Сплавы на основе меди

Различают две основные группы медных сплавов: 1) латуни – сплавы меди с цинком; 2) бронзы – сплавы меди с другими элементами, в числе которых, но только наряду с другими, может быть и цинк.

Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк.

Зависимость механических свойств меди от содержания цинка показана на рис. 1. В начальный момент прочность и пластичность растут (максимальная пластичность (, %) у латуней достигает максимума при 30 % Zn) . После 32 % пластичность падает, а прочность продолжает возрастать примерно до 45 % Zn. При большем содержании цинка прочность сильно уменьшается из-за высокой хрупкости.

Однофазные латуни (структура сплава – однородные зерна) хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях. Двухфазные латуни (структура сплава – разнородные зерна) малопластичны в холодном состоянии. Эти латуни обычно подвергают горячей обработке давлением при температурах выше 500 ⁰С; двухфазные латуни по сравнению с однофазными латунями имеют большую прочность и износостойкость, но меньшую пластичность.

Латуни маркируются буквой Л, а за этой буквой указывается содержание меди в процентах. Таким образом, марка латуни Л96 означает, что в ней содержится 96 % меди и 4 % цинка. По ГОСТ 15527 – 70 в технике используют латуни Л96 (томпак), Л90, Л80, Л70, Л68 и Л63.

Для повышения коррозионной стойкости латуней и их прочности, используют принцип легирования. В этом случае легированные латуни называются специальными.

Маркируются специальные латуни буквой Л после которой ставятся буквы русского алфавита, обозначающие химические элементы. В цветных сплавах легирующие элементы обозначаются:

Цинк – Ц Алюминий – А Марганец – Мц Магний – Мг Олово – О Свинец – С Сурьма – Су

Фосфор – Ф Никель – Н Хром – Х Железо – Ж Кремний – К Бериллий – Б

После обозначения легирующих элементов указывается содержание меди в процентах, а затем – содержание легирующих элементов в порядке указания самих элементов. Например, латунь ЛАН 59-3-2 содержит 59 % меди, 3 % алюминия и 2 % никеля.

Все латуни по технологическому признаку подразделяют на две группы: деформированные, из которых изготовляют листы, ленты, трубы, проволоку и другие полуфабрикаты, и литейные – для фасонного литья.

Литейные латуни обладают хорошей жидкотекучестью, мало склонны к ликвации и обладают антифрикционными свойствами.

Литейные латуни маркируются иначе, чем деформируемые (согласно ГОСТ 17711 – 80). Например, латунь ЛЦ40С – содержит 40 % цинка, 1 % свинца, остальное медь.

Для улучшения обрабатываемости резанием латуни легируют свинцом, получая так называемые автоматные латуни (например, ЛС59-1, содержит 1 % свинца).

Для повышения сопротивления коррозии в морской воде в латуни добавляют олово и получают морскую латунь ЛО70-1 (содержит 1 % Sn).

Бронзами называют сплавы меди со всеми другими элементами, кроме цинка. Правда, цинк может вводится в бронзы только в небольших количествах (3 – 5 %). В зависимости от наиболее важного элемента в сплаве, их подразделяют на оловянные, свинцовые, алюминиевые, бериллиевые, кремнистые и т. д.

Оловянные бронзы являются сплавами на основе меди с оловом. Практическое применение в промышленности имеют сплавы с содержанием олова до 14 %.

Бронзы могут быть однофазными и двухфазными.

Неоднородная структура данного материала обладает хорошими антифрикционными свойствами, т. е. она хорошо работает в условиях внешнего трения скольжения.

Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы. Деформируемые бронзы изготовляют в виде прутков, лент и проволоки в нагартованном (твердом) и отожженном (мягком) состояниях. Эти бронзы чаще предназначаются для пружин и пружинных деталей, применяемых в различных отраслях промышленности. Структура деформированных оловянных бронз – однофазная. Литейные бронзы, содержащие большое количество цинка, фосфора и нередко свинца, имеют двухфазную структуру.

Из бронз изготавливают вкладыши подшипников скольжения, венцы червячных колес, пружины, барометрические коробки, мембраны, антифрикционные детали и т. п.

Бронзы маркируются буквами Бр с последующим указанием элементов и их содержания. Для удешевления бронз в них вводится некоторое количество цинка, а для улучшения обрабатываемости резанием – свинец. Например, бронза марки БрОЦС6-6-3 имеет следующий химический состав: 6 % Sn, 6 % Zn, 3 % Pb (остальное медь). Механические свойства данного сплава: _В = 180  220 МПа,  = 8  12 %, твердость НВ 60.

Сплавы меди с алюминием носят название алюминиевых бронз. Алюминиевые бронзы являются хорошим заменителем дефицитной оловянной бронзы, уступая ей только в литейных свойствах. Практическое применение имеют сплавы меди с алюминием, содержащие до 10 – 11 % Al. Сплавы могут быть однофазными и двухфазными.

Сплавы, содержащие до 9,0 % А1, – однофазные.

Сплавы, содержащие до 4 – 5% А1, обладают высокой пластичностью и прочностью. Двухфазные сплавы имеют повышенную прочность, но пластичность их заметно ниже. При содержании свыше 10 – 12% А1 уменьшается уже и прочность сплавов. Двухфазные сплавы подвергаются термической обработке (закалке и отпуску).

Легирование железом измельчает зерно и повышает механические, и антифрикционные свойства алюминиевых бронз. Никель улучшает механические свойства и износостойкость как при низких, так и высоких температурах (500 – 600°С).

Алюминиевые бронзы хорошо сопротивляются коррозии и имеют высокие механические и технологические свойства; бронзы легко обрабатываются давлением в горячем состоянии, а при содержании до 7 – 8 % А1 – и в холодном. Вследствие хороших литейных свойств из них можно изготовлять разнообразные отливки. Однако в них наблюдается значительная усадка и газопоглощение.

Примеры маркировки алюминиевых бронз:

БрА5 – содержит 5 % Al, остальное медь;

БрАЖН10-4-4 – содержит 10 % Al, 4 % Fe, 4 % Ni, остальное медь.

Из алюминиевых бронз изготавливают ленты и полосы для пружин, шестерни, втулки, арматуру.