Бронза — сплав на основі міді та олова, де легуючими компонентами можуть виступати берилій, алюміній і інші елементи, найчастіше — фосфор, алюміній, цинк і свинець. Але все ж бронзою не може бути сплав міді з цинком (тоді виходить латунь) або сплави міді з і нікелем.

Актуальність

Найвідоміша бронза олов’яна — сплав міді та олова (міді бпрольшая частина). Це один з перших металів освоєних людиною. Людям відомий цей склад ще з античного Бронзового століття. Довгий час бронза залишалась стратегічним металом (до XIX століття відливалися гармати з бронзи). Це чудовий метал своїми якостями такими як твердість, міцність, висока технологічність. З відкриттям бронзи перед людиною відкрилися широкі перспективи. Ознайомитися з цінами на кольорові метали і купити бронзу ви можете на нашому сайті.

Властивості

Олов’яна бронза погано обробляється тиском, погано ріжеться, гнеться. Вона є ливарними металом і за своїми ливарними якостями не поступається іншим металам. Вона відрізняється малою усадкою — 1−2%, усадка латуні і чавуну = 1,6%, сталі — більше 3%. Тому бронза успішно використовується для створення складного художнього лиття. Вона має високу стійкість до корозії і антифрикційні властивості. Застосовується в хімічній промисловості для створення арматури і як антифрикційний матеріал в рухомих вузлах.

Марки бронз

Олов’яні бронзи можуть бути додатково легированы цинком, алюмінієм, нікелем, фосфором, свинцем, миш’яком або ін. металами. Додавання цинку (не більше 11%) не змінює характеристику бронзи, але набагато здешевлює.

Процентний склад БРОФ2−0.25 ГОСТ 5017–2006

Сплав	Fe	Ni	As	Cu	Pb	Zn	Р	Sn	Домішки
БРОФ2−0.25	≤0.05	≤0,2	---	96,7−98,98	≤0,3	≤0.3	0,02−0,3	1−2,5	≤0,3

Бронза з добавкою цинку має назву «адміралтейської бронзи» і відрізняється дуже високою стійкістю до корозії в морській воді. Свинець і фосфор дозволяють поліпшити антифрикційні властивості бронзи тривалість експлуатації рухомих вузлів. Алюмінієва бронза відрізняється легкістю і високою питомою міцністю.

Процентний склад БрАЖМц10−3-1,5 ГОСТ 18 175−78

Si	Fe	Mn	Al	Cu	Pb	Zn	Р	Sn	Домішки
≤0.1	2−4	1−2	9−11	82,3−88	≤0,03	≤0.5	≤0.01	≤0.1	≤0,7

Вона затребувана в транспортному машинобудуванні. Її висока електропровідність важлива в електротехніці. Деталі з берилієвої бронзи не іскрять при ударах, їх застосовують у вибухонебезпечних умовах.

Процентний склад БрБ2 ГОСТ 18 175−78

Сплав	Fe	Si	Al	Cu	Pb	Zn	Be	Ni	Домішки
БрБ2	≤0.15	≤0,15	≤0,15	96,9−98	≤0,005	---	1,8−2,1	0,2−0,5	≤0,6

Ряд мідних сплавів не відносяться до бронзам. Найвідоміші з них — латунь (сплав Cu+Zn) і константан (Cu+Ni).

Поставка

Поставляємо сертифікований кольоровий металопрокат і бронзові сплави за оптимальними цінами. У специфікації відображені дані за відсотковим складом і механічними якостями продукції. У нас легко купити оптом будь-напівфабрикати для масштабних виробництв. Надаємо вигідні умови роздрібними покупцями. Наша компанія відрізняється високим рівнем сервісу і оперативність обслуговування.

Купити за вигідною ціною

Вся продукція з рідкісних і кольорових металів, що реалізується компанією Evek GmbH відповідають ГОСТ і міжнародним стандартам якості. Купити бронзу можна в найкоротші терміни зі складів, розташованих на території України. Висока якість, доступні ціни, широкий вибір продукції визначають обличчя нашої компанії. Ставши нашим постійним клієнтом, Ви зможете розраховувати на систему дисконтних знижок. Співпраця з нами допоможе Вам реалізувати будь-які інженерні задуми. Чекаємо Ваших замовлень на сайті.

Бронзи

До бронзам відносяться сплави на основі міді, що містять понад 2,5% (по масі) легуючих компонентів.

У бронзах вміст цинку не має перевищувати вміст суми інших легуючих елементів, інакше сплав буде ставитися до латуням.

Назва бронзи дається за основним легирующему елементу (алюмінієва, олов’яна і т. д.), хоча в деяких випадках з двох або трьох (олов'яно-фосфориста, олов’яно-цинкова, олов’яно-цинково-свинцовистая тощо).

Безолов’яним бронзи

Зведений перелік вітчизняних стандартних безоловянных бронз, що обробляються тиском, і їх зарубіжних сплавів-аналогів наведено у табл. 1.

Зведений перелік вітчизняних стандартних безоловянных бронз, що обробляються тиском і їх зарубіжних сплавів-аналогів

Низьколеговані бронзи:

Марка бронзи	Аналог США	Аналог Німеччина	Аналог Японія	Примітка
БрСр0,1	-	CuAg0,1 (2.1203)	-	срібло (Ag)
-	-	CuAg0,1P (2.1191)	-	срібло (Ag)
Теллуровая бронза	С14500	CuTeP (2.1546)	-	теллуровая (Te)
-	C19600	-	-	залозиста (Fe)
-	C19200	-	-	залозиста (Fe)
-	C19500	-	-	залозиста (Fe)
-	C19400	CuFe2P (2.1310)	-	залозиста (Fe)
-	-	-	C1401	інші
БрМг0,3	-	CuMg0,4 (2.1322)	-	інші
-	C14200	-	-	інші
-	C14700	CuSP (2.1498)	-	інші
-	-	CuZn0,5 (2.0205)	-	інші
-	-	CuMg0,4 (2.1322)	-	інші
-	-	CuMg0,7 (2.1323)	-	інші
-	C15100	CuZr (2.1580)	-	інші
БрХ1	-	-	-	інші
-	C18400	CuCrZr (2.1293)	-	інші
БрКд1	-	-	-	інші
-	-	CuPbIp (2.1160)	-	інші

Алюмінієві бронзи:

Марка бронзи	Аналог США	Аналог Німеччина	Аналог Японія	Примітка
БрА5	C60800	CuA15As (2.0918)	-	Al-Cu
БрА7	-	CuA18 (2.0920)	-	Al-Cu
-	C61400	CuAl8Fe3 (2.0932)	C6140	Al-Fe-Cu
-	C61300	-	-	Al-Fe-Cu
БрАЖ9−4	C62300	-	-	Al-Fe-Cu
Те ж	C61900	-	-	Al-Fe-Cu
-	C62400	-	-	Al-Fe-Cu
БрАМц9−2	-	CuA19Mn2 (2.0960)	-	Al-Mn-Cu
БрАМц10−2	-	-	-	Al-Mn-Cu
-	С64200	-	-	Al-Si-Cu
-	С64210	-	-	Al-Si-Cu
БрАЖМц10−3-1б5	-	CuA10Fe3Mn2 (2.0936)	-	Al-Fe-Mn-Cu
БрАЖН10−4-4	C63000	CuA110Ni5Fe4 (2.0966)	-	Al-Fe-Ni-Cu
-	-	CuA111Ni6Fe5 (2.0978)	-	Al-Fe-Ni-Cu
-	-	CuA19Ni3Fe2 (2.0971)	-	Al-Fe-Mn-Ni-Cu
-	-	-	C6161	Al-Fe-Mn-Ni-Cu
-	-	-	C6280	Al-Fe-Mn-Ni-Cu
БрАЖНМц9−4-4−1	C63200	-	C6301	Al-Fe-Mn-Ni-Cu
-	C63800	-	-	Al-Si-Co-Cu і Al-Si-Ni-Cu
-	C64400	-	-	Al-Si-Co-Cu і Al-Si-Ni-Cu

Берилієві бронзи:

Марка бронзи	Аналог США	Аналог Німеччина	Аналог Японія
-	C17410	-	-
-	C17510	CuNi2Be (2.0850)	-
-	C17500	CuCo2Be (2.1285)	-
-	C17000	CuBe1,7 (2.1245)	C1700
БрБ2	C17200	CuBe2 (2.1447)	C1720
-	-	CuBe2Pb (2.1248)	-
БрБЕТ1,9	-	-	-
БрБНТ1,9Мг	-	-	-

Крем’янисті бронзи

Марка бронзи	Аналог США	Аналог Німеччина	Аналог Японія
-	-	CuNi1,5Si (2.0853)	-
-	C64700	-	-
БрКН1−1	-	CuNi2Si (2.0855)	-
-	-	CuNi3Si (2.0857)	-
-	C70250	-	-
-	C65100	-	-
БрКМц3−1	-	-	-
Те ж	C65500	-	-

Марганцева бронза

Марка бронзи	Аналог США	Аналог Німеччина	Аналог Японія
БрМц5	-	-	-

Теллуровая бронза в ГОСТ 18175 не має спеціального позначення

Табл. 2. Хімічний склад безоловянных бронз (ГОСТ 18175−78) (масова частка, %)

Марка	Межа утримуючі. елементів	Cu	Ag	Al	Be	Cd	Cr	Fe	Mg	Mn	Ni	P	Pb	Si	Sn	Te	Ti	Zn	Сума інших елементів
БрА5	мін.	ост.	-	4,0	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
БрА5	макс.	-	-	6,0	-	-	-	0,5	-	0,5	-	0,01	0,03	0,1	0,1	-	-	0,5	1,1
БрА7	мін.	ост.	-	6,0	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
БрА7	макс.	-	-	8,0	-	-	-	0,5	-	0,5	-	0,01	0,03	0,1	0,1	-	-	0,5	1,1
БрАМц9−2	мін.	ост.	-	8,0	-	-	-	_	-	1,5	-	-	-	-	-	-	-	-	-
БрАМц9−2	макс.	-	-	10,0	-	-	-	0,5	-	2,5	-	0,01	0,03	0,1	0,1	-	-	1,0	1,5
БрАМц10−2	мін.	ост.	-	9,0	_	-	-	_	-	1,5	-	-	-	-	-	-	-	-	-
БрАМц10−2	макс.	-	-	11,0	-	-	-	0,5	-	2,5	-	0,01	0,03	0,1	0,1	-	-	1,0	1,7
БрАЖ9−4	мін.	ост.	-	8,0	-	-	-	2	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
БрАЖ9−4	макс.		-	10,0	-	-	-	4	-	0,5	-	0,01	0,01	0,1	0,1	-	-	1	1,7
БрАЖМц10−3-1,5	мін.	ост.	-	9,0	-	-	-	2	-	1,0	-	-	-	-	-	-	-	-	-
БрАЖМц10−3-1,5	макс.		-	11,0	-	-	-	4	-	2,0	-	0,01	0,03	0,1	0,1	-	-	0,5	0,7
БрАЖН10−4-4	мін.	ост.	-	9,5	-	-	-	3,5	-	-	3,5	-	-	-	-	-	-	-	-
БрАЖН10−4-4	макс.	-	-	11,0	-	-	-	5,5	-	0,3	5,5	0,01	0,02	0,1	0,1	-	-	0,3	0,6
БрАЖНМц9−4-4−1	мін.	ост.	-	8,8	-	-	-	4	-	0,5	4,0	-	-	-	-	-	-	-	-
БрАЖНМц9−4-4−1	макс.	-	-	11,0	-	-	-	5	-	1,2	5,0	0,01	0,02	0,1	0,1	-	-	0,5	0,7
БрБ2	мін.	ост.	-	-	1,8	-	-	-	-	-	0,2	-	-	-	-	-	-	-	-
БрБ2	макс.	-	-	0,2	2,1	-	-	0,15	-	-	0,5	-	0,05	0,15	-	-	-	-	0,5
БрБНТ1,9	мін.	ост.	-	-	1,85	-	-		-	-	0,2	-	-	-	-	-	0,10	-	-
БрБНТ1,9	макс.	-	-	0,2	2,1	-	-	0,15	-	-	0,4	-	0,05	0,15	-	-	0,25	-	0,5
БрБНТ1,9Мг	мін.	ост.	-	-	1,85	-	-	-	0,07	-	0,2	-	-	-	-	-	0,10	-	-
БрБНТ1,9Мг	макс.	-	-	0,2	2,1	-	-	0,15	0,13	-	0,4	-	0,05	0,15	-	-	0,25	-	0,5

Табл. 3. Характерні властивості та види напівфабрикатів з безоловянных бронз

Марка бронзи	Характерні властивості	Види напівфабрикатів
БрАМц9−2	високий опір при навантаженні знакозмінної	смуги, стрічки, прутки, дроту, поковки
БрАЖ9−4	високі механічні властивості, хороші антифрикційні властивості, корозійностійка	прутки, труби, поковки
БрАЖМц10−3-1,5	погано деформується в холодному стані, деформується в гарячому стані, висока міцність при підвищених температурах, корозійностійка, висока ерозійна та кавітаційна стійкість	прутки, труби, дріт, поковки
БрАЖН10−4-4	погано деформується в холодному стані, деформується в гарячому стані, висока міцність при підвищених температурах, корозійностійка, висока ерозійна та кавітаційна стійкість	прутки, труби, поковки
БрБ2, БрБНТ1,9	висока міцність і зносостійкість, високі пружинні властивості, хороші антифрикційні властивості, середня електропровідність і теплопровідність, дуже хороша деформованість в загартованому стані	смуги, стрічки, прутки, труби, дріт
БрКМц3−1	корозійностійка, придатна для зварювання, жаростійка, високий опір стиску	листи, смуги, стрічки, прутки, дроту
БрКН1−3	високі механічні і технологічні властивості, корозійностійка, хороші антифрикційні властивості	листи, смуги, стрічки, прутки, дроту

Рис 1. Діаграма стану системи (рівноважний стан)

З діаграми видно, що максимальна розчинність алюмінію до міді в твердому стані становить 9,4% (по масі). З підвищенням температури з 565 до 1037 °C розчинність алюмінію до міді зменшується і досягає 7,5%.

До стабільних фаз системи Cu-Al відносяться α, β, γ2 і α2 фази.

Фаза α — первинний твердий розчин, изоморфный, з елементарної гранецентрованої кубічної кристалічної гратами. При повільному охолодженні сплаву до температури 400 °C α-фаза утворює ближній порядок, що призводить до помітного зниження її електроопору, яка продовжується і при температурі нижче 200 °C в результаті усунення дефектів упаковки.

Фаза β — твердий розчин, що утворюється на основі стехіометричного складу Cu3Аl безпосередньо з розплаву при температурі 1036−1079°С, з елементарної центрованої кубічної кристалічної гратами. Фаза β — пластична, электропроводна і стабільна при температурі вище 565 °C. При швидкому охолодженні сплаву (зі швидкістю >2°С/хв) вона відчуває різкі перетворення типу мартенситовых, утворюючи проміжні фази (рис. 1). При повільному охолодженні (2°С/хв) β -фаза розпадається на эвтектоид α+γ2 освітою грубозернистим γ2 фази, що виділяється у вигляді безперервних ланцюгів, що надає сплаву крихкість. Фаза γ2 (Cu9Al4), що утворюється з фази γ', стабільна при низьких температурах, тендітна і тверда, з електропровідністю меншою, ніж у β -фази.

Фаза α2, що утворюється при температурі 363 °C в результаті перитектоидной реакції між фазами α і γ2, має гранецентрованої кубічну кристалічну решітку, але з іншими параметрами.

Метастабільні фази в сплавах: β1 — з елементарної центрованої кубічної кристалічної гратами (а — 5,84 Å, Аl — 11,9%), упорядкована; β' — з елементарної гранецентрованої кубічної кристалічної гратами (Аl — 11,6%), дуже деформована; β1' — з елементарної ромбічної кристалічною решіткою (а = 3,67 Å, с = 7,53 Å, Al — 11,8%), упорядкована; γ1-фаза з елементарної орто-ромбічної осередком (а = 4,51 Å, в = 5,2 Å, с = 4,22 Å, Al — 13,6%), упорядкована. Передбачається існування інших фаз, які є різновидом фази β1'.

Визначення структури сплавів Cu-Al важко. Для одержання рівноважних структур сплавів потрібні дуже великі швидкості охолодження (від 1 до 8°С/хв в залежності від вмісту алюмінію). Такі структури виявляються при травленні сплавів хлорним залізом.

Однак, травлення хлорним залізом не завжди дозволяє з упевненістю визначати фази в сплавах, охолоджених з звичайною швидкістю. У цьому випадку для виявлення істинної структури сплавів Cu-Al застосовуються спеціальні методики з використанням електролітичного полірування.

Структура подвійних мідно-алюмінієвих сплавів і багатокомпонентних бронз на основі системи мідь-алюміній в рівноважному стані визначається діаграмою стану (рис. 2).

Рис. 2. Діаграма фазових перетворень алюмінієвої бронзи з вмістом алюмінію 12,07% (по масі)

Однак у виробничих умовах при виливку зливків і заготовок, обробки тиском в гарячому і холодному стані швидкості охолодження і нагрівання значно відрізняються від тих, при яких побудована рівноважна діаграма стану.

Тому і структури литих і деформованих напівфабрикатів відрізняються від тих, які визначені рівноважної діаграми стану.

Для визначення властивостей і мікроструктури сплавів в метастабильном стані будують С-образні криві, що показують кінетику фазового перетворення в залежності від швидкості охолодження і ізотермічної витримки при температурах нижче температури эвтектоидного перетворення.

Однофазні сплави (α-алюмінієві бронзи) пластичні і добре обробляються тиском, двофазні сплави (α+γ2-алюмінієві бронзи) з високим вмістом алюмінію менш пластичні і застосовуються, головним чином, як ливарні.

Необхідно відзначити, що фактичний вміст алюмінію в промислових сплавах коливається в широких межах, що позначається на стабільності механічних властивостей литих і деформованих напівфабрикатів з алюмінієвих бронз.

Зміна механічних властивостей алюмінієвих бронз, що обробляються тиском, (межі міцності при розтягуванні σв, пропорційності σпц і текучості σ0,2, відносне подовження δ і звуження ψ, ударна в’язкість ан (КС) і твердість за Брінеллем (НВ) в залежності від вмісту алюмінію, як показано на рис. 3.

Рис. 3. Зміна механічних властивостей алюмінієвих бронз Cu-Al залежно від вмісту алюмінію:

а — смуги, деформовані на 40% і отожженные при температурі 650 o с протягом 30 хв.;

б — пресовані прутки і труби з алюмінієвої бронзи БрАЖМц10−3-1,5

Ця особливість алюмінієвих бронз врахована в зарубіжних національних стандартах (США, Німеччина, Великобританія, Франція та ін). У цих країнах для підвищення стабільності механічних властивостей алюмінієвих бронз передбачається більш вузький інтервал вмісту в них алюмінію, який, приблизно, в 1,5−2 рази менше, ніж у подібних бронзах, що застосовуються в країнах СНД (див. сплави по ГОСТ 493, ГОСТ 17328 і зарубіжні сплави-аналоги).

У США, Франції та Японії є групи бронз типу БрАЖМц, у яких необхідні механічні властивості досягаються тільки за рахунок зміни вмісту алюмінію.

Вплив легуючих елементів на властивості алюмінієвих бронз

Легування двокомпонентних алюмінієвих бронз різними елементами помітно змінює їх властивості. Основними легуючими елементами сплавів Cu-Al є залізо, марганець і нікель. У алюмінієвих бронзах, як правило, вміст заліза і нікелю не перевищує 5,5, марганцю 3% (по масі).

Залізо у твердому стані незначно розчинно у сплавах Cu-Al і утворює з алюмінієм інтерметалічна сполука складу Fe3Al, яке виділяється як самостійна фаза у вигляді дрібнодисперсних частинок. При вмісті в сплавах близько 1% Fe утворюється незначна кількість дрібнодисперсних частинок, розташованих поблизу евтектоїдной області (α + γ2) і обрамляють її. Однак із збільшенням вмісту заліза їх кількість зростає. Так при вмісті 4% Fe дрібнодисперсні частинки Fe3Al утворюються як в області α + γ2, так і в області α. Дрібнодисперсні частинки інтерметалічного з'єднання Fe3Al перешкоджають росту зерен в алюмінієвих бронзах при високих температурах. Під впливом заліза, що значно поліпшує механічні властивості і затримує температуру рекристалізації, алюмінієвих бронзах зникає так зване явище «мимовільного відпалу», що призводить до підвищення крихкості сплавів. Залізо, подрібнюючи структуру, зупиняє освіта в Cu-Al сплавах, що містять 8,5−11,0% Al, крупнозернистою γ2-фази, що виділяється у формі безперервних ланцюгів, що обумовлюють крихкість.

Залізо в залежності від його вмісту в сплаві впливає на структуру, фазові перетворення і властивості алюмінієвих бронз наступним чином: при вмісті до 1,2% воно знаходиться в твердому розчині (α-фаза), а при більшому вмісті — виділяється у вигляді окремих глобулярных включень, які в подвійних і потрійних сплавах, що містять нікель,.зазвичай зображуються k-фазою. Приблизний склад k-фази: 85% Cu, 10% Al і 5% Fe; при вмісті в сплаві від 1,2 до 5,5% залізо надає сильне модифікуючу дію на зміну первинного зерна в литих заготовках; при вмісті в бронзах > 5,5% Fe це дія зникає. Тому в промислових алюмінієвих бронзах вміст заліза зазвичай не перевищує 4%.

Залізо зміцнює алюмінієві бронзи за рахунок підвищення міцності твердого розчину (α-фази) і виділення k-фази. Сплави з високим вмістом заліза типу БрАЖ10−10 відрізняються підвищеною стійкістю до абразивного зносу і ерозій, однак менш стійкі в морській воді.

При додатковому легуванні сплавів системи Cu-Al-Fe марганцем і нікелем значно підвищуються їх міцнісні характеристики і корозійна стійкість, змінюються структура і склад k-фази.

Марганець добре розчиняється в алюмінієвих бронзах у твердому стані. При вмісті Мп > 2% в сплавах системи Cu-Al помітно прискорюється трансформація фаз α + γ2 у фазу β (марганець знижує евтектичну температуру і затримує розпад β-фази); при вмісті Mn>8% розпаду β-фази практично не відбувається.

Особливістю добавок марганцю в алюмінієві бронзи є також поява в них при охолодженні голчастих зародків β-фази до перетворення β-фази в α+ γ2

Поява голчастих зародків α-фази особливо помітно при відпалі великогабаритних напівфабрикатів. Тому при виливку морських гвинтів, що мають різнотовщинність від 15 до 400 мм, широко застосовують спеціальні алюмінієво-марганцеві бронзи з великим вмістом марганцю.

У бронзах типу БрАЖ10−4, БрАЖ9−4 марганець є провідним елементом, що визначає кінетику перетворення β-фази при нагріванні і поліпшує їх гартована на глибину. У цих бронзах допускається вміст Mn до 1,5%. Однак з зростанням вміст Mn від 2 до 5% зменшується твердість алюмінієвих бронз після гартування при температурі 800−1000°С. Тому для підвищення твердості алюмінієвих бронз при термічній обробці в них повинно бути не більш 0,5% Mn.

Марганець підвищує механічні та корозійні властивості і покращує технологічні характеристики сплавів Cu-Al. Алюмінієві бронзи, леговані марганцем, відрізняються підвищеною корозійною стійкістю, високою холодостійкістю і відразу деформування в гарячому і холодному стані.

Нікель, необмежено розчинний у твердому стані в міді, практично не розчиняється в алюмінії (при температурі 560 °C розчинність 0,02%). Нікель збільшує область α-фази в системах Cu-Al і Cu-Al-Fe. У сплавах Cu-Al-Ni під впливом нікелю область твердого розчину з пониженням температури значно зсувається в бік мідного кута, тому їх можна піддавати дисперсійного твердіння. Здатність до дисперсійного твердіння цих сплавів виявляється при утриманні 1% Ni. Нікель підвищує температуру эвтектоидного розпаду β-в α+γ2 до 615 °C, затримує перетворення α+γ2 в β при нагріванні. Вплив нікелю стає особливо помітним при його вмісті понад 1,5%. Так, при вмісті в сплаві 2% Ni β-фаза з’являється при температурі 790 °C, при вмісті 4% Ni — при температурі 830 °C.

Нікель має сприятливий вплив на структуру эвтектоида α+γ2 і псевдоэвтектоида α + β, значно збільшує стійкість фазових перетворень β -фази, а при литті і загартуванню сприяє більшому освіти кількості метастабільної b'-фази мартенситового типу. При цьому α-фаза набуває більш округлу форму, структура стає більш рівномірною, підвищується дисперсність эвтектоида.

Легування нікелем алюмінієвих бронз помітно підвищує їх фізико-механічні властивості (теплопровідність, твердість, втомну міцність), холодостійкість і антифрикційні характеристики, корозійну і ерозійну стійкість в морській воді і слабких солянокислих розчинах; жаростійкість і температуру рекристалізації без помітного погіршення технологічних характеристик. При вмісті нікелю в сплавах значно підвищується модифікуючу дію заліза.

Алюмінієві бронзи системи Cu-Al-Ni застосовують рідко. Нікель, як правило, вводять в алюмінієві бронзи в поєднанні з іншими елементами (переважно з залізом). Найбільш широке поширення отримали алюмінієві бронзи типу БрАЖН10−4-4. Оптимальні властивості цих бронз досягаються при співвідношенні Fe: Ni =1:1. При вмісті в цих бронзах 3% Ni і 2% Fe k-фаза може виділятися в двох формах: у вигляді дрібних округлих включень твердого розчину на основі заліза, легованого алюмінієм і нікелем, і у вигляді тонких пластин, интерметаллида складу NiAl.

Найбільше поширення отримали деформовані алюмінієві бронзи наступних систем: Cu-Al, Cu-Al-Fe, Cu-Al-Mn, Cu-Al-Fe-Mn, Cu-Al-Fe-Ni.

Алюмінієві бронзи відрізняються високою корозійною стійкістю в розчинах вуглекислих, а також у розчинах більшості органічних кислот (оцтової, лимонної, молочної та ін), але нестійкі в концентрованих мінеральних кислотах. В сірчанокислих розчинах солей і їдких лугів більш стійкими є однофазні алюмінієві бронзи з пониженим вмістом алюмінію.

Алюмінієві бронзи менш інших матеріалів піддаються корозійної втоми.

Особливості обробки деформованих алюмінієвих бронз

Для отримання гомогенних деформованих напівфабрикатів з поліпшеними механічними властивостями і високою втомної міцністю рекомендується алюмінієві бронзи відливати безперервним способом, а подальшу обробку проводити спеціальним методом, що включає операції:

а)гарячу обробку литої заготовки з сумарним обтисненням до 30%;

б)термічну обробку при заданій температурі (t0) з відхиленням ±2°С (нагрівання до заданої температури, витримка 20 хв на кожні 25 мм перерізу матеріалу);

в)загартування у воді або маслі при температурі 600 °C;

г)гарячу обробку тиском при температурі 35−50°С менше тієї, яка прийнята при термічній обробці на стадії «б» в залежності від вмісту алюмінію в сплаві (вміст алюмінію повинно бути визначено з точністю ±0,02%). Температура термічної обробки визначається за емпіричною формулою:

t=(1990 — 1000A)°З,

де, А — вміст алюмінію в сплаві, % (по масі).

Графічна залежність температури від вмісту алюмінія при термічній і другий гарячій обробці тиском алюмінієвих бронз наведена на рис. 4.

Рис. 4. Залежність температури від вмісту алюмінія при термічній та гарячої обробки тиском алюмінієвих бронз:

1 — температура термічної обробки;

2 — температура гарячої обробки тиском

Берилієві бронзи (мідно-берилієві сплави)

Берилієві бронзи є унікальними сплавами по сприятливому поєднанню в них хороших механічних, фізико-хімічних і антикорозійних властивостей. Ці сплави після гарту і облагороджування мають високий межа міцності, пружності, текучості і втоми, втоми, відрізняються високу електропровідність, теплопровідність, твердість, володіють високим опором повзучості, високою циклічної міцністю при мінімальному гистерезисе, високим опором корозії і корозійної втоми. Вони морозостійкі, немагнітні і не дають іскри при ударах. Тому берилієві бронзи застосовуються для виготовлення пружин і пружних деталей відповідального призначення, в т. ч. мембран і деталей годинникових механізмів.

Рис. 5. Діаграма стану системи Cu-Be

З діаграми видно, що мідь з берилієм утворює ряд твердих розчинів. Область твердого розчину α при температурі 864 °C досягає 2,7% (по масі). З пониженням температури межа розчинності області α досить різко зсувається в бік міді. При температурі эвтектоидного перетворення 608 °C вона становить 1,55% і знижується до 0,2% при температурі 300 °C, що вказує на можливість облагороджування берилієвих бронз.

Значна зміна концентрації берилію в α-твердому розчині з пониженням температури сприяє дисперсійного твердіння сплавів Cu-Ве. Ефект дисперсійного твердіння сплавів Cu-Ві від вмісту берилію показаний на рис. 6.

Рис. 6. Вплив вмісту берилію на ефект дисперсійного твердіння сплавів Cu-Be: 1 — гартування при температурі 780 °C; 2 — гартування при температурі 780 °C + відпуск при температурі 300°С

Термічну обробку берилієвих бронз проводять при температурі 750−790°С з наступним загартуванням у воду для отримання пересиченого твердого розчину. У цьому стані берилієві бронзи легко переносять операції гнуття, витяжки та інші види деформації. Другу операцію термічної обробки — відпустку проводять при температурі 300−325°С. При цьому виділяється β'-фаза. Ці виділення пов’язані зі значними напруженнями кристалічної решітки, які викликають підвищення твердості і міцності сплавів.

В результаті эвтектоидного перетворення β-фази при температурі нижче 608 °C утворюється эвтектоид α + β'. Фаза α має кубічну гранецентрованої ґратки, параметр якої зменшується зі збільшенням вмісту берилію. Фаза β має кубічну объемноцентрированную грати з невпорядкованим розташуванням атомів. Кристалічна структура β'- фази та ж, що і β-фази, але в ній спостерігається впорядковане розташування атомів берилію.

На практиці бінарні мідно-берилієві сплави майже не застосовують, поширення отримали три — і багатокомпонентні сплави.

Для уповільнення процесів фазових перетворень і рекристалізації з отриманням більш однорідної структури Cu-Ве сплави вводять нікель або кобальт, а також залізо. Сумарний вміст нікелю, кобальту і заліза в берилієвих бронзах коливається від 0,20 до 0,60% (по масі), в тому числі нікелю і кобальту — від 0,15 до 0,35% (по масі).

Введення в Cu-Ве сплави титану, утворює з берилієм зміцнюючої фази, сприяє уповільненню в них дифузійних процесів. Титан, як поверхнево активний елемент, знижує концентрацію берилію по межах зерен і зменшує швидкість дифузії в цих зонах. У берилієвої бронзи з домішками титану спостерігається однорідний розпад і, як наслідок, більш рівномірний зміцнення.

Найбільш сприятливий вплив на властивості берилієвої бронзи титан надає в присутності нікелю. Завдяки добавкам титану та нікелю зміст берилію в сплавах може бути знижено до 1,7−1,9% (по масі).

Марганець в сплавах Cu-Ве може частково замінити берилій без помітного зниження Міцності. Сплави Cu + 1% Be + 5−6% Мп і Cu + 0,5% Be + 10% Mn після дисперсійного твердіння за механічними властивостями наближаються до берилієвої бронзи марки БрБ2.

Добавки магнію в невеликих кількостях (0,1%) підвищують ефект дисперсійного твердіння берилієвої бронзи, а в межах від 0,1 до 0,25% — помітно знижують її пластичність.

Свинець, вісмут і сурма для берилієвих бронз є дуже шкідливими домішками, погіршують їх деформованість в гарячому стані.

У стандартних Cu-Ве сплавах допускається вміст Al і Si не більше 0,15% кожного елемента. В таких концентраціях ці елементи не надають шкідливого впливу на властивості сплавів.

Марганцеві бронзи

Марганцеві бронзи характеризуються високими механічними властивостями. Ці сплави відмінно обробляються тиском як у гарячому, так і в холодному стані, допускаючи деформації при холодній прокатці до 80%.

Марганцеві бронзи відрізняються корозійною стійкістю, підвищеною жароміцністю і тому застосовуються для виготовлення деталей і виробів, що працюють при підвищених температурах. У присутності марганцю температура рекристалізації міді підвищується на 150−200°С.

Рис. 7. Діаграма стану системи Cu-Mn

Марганець при підвищених температурах необмежено розчиняється в міді як в рідкому, так і в твердому стані. При вмісті в сплаві 36,5% магнію (по масі) температура ліквідусу і солідусу системи однакова і становить 870 ± 5 °C. З пониженням температури відбувається ряд перетворень, виділяються нові фази. Область твердого розчину у з пониженням температури зменшується. Марганцеві бронзи, що містять менше 20% магнію, у діапазоні температур від кімнатної до точки плавлення, є однофазними. На рис. 8. показана залежність механічних властивостей марганцевих бронз від вмісту марганцю.

Рис. 8. Зміна механічних властивостей сплавів Cu-Mn в залежності від вмісту марганцю: а — границя текучості σ0,2; б — межа міцності σb; — відносне подовження δ

Найбільшого поширення набула бронза БрМц5, яка добре деформується в гарячому і холодному станах, має високу корозійну стійкість і зберігає властивості при підвищених температурах.

Крем’янисті бронзи

Крем’янисті бронзи відрізняються високими механічними, пружними і антифрикційними властивостями, стійкі проти корозії і зношування. Ці сплави відмінно обробляються тиском як у гарячому, так і в холодному стані, добре зварюються зі сталлю, паяються, як м’якими, так і твердими припоями. Вони не магнітні, не дають іскри при ударах і не втрачають пластичності при досить низьких температурах.

Діаграма стану сплаву системи Cu-Si:

Рис. 9. Діаграма стану системи Cu-Si

Як видно з діаграми, межа твердого розчину α при температурі 830оС досягає 5,4% Si (за масою) і з пониженням температури зміщується в бік міді. Фаза α має кубічну гранецентрованої грати з параметром а=(3,6077+0,00065 до) Å, де к — концентрація кремнію, %.

При температурі > 577 оС правіше кордону α-твердого розчину з’являється нова ко-фаза з гексагональної щільно упакованої ґратами (a=2,5550 Å, с=4,63644 Å). Відмінною особливістю фази до є помітне зміна забарвлення в поляризованому світлі від світлого до темно-коричневого кольору. При температурі 557оС відбувається фазове перетворення до → α+ γ.

Характер зміни кремнію в α-твердому розчині з пониженням температури свідчить про можливості облагороджування деяких сплавів системи Cu-Si. Проте ефект дисперсійного твердіння сплавів виражений слабо і на практиці не застосовується.

Найбільше розповсюдження отримали кременисті бронзи з додавання марганцю і нікелю. Рідше застосовуються бронзи двокомпонентні і з добавками олова, цинку, заліза і алюмінію.

Легування мідно-кременистих бронз марганцем дозволяє помітно поліпшити їх механічні властивості і корозійну стійкість.

Діаграма стану системи Cu-Si-Mn:

Рис. 10. Діаграма стану системи Cu-Si-Mn. Ізотерма області насичення твердого розчину

Незважаючи на зсув межі області α з пониженням температури в бік мідного кута, ефект облагороджування сплавів Cu-Si-Mn виражений слабо.

Добавки нікелю помітно підвищують механічні властивості кременистих бронз. Кремній з нікелем утворюють інтерметалічна сполука (Ni2Si), яке помітно розчиняється в міді. З пониженням температури (від 900 до 500оС) розчинність Ni2Si в міді різко зменшується і виділяються при цьому дисперсні частинки інтерметалічного з'єднання упрочняют сплави. Термічна обробка (загартування, старіння) дозволяє підвищити міцнісні показники і твердість цих сплавів майже в 3 рази порівняно з отожженными сплавами. Після гарту сплави Cu-Si-Ni володіють високою пластичністю і добре обробляються в холодному стані.

Зміна межі міцності цих сплавів в залежності від змісту Ni2Si і способу термообробки:

Рис. 11. Зміна міцності сплавів системи Cu-Ni-Si в залежності від змісту Ni2Si і способу термообробки: 1 — гартування при температурі 900−950°С; старіння при температурі 350−550°С; 2 — відпал при температурі 800 °C; 3 — гартування при температурі 900−950°С

Добавки кобальту і хрому мають на кременисті бронзи такий же вплив, як і нікель, однак ефект дисперсійного твердіння сплавів під впливом силіцидів кобальту і хрому значно слабкіше.

Добавки невеликих кількостей Sn (до 0,5%) помітно підвищують, а заліза знижують корозійну стійкість кременистих бронз. З цієї причини в кременистих бронзах, що обробляються тиском, вміст Fe не повинно перевищувати 0,2−0,3% (по масі).

Добавка Zn в межах від 0,5 до 1,0% при плавці кременистих бронз сприяє поліпшення їх технологічних властивостей.

Легування кременистих бронз алюмінієм підвищує їх міцність і твердість, однак сплави системи Cu-Si-Al не отримали поширення через їх погану зварювання та паяння.

Шкідливими домішками кременистих бронз, що обробляються тиском, є миш’як, фосфор, сурма, сірка і свинець.

Корозійні властивості кременистих бронз

Крем’янисті бронзи мають відмінну стійкість проти корозії при впливі морської, промислової та сільської атмосфер, прісної і морської води (при швидкості потоку 1,5 м/с), гарячих і холодних розчинів і холодних концентрованих лугів і сірчаної кислоти, холодних розчинів соляної та органічних кислот, хлоридів і сульфатів легких металів. Вони досить стійкі в атмосфері сухого газів: хлору, брому, фтору, сірководню, фтористого та хлористого водню, сірчистого газу та аміаку, але кородують в цих середовищах у присутності вологи.

Однак, кременисті бронзи погано стійкі проти дії гідроксиду алюмінію, хлоридів і сульфатів важких металів. Швидко корродируют вони і рудникових кислих водах, що містять Fe2 (S04)3, а також у розчинах солей хромових кислот.

Особливості термообробки кременистих бронз

Світлий відпал кременистих бронз (включаючи нагрівання і охолодження) доцільно проводити в парах води. Оксидні плівки, які утворюються на поверхні напівфабрикатів у процесі відпалу, легко видаляються при травленні при кімнатній температурі в 5%-ном розчині сірчаної кислоти.

Олов’яні бронзи

Олов’яні бронзи — сплави різних композицій на основі системи Cu-Sn. Зведений перелік вітчизняних олов’яних бронз, що обробляються тиском, і їх зарубіжних сплавів-аналогів наведено у табл. 4.

Зведений перелік вітчизняних олов’яних бронз, що обробляються тиском, та їх зарубіжних аналогів

Олов’яно-фосфористые бронзи:

Марка вітчизняної бронзи	Аналог США	Аналог Німеччина	Аналог Японія
БрОФ2−0,25	-	-	-
БрОФ4−0,25	С51100	CuSn4 (2.1016)	C5111
-	C53400	-	-
БрОФ6,5−0,15	-	CuSn6 (2.1020)	C5191
-	C51000	-	-
-	C53200	-	-
БрОФ6,5−0,4	-	-	-
БрОФ7−0,2	-	SuSn6 (2.1020)	C5210
БрОФ7−0,2	-	SuSn8 (2.1030)	-
БрОФ8,0−0,3	C52100	Те ж	C5212
-	C52400	-	-

Олов’яно-цинкові бронзи:

Марка вітчизняної бронзи	Аналог США	Аналог Німеччина	Аналог Японія
БрОЦ4−3	-	-	-
-	-	CuSn6Zn6 (2.1080)	-

Олов’яно-нікелеві бронзи:

Марка вітчизняної бронзи	Аналог США	Аналог Німеччина	Аналог Японія
-	C72500	CuNi9Sn2 (2.0875)	-
-	C72650	-	-
-	C72700	-	-
-	C72900	-	-

Олов’яно-цинково-свинцеві бронзи:

Марка вітчизняної бронзи	Аналог США	Аналог Німеччина	Аналог Японія
БрОЦС4−4-2,5	-	-	-
-	С54400	-	-
БрОЦС4−4-4	-	-	-

Діаграма стану системи Cu-Sn показана на рис. 12.

Рис. 12 Діаграма стану системи Cu-Sn

Фаза α-твердий розчин олова в міді (кристалічна кубічна решітка гранецентрированная) пластична в гарячому і холодному стані.

Фази β і γ стійкі лише при підвищених температурах, а з пониженням температури розпадаються з великою швидкістю. Фаза δ (Cu31Sn8, решітка γ-фази) — продукт розпаду γ -фази (або β') при температурі 520 °C тверда і крихка.

Розпад δ-фази α + Cu3Sn (ε-фаза) починається при температурі 350 °C. З пониженням температури розпад δ-фази протікає надзвичайно повільно (при тривалому відпалі після холодної деформації на 70−80%). Практично в сплавах, що містять до 20% Sn, ε-фаза відсутня.

У технічних олов’яних бронзах вміст олова коливається від 2 до 14%, рідше до 20%.

Сплави системи Cu-Sn в залежності від вмісту олова складаються або з однорідних кристалів α-твердого розчину, або з кристалів α і эвтектоида α + β.

Процес дифузії в олов’яних бронзах протікає повільно Дендритная структура зникає тільки після багаторазових циклів термомеханічної обробки. З цієї причини технологічний процес обробки олов’яних бронз тиском скрутний.

У процесі плавки олов’яні бронзи розкислюють фосфором, тому більшість бінарних сплавів Cu-Sn містять залишкову кількість фосфору. Фосфор вважається легуючу добавку при вмісті його в сплаві > 0,1%.

Основними легуючими добавками олов’яних бронз, крім фосфору, є свинець, цинк, нікель.

Вплив легуючих добавок

Фосфор при взаємодії з міддю дає хімічна сполука СизР (14,1% Р), яке при температурі 714 °C з міддю утворює евтектику (утримання Р — 8,4% (по масі). В потрійній системі Cu-Sn-P при температурі 628 °C утворюється потрійна евтектика, що містить, %:80,7 Cu, 14,8 Sn і 4,5 P.

З діаграми стану системи Cu-Sn-P (рис. 13) видно, що при збільшенні вмісту олова і зниженні температури межа насичення α-твердого розчину різко зсувається в бік мідного кута.

Рис. 13. Діаграма стану системи Cu-Sn-P: а — мідний кут; б — полиметрические розрізи мідного кута системи Cu-Sn-P при постійному вмісті олова

При вмісті в олов’яних бронзах > 0,3% Р останній виділяється у вигляді включень фосфидной евтектики. Олов’яні бронзи при вмісті в них 0,5% Р і більш легко руйнуються при гарячому деформуванні, так як фосфидная евтектика розплавляється. Тому макисмальное вміст фосфору в олов’яних бронзах, що обробляються тиском, що становить 0,4%. При такому вмісті фосфору олов’яні бронзи володіють оптимальними механічними властивостями, мають підвищені модуль нормальної пружності, межі пружності і втоми. Застосовуючи відпал-гомогенізацію, після котороо значна частина фосфору переходить у α-твердий розчин, можна поліпшити деформованість олов’яних бронз з підвищеним вмістом фосфору.

Малі добавки цирконію, титану, бору та ніобію також покращує оброблюваність олов’яних бронз тиском в гарячому і холодному стані.

Свинець практично не розчиняється у олов’яних бронзах у твердому стані. При затвердінні сплаву він виділяється як самостійна фаза у вигляді темних включень між дендритами. Свинець помітно покращує щільність, антифрикционность і оброблюваність різанням олов’яних бронз, але значно знижує їх механічні властивості. Антифрикційні олов’яні бронзи містять до 30% Рb.

Цинк добре розчиняється в олов’яних бронзах в твердому стані і, незначно змінюючи структуру сплавів, помітно покращує їх технологічні властивості.

Нікель зміщує кордон твердого розчину α в бік мідного кута (рис. 14).

Рис. 14. Діаграма стану системи Cu-Sn-Ni: а — розріз мідного кута при утриманні 2% нікелю; б — область граничного насичення твердого розчину при кімнатній температурі. Мідний кут.

Кристалічна решітка α-твердого розчину під впливом нікелю не змінюється, але дещо збільшується її параметр (-0,007 А). При малій концентрації олова в гетерогенній області з’являється нова фаза (Ni4Sn), яка в залежності від швидкості затвердіння виділяється або у вигляді дрібних голчастих кристалів (швидке охолодження) або світло-блакитних включень. Ліквідус в сплавах Cu-Sn при легування нікелем помітно підвищується. При температурі 539 °C відбувається эвтектоидное перетворення α + γ в α + β'. Фаза δ' на відміну від фази δ подвійної системи Cu-Sn поляризується.

Нікель підвищує механічні властивості і корозійну стійкість олов’яних бронз, подрібнює їх структуру і при утриманні 1% є корисною добавкою. При вмісті > 1% Ni сплави хоча й облагороджуються, однак при цьому погіршується їх оброблюваність тиском. Особливо різке вплив нікель надає на олов’яно-фосфористые бронзи. У той же час Ni при вмісті в межах 0,5−1% не впливає на структуру, ні на властивості олов’яно-цинкових бронз.

Вплив домішок

Домішки алюмінію, магнію і кремнію є дуже шкідливими в олов’яних бронзах. Ці елементи, що входять у твердий розчин, хоча і підвищують механічні властивості бронз, проте вони при плавці енергійно окислюється, утворюючи тугоплавкі оксиди, які розташовуючись по межах зерен, порушують між ними зв’язок.

Шкідливими для олов’яних бронз, що обробляються тиском, є також домішки миш’яку, вісмуту, сурми, сірки і кисню. Останній знижує антифрикційні характеристики олов’яних бронз.

Корозійні властивості

Олов’яні бронзи володіють хорошою стійкістю проти впливу атмосфер (сільської, промислової, морський). В морській воді вони більш стійкі, ніж мідь і латунь (стійкість бронз при контакті з морською водою підвищується зі збільшенням вмісту олова). Нікель підвищує корозійну стійкість олов’яних бронз в морській воді, а свинець при високому вмісті — знижує. Олов’яні бронзи стійкі в солоній воді.

Олов’яні бронзи задовільно стійкі проти корозії в атмосфері перегрітої пари при температурі 250 °C і тиску не вище 2,0 МПа, при впливі при кімнатній температурі розчинів лугів, сухих газів (хлор, бром, фтор та їх водневі сполуки, оксиди вуглецю й сірки, кисень), четереххлористого вуглецю і хлористого етилу.

Олов’яні бронзи нестійкі в середовищі мінеральних (азотна, сірчана) і жирних кислот, лугів, аміаку, ціанідів, залізистих і сірчистих сполук, газів (хлор, бром, фтор) при високій температурі, кислих рудничних вод.

Корозія олов’яних бронз під дією сірчаної кислоти збільшується в присутності окислювачів (К2СЮ7, Fe2 (S04)3 та ін) і знижується до 10−15 разів за наявності 0,05% бензилтиоцианата.

Швидкість корозії олов’яних бронз під дією ряду агентів наступна, мм/рік:

Луги:

гарячі 1,52 …

при температурі 293 К …0,4−0,8

розчини аміаку при кімнатній температурі …1,27−2,54

оцтова кислота при кімнатній температурі …0,025−0,6

пари H2S при температурі 100 °C …1,3

вологий сірчистий газ …2,5

сухий і вологий водяний пар (залежно від швидкості потоку) …0,0025−0,9

Олов’яні бронзи піддаються корозійному розтріскуванню в напруженому стані при дії азотнокислої ртуті.

Латунь, залізо, цинк та алюміній у процесі електрохімічної корозії є протекторами для олов’яних бронз.