Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение

Подождите немного. Документ загружается.

Латуни в наклепанном состоянии или с высокими остаточным

ряжениями и содержащие свыше 20 % Zn склонны к коррозионном

езонному») растрескива ию в присутствии влаги, ислорода

иа

нап у

(«с н к и

амм з

лат з

лат

гру ,

тру я

фа

скл

теп у

рас и

(Л м

сод е

об .

На

исп

411

ка. Для предотвращения растрескивания полуфабрикаты и

уни указанных составов отжигают при 250— 650 °С, а изделия и

уни — при 250—270 °С.

Все латуни по технологическому признаку подразделяют на дв

ппы: деформированные, из которых изготовляют листы, ленты

бы, проволоку и другие полуфабрикаты, и литейные — дл

сонного литья.

Литейные латуни обладают хорошей жидкотекучестью, мал

онны к ликвации и обладают антифрикционными свойствами.

Когда требуются высокая пластичность, повышенная

лопроводность и важно отсутствие склонности к коррозионном

трескиванию, применяют α-латуни с высоким содержанием мед

96 и Л90). Латуни Л 62, Л60, Л59 (α + β'-латуни) с больши

ержанием цинка обладают более высокой прочностью, лучш

рабатываются резанием, дешевле, но хуже сопротивляются коррозии

ибольшей пластичностью, обладает α-

латунь (Л68), которую чащ

ользуют для изготовления деталей штамповкой.

В табл. 38 приведены механиче-

ские свойства и назначение некоторых

лату

Бо

00—700 °С. Для

получения мелкого зерна перед

глубокой вытяжкой полосы и ленты

отжигают при более низкой

температуре (450—550 °С).

Структура и свойства α + β'-

латуней зависят от скорости

охлаждения. При быстром охлаждении

возрастает количество β'-фазы, что

повышает твердость латуни и в

некоторых случаях улучшает

обработку резанием. Когда нужна высокая пластичность,

например для холодной обработки давлением, охлаждение должно

быть медленным, чтобы получить возможно большее количество α-

фазы. Латуни, предназначенные для

фасонного литья, содержат

большое количество специальных присадок, улучшающих их

литейные свойства. Эти латуни отличаются и лучшей

коррозионной стойкостью.

Оловянные бронзы. На рис. 192, а приведена диаграмма

состояния Cu—Sn. Фаза α представляет твердый раствор олова

в меди с ГЦК-решеткой. В сплавах этой системы образуются

электронные соединения: β-фаза (Cu

Zn); δ-фаза (Cu

); ε-фаза

(Cu

Sn), а также γ-фаза — твердый раствор на базе химического

соединения, природа которого не установлена. Система Cu—Sn

имеет ряд перитектических превращений и два превращения

эвтектоидного типа. При температуре 588 °С кристаллы β-фазы

412

специальных ней. Деформируемые

латуни ЛАЖ60—1—1 и ЛМЖц59—1—

1 обладают высокими коррозионными

свойствами в атмосферных условиях,

пресной и морской воде и

применяются для изготовления

деталей в судостроении. лее

высокой устойчивостью в морской воде

обладают латуни, легированные

оловом, например, ЛО70—1 и ЛО62—

1, получившие название

морских

латуней. Латунь ЛС59—1 (автоматная

) п в платунь оставляется рутках и

предназначается для изделий,

изготовляемых резанием на станках-

автоматах.

Для уменьшения твердости перед

обработкой давлением и получения в

полуфабрикатах требуемых свойств их

подвергают рекристаллизацион-ному

отжигу, чаще при 6

претерпевают эвтектоидный ра

520 °С кристаллы твердого раств

При температуре ~350 °С δ-ф

ε-фазу. Однако это превращение

охлаждении. В реальных услови

. В практике применяют то

Sn. Сплавы, более богатые олов

ускоренном охлаждении име

строение.

Бронзы, содержащие до 4— а

получают полиэдрическое стро

в основном α-твердый ра

низколегированные бронзы в ре

включения эвтектоида (α + Cu

При большем содержании о

сост р п

Завис

показ

содер

прис ,

содер

сниж

брон

Олов

элем

удеш

повы

отли

техно

413

спад о с бразованием α- и γ-фаз, а при

ора γ распадаются на фазы α и δ.

аза распадается на α-твердый раствор и

протекает только при очень медленном

ях охлаждения бронза состоит из фаз α и

лько сплавы с содержанием до 10—12 %

ом, очень хрупки. Оловянные бронзы при

ют резко выраженное дендритное

5 е е% Sn, посл д формации и отжиг

ение (рис. 193, б) и представляют собой

створ. После литья даже такие

зультате сильной ликвации могут иметь

лова в структуре бронз в равновесном

оянии с α- аствором рисутствует эвтектоид (α + + Cu

)

имость механических свойств литых бронз от содержания олова

ана на рис. 192, б. Предел прочности возрастает с увеличением

жания олова. При высокой концентрации олова вследствие

утствия в структуре значительного количества эвтектоида

жащего хрупкое соединение Cu

, предел прочности резко

ается.

тнос лительное уд инение несколько возрастает при содержании в

зе 4—6 % Sn, но при образовании эвтектоида сильно уменьшается.

янные бронзы обычно легируют Zn, Fe, P, Pb, Ni и другими

ентами. Цинк улучшает технологические свойства бронзы и

евляет бронзу. Фосфор улучшает литейные свойства. Никель

шает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность

вок и уменьшает ликвацию. Железо измельчает зерно, но ухудшает

логические свойства бронз и сопротивляемость коррозии.

Легирование свинцом снижает механические свойства бронзы, но

повышает плотность отливок, а главное — облегчает обработку

резанием улучшает антифрикционные свойства.

Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы (табл.

39). Деформируемые бронзы изготовляют в виде прутков, лент и

проволоки в нагартованном (твердом) и отожженном (мягком)

состояниях. Эти бронзы чаще предназначаются для изгот

овления

пружин и пружинных деталей, применяемых в различных отрас

промышленности. Структура деформированных оловянных бронз

α-твердый раствор (см. рис. 193, б

). Литейные бронзы, содержащие

большое количество цинка, фосфора и нередко свинца, имеют

двухфазную структуру: α-твердый раствор и твердые хрупкие

включения δ-фазы, входящие обычно в структуру эвтектоида (см. рис.

193, а).

Оловянные бронзы обладают хорошими литейными свойствами и

применяются для литья деталей сложной формы. Недостатком отливок

из оловянных бронз является большая микропористость. Бронзы,

особенно двухфазные, обладают высокими антифрикционными

свойствами. В связи с этим их часто применяют для изготовления

антифрикционных деталей.

Для облегчения обработки давлением бронзы подвергают

гомогенизации при 700—750 °С с последующим быстрым охлаждением.

414

лях

—

Алюминиевые бронзы. Наиболее

часто применяют алюминиевые бронзы

двойные и добавочно легированные Ni,

Mn, Fe и др. Сплавы, содержащие до 9

% Аl, однофазные и состоят только из

α-твердого раствора алюминия в меди

Фаза β, существующая при температуре

свыше 565 °С, представляет собой

твердый раствор на базе электронного

соединения Cu

Al. При содержании

алюминия более 9 % в структуре

появляется эвтектоид α + γ' (γ' —

электронное соединение Cu

). Фаза α

пластична, но прочность ее невелика

Двухфазные сплавы α + γ' имеют

повышенную прочность, но

пластичность их заметно ниже (рис

194, б). Железо измельчает зерно и

повышает механические и

антифрикционные свойства

алюминиевых бронз. Никель улучшает

механические свойства и

износостойкость как при низких, так и

при высоких температурах (500— 600

°С).

соп

нистые бронзы

пру

пр

415

Алюминиевые бронзы хорошо

ротивляются 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 обеспечиваю высокую плотность

отливок.

Крем

(см. табл. 40). При легировании меди

кремнием (до 3,5 %) повышается прочность, а также пластичность.

Никель и марганец улучшают 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 жин и пружинящих деталей

иборов и

радиооб рудования, работающих при температуре до

250 °С, а также в агрессивных средах (пресная, морская вода).

Бериллиевые бронзы (см. табл. 40

сплавам, упрочняемым термической

растворимость бериллия в меди при те

2,7 %, при температуре ~600 °С 1,5 %

Это указы ает на возможность упроч

методом дисперсного твердения. Пр

760—780 °С образуется однородный α-ра

рез

). Эти бронзы относятся к

обработкой. Предельная

мпературе 866 °С составляет

, а при 300 °С всего 0,2 %.

в нения бериллиевой бронзы

и нагреве бронзы БрБ2 до

створ

, который сохраняется в

ния

устойчивости переохлажденного твердого раствора.

416

ультате быстрого охлаждения в воде при нормальной

температуре

После закалки бронза обладает малой прочностью (σ

= 450

МПа), высокой пластичностью (δ = 40 %) и способностью упрочняться

при старении как непосредственно после закалки, так и после

пластической деформации в закаленном состоянии. Старение

проводят при 300—350 °С. При старении из пересыщенного α-

раствора выделяются дисперсные частицы γ-фазы (CuВе), что

СИЛЬНО повышает прочность бронзы. Предварительно наклепанная

бронза при старении упрочняется сильнее и быстрее.

В составе бериллиевых бронз всегда присутствует никель (или кобальт) для повыше

Так, бронза БрБ2 в состоянии после закалки и старения имеет

= 1250 МПа и δ = 3÷5 %, а после закалки, холодной пла-

стической деформации с обжатием 30 % и старения — σ

= 1400 МПа, пластичность после старения невелика (δ = 2 %).

Бронзу нередко легируют также титаном (0,1—0,25 %): БрБНТ1,9

и БрБНТ1,7. Обладая высокими значениями временного

сопротивления, пределов текучести и упругости, бериллиевые

бронзы хорошо сопротивляются коррозии, свариваются и

обрабатываются резанием. Бериллиевые бронзы применяют для

мембран, пружин, пружинящих контактов, деталей, работающих на

износ (кулачки полуавтоматов), в электронной технике

и т. д.

Свинцовые бронзы. Свинец практически не растворяется в

жидкой меди. Поэтому сплавы после затвердевания состоят из

кристаллов меди и включений свинца.

Такая структура бронзы обеспечивает высокие

антифрикционные свойства. Это предопределяет широкое

применение бронзы БрСЗО для изготовления вкладышей

подшипников скольжения, работающих с большими скоростями и

при повышенных давлениях. По сравнению с оловянными

подшипниковыми бронзами теплопроводность бронзы БрСЗО в 4

раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту,

возникающую при трении.

Из-за невысоких механических свойств (σ

= 60 МПа, δ =

4%) бронзу БрСЗО наплавляют тонким слоем на стальные ленты

(трубы). Такие биметаллические подшипники просты в

изготовлении и легко заменяются при изнашивании. Вследствие

большой разности значений плотности меди (8,94 г/см

) и свинца

(11,34 г/см

) и широкого интервала кристаллизации бронза

БрС30 склонна к ликвации по плотности. Нередко свинцовые

а техно

ния вкладышей

скольжения?

бронзы легируют никелем и оловом, которые, растворяясь в меди,

повышают механические и коррозионные свойства.

Вопросы для самопроверки

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

2. Где применяется чистая медь?

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

4. Как влияет цинк н механические и логические свойства латуни?

Укажите состав (марки), свойства и применение латуней.

5. Какую структуру имеет латунь, содержащая 20 % Ζn и

40 % Ζn?

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 безоловянистые бронзы? Укажите их состав (марки),

свойства и применение.

9. Какую термическу обработку проходят бериллиевые бронзы и где они

применяются?

10. Укажите, почему бронзы

часто применяют как антифрикционный

материал. Какую бронзу наиболее часто применяют для изготовле

подшипников

417

ГЛАВА ХХШ. АНТИФРИКЦИОННЫЕ (ПОДШИПНИКОВЫЕ)

СПЛАВЫ НА ОЛОВЯННОЙ, СВИНЦОВОЙ, ЦИНКОВОЙ И

АЛЮМИНИЕВОЙ ОСНОВАХ

Антифрикционные сплавы применяют для заливки вкладышей

подшипников скольжения

в н

вых дизелей,

турбонасосов, турбокомпрессоров, электрических и других

шин.

но

преду

Антифрикционность — способность материала обеспечивать низкий коэффи

трения скольжения и тем самым низкие потери на трение.

418

. Основные требования, предъявляемые

к антифрикционным сплавам, определяются условиями работы

вкладыша подшипника. Эти сплавы должны иметь достаточную

твердость, но не очень высокую, чтобы не вызвать сильного износа

вала; сравнительно легко деформироваться под влиянием местных

на е и

пряжений, т. е. быть пластичными; уд рж вать смазочный

материал на поверхности; иметь малый коэффициент трения

между валом и

подшипником.

е то рату лениКром го, темпе ра плав я этих сплаво е должна

быть высокой, и сплавы должны обладать хорошей

теплопроводностью и устойчивостью к коррозии.

Для обеспечения этих свойств структура антифрикционных

сплавов должна быть гетерогенной, состоящей из мягкой и

пластичной основы и включений более твердых частиц. При

вращении вал опирается на твердые частицы, обеспечивающие

износостойкость, а основная масса, истирающаяся более быстро,

пр

ирабатывается к валу и образует сеть микроскопических

каналов, по которым циркулирует смазочный материал и уносятся

продукты износа.

Наиболее широко применяют сплавы на оловянной и

свинцовой основе (баббиты), сплавы на цинковой и

алюминиевой, основе, а также медно-свинцовые сплавы (см. с

417).

Оловянные и свинцовые баббиты. В табл. 41 приведены состав

и назначение часто применяемых баббитов. Оловянные баббиты

используют в подшипниках турбин крупных судо

тяжелонагруженных ма

Баббиты Б88 и Б83 являются многокомпонентными сплавами

Sn—Sb.

основой их служит система

Мягкая основа сплава — α-твердый раствор сурьмы в олове

а твердые кристаллы — β'-фаза; эта фаза представляет собой

тве

рдый раствор на основе химического соединения SnSb.

Сурьма и олово отличаются по плотности, поэтому сплавы

этих металлов спо обны к значительной ликвации. Для

преждения этого дефекта в баббиты вводят медь. Она образует

с сурьмой химическое соединение Cu

Sn. Это соединение имеет

бол

ее высокую температуру плавления и кристаллизуется

первым, образуя разветвленные дендриты, которые препятствуют

ликвации

циент

ку в

ба ие

из

по а

су ы

яв и

уд

по т

ст о в

св

пр

бических кристаллов β' (SnSb). Кроме того, кристаллы образуют

ббите твердые включения, дополнительно повышающ

нос вкладыостойкость шей.

На рис. 195, а приведена микроструктура баббита Б83. Темно

ле представляет собой пластичную массу α-твердого раствор

рьмы и меди в олове, светлые кристаллы квадратной форм

ляются соединением SnSb (β-фазой), а кристаллы в виде звездочек ил

линенных игл — соединением Cu

Sn.

Свинцовые баббиты применяют для менее нагруженны

дшипников. Свинцово-оловянные сплавы Б16, БН, БС6 имею

руктуру, состоящую из α-твердог раствора — Sn, Sb и Cu

инце (мягкая составляющая) и твердых частиц β-фазы (SnSb), Cu

Sb (рис. 195, б).

Антифрикционные и механические свойства баббитов повышаютс

и введении в их состав никеля, кадмия и мышьяка.

Никель упрочняет α-раствор.

Кадмий с мышьяком (сплав БН)

образуют соединения AsCd,

которые служат зародышами

для формирования соединения

SnSb (β-фа-зы).

Некоторое применение

нашел сплав свинца с сурьмой и

небольшими добавками меди (БС). Структура сплава состоит из

эвтектики (твердый раствор Sb в Pb) + β (твердый раствор Pb в Sb),

первичных кристаллов β и соединения Cu

Sb, играющих роль

твердой составляющей.

На железнодорожном транспорте большое распространение

получили кальциевые баббиты (подшипники вагонов, подшипники

коленчатого вала тепловозных дизелей и т. д.). Состав кальциевых

баббитов приведен в табл. 42.

Сплавы БК принадлежат к системе Pb—Са—Na. Мягкой

составляющей баббита является α-фаза (твердый раствор Na и

Са в Pb), а твердой составляющей — кристаллы Рb

Са (рис. 95, в).

Натрий и другие элементы, вводимые в сплав, повышают

твердость α-раствора.

Баббиты, имея небольшую прочность σ

= 60÷120 МПа,

20—30 НВ, могут применяться только в подшипниках, имеющих

прочный стальной (чугунный) или бронзовый корпус.

Тонкостенные подшипниковые вкладыши автомобильных

двигателей изготовляют штамповкой из биметаллической ленты,

полученной на

420