ivi.ru [CPS]

главная страница    словари    ГОСТЫ И ТУ    свойства металлов    производители металлов    о проекте

медь  бронза  латунь  алюминий  титан  никель  кобальт  цинк  магний  олово  свинец  медно-никелевые сплавы  вольфрам   молибден   ниобий   тантал

Хромовая бронза

Хромовые бронзы — медно-хромовые или более сложные по химическому составу медные сплавы, в которых упрочнение после закалки и старения происходит в результате выделения из твердого раствора дисперсных частиц хрома или хромосодержащих соединений. Бронзы относятся к жаропрочным медным сплавам высокой электро- и теплопроводности.

Среди легирующих элементов, которые используют при создании жаропрочных медных сплавов высокой тепло- и электропроводности, хрому отводится особая роль благодаря его влиянию на физические и механические свойства меди. Хром значительно упрочняет медь, повышает уровень ее жаропрочности и значительно повышает температуру рекристаллизации меди.

Хромовые бронзы относятся к дисперсионно твердеющим сплавам и имеют хорошее сочетание физических, механических и эксплуатационных свойств после термической или термомеханической обработки (ТМО). Термическая обработка включает закалку, фиксирующую пересыщенный твердый раствор, и старение, в результате которого происходит распад с выделением дисперсных частиц фазы-упрочнителя. ТМО включает холодную пластическую деформацию (между закалкой и старением), которая активно влияет на формирование структуры при старении, изменяя кинетику распада твердого раствора. Уровень прочностных свойств у сплавов, прошедших ТМО, выше, чем у сплавов, подвергнутых старению без предварительной деформации. Однако применение ТМО к изделиям из хромовых бронз, эксплуатируемых при температурах выше температур рекристаллизации, неэффективно.

Кроме упрочняющей термической обработки хромовые бронзы зачастую подвергаются промежуточному отжигу с целью повышения пластичности между операциями холодной деформации. Отжигу подвергают также готовую металлопродукцию перед последующим изготовлением из нее изделий различными способами пластической деформации (штамповка, ковка, отбортовка и др.).

Свойства двойных хромовых бронз определяются особенностями физико-химического взаимодействия между компонентами в систе­ме CuCr. Наибольший практический интерес имеет часть диаграммы состояния CuCr, показанная на рис. 1. 4.15.

Рис. 1. Диаграмма состояния Cu-Cr

 

 В системе CuCr твердом состоянии суще­ствуют две фазы: α-твердый раствор хрома в меди и твердый раствор на основе хрома. Однако вследствие малой растворимости меди в хроме в твердом состоянии, второй твердой фазой является практически чистый хром.

Двойные хромовые бронзы БрХ1 и БрХ0,8 мало отличаются по химическому составу (табл. 1.)  и имеют близкие значения физических и механических свойств.

Табл. 1. Химический состав хромовых бронз (массовая доля, %)
Марка Сг Zr Ti Cu Другие элементы Примеси, не более
БрХГ1) 0,4...1,0 ост. 0,08Fe; 0,3Zn; сумма — 0,2
БрХ0,82) 0,4...0,7 ост. 0,01 P; 0,06Fe; 0,005Pb; 0,05Si; 0,015Zn; сумма — 0,2
БрХНТ2) 0,2...0,4 0,03...0,08 ост. 0,5...0,8 Ni 0,01P; 0,06Fe; 0,005Pb; 0,05Si; 0,015Zn; сумма — 0,2
БрХЦрТ2) 0,25...0,45 0,03...0,07 0,04...0,08 ост. 0,001 Mg 0,015Fe; 0,003Pb; 0,01 Si; 0,001Zn; сумма — 0,2
БрХ1Цр2) 0,4...1,0 0,03...0,08 ост. 0,03 Ni 0,002Bi; 0,003Pb; 0,01 Zn; 0,01 Sn; 0,01As; сумма — 0,2
БрХВЦр21 0,35...0,7 0,15...0,30 ост. 0,15..,0,4 V 0,01 P; 0,06Fe; 0,005Pb; 0,02Si; 0,01Zn; сумма — 0,2
БрХНб2) 0,3...0,5 - ост. 0,1.„0,4 Nb 0,01 P; 0,06Fe; 0,005Pb; 0,05Si;0,015Zn; сумма-0,2
БрХЦрК2) 0,15...0,25 0,15...0,25 ост. 0,03...0,10 Ca 0,02Fe; 0,005Pb; 0,002Sb; 0,005Zn; 0,005P; сумма — 0,2
1) химический состав приведен по ГОСТ 18175—78;
2) нормативно-техническим документом на химический состав являются ТУ. Примечание: примеси, не указанные в таблице, учитываются в общей сумме примесей.

 

Минимальные значения временного сопротивления σb хромовая бронза имеет в отожженном состоянии, максимальные — в закаленном (рис. 2).

Рис. 1. Зависимость механических свойства бронзы БрХ (0,79% Cr) от температуры испытания после термической обработки по режимам: 1 - отжиг при 700°С , 2 ч; 2 - закалка с 1000°С в воде; 3 - нормализация (охлаждение на воздухе) с 1000°С

 

Наибольшие различия в прочностных свойствах хромовых бронз между закаленным и нормализованным со­стояниями наблюдаются с температуры 400°С, когда начинается распад пересыщенного хромом твердого раствора. Прочностные свойства хромовой бронзы в нормализованном и закаленном состоянии становятся практически одинаковыми при 800°С. Двойные хромовые бронзы имеют область пониженной пластичности в температурном интервале 400...650°С.

Сведения о физических, механических и технологических свойствах двойных хромовых бронз БрХ1 и БрХ0,8 даны в табл. 2-3.

Табл. 2. Физические, механические и технологические свойства бронзы БрХ1
Физические свойства
Температура плавления,°С:  
ликвидус 1081
солидус 1076
Плотность γ, кг/м3 8920
Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1 17
Удельная теплоескость cp Дж/(кг*К) 388
Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м  
после закалки 0,0383
после старения 0,021
Удельная теплопроводность при 20°С, λ, Вт/(м*К):  
после закалки 167
после старения 315
Температурный коэффициент электического сопротивления α', К-1:  
после закалки 0,002
после старения 0,003
Модуль нормальной упругости (модуль Юнга) Е, ГПа 131
Модуль упругости при сдвиге (модуль сдвига) G, ГПа 42
Механические свойства
Временное сопротивление σb, МПа:  
после закалки 240
после закалки и старения 410
после закалки, деформации и старения 520
Предел текучести σ0,2, МПа:  
после закалки 65
после закалки и старения 270
после закалки, деформации и старения 440
Относительное удлинение δ,%  
после закалки 50
после закалки и старения 22
после закалки, деформации и старения 10
Твердость по Виккерсу HV:  
после закалки 65
после закалки и старения 130
после закалки, деформации и старения 150
Предел усталости при (3*108 циклов для бронзы с σb=545 Мпа), σ-1, МПа 197
Технологические свойства
Температура литья, °С 1250... 1350
Температура горячей деформации, °С: 750...950
Температура термической обработки, °С:  
отжига 650...700
закалки 980... 1000
старения 400...500
Суммарная степень деформации перед старением, % 50
Обрабатываемость резанием относительно свинцовой латуни ЛIC63-3, % 20
Табл. 3. Характеристика жаропрочности прутков из хромовой бронзы БрХ0,8
Температура, °С Предел длительной прочности, МПа Предел ползучести, МПа
σ100 σ500 σ1000 σ0,2/100 σ0,5/100 σ0,1/500 σ0,2/500 σ0,5/500 σ0,1/1000 σ0,2/1000 σ0,5/1000
200 280 250 240 220 250 160 200 220 140 170 200
300 180 120 140

 

Среди медных сплавов с высокой электро- и теплопроводностью наибольшее применение в промышленности нашли многокомпонентные хромовые бронзы, легированные цирконием (см. табл. 1).

Хромоциркониевая бронза БрХЦр по механическим свойствам, температуре разупрочнения при нагреве, жаропрочности превосходит двойную хромовую бронзу БрХ1. При этом электро- и теплопроводность двойного и тройного сплавов практически одинаковы. Введение в двойные сплавы Cu-Cr малой добавки цирко­ния приводит не только к повышению прочностных свойств, но и к значительному улучшению пластичности при повышенных температурах: бронза БрХЦр в отли­чие от двойных сплавов БрХ1 и БрХ0,8 не имеет провала пластичности в интервале температур 400...650°С.

Физические, механические и технологические свойства хромоциркониевой бронзы БрХЦр при комнатной и высоких тем­пературах приведены в табл. 4-6.

Табл. 4. Физические, механические и технологические свойства бронзы БрХЦр
Физические свойства

       Температура плавления, °С:

 
ликвидус 1080
солидус 1074
Плотность γ, кг/м3 8920
Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1 16,8
Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м  
после закалки 0,0376
после старения 0,0204
Удельная теплопроводность λ, Вт/(м*К):  
после закалки
после старения 366
Температурный коэффициент электрического сопротивления α', К-1 0,003
Модуль нормальной упругости (модуль Юнга) Е, ГПа 130
Механические свойства
Временное сопротивление σb, МПа:  
после закалки 250
после закалки и старения 480
после закалки, деформации и старения 540
Предел текучести σ0,2, МПа:  
после закалки 75
после закалки и старения 420
после закалки, деформации и старения 500
Относительное удлинение δ,%  
после закалки 44
после закалки и старения 24
после закалки, деформации и старения 12
Твердость по Виккерсу HV:  
после закалки 68
после закалки и старения 120
после закалки, деформации и старения 148
Технологические свойства
Температура литья, °С 1250...1300
Температура горячей деформации, °С 700...930
Температура термической обработки, °С:  
закалки 980...1000
старения 400...500
отжига 650...700
Суммарная степень холодной деформации перед старением, % О
Обрабатываемость резанием, % относительно свинцовой латуни ЛC63-3 20
Табл. 5. Физические свойства хромовых бронз при высоких температурах
Свойства Температура, °С
20 300 400 500 600 700
Сплав БрХЦр
Плотность γ, кг/м3 8920
Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м 0,0205 0,038 0,0441 0,0524 0,0603 0,0668
Удельная электрическая прводимость , МСм/м 49 26 23 19 16 14
Теплопроводность λ, Вт/(м*К) 366 380 382 367 361 350
Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1 17,5 17,9 18,3 18,6 19
Модуль нормальной упругости (модуль Юнга) Е, ГПа 130 118 109 100 93 88
Сплав БрХВЦр
Плотность γ, кг/м3 8830 8770 8730 8700 8650 8580
Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м 0,02 0,0378 0,0449 0,0525 6,08 0,0695
Удельная электрическая прводимость , МСм/м 50 26 25 22 16 15
Теплопроводность λ, Вт/(м*К) 368 382 369 361 357 350
Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1 16,6 17,5 17,9 18,4 18,7 19,1
Модуль нормальной упругости (модуль Юнга) Е, ГПа 132 117 108 102 91 86
Сплав БрХНб
Плотность γ, кг/м3 8900
Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м 0,0185 0,0379 0,0437 0,0517 0,059 0,0679
Удельная электрическая прводимость , МСм/м 54 27 23 19 17 15,5
Теплопроводность λ, Вт/(м*К) 380 384 390 372 365 357
Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1 17,1 17,3 17,7 18,3 18,8
Модуль нормальной упругости (модуль Юнга) Е, ГПа 135 122 113 105 97 90
Табл. 6. Механические свойства хромовых бронз при высоких температурах
Свойства Температура, °С
20 300 400 500 600 700
БрХЦр
Временное сопротивление σb, МПа 500 390 350 300 250 100
Предел текучести σ0,2, МПа 450 370 340 290 240 90
Относительное удлинение δ,% 24 20 18 18 18 29
Относительное сужение  ψ,% 84 81 82 82 81 95
Ударная вязкость KCU, МДж/м2 2,1 2,1 1,8 1,6 1,2
Твердость по Виккерсу HV 148 122 106 80 70 38
Длительная (1 ч) твердость HV 86 60 33 19
БрХВЦр
Временное сопротивление σb, МПа 550 450 410 350 220 120
Предел текучести σ0,2, МПа 510 430 400 340 210 110
Относительное удлинение δ,% 19 17 12 12 16 30
Относительное сужение  ψ,% 58 55 57 58 68 89
Ударная вязкость KCU, МДж/м2 1,8 1,7 1,7 1,6 1,6 1,5
Твердость по Виккерсу HV 160 120 110 102 79 33
Длительная (1 ч) твердость HV 88 71 35 15

 

 

Многокомпонентная бронза БрХЦрК отличается от БрХЦр значительно меньшим содержанием хрома (см. табл. 1). Небольшая добавка кальция (0,03...0,10%) вводится для раскисления расплава, улучшения усвоения циркония и повышения технологических свойств (стойкость к двойным перегибам). Из этого сплава изготавливают токопроводящие монтажные провода, предназначенные для работы при длительном воздействии повышенных температур (ок. 150°С) и кратковременно до 250°С. Бронза отличается высокой технологической пластичностью, что позволяет выпускать микро­проволоку.

Свойства бронзы БрХЦрК и режимы обработки приведены в табл. 7.

Табл. 7. Физические, механические и технологические свойства бронзы БрХЦрК
Физические свойства
Температура плавления, °С:  
ликвидус 1075
солидус 1065
Плотность γ, кг/м3 8925
Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1 16,7
Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м:  
после закалки 0,0346
после старения 0,0195
Теплопроводность λ, Вт/(м*К):  
после закалки
после старения 368
Температурный коэффициент электического сопротивления, α-1, К-1 0,0025
Модуль нормальной упругости (модуль Юнга) Е, ГПа 131
Механические свойства
Временное сопротивление σb, МПа:  
после закалки 250
после закалки и старения 380
после закалки, деформации и старения 550
Предел текучести σ0,2, МПа: 70
после закалки
после закалки и старения 350
после закалки, деформации и старения 500
Относительное удлинение δ,%:  
после закалки 44
после закалки и старения 20
после закалки, деформации и старения 2
Технологические свойства  
Температура литья, °С 1250...1300
Температура горячей деформации, °С 700...930
Температура термической обработки, °С:  
закалки 900...960
старения 400...600
Суммарная степень холодной деформации перед старением 0...95
Обрабатываемость резанием относительно свинцовой латуни ЛC63-3, % 20

 

В качестве легирующих элементов в хромовые бронзы вводят также тугоплавкие металлы переходной группы - ванадий и ниобий, имеющие температуры плавления 1910°С и 2469°С со­ответственно.

Главное достоинство бронзы БрХНб — высокая электро- и теплопроводность в широком диапазоне температур (см. табл. 5); по прочностным свойствам сплав уступает двойной хромовой бронзе БрХ1. Из бронзы БрХНб изготавливают проволоку для токоведущих проводников электрического тока.

Хромоциркониевая бронза БрХВЦр с добавкой ванадия (см. табл. 1) относится к дисперсионно твердеющим материалам. Бронза имеет высокую тепло- и электропроводность, отлича­ется высокой пластичностью и вязкостью в широком диапазоне температур. Основные физические и механические свойства бронзы БрХВЦр при комнатной и высоких температурах представлены в табл. 6-8.

 

Таблица 8. Физические, механические и технологические свойства бронзы БрХВЦр
Физические свойства
Плотность γ, кг/м3 8830
Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1 16,8
Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м: 0,02
Удельная теплоескость cp Дж/(кг*К) 394
Теплопроводность λ, Вт/(м*К) 368
Температурный коэффициент электрического сопротивления α', К-1 0,003
Удельная электрическая проводимость σ, в % от меди 86
Механические свойства
Временное сопротивление σb, МПа 550
Предел текучести σ0,2, МПа 510
Относительное удлинение δ,%: 19
Относительное сужение  ψ,% 58
Ударная вязкость KCU, МДж/м2 1,8
Твердость по Виккерсу HV 160
Модeль нормальной упругости (модуль Юнга) Е, ГПа 130
Технологические свойства
Температура литья, °С 1300...1350
Температура горячей деформации, °С 700...930
Температура термической обработки, °С: 930...950
закалки 450...475
старения 700...750
отжига  
Суммарная степень холодной деформации перед старением, % 40...70
Примечание. Физические и механические свойства определены после обработки бронзы по режиму: закалка с 940 °С в воду, холодная деформация (50%) и старение (460 °С, 4 ч).

Основные виды продукции и изделий из хромовых бронз приведены в табл. 9.

 

Табл. 4.37. Основные виды продукции и изделий из хромовых бронз
Продукция и изделия Марка бронзы
БрХ1 БрХ0,8 БрХНТ БрХЦрТ БрХЦр БрХВЦр БрХНб БрХЦрК
Лента X              
Листы холодно- и горячекатаные X X X X X      
Полосы и профили X X     X      
Плиты X X   X X      
Тонкая проволока (диаметр < 1 мм)             X X
Проволока круглого (диаметр > 1 мм) и прямоугольного сечения X         X X X
Прутки тянутые и прессованные X X X X X X X  
Трубы X X X X        
Поковки X X   X X      
Электроды для сварки X       X X    
Губки для роликовых сварочных машин X       X      
Кристаллизаторы и теплообменники X X X X        
Токоподводящие контакты X             X
Электрические провода и кабели             X X
Коллекторные пластины X       X      
Условное обозначение: «X» — имеется опыт изготовления и применения