2.4.4. Берилієві бронзи

Берилієві бронзи містять 1,5...2,5% берилію (наприклад, бронза марки БрБ2). Як виходить з діаграми стану (рисунок 2.11), розчинність берилію у міді при кімнатній температурі не перевищує 0,2 %, в той час, як його гранична розчинність перевищує 2%.

Рисунок 2.11 – Фрагмент діаграми стану системи Cu-Be

Тому такий сплав є дисперсійно-зміцнюваним і в значній мірі зміцнюється гартуванням (від 760-780°С) на пересичений твердий розчин з подальшим старінням при 300-350°С. Виділення при старінні дисперсних часток надлишкової -фази (сполука CuBe, рисунок 2.12) приводить до різкого підвищення міцностних та пружних властивостей берилієвої бронзи.

Рисунок 2.12 – Мікроструктура берілієвої бронзи Бр Б2,5 після гартування від 800С і старіння при 350С, 2 год.: на межах і всередині зерен - фази видно дрібні включення зміцнюючої фази  (CuBe): х250

Так, безпосередньо після гартування бронза БрБ2 має межу міцності біля 550 Н/мм² при відносному подовжанні біля 25%, а після старіння межа міцності підвищується примірно до 1250 Н/мм², межа пружності біля 600 Н/мм², але відносне подовжання знижується до 3-5%. З підвищенням вмісту Ве міцність сплаву збільшується, а пластичність, навпаки, зменшується (рисунок 2.11, б).

Берилієві бронзи використовують для виготовлення пружних елементів відповідального призначення: пружин, пружних деталей, мембран, деталей, які працюють на знос у агресивних середовищах. Берилієві бронзи характеризуються високою межою пружності і низьким модулем пружності, високими корозійною стійкостю та електропровідністю, немагнітністю, гарною технологічністю і здатністю зміцнюватися термічною обробкою.

Підвищення вмісту берілія до 2,5% підвищує межу пружності, але різко збільшує вартість сплаву (бронза БрБ2,5). Легування бронзи, яка містить 1,85-2,1% берілія, титаном (0,1-0,25%) і нікелем (0,2-0,4%) дозволяє отримати пружні властивості такої бронзи (бронза Бр БНТ 1,9), які не поступаються таким у більш коштовної бронзи БрБ2,5 (межа пружності біля 800 Н/мм²). Мікролегування берілієвих бронз бором (0,01%) чи магнієм (0,1%) сприяє подальшому підвищенню межі пружності і зниженню непружних ефектів.

Шляхом термомеханічної обробки (гартування + холодна пластична деформація зі ступенями обтискання до 50% + старіння) можна підвищити межу пружності берілієвих бронз на 20-40%, наприклад, у бронзи Бр БНТ1,9 - до 1000 Н/мм².

Берілієву бронзу можна також використовувати для виготовлення безіскрового інструменту. При ударі берілієвої бронзи о метал або каміння не виникає іскри, як у сталі. Тому такий інструмент застосовують при вибухово-небезпечних гірничих роботах.

2.4.5. Свинцеві бронзи

Ці бронзи використовують переважно як підчипникові сплави. Найбільш широко використовують сплав, який містить 30% свинцю (бронза БрС30). Ця бронза характеризується низькими механічними властивостями (_в= 60-80 Н/мм²,  = 3-6%), але високими антифрикційними властивостями.

Діаграма стану системи Cu-Pb наведена на рисунку 2.13, а, а типова структура свинцевої бронзи на рисунку 2.13, б.

а б

Рисунок 2.13 – Діаграма стану системи Cu-Pb (а) і мікроструктура свинцевої бронзи Бр С30 у литому стані: по межам зерен міді (світла фаза) розташовуються включення свинцю (темні), х100.

Структура такого сплаву складається з окремих зерен міді і свинцю. Рівномірне вкраплення свинцю в мідь забезпечує високі антифрикційні властивості сплаву. Однак, отримати належну структуру свинцевої бронзи важко, тому що широкий інтервал кристалізації (953-327°С) при різниці у густині міді і свинцю сприяє посиленій ліквації за питомою вагою (густиною). Зменшити ступінь ліквації можливо шляхом прискореного охололження сплаву в процесі кристалізації. Крім того, свинцеву бронзу необхідно перед розливанням ретельно перемішувати для запобігання ліквації, оскільки навіть у рідинному стані має місце обмежена розчинність компонентів (рисунок 2.11), що приводить до розшарування у рідинній фазі (має місце монотектична рівновага).

Свинець забезпечує змащування при роботі підчипника. Для зміцнення мідної основи і поліпшення її опору зтиранню окрім свинцю в сплав вводять до 10% олова (наприклад, бронза БрСО12-8). Олово розчинюється у твердому розчині на основі міді. В свинцеві бронзи вводять також нікель (приблизно до 2,5% по масі) для отримання тонкорозгілкованих дендритів  (Cu) – фази. Це в значній мірі усуває ліквацію за питомою вагою.