Мальцев М.В. Металлография промышленных цветных металлов и сплавов

Подождите немного. Документ загружается.

П родолжение табл. 34

Типичные свойства сплавов

Коррозионная

устойчивость,

потеря массы

(в морской

воде)

г/м2 • ч

Марка латуни

теплопро

водность,

кал/см-

сек-град

«V

кГ/мм2

ан

кГ

'м/см2

нв,

кГ/мм2

литейная

усадка,

Применение

JIA67—2 5

0 27

882(90)

Коррозионностойкие детали в мор

ском и общем машиностроении

ЛАЖМцбб—6-3-2

0 119

1568(160) Гайки нажимных винтов, массивные

червячные винты, работающие в тяже

лых условиях

ЛАЖ60-1 1

882(90)

Арматура, втулки, подшипники

ЛК80—3

0 10 38

15-20

980(100)

1 7

0 068

Арматура, подвергающаяся действию

морской воды, детали судов

ЛКС80—3—3

15—25 4 931 (95)

1 7

Подшипники, втулки

ЛМцС58—2—2 0 11 36

784(80)

1 8

0 05

Подшипники, втулки и другие анти

фрикционные детали, в том числе ар-

мировка вагонных подшипников

Л МцС58—2—2—2

0 118

931(95) Шестерни

ЛМцЖ52—4— 1

15—22

1176(120)

0 055 Авиадетали, несущие силовую на

грузку неответственные подшипники и

арматура

ЛМцЖ55—3—1 50

1030(105)

1 6 0,047

Несложные по конструкции детали

ответственного назначения, арматура

для морского судостроения и т д.

ЛС59—1Л

0 26

31 40 2 6

834(85) 2 23

0 059

Втулки для шарикоподшипников

Латунь марганцевожелезистая. В практике при

меняются два типа марганцевожелезистых латуней латунь

ЛМцЖ55-3-1 и латунь ЛМцЖ52-4-1.

Структуру сплавов можно описать, основываясь на тройной

диаграмме состояния Cu Zn Мп (см. рис. 80)

Латунь ЛМцЖ55-3-1, согласно ее составу, лежит в области

а + (3-фаз с преобладанием (3-фазы (см. разрез при температу

ре 360° С на рис. 80) Макроструктура этой латуни показана на

рис. 92 атласа

Латунь ЛМцЖ52-4- по своему составу находится вблизи

границы а и а + p-областей (см. рис. 80) Поэтому в ее струк

туре преобладают кристаллы (3-фазы, внутри которых и по гра

ницам в небольшом количестве распределяется a-фаза (рис. 93

атласа

Латунь железосвинцовистая Железосвинцовистая

латунь отличается от ранее рассмотренной обычной свинцови

стой латуни небольшими добавками железа В результате до

бавки железа, как уже указывалось ранее, получается более

равномерная и тонкая структура латуни.

Наиболее распространена латунь марки ЛЖС59-1 1 Микро

структура такой латуни подобна приведенной на рис. 80 атласа.

Латунь никельжелезомарганцовистая. Микро

структура стандартной латуни ЛНЖМц54-2-4-1 подобна пока

занной на рис. 80 атласа. Кроме зерен а- и p-фаз, при больших

увеличениях на фоне последних можно видеть мелкие включе

ния железистой фазы по-видимому, чистое железо)

Латунь никелевоалюминиевая. Никелевоалюми

ниевые латуни часто в практике называют куниалями. Наиболее

распространенная из них имеет состав 58—61% Си, 3,5—4,5%

Ni, 0,8— 1,4% Al, остальное Zn. Микроструктура такой латуни

подобна приведенной на рис. 80 атласа.

§ 3. БРОНЗЫ

В отличие от латуней бронзами называют все сплавы меди,

не содержащие в своем составе цинка, а также сплавов, в кото

рых цинк не является основным легирующим компонентом

Название бронз дается по основным легирующим добавкам,

входящим в состав сплава. Например, сплавы меди с алюми

нием называют алюминиевыми бронзами, сплавы меди с мар

ганцем марганцовистыми бронзами и т д.

Бронзы применяют для получения отливок и полуфабрика

тов, изготовляемых обработкой давлением.

Ниже дано описание структуры, свойств и областей примене

ния важнейших промышленных бронз.

162

1. Алюминиевые бронзы

Алюминиевые бронзы среди медных сплавов выделяются вы

сокими механическими, коррозионными и антифрикционными

свойствами, в связи с чем их широко используют в машинострое

нии для деталей конструкционного назначения и для изготовле

ния различных деформируемых полуфабрикатов (листов, полос,

проволоки и др.)

В промышленности применяют как двойные сплавы меди

с алюминием (простые бронзы), так и более сложные по составу

бронзы с добавками марганца, железа,* никеля и других эле

ментов.

Состав бронз, их свойства и применение приведены в

табл. 35.

Ниже рассмотрены наиболее распространенные промышлен

ные сплавы данной группы.

Двойные алюминиевые бронзы

Двойные медноалюминиевые бронзы (Бр.А5, Бр.А7, Бр.АЮ)

отличаются высокой прочностью и пластичностью (см табл. 35).

Они хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном

состояниях, дают плотные и герметичные отливки с хорошим

заполнением формы.

Существенным недостатком бронз является их большая

склонность к столбчатой кристаллизации, что приводит к обра

зованию в отливках крупнозернистой структуры (рис. 94 атла

са Наличие сильно развитой зоны столбчатых кристаллов слу

жит причиной образования макротрещин в отливках при после

дующей обработке давлением.

Для подавления транскристаллизации и получения равно

мерной мелкозернистой структуры было предложено вводить в

бронзы перед разливкой небольшие добавки ванадия, титана,

бора и некоторых других элементов [93].

Макроструктура слитка такой модифицированной бронзы

показана на рис. 94, б атласа.

Характер взаимодействия алюминия с медью при их сплав

лении определяется диаграммой состояния, приведенной на

рис. 84. Наибольшее практическое значение имеют сплавы, со

держащие до 10% по массе) At, поэтому дадим более подроб

ную характеристику фаз, образующихся в этой части диаграм

мы состояния.

Богатая медью a-фаза имеет решетку меди (гранецентриро-

э о

ванный куб с периодом а = 3,608 А до а = 3,657 А в зависимо

сти от содержания алюминия) и является раствором замеще

ния, где часть атомов меди замещена атомами алюминия. Пре

дельная растворимость алюминия в меди • при температуре

И*

163

Состав, физико-механические свойства и области

Основные компоненты, %

Типичные

Марка бронзы

А1 Fe Мп

РЬ

Си

плотность,

г,'см3

коэффициент

линейного

расширения

а-10~6

1 /град

теплопровод

ность,

ккал/см'сек•

•град

Бр.А5

4-6

Осталь

ное

8 2

18 2

0 21-

0,25

Бр.А7

6-8

То же 7 8

17 8 0 19

Бр.АЮ 9-11

» » 7 5

Бр.АЖ9—4

8-10

2-4

» »

7 5

18 1

16 2

0 14

Бр.АМц9

8-10 1 5-

2 5

» »

7 6

17 0

0 17

Бр.АЖМцЮ—3—1,5 9-11

2-4

1 2

» » 7 5

0 14

Бр.АЖНЮ—4—4

9 5

3,5-

5 5

3 5

5 5

» »

7 5 17 1 0 18

БрАЖН11-6-6

10 5—

И 5

5-6,5 5-6,5

» »

Бр.АЖС7 15-15

6-8

1-1,5

» »

Примечание. Механические свойства даны в первой строке для литья в кокиль, во

эвтектики 1035° С составляет 7,4% (по массе) При понижении

температуры растворимость алюминия в меди повышается, а

при температуре 565° С (температура эвтектоидного превраще

ния достигает 9,4% (по массе) и на этом пределе сохраняется

вплоть до комнатной температуры.

Фаза р является также твердым раствором, но основой его

служит химическое соединение электронного типа (AIC113) с

решеткой объемноцентрированного куба и электронной концен

трацией 3 2 электрона на атом.

Фаза р при высоких температурах имеет широкую область

гомогенности от 9 до 15% А1), однако с понижением темпера

туры эта область сильно сужается.

При температуре 565° С p-фаза распадается с образованием

эвтектоида р -► а + y-

164

применения алюминиевых бронз

Таблица 35

свойства сплавов среднего состава

электросопро

тивление,

ом- мм2 /мм

модуль упру

гости, кГ/мм2

C'J

■с

оо

•э>‘

всГ

Применение

0 10

10000

29 55

Ленты, полосы для производ

16 40 60 70 21

ства монет и других изделий

12000 25 35

50 50

Листы, ленты, полосы для

60 70 20

производства пружин и других

изделий

50 30

110

Для фасонных отливок прес

60 10 45 10

сованных изделий

0 124

11200

6 130

Для ответственных фасонных

110

отливок, Де:я изделий, получен

ных прессоэанием

0 11

9200

40 20

7 110

Прессованные полуфабрикаты

160 и фасонное литье

0,189

10000

7 120

Фасонные отливки, прессо

140 ванные прутки и трубы для

ft 1Q4

11500

подшипников втулок и т д.

V 1 J70

190 Трубы, грутки, поковки, ли

60 35

45 4 2

150

тые детали ответственного на

значения

60 2

250

Обода, вгулки фасонные от

ливки ответственного назначения

30 18

Подшипники, втулки

второй — для отожженных материалов.

Фаза y является твердым раствором на основе электронного

соединения CU32AI19 со сложной кубической решеткой и харак

теризуется электронной концентрацией 21/13.

Алюминиевые бронзы с 5—7% А1, согласно диаграм

ме состояния, относятся к однородным сплавам типа твердого

раствора. Микроструктура сплавов в литом и отожженном со

стояниях дана на рис. 95 и 96 атласа.

Алюминиевые бронзы с 10% А1 кристаллизуются с образо

ванием p-фазы, которая устойчива до 850° С.

При охлаждении сплава в интервале температур 850—565° С

происходит распад p-фазы с выделением а-кристаллов

850—565«С_

Р --------------* а (т-а) + Р(л-5)-

165

При температуре 565° С a-фаза составляет основу сплава ко

личество a-фазы пропорционально отрезку ksy а p-фазы от

резку ak

Рис. 84. Диаграмма состояния Си Al

Сохранившаяся к этой температуре |3-фаза распадается с

образованием эвтектоида.

565°С

P(S) “ - « « ,) + т (6)-

Таким образом, при комнатной температуре структура сплава

состоит из зерен a-твердого раствора и эвтектоида (а + y)

Микроструктура сплава показана на рис. 97 атласа.

На рис. 85 и 86 показано изменение механических свойств

алюминиевых бронз в зависимости от содержания алюминия в

литом и отожженном состояниях.

На рис. 87 приводится изменение механических свойств алю

миниевой бронзы с повышением температуры.

166

Как уже указывалось, алю

миниевые бронзы среди других

медных сплавов выделяются

высокой коррозионной стойко

стью и антикоррозионными

свойствами. Это позволяет при

менять алюминиевые бронзы

для изготовления деталей, ра

ботающих на истирание (зуб

чатые колеса, шестеренки, чер

вячные передачи), паровой и

водяной аппаратуры, специаль

ной аппаратуры для судострое

ния и т д.

Недостатком алюминиевых

бронз является их значитель

ная усадка и повышенная спо

собность к загрязнению окис-

ными пленками, что создает

затруднения при литье. Для получения качественных отливок

требуется предусматривать значительные прибыли и применять

при плавке защиту против окисления.

О 1 2 3 I* 5 6 7 8 910111213

А1 % (по массе)

Рис. 85. Изменение механических

свойств литых алюминиевых бронз в

зависимости от содержания алюминия

(литье в кокиль) [83]

1 2 3 Ь 5 6 7 8 910/1 12

А1, % (по массе)

Рис. 86. Изменение механических свойств

отожженных бронз в зависимости от со

держания алюминия. Исходный мате

риал. полоса, деформированная на 40%

и отожженная при 650ЭС, 30 мин [831

200 т 600 800

Температура°С

Рис. 87 Изменение механичес

ких свойств бронзы Бр.АБ при

высоких температурах. Исход

ный материал полоса горяче

катаная толщиной 12 мм [83]

Многокомпонентные алюминиевые бронзы

Для повышения механических свойств и улучшения струн

туры в алюминиевые бронзы вводят специальные присадки же

леза, марганца, никеля и других элементов.

167

Алюминиевожелезистая бронза (Бр.АЖ9-4 Из

алюминиевых бронз с добавками железа наибольшее распро

странение получила бронза с 9% А1 и 4% Fe Бр.АЖ9-4

Структура этой бронзы может быть описана диаграммой со

стояния тройной системы Cu Al Fe, некоторые изотермиче

ские и политермические разрезы которой даны на рис. 88 и

89 [94].

1000 °С 5 0 0 °С

Рис. 88. Изотермические разрезы диаграммы состояния системы

Cu—Al—Fe [94]

Согласно политермическому разрезу, данному на рис. 89,

структура этой бронзы ниже температуры 565° С состоит из а-

твердого раствора, эвтектоида и железистой составляющей (по-

видимому соединения FeAl3)

Микроструктура бронзы в литом и отожженном состояниях

приведена на рис. 98 и 99 атласа.

При введении добавок железа происходит измельчение зерен

a-фазы сравнить с рис. 97, а атласа , повышение твердости и

прочности бронзы за счет его растворения в меди (см. табл. 35)

Кроме того, железо задерживает фазовую перекристаллизацию

алюминиевой бронзы и при медленном охлаждении в некоторой

степени предотвращает образование эвтектоида. ^Последнее

очень важно при литье массивных отливок в земляные формы, в

которых при отсутствии железа происходит «самопроизволь

ный» отпуск, сообщающий бронзе чрезмерную хрупкость.

г -^“Для повышения пластичности бронзы рекомендуется ее но{Г-

мaлизaция нагрев до 600—700° С в течение трех часов и охлаж

дение на воздухе или закалка с 950° С.

Нормализация и закалка снижают или полностью исключают

появление эвтектики, что способствует повышению пластично

сти бронзы

J68

повышается до

4% fe

Для повышения твердости и прочности бронзы применяется

отпуск при 250—300° С в течение 2—3 ч после закалки с темпе

ратуры 950° С.

Непосредственно после закалки Бр.АЖ9-4 имеет твердость

140 кГ/мм2 после отпуска ее твердость

180 кГ/мм2

Бронзу Бр.АЖ9-4 применяют для

производства отливок и для обра

ботки давлением ввиду ее высоких

механических и антикоррозионных

свойств и хорошей сопротивляемо

сти износу Бронзу Бр.АЖ9-4 реко

мендуют для литья ответственных

деталей, работающих на трение

втулки, червячные передачи, шесте

ренки и т д.), а также для литья

арматуры и ответственных деталей

в кораблестроении и других обла

стях машиностроения. Эта бронза

является заменителем целого ряда

оловянистых и других специальных

бронз, применяемых в качест

ве антифрикционных материалов

(Бр.ОЦЮ-2, Бр.ОФЮ-1, Бр.ОСЮ-Ю,

Бр.ОСНЮ-2-3 и др.)

Алюминиевомарганцови

стая бронза (Бр.АМц9-2)

Подобно железу, благоприятное

влияние на свойства алюминиевых

бронз оказывают небольшие добав

ки марганца.

В отличие от железа марганец не

измельчает зерна, а его упрочняю

щее действие в основном связано с

легированием твердого раствора.

Кроме этого, добавки марганца

снижают температуру эвтектоидно-

го превращения (см. изотермические и политермические разрезы

на рис. 90 и 91 [95].

Согласно изотермическому разрезу (рис. 91), структура

бронзы состоит из a-твердого раствора и эвтектоида а + у, по

добно алюминиевожелезистой бронзе, данной на рис. 98 и 99

атласа.

Бронза Бр.АМц9-2 обладает удовлетворительными литейны

ми свойствами, хорошо обрабатывается давлением и имеет по

вышенную коррозионную стойкость.

Механические свойства бронзы и ее основные области при

менения даны в табл. 35.

— ^

А1 %

Рис. 89. Политермический

рез диаграммы состояния Си

Al Fe [94]

раз-

169

Алюминиевожелезомарганцовистые бронзы

(Бр.АЖМц10-3-1,5) Одновременное введение в алюминиевую

900°С Ш °С

£и Мп, % Си Мп, %

Рис. 90. Изотермические разрезы диаграммы состояния

Cu AI Мп [95]

J000

25% Мп

■бронзу железа и марганца приводит к дальнейшему улучшению

ее механических и технических свойств.

Микроструктура бронзы подобна

структуре Бр.АЖ9-4 и отличается от нее

большим содержанием эвтектоида в свя

зи с повышением содержания алюминия.

Механические свойства бронзы и ее

применение даны в табл. 35.

Как было показано в работах [93, 96],

механические свойства алюминиевожеле

зомарганцовистой бронзы можно значи

тельно улучшить путем введения в сплав

небольших добавок (сотые доли процен

та) ванадия, титана, вольфрама и бора

или комплексных добавок этих элементов

с бором.

Влияние некоторых добавок на меха

нические свойства Бр.АЖМц 10-3-1,5 по

казано на рис. 92 [96]. Указанные измене

ния связаны с глубокими структурными

изменениями, происходящими в сплавах при введении микродо

бавок. Помимо сильного измельчения микрозерна, изменяется

содержание эвтектоида в сплаве и отмечается образование ква

зиэвтектоидных и мартенситных структур [93].

Рис. 91. Политермическип

разрез диаграммы состо

яния Си — А1 — Мп [95]

170