Производство отливок из сплавов цветных металлов. Раздел оптимизация состава плавильной шихты. Учебное пособие

В безоловянных литейных (табл. 3.3) и деформируемых (табл. 3.4) бронзах легирующими элементами являются Al, Si, Ni, Mn, Cd, Be, Cr, Fe, Pb, Zr, Ti и др. Они по механическим, коррозионным и антифрикционным свойствам превосходят оловянные бронзы. Легированием тем или иным элементом можно придать бронзе специальные свойства – повышенную электро- и теплопроводность в сочетании с высокими механическими свойствами, жаропрочность, антифрикционность и т.д.

По основному легирующему элементу различают бронзы алюминиевые, свинцовые, кремнистые, марганцевые, бериллиевые, магниевые, кадмиевые и др.

Алюминиевые бронзы нашли наиболее широкое применение. Они имеют высокую коррозионную стойкость в пресной и морской воде, хорошо противостоят разрушению в условиях кавитации, обладают меньшим, чем оловянные бронзы, антифрикционным износом. Из них изготовляют гребные винты крупных судов, зубчатые колеса, корпуса насосов и другие детали машин и агрегатов. Содержание алюминия в них колеблется от 4…6 до 10,0…11,5 %, а растворимость его в меди при комнатной температуре составляет 9,8 %. Поэтому применяемые промышленные сплавы являются одноили двухфазными.

Однофазные алюминиевые бронзы имеют высокие пластические свойства. Они хорошо обрабатываются давлением в холодном и горячем состоянии, поэтому применяются как деформируемые сплавы (БрА5, БрА7).

Двухфазные алюминиевые бронзы имеют хорошую жидкотекучесть, являются более высокопрочными, но менее пластичными, чем однофазные. Они не только содержат повышенное количество алюминия, но также дополнительно легированы Fe, Ni, Mn, Pb и другими элементами. Это обеспечивает формирование в литых заготовках благоприятной структуры, повышенные механические и эксплуатационные свойства, которые могут быть улучшены путем термической обработки.

Железо в алюминиевых бронзах измельчает структуру, предотвращает образование при медленном охлаждении хрупкой -фазы, повышает прочность, твердость и антифрикционные свойства бронзы.

22

Окончание табл. 3.4

25

Никель наряду с механическими свойствами повышает плотность, износостойкость при высоких температурах и коррозионные свойства бронз.

Марганец повышает механические, коррозионные и технологические свойства бронзы, но в отличие от железа ухудшает антифрикционные свойства.

Наиболее вредными в алюминиевых бронзах являются мышьяк и олово: их содержание в большинстве сплавов не должно превышать 0,01…0,05 и 0,1…0,2 % соответственно.

Свинец в алюминиевых бронзах, как и в оловянных, улучшает антифрикционные свойства, но ухудшает механические и пластические характеристики, поэтому он считается вредной примесью, содержание его в литейных сплавах не должно превышать 0,05…0,10 %, а в деформируемых бронзах – 0,005… 0,030 %.

Цинк также является вредной примесью в алюминиевых бронзах: в литейных сплавах допускается его содержание до 0,1…1,5 %, а в деформируемых сплавах – до 0,3…1,0 %.

Многие алюминиевые бронзы применяются и как литейные, и как деформируемые сплавы (БрА9Мц2Л и БрАМц9-2, БрА10Мц2Л и БрАМц10-2, БрА9Ж3Л и БрАЖ9-4 и др.).

Алюминиевые бронзы имеют повышенную усадку, склонны к насыщению газами, а также к активному окислению, сопровождающемуся загрязнением расплава твердыми трудноудаляемыми дисперсными оксидами Аl2O3.

Кремнистые бронзы (БрКМц3-1, БрКН1-3) отличаются высокими механическими и технологическими свойствами, в том числе и литейными, легко обрабатываются давлением, хорошо противостоят коррозии в морской воде. Из них изготовляют детали для химических аппаратов и судостроения, а также пружины и сварные конструкции.

В марганцевой бронзе (БрМц5) сочетаются высокие механические свойства, хорошая деформируемость в горячем и холодном состояниях, коррозионная стойкость и повышенная жаропрочность. Его применяют для изготовления деталей, работающих при повышенных температурах.

Бериллиевые бронзы (БрБ2, БрБНТ1,9, БрБНТ1,9Мг) имеют высокую прочность и износостойкость, высокие пружинные

26

и антифрикционные свойства, среднюю тепло- и электропроводность, очень хорошую деформируемость в закаленном состоянии. Из них изготовляют пружины и пружинные детали ответственного назначения, износостойкие детали всех видов, а также неискрящие инструменты.

Свинцовые бронзы (БрС30, БрСу3Н3Ц3С20Ф) обладают повышенной износостойкостью при трении в условиях больших удельных нагрузок и высоких скоростей скольжения. Это обусловлено сочетанием высокой теплопроводности (в 6 раз больше, чем у баббита) и предельной рабочей температуры, составляющей 320 С. Эти бронзы используют для изготовления антифрикционных деталей, в том числе их применяют для формирования на стальной основе антифрикционных вкладышей в подшипниках и втулках. Особенностями свинцовых бронз являются предрасположенность к ликвации свинца и тенденция к образованию его крупных скоплений. Дисперсное распределение свинца может быть достигнуто только при больших скоростях кристаллизации.

Кадмиевые и магниевые бронзы (БрКд1, БрМг0,3) обладают высокой электропроводностью и жаропрочностью. Из них изготовляют коллекторы электродвигателей, детали машин контактной сварки и другие детали.

Хромовая бронза (БрХ1) сочетает высокую электропроводность (90…98 % от электропроводности меди) и длительную горячую твердость при температурах до 600…700 С, поэтому из этого сплава прежде всего изготовляют электроды для контактной сварки. Его используют также для изготовления деталей электротехнического оборудования.

Серебряная бронза (БрСр0,1) имеет наиболее высокую среди медных сплавов электропроводность, которая составляет 96… 98 % от электропроводности меди. Ее используют для изготовления коммутаторов, коллекторных колец, обмоток роторов турбогенераторов. Из нее также изготовляют водоохлаждаемые кристаллизаторы для непрерывного литья стали.

3.1.2. Латуни

Латуни представляют собой медно-цинковые сплавы, в которых содержание цинка колеблется в широких пределах – от 4

27

до 40 % и более. По способу изготовления из них изделий различают латуни литейные и обрабатываемые давлением.

Литейные латуни (табл. 3.5) наряду с цинком могут содержать алюминий, железо, марганец, кремний, олово и свинец.

Легирование алюминием или кремнием позволяет повысить жидкотекучесть, коррозионную стойкость и механические свойства латуней. Вместе с тем они повышают склонность латуней к газонасыщению и образованию пористости. Железо и марганец улучшают механические свойства латуней, но снижают жидкотекучесть. Олово улучшает механические и коррозионные свойства, а свинец придает латуням повышенные антифрикционные свойства.

Кремнистая латунь (ЛЦ16К4) обладает высокой жидкотекучестью, хорошо обрабатывается резанием и сваривается. Ее применяют для изготовления арматуры, испытывающей повышенное воздушное и гидравлическое давление, работающей в агрессивных средах (морской воде, серной кислоте и т.д.). Эта латунь имеет недостаточную пластичность при высокой температуре, склонна к образованию пористости и трещин при затрудненной усадке. Примеси алюминия и олова снижают жидкотекучесть кремнистой латуни и увеличивают склонность к поглощению водорода и образованию газовой пористости.

Алюминиевые латуни отличаются хорошей коррозионной стойкостью в морской воде, поэтому их широко применяют в судостроении.

Марганцовые латуни, отличающиеся высокими механическими свойствами, а также коррозионной и кавитационной стойкостью, применяют в судостроении.

Свинцовые и свинецсодержащие латуни используют как антифрикционный материал.

Латуни, обрабатываемые давлением, подразделяют на простые, свинцовые и сложнолегированные. Растворимость цинка в меди при комнатной температуре составляет 39 %, поэтому промышленные латуни по структуре являются одноили двухфазными.

Простые латуни (табл. 3.6) являются по химическому составу двойными или двухкомпонентными, а по структуре, как правило, однофазными. Они отличаются высокой пластичностью, хорошо обрабатываются давлением как в холодном, так и в горячем состоянии.

28