Механические свойства* деформируемых и литейных алюминиевых бронз

Марки сплавов	σв, МПа	δ, %
Деформируемые сплавы
БрА5	380	65
БрА7	420	70
БрАЖ9-4	550	40
БрАЖН10-4-4	650	35
Литейные сплавы
БрА10Ж4Н4Л	590	6
БрА9Ж3Л	490	12
БрА11Ж6Н6	590	6

* Для деформируемых сплавов – в отожженном состоянии; для литейных – после литья в кокиль.

Алюминий имеет высокую растворимость в меди – до 9 % при комнатной температуре. При большем содержании алюминия в сплавах протекает эвтектоидный распад с образованием фаз [α + γ₂ ] (γ₂ – промежуточная фаза на основе соединения Cu₉Al₄ ). Эвтектоидное превращение позволяет использовать упрочняющую термообработку алюминиевых сплавов.

Легирующие элементы существенно улучшают механические и технологические свойства сплавов: повышают прочность (Fe, Mn), пластичность (Mn), коррозионную стойкость (Mn, Ni), антифрикционные свойства (Mn).

Деформируемые сплавы могут быть как однофазными (α) (при содержании алюминия до 9,4 %), так и двухфазными [α + γ₂ ]. Однофазные сплавы (БрА5, БрА7) производят в виде холоднокатаных листов, прутков, лент и применяют для изготовления упругих элементов.

Алюминиевые двухфазные бронзы БрАЖ9-4, БрАЖМц10-3-1,5, выпускающиеся в виде горячекатаных труб и прутков, обладают высокими прочностными и антифрикционными свойствами. Их используют для изготовления шестерен, втулок подшипников и др.

Литейные сплавы за счет узкого интервала кристаллизации имеют меньшую склонность к дендритной ликвации и лучшую жидкотекучесть по сравнению с оловянными бронзами. Однако для них характерна значительная усадка при кристаллизации и склонность к образованию крупных столбчатых кристаллов.

Для устранения этих недостатков алюминиевые бронзы дополнительно легируют переходными металлами, железом и никелем. Железо оказывает следующее влияние на структуру и свойства: измельчает зерно при кристаллизации, т.е. оказывает модифицирующее действие; способствует образованию высокодисперсного эвтектоида [α + γ₂] в результате закалки и отпуска, что повышает твердость до 175 – 180 НВ и прочность алюминиевых бронз, а также сообщает им антифрикционные свойства.

Влияние никеля проявляется в том, что он значительно уменьшает растворимость алюминия в меди тем самым, обеспечивая возможность применения закалки и старения. Эффект упрочнения при такой термообработке довольно значительный: так, у бронзы БрАЖН10-4-4 твердость в результате закалки и старения увеличивается от 140 – 160 до 400 НВ.

Присутствие в структуре твердой и хрупкой фазы γ₂ обеспечивает бронзам антифрикционные свойства. В связи с этим из сплавов изготовляют детали, работающие в тяжелых условиях износа при повышенной температуре (400 – 500ºС): седла клапанов, направляющие втулки выпускных клапанов, части насосов и турбин, шестерни.

Бериллиевые бронзы являются дорогостоящим материалом, они токсичны в процессе изготовления деталей. Однако комплекс свойств этих сплавов уникален: высокая прочность и высокий предел упругости; высокое сопротивление износу и усталости; теплостойкость до 350ºС; высокая коррозионная стойкость; хорошая обрабатываемость резанием; свариваемость роликовой и точечной сваркой.

Бериллий имеет переменную, уменьшающуюся с температурой, растворимость (рис. 5.9): при 870ºС содержание бериллия в α -твердом растворе составляет 2, 75 %, а при 300ºС – 0,2 %. Это дает возможность применять к бериллиевым бронзам упрочняющую термическую обработку – закалку и старение.

После закалки бериллиевые бронзы имеют наибольшую пластичность.

δ = 30 – 40 %. После старения уровень прочности достигает уровня легированых сталей. Так, например, бронза марки БрБ2 имеет _в = 1250 МПа, _0,2 = 1000 МПа,  = 2,5 %, твердость 700 НВ. Дисперсионное упрочнение бериллиевых бронз связано с выделением при распаде твердого раствора метастабильной фазы, близкой по составу к равновесной фазе сплавов системы медь-бериллий – γ (электронному соединению состава CuBe с ОЦК решеткой). Дополнительное упрочнение бериллиевых бронз может быть получено, если между закалкой и старением провести холодную пластическую деформацию (табл. 4.10).

Из бериллиевых бронз изготавливают детали ответственного назначения: упругие элементы точных приборов (пружины, мембраны); детали, работающие на износ (кулачки, шестерни, червячные передачи), подшипники скольжения, работающие при высоких скоростях и давлениях.

Таблица 4.10