Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Сплавы меди с цинком, или латуни






Двойные или многокомпонентные сплавы меди, в которых основным легирующим элементом является цинк, называют латунями.

В системе Cu — Zn образуется шесть твердых растворов: α, β, γ, δ, ε, η, но практическое применение имеют сплавы, содержащие до 45 % Zn.

На рис. 18.1 приведена левая часть диаграммы состояния системы Cu- Zn, содержащая область однофазных (α) - и двухфазных (α + β)-латуней.

Рис. 12.1. Диаграмма состояния системы Cu — Zn

Однофазная а α -латунь представляет собой твердый раствор цинка в меди с решеткой ГЦК и может содержать до 39 % Zn. Однофазная α -латунь характеризуется высокой пластичностью. При содержании более 39 % Zn в структуре проявляется хрупкая β -фаза, представляющая собой твердый раствор с решеткой ОЦК на базе соединения CuZn с электронным типом связи.

Существуют две модификации β -фазы: выше 454 — 4860С устойчива гомогенная пластичная β -фаза, имеющая неупорядоченное расположение атомов, ниже этих температур — более твердая и хрупкая β '-фаза, характеризующаяся упорядоченным расположением атомов меди и цинка.

Двухфазные (α + β)-латуни могут содержать до 45 % Zn. Так как β '- фаза, существующая при комнатной температуре, имеет большую хрупкость и твердость, то двухфазные латуни менее пластичны и более прочны.

Влияние химического состава на свойства латуней показано на рис. 18.2.

Рис. 18.2. Влияние содержания цинка на механические свойства латуни

 

В отличие от равновесного состояния β '-фаза практически появляется уже при концентрации цинка более 30 %. Поэтому в сплавах, содержащих менее 30 % Zn, увеличение его концентрации повышает и прочность, и пластичность. При увеличении содержания цинка выше 30 % пластичность сплавов начинает уменьшаться, а после появления в структуре значительных количеств β '-фазы происходит резкое падение пластичности. Прочность при увеличении содержания цинка растет до 45 %, а потом так же резко падает. При дальнейшем увеличении содержания цинка свойства сохраняют свои низкие значения.

Латуни обычно хорошо обрабатываются давлением. Однофазные α - латуни высокопластичны и хорошо деформируются в холодном состоянии. Двухфазные (α + β ')-латуни лучше деформируются при нагреве выше температуры (β ↔ β ')-превращения. Обычно их деформируют при температуре несколько выше 7000С.

Альфа-латуни содержат меди не менее 61%, их редко легируют дополнительно другими элементами и они представляют собой обычно двойные сплавы меди с цинком. Как уже отмечалось, в марках этих латуней Л62, Л68, Л80, Л90 цифры показывают содержание меди. Цинк дешевле меди. Чем больше цинка в латуни, тем ниже ее стоимость. Из однофазных α -латуней холодным деформированием изготовляют ленты, трубки теплообменников, проволоку, прутки полосы. Латунь, содержащую 68% Cu называют патронной (или гильзовой), так как в артиллерийском производстве ее с давних пор применяют для изготовления гильз.

Латунь, содержащая до 10 % Zn, так называемый томпак, имеет цвет золота и применяется для изготовления украшений.

(α + β)-латуни легируют дополнительно алюминием, железом, никелем для увеличения прочности, а также свинцом для улучшения обрабатываемости на станках и повышения литейных свойств (латунь марки ЛС59 содержит около 40% Zn и 1-2% Pb, так называемая автоматная латунь). Высокими коррозионными свойствами обладают латуни, легированные оловом (ЛО70-1, ЛО62-1) и называемые морскими латунями.

Отрицательным свойством латуней, содержащих более 20 % Zn, является склонность к растрескиванию при вылеживании во влажной атмосфере, содержащей следы аммиака. «Сезонное растрескивание» обусловлено коррозией по границам зерен в местах неравномерной концентрации примесей. Для снижения этого дефекта после деформации латуни подвергают отжигу при температурах ниже температуры рекристаллизации (обычно около 2500С).

По технологическим признакам различают деформируемые и литейные латуни. Последние содержат, как правило, большое количество цинка и других легирующих элементов, что обеспечивает узкий интервал между линиями ликвидуса и солидуса на диаграмме состояния (рис. 18.1). Благодаря этому литейные латуни отличаются высокой жидкотекучестью, не подвержены ликвации и усадочной пористости.

Литейные латуни отливают в землю, в кокиль, под давлением, они идут на изготовление арматуры и деталей для судостроения, гаек нажимных болтов для сложных условий работы, втулок, вкладышей и подшипников.

Бронзы

Двойные или многокомпонентные сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом, бериллием, кремнием, хромом и другими элементами, среди которых цинк не является основным легирующим, называются бронзами. По главному легирующему элементу различают бронзы оловянные, свинцовые, кремниевые и т.д.

Оловянные бронзы - широко применяются в машиностроении. С повышением концентрациии олова в бронзах их прочность монотонно возрастает, а пластичность до ~ 7-9% Sn неизменна, а затем резко уменьшается (рис. 18.3).

Рис. 18.3 Зависимость механических свойств оловянной бронзы от содержания олова

Это объясняется тем, что при указанном граничном содержании Sn бронзы состоят из однородного твердого раствора и после отжига имеют однофазную структуру. При большем содержании олова в структуре появляется твердая и хрупкая δ -фаза (эвтектоид Cu31Sn8), вследствие чего пластичность и вязкость сплавов снижаются. Бронзы с содержанием олова > 12 % из-за повышенной хрупкости как конструкционный материал практически не применяются

Двойные оловянные бронзы дороги и имеют пониженные литейные свойства. Их обычно дополнительно легируют цинком, свинцом, никелем, фосфором.

Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы.

Деформируемые оловянные бронзы содержат 3 — 7 % Sn, до 5 % Zn и Pb и до 0, 4 % Р. Благодаря хорошей пластичности они легко подвергаются обработке давлением и поставляются в виде прутков, труб и лент. Этот вид бронз используется также для изготовления различных деталей с высокими упругими свойствами. Их прочность σ В = 320— 350 МПа при относительном удлинении δ = 30 — 50 %.

При концентрации олова 9 — 11 % в структуре увеличивается количество хрупкой составляющей, что исключает возможность пластической деформации. Такие бронзы применяются только в литом состоянии.

Литые оловянные бронзы с цинком и свинцом имеют высокие литейные свойства: малую объемную усадку (менее 1 %) и хорошую жидкотекучесть. Из бронзы изготавливают сложные отливки, в частности художественное литье.

Высокая коррозионная стойкость позволяет использовать литейные бронзы в качестве арматуры, работающей в агрессивных средах и обладающей высокой электрической проводимостью и теплопроводностью.

Наличие включений твердого эвтектоида (Cu31Sn8) в литейных бронзах, содержащих 9 — 10 % Sn, обеспечивает высокую стойкость против истирания, а мягкие частицы облегчают «приработку» и образуют на поверхности мельчайшие каналы, по которым может циркулировать смазка. Поэтому, являются одним из лучших антифрикционных материалов и применяются для изготовления подшипников. Для улучшения антифрикционных свойств в состав бронз также вводят свинец.

Литые оловянные бронзы имеют предел прочности σ В = 170 — 200 МПа при относительном удлинении δ = 5 — 10 %.

Среди оловянных бронз следует выделить так называемую колокольную бронзу. Она содержит около 20 % Sn с небольшими добавками других элементов.

Алюминиевые бронзы. Сплавы, содержащие до 9% Al, однофазные и состоят только из α - твердого раствора алюминия в меди. С увеличением содержания Al в структуре появляется эвтектоид γ 2, представляющий собой твердое и хрупкое электронное соединение Сu32А119.

Гетерогенная структура, состоящая из мягкой основы α -твердого раствора и твердых дисперсных включений эвтектоида, обеспечивает высокие антифрикционные свойства алюминиевых бронз, которые применяются для изготовления деталей, работающих в условиях трения.

Однофазные алюминиевые бронзы характеризуются высокой пластичностью, их используют для глубокой пггамповки. Двухфазные бронзы подвергают горячей обработке давлением или используют в виде фасонного литья.

Алюминиевые бронзы по коррозионной стойкости в морской воде и тропической атмосфере превосходят оловянные бронзы и латуни и конкурируют в этом отношении с хромоникелевыми аустенитными коррозионностойкими сталями.

Дополнительное легирование алюминиевых бронз железом (до 55 %), марганцем (до 2 %) и никелем (до 5, 5 %) повышает их механические свойства, введение никеля кроме того увеличивает жаропрочность и сопротивляемость коррозии.

Алюминиевые бронзы применяют для изготовления нагруженных деталей, работающих в тяжелых условиях повышенного нагрева, износа и коррозионного воздействия среды. Из них изготавливают фрикционные шестерни, зубчатые колеса, втулки, краны, детали водяных и паровых турбин.

Кремнистые бронзы обычно содержат до 3 % Si, часто их дополнительно легируют никелем или марганцем.

Сравнительно небольшой интервал кристаллизации обеспечивает кремнистым бронзам хорошие литейные свойства. Их обычно используют в качестве заменителя оловянных бронз, например бронза БрКЦ4-4 может заменять БрОЦС5-5-5. Уступая оловянной бронзе по величине усадки, она имеет более высокие механические свойства, плотность отливок и коррозионную стойкость.

Бронза БрКМц3-1 хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии, хорошо сваривается, обладает высокими литейными свойствами. Она рекомендована в качестве заменителя оловянных бронз; в некоторых случаях может заменять дорогую бериллиевую бронзу.

Свинцовая бронза Свинец практически нерастворим в меди. После затвердевания сплав состоит из кристаллов меди, перемежающихся включениями свинца. Благодаря такой структуре бронза БрС30 имеет высокие антифрикционные свойства, что позволяет ее использовать взамен оловянных бронз для подшипников скольжения. Высокая теплопроводность бронзы БрС30 позволяет эффективно отводить тепло из зоны трения.

Свинцовая бронза имеет невысокие механические свойства (σ В = 70 МПа, δ = 4 %). Для повышения надежности вкладышей подшипников тонкий слой бронзы наплавляют на основу из стальной ленты.

Дополнительное повышение механических и антифрикционных свойств достигается легированием свинцовой бронзы небольшими добавками никеля и олова.

Бериллиевая бронза Медь образует с бериллием α -твердые растворы замещения с решеткой ГЦК, причем с понижением температуры растворимость бериллия в меди падает с 2, 7 % при 8860С до 0, 2 % (по массе) при 3000С (рис. 18.4). Использование переменной растворимости позволяет достичь значительного упрочнения при термической обработке.

Рис. 18.4. Диаграмма состояния системы Cu — Ве

 

При нагреве бериллиевой бронзы, содержащей 2, 0 — 2, 5 % Ве, до 760 — 7800С образуется однородный α -твердый раствор. После быстрого охлаждения эта структура сохраняется при комнатной температуре.

Закаленная бериллиевая бронза БрБ2 имеет малую прочность (σ В = 500 МПа) при высокой пластичности (δ = 30 %). В результате старения при 300— 3500С из пересыщенного α -твердого раствора выделяются дисперсные частицы γ -фазы (CuBe). Дисперсионное твердение резко увеличивает прочностые свойства: σ В = 1200 МПа при δ = 4 %. Упрочнению при старении способствует предварительный наклеп бронзы. После закалки, холодной пластической деформации с обжатием 30 % и старения прочность возрастает до σ В = 1400 МПа при δ = 2 %.

Благодаря более высокому уровню временного сопротивления и предела упругости бронзы БрБ2 по сравнению с другими медными сплавами бериллиевые бронзы находят применение для изготовления ответственных упругих элементов: пружин, мембран, пружинящих контактов. Инструменты из бериллиевой бронзы не дают искр, поэтому их применяют в производстве взрывчатых веществ.

Бериллиевые бронзы хорошо сопротивляются коррозии, они технологичны при сварке и обработке резанием. В связи с высокой сопротивляемостью истиранию они используются для изготовления деталей, работающих на износ.

Широкое применение бериллиевых бронз ограничивается высокой стоимостью бериллия.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.