Методичка по Материаловедению Теперь и в ПДФ

113

В виду невысокой пластичности эти латуни выпускают в виде горячекатаного полуфабриката: листов, прутков, труб, штамповок. Из них изготовляют втулки, гайки, тройники, штуцеры, токопроводящие детали электрооборудования и др.

Бронзы. Двойные или многокомпонентные сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом, бериллием, кремнием, хромом и другими элементами, среди которых цинк не является основным легирующим, называются бронзами.

Бронзы обозначаются буквами Бр, за которыми ставятся буквы и числа. В маркировках деформируемых бронз сначала помещают буквы

– символы легирующих элементов, а затем числа, указывающие их содержание. Например, БрАЖ9-4 содержит 9% алюминия, 4% железа, остальное – медь. В марках литейных бронз после каждой буквы указывается содержание этого легирующего элемента. Например, БрО6Ц6С3 содержит 6% олова, 6% цинка, 3% свинца, остальное – медь.

В зависимости от легирующего элемента бронзы могут быть оловянистыми, алюминиевыми, бериллиевыми, кремнистыми, марганцовистыми, свинцовистыми и др. Наиболее широкое распространение получили четыре первых вида бронз. Используют также многокомпонентные бронзы.

Оловянные бронзы. В практике применяют сплавы, содержание олова в которых не превышает обычно 10-12%, так как при более высоком их содержании бронзы хрупки. В отличие от латуней оловянистые бронзы склонны к ликвации, в их микроструктуре можно отчетливо видеть дендриты выделяющихся соединений. Эти бронзы характеризуются пониженной жидкотекучестью, поэтому в них не образуются усадочные раковины, но возникает мелкая пористость, распределенная по объему. Это позволяет получать отливки сложной формы без усадочных раковин. Пластичность литых бронз – низкая. Двойные оловянные бронзы применяют редко, так как они дороги. По коррозионной стойкости в морской воде оловянистые бронзы превосходят медь и латунь. Их легируют цинком (Zn), железом (Fe), фосфором (P), никелем (Ni), свинцом (Pb).

Бронзы хорошо обрабатываются резанием, паяются, хуже свариваются.

114

Среди медных сплавов оловянные бронзы имеют самую низкую литейную усадку, поэтому их используют для получения сложных фасонных отливок. Для удешевления оловянных бронз содержание олова в некоторых стандартизованных литейных бронзах снижено до 3-6%. Большое количество Zn и Pb повышает их жидкотекучесть, улучшает плотность отливок, антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием.

Литейные оловянистые бронзы подразделяют на машинные, предназначенные для фасонного литья деталей машин (БрО3Ц12С5, БрО3Ц7С5Н1) и антифрикционные с хорошим сопротивлением истиранию (БрО5Ц5С5, БрО4Ц4С17, БрО10Ц2 и др.).

Деформируемые бронзы содержат до 6-8% олова. Деформируемые бронзы характеризуются хорошей пластичностью и более высокой прочностью, чем литейные. Деформируемые бронзы обладают высокими упругими свойствами и сопротивлением усталости. Их используют для изготовления круглых и плоских пружин в точной механике, электротехнике, химическом машиностроении и других областях промышленности.

Химический состав и механические свойства оловянных бронз приведены в табл. 16.

Алюминиевые бронзы вытесняют оловянистые, так как по многим свойствам их превосходят и занимают в промышленности первое место по объему использования бронз. Алюминиевые бронзы отличаются высокими механическими, антикоррозионными и антифрикционными свойствами. С этой целью алюминиевые бронзы легируют железом и марганцем. Алюминиевые бронзы в сравнении с оловянными бронзами обладают меньшей стоимостью и более высокими механическими свойствами.

Таблица 16

Химический состав и механические свойства оловянных бронз

115

		Содержание, мас. %								KCU,
					прочих	σв, МПа	σ0,2,	δ, %	Ψ, %	МДж/	HB
	Марка	Sn	Pb	Zn	элементов		МПа			м2
	бронзы
				Деформируемые бронзы (ГОСТ 5017-74)
	БрОФ6,5-0,15	6-7	-	-	0,1-0,25 Р	400	250	65	80	0,49	70
	БрОФ6,5-0,4	6-7	-	-	0,26-0,4 Р	400	250	65	80	0,59	80
	БрОФ4-0,25	3,5-4	-	-	0,1-0,2 Ni	340	-	50	85	-	63
					0,2-0,3 P
	БрОЦ4-3	6,5-4	-	2,7-3,3	-	350	65	40	-	0,39	60
	БрОЦС	3-5	1,5-3,5	3-5	-	350	130	40	34	0,36	60
	4-4-2,5
			Литейные бронзы (ГОСТ 613-79)
	БрО3Ц7С5Н1	2,5-4	3-6	6-9,5	0,5-2,0 Ni	210	170	5	-	-	60
	БрО3Ц12С5	2-3,5	3,6	8-15	-	210	-	5	-	-	60
	БрО3Ц4С17	3,5-5,5	14-20	2-6	-	150	-	6	-	-	60
	БрО5Ц5С5	4-6	4-6	4-6	-	180	100	4	-	2,05	60
	БрО10Ц2	9-11	-	1-3	-	250	180	5	-	1,47	80
	БрО10Ф1	9-11	-	-	0,4-1,1 P	270	195	3-10	10	0,88	90

Однофазные бронзы (БрА5, БрА7) имеют хорошую пластичность и относятся к деформируемым. Они обладают наилучшим сочетанием прочности (σв = 400-500 МПа) и пластичности (δ = 60%). Двухфазные бронзы выпускают в виде деформируемого полуфабриката, а также применяют для изготовления фасонных отливок. Двухфазные бронзы

116

отличаются высокой прочностью (σв = 600 МПа) и твердостью (>100 HB).

В табл. 17 приведен химический состав и указано назначение алюминиевых бронз.

				Таблица 17
	Химический состав и назначение алюминиевых бронз
	Марка бронзы	Al	Легирующие	Назначение
			элементы
	БрА5	4-6	-	Ленты, полосы
	БрА7	6-8	-	Ленты, полосы
	БрАМц9-2	8-10	1,5-2,5 Mn	Прутки, полосы, ленты,
				фасонное литье
	БрАЖМц10-3-1,5	9-11	2-4 Fe	Прутки, поковки, трубы,
			1-2 Mn	фасонное литье
	БрАЖС7-1,5-1,5	6-8	1-1,5 Fe	Фасонное литье
			1-1,5 Pb
	БрАЖН10-4-4Л	9,5-11	3,5-5,5 Fe	Прутки, поковки, трубы,
			3,5-5,5 Ni	фасонное литье
	БрАЖН11-6-6	10,5-11,5	5-6,5 Fe	Фасонное литье
			5-6 Ni

Кремнистые бронзы характеризуются хорошими механическими, упругими и антифрикционными свойствами. По механическим свойствам они превосходят оловянные бронзы, кроме того, они более дешевы.

Кремнистые бронзы содержат до 3% кремния. При содержании кремния более 3% эти бронзы становятся хрупкими и поэтому не применяются. Кремнистые бронзы обладают высокой пластичностью, хорошей обрабатываемостью давлением, они хорошо свариваются и паяются, удовлетворительно обрабатываются резанием. Литейные свойства кремнистых бронз ниже, чем оловянных, алюминиевых бронз и латуней. Легирование цинком способствует улучшению литейных свойств этих бронз.

Кремнистые бронзы выпускают в виде ленты, полос, прутков, проволоки. Для фасонных отливок они применяются редко. Их используют вместо более дорогих оловянных бронз при изготовлении антифрикционных деталей (БрКН1-3), (БрКМц3-1), а также для замены бериллиевых бронз при производстве пружин, мембран и других деталей приборов, работающих в пресной и морской воде.

Бериллиевые бронзы характеризуются чрезвычайно высокими

117

пределами упругости, твердостью, пределом прочности и коррозионной стойкостью в сочетании с повышенными сопротивлениями усталости и износу.

Бериллиевые бронзы являются теплостойкими материалами, устойчиво работающими при температурах до 310…340°С. Бериллиевые бронзы обладают высокой теплостойкостью и электропроводностью, при ударах не образуют искр. Они хорошо обрабатываются резанием, свариваются точечной и роликовой сваркой.

Бериллиевые бронзы выпускают преимущественно в виде полос, лент, проволоки. Вместе с тем из них можно получить качественные фасонные отливки.

Несмотря на уникальные свойства эти бронзы используют не очень широко из-за дороговизны и дефицитности бериллия (БрБ2). Легирование никелем (Ni), титаном (Ti), кобальтом (Co), магнием (Mg) позволяет уменьшить содержание бериллия до 1,7-1,9% без заметного снижения механических свойств (БрБНТ1,7 и БрБНТ1,9).

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

Антифрикционные сплавы. В машиностроении применяют как подшипники качения, так и подшипники скольжения. Подшипники скольжения применяют в виде вкладышей. Трение происходит в подшипниках между вкладышем подшипника и трущейся деталью (оси, валы). Для вкладышей подшипников должен быть подобран такой материал, который предохранил бы от износа вал, сам минимально изнашивался, создавая условия для нормальной смазки, и облегчал работу трущегося узла, т.е. уменьшал коэффициент трения.

Основными требованиями к антифрикционным сплавам являются низкие значения коэффициента трения со стальной поверхностью вала и высокая износостойкость подшипников. Для их удовлетворения необходимо, чтобы поверхности вала и вкладыша были разделены пленкой смазки. Высокие антифрикционные свойства обеспечиваются структурой сплава, которая состоит из мягкой и пластичной основы и включений твердых частиц. Мягкая основа прирабатывается к валу и вместе с твердыми включениями образует

118

оптимальный антифрикционный рельеф с пространством для удерживания смазочных материалов.

Для повышения износостойкости вкладыши должны иметь высокие механические свойства и выдерживать достаточные удельные давления.

Антифрикционные материалы должны иметь высокую теплопроводность для хорошего отвода тепла от трущихся поверхностей. Для изготовления подшипников скольжения заливкой трущихся поверхностей, заливаемые сплавы должны иметь низкую температуру плавления.

Чаще всего в качестве антифрикционных материалов применяют специальные бронзы и баббиты.

Из сплавов на основе меди наилучшими антифрикционными свойствами обладают свинцовистые бронзы, например БрС30. Эти бронзы часто легируют никелем и оловом (БрОС8-12, БрОСН10-2- 3). Легирование повышает не только механические, но и коррозионные свойства бронз.

Специальные подшипниковые сплавы, баббиты, имеют минимальный коэффициент трения со сталью, хорошо прирабатываются к валу и легко удерживают смазку, благодаря вязкой основе они легко поглощают посторонние твердые частицы, не образуя задиров вала.

Баббитами называют антифрикционные сплавы, основу которых составляют олово или свинец. Они отличаются низкими температурами плавления (350…450°С) и хорошей прирабатываемостью.

Недостатком бронз является их высокая стоимость и сравнительно невысокая механическая прочность.

Баббиты обозначают буквой Б, справа от которой ставиться цифра, показывающая процент олова или буква, характеризующая специальный элемент, входящий в сплав. Например, Б83, Б16, Б6 означает, что в эти баббиты входит соответственно 83, 16 и 6% олова. БН означает, что в сплав вводится никель, БТ – теллур, т.е. обозначение носит условный характер, не показывающий полностью состав сплава. Химический состав сплава и примерное назначение баббитов приведены в табл. 18.

Таблица 18

119

Химический состав и назначение баббитов

	Марка	Sb	Cu	Cd	Sn	Другие	Назначение
	сплава					элементы
							Для заливки
	Б83	10-12	5,5-6,5	-	Остальное	-	подшипников
							особо нагру-
							женных машин
							Для заливки
	Б89	7,25-8,25	2,5-3,5	-	Остальное	-	подшипников
							особо нагру-
							женных машин
							Для заливки
	БН	13-15	1,5-2,0	1,25-1,75	9-11	0,75-1,25 Ni	подшипников
						0,5-0,9 As	машин средней
							нагруженности
							Для подшип-
							ников трактор-
	БТ	14-16	0,7-1,1	-	9-11	0,05-0,20 Tl	ных и автомо-
							бильных двига-
							телей
							Для заливки
							подшипников
	Б16	15-17	1,5-2,0	-	15-17	-	машин средней
							нагруженности
							Для подшипни-
							ков машин,
	Б6	14-16	2,5-3,0	1,75-2,25	5-6	0,6-1,0 As	нагруженных
							сравнительно
							мало
					Ca
							Для подшипни-
						0,65-0,95 Na	ков с макси-
	БКА	-	-	0,85-1,15	-		мальным дав-
						0,05-0,20 Al
							лением 1000
							МПа
							Для подшипни-
						0,25-0,50 Na	ков с макси-
	БК2	-	-	0,35-0,55	1,5-2,5		мальным дав-
						0,04-0,09 Mg
							лением 1000
							МПа

Примечание: Во всех сплавах, кроме кроме Б89 и Б83, основа – свинец.

Порядок выполнения работы

1. Изучить виды медных и антифрикционных сплавов и их свой-

120

ства.

2. Привести примеры маркировки меди, латуней, бронз и антифрикционных сплавов, указать области их применения используя коллекцию изделий.

Контрольные вопросы и задания

1.Назовите основные свойства и области применения меди.

2.Как классифицируются и маркируются медные сплавы?

3.Какими свойствами обладают латуни? Укажите их назначение.

4.Назовите маркировку, свойства и назначение оловянных бронз.

5.Как маркируются и каково значение алюминиевых и кремниевых бронз?

6.В каких случаях используют бериллиевую бронзу?

7.Каково назначение антифрикционных сплавов? Как они маркируются?

Библиографический список

1. Материаловедение: учебник для ВУЗов/ Б.Н. Арзамасов,

121

В.И.Макарова, Г.К. Мухин и др., под общ. ред. Б.Н. Арзамасова – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. -648с.

2. Лахтин Ю.М. Материаловедение: учебник для высших технических учебных заведений/ Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 538 с.

3. Солнцев Ю.П. Материаловедение: учебник для вузов/ Ю.П.Солнцев, Е.И. Пряхин. – 3-е изд., перераб. и доп. – СПб.: ХИМ-

ИЗДАТ, 2004. – 736 с.

4. Дриц М.Е. Технология конструкционных материалов и материаловедение: учебник для вузов/ М.Е. Дриц, М.А. Москалев. – М.: Выс-

шая школа, 1990. – 447 с.

5. Худокормова Р.Н. Материаловедение: лаб. практикум: учебное пособие для вузов/ Р.Н. Худокормова, Ф.И. Пантелеенко. – Под ред. Л.С. Ляховича. – Минск: Вышэйшая. школа, 1998. – 224 с.

6.Марочник сталей и сплавов/ под ред. А.С. Зубченко. – М.: Машиностроение, 2004. – 784 с.

7.Ржевская С.В. Материаловедение: учебник для вузов/ С.В.Ржевская. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Логос, 2004.