Марганцевые бронзы

Марганец входит в твёрдый раствор до 15%.

Марганец раскисляет сплавы во время плавки, снижает температуры ликвидус и солидус, улучшает литейные характеристики, обеспечивает улучшение свариваемости. Марганец существенно повышает прочность меди при сохранении высокой пластичности, а также коррозионную стойкость. Наибольшее промышленное применение нашла бронза БрМц5, которая отличается повышенной коррозионной стойкостью и жаропрочностью. Эти сплавы обладают большой способностью гасить колебания, возникающие в деталях машин при их эксплуатации. Применение этих сплавов приводит к снижению вибраций деталей, уменьшению шума, снижает опасность разрушений изделий в из-за резонансных явлений.

Сплавы высокого демпфирования содержат от 60 до 85% марганца. Наилучшие демпфирующие свойства они приобретают после закалки из γ- области и старении при температуре примерно 450ºС. При этом одновременно возрастает прочность и пластичность бронзы (σb = 620…770 МПа; δ = 20…25%).

Сложные сплавы, содержащие 10% Zn; 10% Al; 3% Si и 4% Ni (БрА7Мц15Ж3Н2Ц2), применяют для изготовления ответственных деталей (мощные шестерни, червяки и т.д.).

Бериллиевая бронза

Бериллий растворяется в твёрдой меди до 2,1%, а при комнатной температуре – до 0,16%.

Сплавы меди с бериллием отличаются уникальным благоприятным сочетанием высокой прочности, упругости, высокой электро- и теплопроводности, высоким сопротивлением разрушению и коррозионной стойкостью. С понижением температуры растворимость бериллия в меди снижается, поэтому бериллиевые бронзы термически упрочняются.

Бронза подвергается закалке. После закалки бериллиевая бронза отличается высокой пластичностью и хорошо обрабатывается давлением. Обладает высокими механическими свойствами (σb до 150 кг/мм² при δ = 2-3%. Твёрдость = 300-400 НВ). Бронза обладает высокими коррозионностойкими свойствами в условиях воды и пара. Применяют для инструмента, не дающего искры. Бериллиевые бронзы могут работать в интервале температур от – 200 до + 250ºС. Бериллиевые бронзы дополнительно легируют никелем и титаном. Никель образует малорастворимый бериллид никеля NiBe и уменьшает растворимость бериллия в меди. Никель способствует получению более мелкого рекристаллизационного зерна, повышает жаропрочность.

Титан образует соединения TiBe2 и Cu3Ti, которые обеспечивают дополнительное упрочнение. Указанные свойства обусловили применение бериллиевых бронз для изготовления деталей ответственного назначения, где требуется сочетание ряда уникальных свойств.

Наибольшее распространение получили бронзы БрБ2, БрБНТ1,7 и БрБНТ1,9. Эти бронзы обладают отличной износостойкостью, сохраняют высокую электро-и- теплопроводность. Эти бронзы могут работать при температурах от – 200 до + 250ºС.

Недостаток бериллиевых бронз – высокая стоимость, дефицитность бериллия и токсичность его применения.

Латуни

Сплавы Cu-Zn называют латунями. Это наиболее распространенные медные сплавы.

С увеличением в меди цинка пластичность сплава растёт до 30% цинка, затем – падает.

Прочность сплава растёт до 45 - 46% цинка, затем падает.

Структура двойных сплавов состоит из α – твёрдого раствора до 32,5% цинка, при содержании цинка >38% появляется β-фаза (твёрдый раствор на основе Cu-Zn).

В зависимости от фазового состава различают однофазную α –латунь (мягкую, малопрочную, малопластичную латунь); двухфазную (α+ β)- латунь; β – латунь (прочную, твёрдую, но хрупкую).

Латуни отличаются узким интервалом кристаллизации (50 - 60°С), хорошей жидкотекучестью, небольшой пористостью, сосредоточенной усадочной раковиной. Линейная усадка равна 1,6-2,0%. Латуни дешевле большинства литейных бронз. Диаграмма состояния системы Cu-Zn представлена на рисунке 6.

Рис. 6. Диаграмма состояния системы Cu-Zn.

Как видно из диаграммы, растворимость цинка в меди очень велика и отмечается следующая особенность: с понижением температуры растворимость латуни в меди возрастает от 32.5% при 902ºС до 39% при 454 ºС. При дальнейшем снижении температуры растворимость цинка несколько снижается (до 35% при комнатной температуре).

Латуни подразделяются на простые и сложные (специальные).

Простые латуни (двойные) в качестве литейных сплавов не применяют.

Наиболее широко применяют двойные латуни марок Л90, Л68, Л63. Латунь Л90 называют томпаком: она обладает высокой стойкостью против коррозии и имеет красивый золотистый цвет, поэтому её применяют для изготовления знаков отличия и фурнитуры.

Латунь Л68 называют патронной, она обладает хорошей пластичностью в холодном состоянии и из неё изготавливают штамповкой гильзы патронов.

Практическое значение имеют латуни, содержащие до 45-50% цинка со структурой α;

α +β и β.

Богатая медью α-фаза, содержащая 45-50% цинка является раствором замещения цинка в меди.

Легирование двойных латуней алюминием и кремнием повышает жидкотекучесть, уменьшает угар цинка при плавке, повышает коррозионную стойкость сплавов и механические свойства.

Основным недостатком литейных латуней по сравнению с бронзами является их пониженная коррозионная стойкость в некоторых средах (например, в морской воде).

В процессе плавки цинк испаряется и способствует получению плотных отливок, оказывает раскисляющее действие.

Легирующие элементы оказывают следующее влияние на свойства латуней.

Алюминий – повышает жидкотекучесть латуни, эффективно повышает прочность и коррозионную стойкость.

Марганец - повышает прочность и коррозионную стойкость, но несколько снижает жидкотекучесть латуни.

Никель – повышает коррозионную стойкость латуней, уменьшает склонность к коррозионному растрескиванию.

Железо – практически нерастворимо в латунях и присутствует в них в свободном виде. Частицы железа увеличивают образование центров кристаллизации, тормозят последующий рост зёрен, поэтому способствуют измельчению структуры, что является причиной повышения прочности и пластичности латуней, содержащих железо, особенно в комплексе с другими элементами. Железо придаёт латуням магнитные свойства и снижает жидкотекучесть.

Кремний – повышает прочность, пластичность и улучшает литейные свойства.

Свинец – добавляется в количестве 1-2% для повышения антифрикционных свойств и улучшения обрабатываемости резанием.

Олово – до 2…2,5% повышает коррозионную стойкость, литейные и механические свойства.

Фосфор – повышает хрупкость латуни, но улучшает жидкотекучесть.