці представлені властивості стрічок з БрОФ, БрОЦ, БрКМц (в твердому стані) і БрБ2 (після твердіння зі стану «Т»).

Для виготовлення плоских пружин використовується також стрічка з БрА7. Її параметри (ГОСТ 1048-79) практично збігаються з такими для бронзи БрКМц, але БрА7 відрізняється дуже високою межею повзучості.

Після виготовлення пружин з облагороджує матеріалів (берилієві бронзи і сплав МНМц20-20) проводиться їх дисперсійне твердіння.

Технологічний процес виготовлення гвинтових циліндричних пружин з матеріалів цієї групи входять такі основні операції: гарт, навівка заготовок, розрізання довгих заготовок на окремі пружини, обробка торців пружин, дисперсійне твердіння. Процес виготовлення плоских пружин включає: різання матеріалу на стрічки необхідної ширини, загартування, штампування пружин, дисперсійне твердіння.
В результаті такої термообробки підвищується твердість, пружність, зносостійкість і значно підвищується втомна міцність матеріалу пружин.

ЗАСТОСУВАННЯ БРОНЗОВИХ СПЛАВОВ ДЛЯ ЕЛЕКТРОДІВ І провідників струму

(Електродні і проводять сплави)

До таких сплавів ставляться:

Кадмієві бронзи (Cd. 0.9-1.2%) - прутки, стрічки і колекторні смуги.

Хромокадміевие бронзи (Cd. 0.2-0.5%, Cr. 0.35-0.65%) - прутки

Магнієві бронзи (М g. 0.3-0.8%) - колекторні смуги і дріт.

Срібні бронзи (Ag до 0.25%) - прутки, дріт, смуги.

Хромисті бронзи (Cr. 0.5 - 1.0) - прутки, плити, смуги для колекторних пластин, дріт.

Цирконієві (Zr. 0.2 - 0.7%) - колекторні смуги, труби, смуги

Хромистого-цирконієві бронзи - прутки, плити

Ці бронзи мають два основних застосування.

1. Використання у виробництві силових рухомих контактів (контактні кільця, колекторні пластини). Тут в першу чергу важлива висока зносостійкість, а також працездатність при підвищених температурах.

2. Для виготовлення електродів зварювальних машин. Електродні сплави повинні мати високу температуру розм'якшення, високу твердість і межа плинності в області робочих температур (500 - 700 С).

На малюнку (Б) показано зміна твердості міді, кадмиевой і хромової бронз з підвищенням температури. Видно безсумнівна перевага БрХ при високих температурах. Ще кращі результати мають БрХЦр, БрБНТ і інші сплави, але їх застосування обмежується високою ціною і доступністю.

На сусідньому малюнку (А) видно принципова різниця між облагороджує хромистой бронзою з одного боку і звичайної бронзою (БРКД) або міддю з іншого.

Відпал холоднодеформованих прутків з міді або БРКД зменшує твердість. При температурах вище температури рекристалізації руйнується текстура і метал разупрочняется. У той же час в БрХ при 400 ° С відбувається дисперсійне твердіння і його твердість після відпалу, навпаки, зростає. Якби дисперсійне твердіння не відбувалося, то твердість зменшувалася б по пунктирною кривою (відбувалося б разупрочнение). Це означає, що після виготовлення електродів зі сплавів типу БрХ, БрХЦр, вони повинні бути відповідним чином термооброблені для поліпшення їх фізико-механічних властивостей.