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

Циркониевая бронза

Цирконий является одним из наиболее важных легирующих элементов в металлургии проводниковых медных сплавов; он наиболее значительно из всех легирующих элементов повышает температуру начала рекристаллизации меди. В то же время цирконий незначительно снижает электропроводность меди; даже при его содержании в сплаве в количестве 0,8...0,9% электропроводность сплава сохраняется на уровне 80% от электропроводности меди (рис. 1).

Рис. 1. Влияние содержание циркония на механичеcкие свойства и электропроводность сплава системы Cu-Zr

 

В связи с этим малые добавки циркония применяют в качестве легирующего элемента при создании медных сплавов высокой электропроводности.

Свойства сплавов с различным содержанием циркония, представленные в табл. 1., показывают, что увеличение концентрации циркония выше 0,5% нецелесообразно, так как прочностные свойства при этом изменяются незначительно, а электропроводность и пластичность снижаются.

Табл. 1. Механические свойства и электропроводность медно-циркониевых сплавов с различным содержанием циркония после ТМО*
Состав сплава о, % от Cu Временное сопротивление σb, МПа Предел текучести σ0,2, Мпа Относительное удлинение δ,% Твердость по Виккерсу HV
Cu—0,1% Zr 89 440 390 10 140
Cu-0,15% Zr 87 490 430 10 150
Cu-0,30% Zr 86 500 8 150
Cu-0,50% Zr 83 510 450 6 152
Cu-1,0% Zr 80 535 154
* Режим ТМО: закалка с 900 °С в воде + холодная деформация (90%) + старение при 400°С, 1 ч.

Упрочнение сплавов системы CuZr от дисперсионного твердения начинается с концентрации 0,02% Zr и выше (рис. 2).

 

Рис. 1. Влияние температуры старения в течение 1 ч после закалки с 950°С и холодной деформации на твердость сплавов системы Cu-Zr, содержащих цирконий, %: 1 - 0,003, 2 - 0,02, 3 - 0,10, 4 - 0,19

 

Наличие максимума на кривых изменения твердости от температуры старения в сплавах, содержащих от 0,02 до 0,19% Zr, связано с тем, что упрочнение от холодной деформации накладывается на эффект распада пересыщенного твердого раствора.

Наибольшее распространение получила циркониевая бронза БрЦр0,4 с химическим составом (%) по ТУ 48-21-222-72.

Циркониевую бронзу обычно применяют в тех случаях, когда требуется сочетание высокой электро- и теплопроводности с жаропрочностью. При комнатной температуре циркониевая бронза по прочностным свойствам несколько уступает хромовой, но имеет более высокую электропроводность и пластичность.

При высоких температурах прочностные свойства циркониевой бронзы БрЦрО,4 и хромовой БрХ близки, однако циркониевая бронза выгодно отличается от двойной хромовой тем, что в интервале температур 400...600°С она не имеет провала пластичности (табл. 2).

Табл. 2. Механические свойства и удельное сопротивление микролегированных медных сплавов при высоких температурах

Марка Состав сплавов, % 400 °С 500 °С 600 °С
σb, МПа σ0,2, МПа δ,% HV4) ρ*106, Ом*м σb, МПа σ0,2, МПа δ,% HV4) ρ*106, Ом*м σb, МПа σ0,2, МПа δ,% HV4) ρ*106, Ом*м
БрСр0,11) 0,1 Ag; ост. Cu 130 110 51 56 0,0441 110 80 50 14 0,0524 60 40 48 7 0,0605
БрКл1') 1,0 Cd; ост. Cu 230 190 31 57 0,0487 140 110 64 18 0.0560 70 50 95 9 0,0636
БрЦр0,42) 0,4 Zr; ост. Cu 300 290 15 77 0,0454 250 240 15 55 0.0536 210 219 17 32 0,0612
БрХ13) 0,8 Сг; ост. Cu 330 320 7 75 0,0459 280 270 7 45 0.0542 180 170 10 33 0,0614
БрХ1Цр1) 0,46 Сг; 0.04 Zr; ост. Cu 350 340 18 91 0,0452 290 280 18 62 0.0534 250 240 18 35 0,0597
1) холодная деформация на 50%;
2)  закалка с 950 °С + холодная деформация на 50% + старение — 450 С. 4 ч;
3)  закалка с 1000 °С + холодная деформация на 50% + старение — 450 °С. 4 ч; 41 НV — длительная (1 ч) твердость.
4) HV - длительная (1 ч) твердость      

 

Бронза хорошо деформируется в горячем и холодном состоянии, паяется, удовлетворительно обрабатывается резанием. Коррозионная стойкость бронзы БрЦр0,4 такая же, как у меди.

Физические, механические, технологические свойства и режимы обработки циркониевой бронзы БрЦрО,4 приведены в табл. 3-4.

Таблица 3. Физические, механические, технологические свойства и режимы обработки бронзы БрЦр0,4
Физические свойства
Температура плавления, °С:  
ликвидус 1065
солидус 966
Плотность γ, кг/м3 8850
Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1, °С:  
20...100 16,3
20...300 17,9
20...600 19,8
Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м:  
после закалки 0,0249
после закалки, деформации 75% и старения 0,0208
Удельная электрическая проводимость σ, в % от меди:  
после закалки 69
после закалки, деформации 75% и старения 83
Температурный коэффициент электрического сопротивления α', К-1 0,0037
Теплопроводность λ, Вт/(м*К):  
после закалки и старения 335
Механические свойства
Временное сопротивление σb, Мпа:  
после закалки с 920° в воде 270
после закалки, деформации 75% и старения 480
Предел текучести σ0,2, Мпа:  
после закалки с 920° в воде 110
после закалки, деформации 75% и старения 440
Относительное удлинение δ,%  
после закалки с 920° в воде 35
после закалки, деформации 75% и старения 17
Относительное сужение  ψ,%  
после закалки, деформации 75% и старения  61
Твердость по Бринеллю HB:  
после закалки с 920° в воде 65
после закалки, деформации 75% и старения 135
Модeль нормальной упругости (модуль Юнга) Е, ГПа 126
Технологические свойства и режимы обработки
Температура литья, °С 1180... 1120
Температура горячей обработки, °С:  
      прессования 900 ± 20
      прокатки 800...850
Температура термической обработки, °С:  
отжига 650...750
закалки 900...950
старения 400...500
Обрабатываемость резанием относительно латуни ЛC63-3, % 20

 

Табл. 4. Физические и механические свойства циркониевой бронзы БрЦр0,4 при различных температурах
Свойства Температура, °С
  20 300 400 500 600
Физические свойства
Плотность γ, кг/м3 8930
Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м 0,0193 0,0387 0,0454 0,0534 0,0612
Удельная электрическая проводимость σ, МСм/м 52 26 22 18 16
Удельная электрическая проводимость σ, в % от меди 90 93 93 95 96
Теплопроводность λ, Вт/(м*К) 343
Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1 16,3 17,8 19,5
Механические свойства
Временное сопротивление σb, МПа 400 320 300 250 200
Предел текучести σ0,2, Мпа 370 310 290 240 190
Относительное удлинение δ,% 17
Относительное сужение  ψ,% 69 68 68 70 72
Ударная вязкость KCU, МДж/м2 2 2,1 2,2 1,8 1,6
Модeль нормальной упругости (модуль Юнга) Е, ГПа 137 123 117
Твердость по Виккерсу HV 112 102 73
Длительная (1 ч) твердость HV 77 55 32

 

В отличие от сплавов системы Cu-Cr, где дисперсионное упрочнение достигается за счет выделения при старении дисперсных частиц практически чистого хрома, в сплавах системы CuZr упрочнение происходит за счет выделения дисперсных частиц интерметаллида циркония Cu5Zr. При содержании циркония от 0,01 до 0,2% сплавы можно нагревать под закалку в широком интервале температур. Это дает важные технологические преимущества перед другими термически упрочняемыми медными сплавами.

Сплавы системы CuZr имеют высокую жаропрочность и проявляют малую чувствительность к концентраторам напряжений по сравнению с другими проводниковыми медными сплавами.

Применение бескислородной меди вакуумной плавки при производстве проводниковых сплавов системы CuZr позволяет усилить эффективность влияния добавки циркония в количествах более 0,15% на физико-механические свойства и прежде всего на характеристики жаропрочности. Благодаря увеличению содержания циркония повышается сопротивление ползучести и предел длительной прочности. Сплав, содержащий 0,25% Zr, используется в условиях длительного нагрева до 400°С, а при кратковременном нагреве — до 500°С.

Сплавы системы CuZr с 0,1...0,25% Zr применяют для изготовления электродов контактной сварки, коллекторов электродвигателей, прерывателей электрического тока, работающих при высокой температуре.

Для улучшения свойств циркониевые бронзы дополнительно легируют As, Hf, V, Mg и другими элементами.