Литейные алюминиевые сплавы

Деформируемые алюминиевые сплавы, не упрочняемые термической обработкой

К этим сплавам относятся сплавы алюминия с марганцем или с магнием. Упрочнение сплавов достигается в результате образования твердого раствора и в меньшей степени избыточных фаз.
Сплав АМn представляет собой a - твердый раствор марганца в алюминии и частиц соединения Al₆Mn. Сплавы типа АМn в равновесном состоянии после охлаждения двухфазные a+b (Al₃Mg₂) (рис. 76а). Магний сильно повышает прочность сплавов (рис. 76 б). Сплавы АМг добавочно легируют марганцем, который, образуя дисперсные частицы, упрочняет сплав и способствует измельчению зерна. Эффект от закалки и старения невелик и поэтому их применяют в отожженном состоянии.
Таблица 52

Температура отжига и среда охлаждения для
деформируемых алюминиевых сплавах, не упрочняемые ТО

марка	температура отжига, ⁰С	среда охлаждения
АМц, АМг 2	350-410	воздух
АМг3	270-280	воздух
МАМг5	310-335	воздух

Повышение прочности при некотором уменьшении пластичности изделий простой формы достигается нагартовкой. Упрочнение, создаваемое нагартовкой, снимается в зоне сварки.
Сплавы хорошо обрабатываются давлением, хорошо свариваются и обладают высоко коррозионной стойкостью. Обработка резанием затруднена. Сплавы АМц, АМг2, АМг3 применяются для сварных и клепаных элементов конструкций, испытывающих небольшие нагрузки и требующие высокого сопротивления коррозии. Для средне нагруженных деталей и конструкций используют сплавы АМг5 и АМг6.

Сплавы для фасонного литья должны обладать высокой жидко текучестью, сравнительно небольшой усадкой, малой склонностью к образованию горячих трещин и пористости в сочетании с хорошей механическими свойствами, сопротивлением коррозии. Высокими литейными свойствами обладают сплавы, содержащие в своей структуре эвтектику. (Al-Si, Al-Cu, Al-Mg).
Многие отливки из алюминиевых сплавов подвергают термической обработке. В зависимости от характера отливки и условий ее работы используют один из видов термической обработке приведенных ниже.
1. Искусственное старение (Т1) при (175 ± 5) ⁰С в течение 5-20 ч без предварительной закалки, при литье многих сплавов (АЛ4, АЛ5, АЛ3) в сырую песчаную форму или в кокиль происходит частичная закалка, поэтому старение повышает прочность и улучшает обработку резанием.
2. Отжиг (Т2) при 3000С в течение 5 - 10 ч. Охлаждение при отжиге проводят на воздухе. Отжиг применяют для снятия литейных напряжений, а также остаточных напряжений, вызванных механической обработкой. Отжиг несколько повышает пластичность.
3. Закалка и естественное старение (Т3, Т4) Температура закалки 510 -520 ⁰С для сплавов АЛ1, АЛ7 и 535-545 ⁰С для сплавов АЛ4, АЛ9, АЛ19 и др. Так как после закалки отливки выдерживают достаточно длительное время при нормальной температуре, режим (Т3) практически соответствует закалке и естественному старению (Т4).
4. Закалка и кратковременное (2-3 ч.) искусственное старение обычно при 150-175 ⁰С (Т5). При данной температуре и продолжительности процесс старения полностью не заканчивается, поэтому после такой обработки отливки приобретают высокую прочность при сохранении повышенной пластичности.
5. Закалка и полное искусственное старение (Т6) при 200 ⁰С 3 - 5 ч. Старение при повышенно температуре по сравнению с режимом Т5 придает наибольшую прочность, но пластичность снижается.
6. Закалка и стабилизирующий отпуск (Т7) при 230 ⁰С для сплавов АЛ9, АЛ5, АЛ1 и при 250 ⁰С для сплава АЛ19 в течение 3-10 ч. Этот вид обработки используют для стабилизации структуры и объемных изменений отливки при сохранении достаточной прочности.
7. Закалка и смягчающий отпуск (Т8) при 240-260 ⁰С в течении 3-5 ч. Высокая температура отпуска заметно снижает прочность, но повышает пластичность и стабильность размеров.
Сплавы Al-Si. Эти сплавы, получившие название силумины, близки по составу к эвтектическому сплаву (рис. 77а) и поэтому отличаются высокими литейными свойствами, а отливки большой плотностью. Наиболее распространен сплав, содержащий 10-13% Si (АЛ2), обладающий высокой коррозионной стойкостью.
Кремний при затвердевании эвтектики выделяется в виде грубых кристаллов игольчатой формы, которые играют роль грубых надрезов в пластичном a - твердом растворе. Такая структура обладает низкими механическими свойствами (рис. 77б). Для измельчения структуры и устранение избыточных кристаллов кремния силумины модифицируют натрием (0,05-0,08 %).
Таблица 53

Химический состав (по легированным элементам) и типичные механические свойства
некоторых литейных алюминиевых сплавов

Сплав	Содержание элементов, %	Вид термической обработки	Механические свойства
Mg	Si	Mn	Cu	Другие элементы	s _в, МПа	s _0,2, МПа	d,%
Сплавы Al-Si (силумины)
АЛ2	-	10-13	-	-	-	Т2
АЛ4	0,17-0,3	8- 10, 5	0,25- 0,5	-	£ 0,15 Ti £ 0,1 Be	T1 T6	180 260	140 200	2 4
АЛ9	0,2- 0,4	6-8	-	-	£ 0,15 Ti £ 0,1 Be	T4 T5	200 220	140 160	5 3
Сплавы Al-Сu
АЛ7	-	-	-	4-5	0,2Ti	T4 T5	240 260	160 200	7 3
АЛ19	-	-	0,6-0,1	4,5-5,3	0,15-0,35 Ti	T4 T5	320 360	180 250	9 5
Сплавы Al-Mg
АЛ8	9,5- 11,5	-	-	-	£ 0,07 Ti £ 0,07 Be	T5
АЛ27	9,5- 11,5	-	-	-	0,05-0,15 Ti 0,05-0,22 Zr 0,05-0,15 Be	T4
Жаропрочные сплавы
АЛ1	1,25- 1,75	-	-	3,75- 4,5	1,75-2,25 Ni	T5 T7	260 220	200 180	0,6 1,2
АЛ21	0,8-1,3	-	0,15-0,25	4,6- 6	0,1-0,25 Cr 2,6-3,6 Ni	T2 T7	210 220	- 200	1,2 1,5
АЛ33	-	-	0,6-1,0	5,5- 6,2	0,8-1,2 Ni 0,05-0,2 Zr 0,15-0,3 Ge	T7			2,0

В присутствии натрия происходит смещение линий диаграммы состояния и заэвтектический сплав становится доэвтектическим. В этом случае вместо кристаллов избыточного кремния появляются кристаллы a - раствора. Эвтектика приобретает более тонкое строение и состоит из мелких кристаллов и a - твердого раствора. В процессе затвердевания кристаллы кремния обволакиваются пленкой силицида натрия Na ₂Si, который затрудняет их рост. Такие изменения улучшают механические свойства сплава. Сплав АЛ2 не подвергают упрочняющей термической обработке. Доэвтектические сплавы, дополнительно легируемые магнием, могут упрочняться кроме модифицирования термической обработкой.
Сплавы сравнительно легко обрабатываются резанием. Заварку дефектов можно производить газовой и аргонодуговой сваркой.
Сплавы Al - Cu. Эти сплавы (АЛ7, АЛ9) после термической обработки имеют высокие механические свойства при нормальной и повышенных температурах и хорошо обрабатываются резанием. Литейные свойства сплавов низкие. Сплав АЛ7 используют для отливок небольших деталей простой формы. Склонен к хрупкому разрушению вследствие выделения по границам зерен грубых частиц CuAl ₂и Al ₇Cu ₂Fe поэтому применяют в закаленном состоянии, если требуется повышенная прочность, то их после закалки подвергают искусственному старению. В сплаве АЛ19 кроме CuAl ₂образуются фазы Al ₁₂Mn ₂Cu и A _l2Ti, располагающие по границам зерен твердого раствора. Присутствие в твердом растворе марганца и образование по границам интерметаллидных фаз повышает жаропрочность сплава. Титан измельчает зерно. Упрочнение достигается закалкой и старением. Сплавы малоустойчивы против коррозии и поэтому отливки обычно анодируют.
Сплавы Al-Mg. Сплавы алюминия с магнием имеют низкие литейные свойства, так как не содержат эвтектики. Характерной особенностью этих сплавов является хорошая коррозионная стойкость, повышенные механические свойства и обрабатываемость резанием. Добавление к сплаву модифицирующих присадок титана и циркония улучшают механические свойства, а бериллия - уменьшают окисляемость расплава, что позволяет вести плавку без защитных флюсов.
Структура состоит из a -твердого раствора и грубых включений частиц Al ₃Mg ₃, которые располагаются по границам зерен, охрупчивая сплав. Сплавы предназначены для отливок, работающих во влажной атмосфере, например в судостроении и авиации
Жаропрочные сплавы. Наибольшее применение получил сплав АЛ1, из которых изготовляют поршни, головки цилиндров и других деталей, работающих при 275-300 ⁰С. Структура литого сплава АЛ1 состоит из a - твердого раствора, содержащего медь, магний и никель и избыточных фаз A _l2CuMg и Al ₆Cu ₃Ni. Отливки применяют после закалки и кратковременного старения при 175⁰С (Т5); поршни подвергаются закалке и старению 200⁰С (Т7). При закалке S – фаза растворяется в a - твердом растворе.
Более жаропрочны сплавы АЛ33 и АЛ19.
Таблица 54

Длительная прочность жаропрочных алюминиевых сплавов

Сплав	АЛ7	АЛ1	АЛ19	АЛ33
s ³⁰⁰₁₀₀, МПа

Высокая жаропрочность обусловлена добавками (таблица 53), образующие нерастворимые интерметаллиды. Сплав АЛ33 упрочняют закалкой от высокой температуры 545 ⁰С и старением при175 ⁰С.
Для крупногабаритных деталей, работающих при 300-350 ⁰С, применяют сплава АЛ21. Отливки сложной формы подвергают отжигу при 300 ⁰С. Для получения высоких механических свойства отливки закаливаются от 525 ⁰С в горячей воде и подвергают стабилизирующему отпуску при 300 ⁰С (Т7).

19. Алюминий и сплавы на его основе
Вопросы для самопроверки

1. Каковы характерные физические и механические свойства алюминия и где он применяется?

2. На какие группы делятся алюминиевые сплавы в зависимости от технологии их обработки?

3. Опишите в общем виде структуру и фазовый состав алюминиевых сплавов?

4. Зачем проводят диффузионный отжиг (гомогенизацию) и отжиг деформируемых алюминиевых сплавов (дуралюмина)?

5. Какие структурные и фазовые превращения протекают при закалке и старении дуралюмина?

6. Какие Вы знаете высокопрочные алюминиевые сплавы?

7. Где применяются и как упрочняются сплавы АМц и АМг?

8. Какую термическую обработку проходят литые алюминиевые сплавы?

9. Какой состав имеет сплав силумин и как он упрочняется?

10. Какие требования предъявляют к алюминиевым сплавам для фасонного литья?

Магний - металл светло-серого цвета. Характерным свойством магния является его малая плотность (1,74 г/см³). Температура плавления магния 6500С. Кристаллическая решетка ГПУ (а = 0,3103, с = 0,5200 нм, с/а = 1,62354).
Технический магний выпускают трех марок МГ90, МГШ95 и МГ96. На воздухе магний легко воспламеняется. Используются магний в пиротехнике и химической промышленности.
Сплавы на основе магния обладают малой плотностью, высокой удельной прочностью, хорошо поглощают вибрацию, что предопределило их широкое использование в авиационной и ракетной технике. Однако сплавы имеют низкий модуль нормальной упругости и плохо сопротивляется коррозии. Недостаток трудность обработки давлением или литьем, но хорошо свариваются.

Механические свойства литого магния
s_B_,МПа	s_0,2,МПа	d,%	НВ

Механические свойства деформированного (прессованные прутки) магния
		11,5

20.2. Сплавы на основе магния Чаще применяют сплав магния с алюминием (до 10 %), цинком (до 5-6- %), марганцем (до 2,5 %), цирконием (до 1,5 %) (рис. 78). Алюминий и цинк повышают механические свойства магния. Марганец не улучшает механических свойств, но зато повышает сопротивление коррозии и свариваемость сплавов магния. Цирконий измельчает зерно, что повышает механические свойства и повышает сопротивляемость коррозии. Редкоземельные металлы и торий повышают жаропрочность, а бериллий уменьшает окисляемость магния при плавке, литье и термической обработке. Магниевые сплавы, как и алюминиевые, по технологии изготовления подразделяются на две группы:

литейные сплавы - для получения деталей методом фасонного литья, маркируемые буквами "МЛ";
деформируемые сплавы, подвергаемые прессованию, прокатке, ковке, штамповке и другими видами обработке давлению, маркируются буквами "МА".

Магниевые сплавы как и алюминиевые подвергают термической обработке - диффузионному отжигу, отжигу, закалке и старению. Ряд магниевых сплавов может быть упрочнен закалкой и старением. Особенностью магниевых сплавов является малая скорость диффузионных процессов, поэтому фазовые превращения протекают медленно. Закалка 4-24 ч, искусственное старение - 15 -20 ч. Прочность магниевых сплавов в процессе старения можно повысить только на 20-35 %. Пластичность сплавов при этом уменьшается, поэтому нередко ограничивается только гомогенизацией (закалкой), улучшающая механические свойства сплавов. Литейные сплавы. Широко применяют сплав МЛ5, в котором сочетаются высокие механические и литейные свойства. Он используется для литья нагруженных крупногабаритных деталей. МЛ6 обладает лучшими литейными свойствами чем МЛ5. Механические свойства можно повысит применив соответст

Химический состав(по легирующим элементам), типичные механические свойства и назначение магниевых сплавов

Сплав	Содержание элементов, %	Вид термической обработки	Механические свойства	Назначение
Al	Zn	Mn	Другие элементы	s_B_,МПа	s_0,2,МПа	d,%
Литейные сплавы
МЛ5	7,5-9,0	0,2-0,8	0,15- 0,5	-	Т4				Для нагруженных деталей двигателей, тормозных барабанов, штурвалов, кронштейнов, деталей приборов, аппаратуры, корпусов и.т.д.
МЛ6	9-10,2	0,6-1,2	0,1- 0,15	-	Т6
МЛ10	-	0,1-0,7	-	0,4-1,0 Zr 2,2-2,8 Nd	T6				Для нагруженных деталей двигателей и приборов, требующих высокой герметичности и стабильности размеров
МЛ12	-	4 - 5	-	0,6-1,1 Zr	T1				Для нагруженных деталей (реборды, барабаны колес)
Деформируемые сплавы
МА1	-	-	1,3-2,5	-	-	190- 220	120- 140	5 - 10	Для сварных деталей, арматуры, бензо- и маслосистем, не несущих больших нагрузок.
МА2-1	3,8-5,0	0,8-1,5	0,3-0,7	-	-	270- 330	160- 230	8 - 20	Для панелей, сложных штамповых заготовок, сварных конструкций
МА14	-	5 - 6	-	0,2-0,9 Zr	T5	320- 340	220- 290	6 -14	Для высоконагруженных деталей
Т1 - старение; Т4 - гомогенизация и закалка на воздухе; Т6 - гомогенизация, закалка на воздухе и старение

вующие термообработки. Сплав МЛ10 относится к группе жаропрочных, работающих при температуре 300⁰С. Сплав МЛ12 наряду с высокими механическими свойствами обладает большой коррозионной стойкостью и хорошими литейными свойствами. Чем мельче зерно, тем выше механические свойства, которые достигаются перегревом расплава или модифицированием его добавкой мела или магнезита. В обоих случаях образуются нерастворимые частицы, играющие роль зародышей для кристаллизации твердого раствора. Деформируемые сплавы. Эти сплавы изготавливают в виде горячих прутков, полос, профилей, а также поковок и штамповых заготовок. Чем меньше скорость деформации, тем выше технологическая пластичность магниевых сплавов. Прессование в зависимости от состава сплава ведут при 300 - 480⁰С, а прокатку в интервале температур от 340 - 440⁰ (начало) до 225 - 250⁰С (конец). Штамповку проводят в интервале температур 480 - 280⁰С в закрытых штампах под прессами. Сплав МА1 обладает сравнительно высокой технологической пластичностью, хорошей свариваемостью и коррозионной стойкостью. По механическим свойствам он относится к сплавам низкой прочности. Введение в сплав марганца дает мелкое зерно, что повышает механические свойства и улучшают деформацию в холодном состоянии. Сплава МА2-1 обладает достаточно высокими механическими свойствами, хорошей технологической свариваемостью, однако склонен к коррозии под напряжением, поддается всем видам листовой штамповки и легко прокатывается. Сталь МА14 отличается повышенными механическими свойствами, жаропрочен (до 250⁰С) и не склонен к коррозии под напряжением. К недостатком сплава относится склонность к образованию трещин при горячей прокатке, сплав упрочняется в процессе искусственного старения при 160-170⁰С. Предварительной закалкой служит охлаждение на воздухе от температур прессования. В связи с малой устойчивостью к коррозии изделия из магниевых сплавов оксидируют. На оксидную поверхность наносят лакокрасочные покрытия.

20. Магний и сплавы на его основе
Вопросы для самопроверки

1. Укажите характерные свойства магния в области его применения.

2. Какие сплавы магния применяются? Укажите влияние Zn, Al, Zr, Be и других элементов на механические, технологические свойства и структуру сплава.

3. Какие трудности при деформации и литье магниевых сплавов?

4. Укажите особенности термической обработки магниевых сплавов.

5. Опишите характерные свойства магниевых сплавов, их маркировку и области применения.

Медь - металл красного, в изломе розового цвета. Температура плавления 1083⁰С. Кристаллическая решетка ГЦК с периодом а = 0,31607 нм. Плотность меди 8,94 % г/см³. Медь обладает высокими электропроводимостью и теплопроводностью. Удельное электрическое сопротивление меди 0,0175 мкОм*м. В зависимости от чистоты медь изготавливают следующих марок: М00, М0, М1, М2 и М3. Присутствующие в меди примеси оказывают большое влияние на ее свойства.
По характеру взаимодействия примесей с медью их можно разделить на три группы.

1. Примеси, образующие с медью твердые растворы: Ni, Zn, Sb, Sn, Al; As, Fe, P и др.; эти примеси (особенно Sb и As) резко снижают электропроводимость и теплопроводность меди, поэтому для проводников тока применяют медь М0 и М1, содержащую £ 0,002 Sb и £ 0,002 As. Сурьма, кроме того, затрудняет горячую обработку давлением.

2. Примеси Pb, Bi и другие, практически не растворимые в меди, образуют в ней легкоплавкие эвтектики, которые, выделяясь по границам зерен, затрудняют обработку давлением. При содержании 0,005 % B i медь разрушается при горячей обработке давлением; при более высоком содержании висмута медь становится, кроме того, хладноломкой; на электропроводимость эти примеси оказывают небольшое влияние.

3. Примеси кислорода и серы, образующие с медью хрупкие химические соединения Cu₂O и Cu₂S, входящие в состав эвтектики. Кислород, находясь в растворе, уменьшает электропроводимость, а сера не влияет на нее. Сера улучшает обрабатываемость меди резанием, а кислород, если он присутствует в меди, образует закись меди и вызывает "водородную" болезнь.

Механические свойства меди в литом состоянии
s_B_,МПа	s_0,2,МПа	d,%	Е, МПа

Механические свойства меди в горячедеформированном состоянии

Механические свойства меди в холоднодеформированном состоянии
	-

Медь хорошо сопротивляется коррозии в обычных атмосферных условиях. в пресной и морской воде и других агрессивных средах, но обладает плохой устойчивостью в сернистых газах и аммиаке.
Медь легко обрабатывается давлением, но плохо резанием, и имеет невысокие литейные свойства из-за большой усадки. Медь плохо сваривается, но легко подвергается пайке. Ее применяют в виде листов, прутков, труб и проволоки.
В электротехнической промышленности, электронике и электровакуумной технике применяют бескислородную М0 (0,001 % O₂) и раскисленную М1 (0,01 %О₂).

21. Медь и сплавы на ее основе
21.2. Сплавы на основе меди

Различают две основные группы медных сплавов:

Медные сплавы обладают высокими механическими и техническими свойствами, хорошо сопротивляются износу и коррозии.
Принята следующая маркировка медных сплавов. Сплавы обозначаются буквами "Л" - латунь или "Б" - бронза, после чего следуют буквы основных элементов, образующих сплав. например, О - олово, Ц - цинк, Мц - марганец, Ж- железо, Ф - фосфор, Б - бериллий, Х - хром и. т. д. Цифры, следующие за буквами, указывают количество легирующего элемента.
Порядок цифр для бронз и латуней различен. В марках деформируемых латуней первые две цифры после буквы "Л" указывают среднее содержание меди в процентах. Например, Л70 - латунь, содержащая 70 % меди.
В случае легируемых деформируемых латуней указывают еще буквы и цифры, обозначающее название и количество легирующего элемента, например ЛАЖ60-1-1 означает латунь с 60 % меди, легированную алюминием (А) в количестве 1 % и железом в количестве 1 %. Содержание цинка определяется по разности от 100%.
В деформированных бронзах содержание основного компонента - меди - не указывается, а определяется по разности. Цифры после букв, отделенные друг от друга через тире, указывают среднее содержание легированных элементов в процентах; цифры расположены в том порядке, как и буквы, указывающие присутствие в бронзе того или иного элемента, например, бронза - БрОЦ4-3 - имеет следующий состав: олово (О) - 4 %, цинка (Ц) - 3 %. Содержание меди определяется по разности.
В литейных латунях и бронзах среднее содержание компонентов сплава в процентах становится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, латунь ЛЦ40Мц1,5, содержит 40 % цинка (Ц) и 1,5 % марганца (Мц). Бронза БрА10Ж3Мц2 содержит алюминия (А) 10 %, железа (Ж) - 3 % и марганца (Мц) - 2 %.
Латуни. Сплавы меди с цинком называются латунями. На рис. 79 представлена часть диаграммы состояния системы Cu - Zn.
Все латуни по структуре можно разделить на две группы.

1. Сплав с содержанием до 39% Zn являются однофазными, со структурой a - твердого раствора.
Под микроскопом в зернах твердого раствора наблюдается большое количество двойников, как во многих других отожженных металлах и сплавах с гранецентрированной кубической решеткой.

2. Сплав содержащие до 45 % Zn, имеют двухфазную структуру a + b¢. Фаза b¢ с большим содержанием цинка обычно после травления бывает более темной, чем a - фаза.

При повышении содержания цинка в a - латуни до 39% возрастает ее прочность и пластичность. При дальнейшем содержании цинка до 45% прочность продолжает расти, а пластичность снижается, особенно с появлением в структуре b¢ - фазы.
Ввиду малого расстояния между линиями ликвидус и солидус на диаграмме Cu-Zn дендритная ликвация у латуни выражена слабо, но эти сплавы склонны к образованию концентрированных усадочных раковин.
Поэтому латуни применяются, главным образом, как деформированные, а не литейные сплавы. Деформируемость a - латуни достаточно высока, как при комнатной, так и при высоких температурах. Значительные количества примесей (Bi и Pb) затрудняют деформацию a - латуни в горячем состоянии. Благодаря наличию хрупкой составляющей b¢ латуни a + b¢ лучше деформируются в горячем состоянии. Висмут и свинец в данном случае способны растворяться в b¢ - фазе и не образует легкоплавких эвтектик.
Кроме простых латуней, т.е. сплавов меди с цинком, в технике широко применяются специальные латуни с лучшими механическими и химическими свойствами, в состав которых входят: алюминий, кремний, железо, никель, олово и др.
Таблица 58

Механические свойства и назначение специальных латуней

Латунь	s_B, МПа	d,%	НВ	Назначение
Деформируемые латуни¹
ЛАЖ60-1-1	450 (750)	45 (8)	-	Трубы, прутки
ЛЖМц59-1-1	450 (700)	50 (10)	-	Полосы, прутки, трубы, проволока
ЛС59-1	400 (650)	45 (6)	-	То же
Литейные латуни ²
ЛЦ40С		12 (20)	70 (80)	Арматура, втулки, сепараторы шариковых и роликовых подшипников и др.
ЛЦ40Мц3Ж	441(490)	18 (10)	90 (100)	Сложные по конфигурации детали, арматура, гребные винты и их лопасти и др.
ЛЦ30А3	294 (392)	12 (15)	80 (90)	Коррозионностойкие детали
¹ Без скобок приведены свойства латуней после отжига при 600⁰С, а в скобках - свойства после деформации (степень деформации 50 %). ² Без скобок даны свойства латуней при литье в песочную форму, а в скобках - свойства при литье в кокиль

Некоторые из них обладают хорошими литейными свойствами и поэтому применяются для отливки деталей.
Латуни, предназначенные для фасонного литья, содержат большое количество присадок, улучшающих их литейное свойства. Эти латуни отличаются и лучшей коррозионной стойкостью.

Оловянные бронзы. Бронзами называют сплавы меди с оловом или другими металлами (за исключением цинка). В зависимости от основного легирующего элемента бронзы разделяются на оловянистые, алюминиевые, бериллиевые и т.п.
На диаграмме состояния Cu-Sn (рис. 80) сплошная кривая соответствует состоянию равновесия, которое достигается после большой степени деформации и длительного отжига. Особенностью оловянистых бронз является их большая склонность к ликвации (большое расстояние между линиями ликвидус и солидус) и медленно проходящий процесс диффузии. Поэтому на диаграмме проведена дополнительная пунктирная линия, которая показывает состояние сплавов после отливки в металлические формы.
Ранее широко применялась однофазная бронза с 5% Sn, обладающая очень высокой пластичностью. В настоящее время она вытеснена более дешевой и с лучшими свойствами алюминиевой (с 5% Al) бронзой.
В настоящее время также широко применяется бронза с 10 % Sn для литых вкладышей подшипников, работающих при больших давлениях и скоростях. Структура литой бронзы состоит из сравнительно мягких a - кристаллов и более твердого эвтектоида (a + Cu₃₁Sn₈). Эта структура является неравновесной: a - кристаллы имеют переменный состав из-за дендритной ликвации; сам эвтектоид является неравновесной структурной составляющей, которая сохраняется из-за медленности диффузии. Литая бронза имеет хорошие антифрикционные свойства.
Таблица 59

Механические свойства и применение некоторых литейных оловянистых бронз

Бронза	s_B, МПа	d,%	Назначение
Деформируемые бронзы¹
БрОФ6,5-0,4	400 (750)	65 (10)	Пружины, барометрические коробки, мембраны, антифрикционные детали
БрОЦ4-3	330 (550)	40 (4)	Плоские и круглые пружины
БрОЦС4-4-2,5	350 (650)	35 (2)	Антифрикционные детали
Литейные бронзы²
БрО3Ц12С5	200 (170)	5 (8)	Арматура общего назначения
БрО5ЦНС5	175 (150)	4 (6)	Антифрикционные детали, вкладыши подшипников и арматура
БрО4Ц4С17	150 (150)	12 (5)	Антифрикционные детали (втулки, подшипники, вкладыши, червячные пары и. т. д.)
¹ В скобках приведены свойства бронз после холодной прокатки (наклепа), без скобок - свойства после отжига. ²В скобках указаны свойства бронз при литье в песчаную форму, и без скобок - свойства при литье в кокиль.

При длительном отжиге структура литых бронз изменяется - выравнивается состав a - кристаллов, уменьшается количество или вовсе исчезает эвтектоид, распадается соединение Cu₃₁Sn₈ согласно диаграмме Cu-Sn.
Бронзы с высоким содержанием олова обладают хорошими литейными свойствами, они отличаются равномерно распределенной пористостью и малой усадкой. Однако с целью уменьшения содержания олова они заменяются более дешевыми сплавами сложного состава.
Алюминиевые бронзы. Наиболее часто применяют алюминиевые бронзы двойные и добавочно легированные никелем, марганцем, железом и др. Сплавы, содержащие до 9% Al, однофазны и состоят только из a - твердого раствора алюминия в меди. Фаза b, существующая при температуре свыше 565⁰С, представляет собой твердый раствор на базе электронного соединения Cu₃Al. При содержании алюминия более 9% в структуре появляемся эвтектоид a+g ¢ (рис. 81).
Фаза a пластична, но прочность ее невелика. Двухфазные сплавы имеют повышенную прочность, но пластичность их заметно ниже. Железо измельчает зерно и повышает механические и антифрикционные свойства алюминиевых бронз. Никель улучшает механические свойства и износостойкость, как при низких температурах, так и высоких (500-600⁰С).
Алюминиевые бронзы хорошо сопротивляются коррозии в морской воде и тропической атмосфере, имеют высокие механические и технологические свойства. Однофазные бронзы, обладающие высокой пластичностью, применяют для глубокой штамповки. Двухфазные бронзы подвергают горячей деформации, или применяют в виде фасонного литья.
Литейные свойства алюминиевых бронз ниже, чем литейные свойства оловянных бронз, но они обеспечивают высокую плотность отливок.

Кремнистые бронзы. При легировании меди кремнием (до 3,5%) повышается прочность, а так же пластичность.
Таблица 60

Механические свойства* и назначение безоловянных бронз

Бронза	s_B, МПа	d,%	НВ	Назначение
Алюминиевые бронзы
БрАЖ9-4				Для обработки давлением (прутки, трубы, листы)
БрАЖН10-4-4
БрА9Ж3Л	490 (392)	12 (10)	98 (98)	Арматура, антифрикционные детали
БрА10Ж3Мц2	490 (392)	12 (10)	117(98)
Кремнистые бронзы
БрКМц3-1				Прутки, ленты, проволока для пружин
Бериллиевая бронза
БрБ2**	500(950)	45 (1-2)	100 (250)	Полосы, прутки, лента, проволока для пружин
Свинцовая бронза
БрС30			24,5	Антифрикционные детали
* Без скобок приведены свойства бронз при литье в кокиль, а в скобках - свойства при литье в песочную форму ** Свойства после закалки и старения

Никель и марганец улучшает механические и коррозионные свойства кремнистых бронз, эти бронзы легко обрабатываются давлением, резанием и свариваются. Благодаря высоким механическим свойствам, упругости и коррозионной стойкости их применяют для изготовления пружин и пружинящих деталей приборов и радиооборудования, работающих при температуре до 250⁰С, а также в агрессивных средах (пресная, морская вода).
Бериллиевые бронзы. Эти бронзы относятся к сплавам, упрочняемые термической обработкой. Предельная растворимость бериллия в меди при температуре 866⁰С составляет 2,7 %, при температуре 600⁰С 2,5 %, а при температуре 300⁰С всего 0,2 %. Это указывает на возможность упрочнения бериллиевой бронзы методом дисперсного твердения. При нагреве бронзы БрБ5 до 760-780⁰С образуется однородный a - раствор, который сохраняется результате быстрого охлаждения в воде при нормальной температуре.
При закалке бронза обладает малой прочностью (s_B = 450 МПа), высокой пластичностью (d = 40%) и способностью упрочняться при старении как непосредственно после закалки, так и после пластической деформации в закаленном состоянии. Старение проводят при 300-350⁰С. При старении из перенасыщенного a - раствора выделяются дисперсные частицы g- фазы (CuBe), что сильно повышает прочность бронзы. Предварительно наклепанная бронза при старении упрочняется сильнее и быстрее.
Так, бронза БрБ2 в состоянии после закалки и старения имеет s_B = 1250 МПа и d = 3-5 %, а после закалки, холодной пластической деформации с обжатием 30 % и старение - s_B = 1400 МПа, пластичность после старения невелика. (d = 2 %,). Бронзу нередко легируют также титаном (0,1-0,25 %): БрБНТ1,9 и БрБНТ1,7. Обладая высокими значениями временного сопротивления, пределами текучести и упругости, бериллиевые бронзы хорошо сопротивляются коррозии, свариваются и обрабатываются резанием. Бериллиевые бронзы применяют для мембран, пружин, пружинящих контактов, деталей, работающих на износ, в электронной технике
Свинцовые бронзы. Свинец практически не растворяется в жидкой меди. Поэтому сплавы после затвердевания состоит из кристаллов меди и включения свинца.
Такая структура бронзы обеспечивает высокие антифрикционные свойства. Это предопределяет широкое применение бронзы БрС30 для изготовления вкладышей подшипников скольжения, работающих с большими скоростями и при повышенных давлениях. По сравнению с оловянными подшипниковыми бронзами теплопроводность бронзы БрС30 в 4 раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту, возникающую при трении.
Из-за невысоких механических свойств (s_B = 60 МПа и d = 4 %,) бронзу БрС30 наплавляют тонким слоем на стальные ленты (трубы). Такие биметаллические подшипники просты в изготовлении и легко заменяются при изнашивании. Вследствие большой разности значения плотности меди (8,94 г/см³) и свинца (11,3 4 г/см³) и широкого интервала кристаллизации бронза склонна к ликвации по плотности. Нередко свинцовые бронзы легирую никелем и оловом, которые растворяются в меди, повышают механические и коррозионные свойства.
В промышленности применяются безоловянные бронзы с особыми свойствами: кремнистые, обладающие высокой упругостью, марганцовистые с повышенной жаропрочностью, бериллиевые с высокой прочностью s_B @ 130 кгс/ мм², свинцовистые для ответственных подшипников и др.

21. Медь и сплавы на ее основе
Вопросы для самопроверки

1. Укажите влияние примесей на свойства меди. Перечислите марки меди

3. Чем отличаются латунь от бронзы? Как маркируются латуни и бронзы?

4. Как влияет цинк на механические и технологические свойства латуни? Укажите состав (марки), свойства применяемой латуни.

5. Какую структуру имеет латунь, содержащая 20 Zn % и 40 Zn %?

6. Какие Вы знаете многокомпонентные латуни? Какими элементами легируют латунь и зачем?

7. Как влияет олово на механические свойства и структуру бронз?

8. Какие Вы знаете безоловянные бронзы? Укажите их состав (марки), свойство и применение

9. Какую термическую обработку проходят бериллиевые бронзы и где они применяются?

10. Укажите, почему бронзы часто применяют как антифрикционный материал. Какую бронзу наиболее часто применяют при изготовлении вкладышей подшипников скольжения?

22. Антифрикционные (подшипниковые) сплавы на оловянной, свинцовой, цинковой и алюминиевой основах