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.

Упрочнение сплавов системы Cu—Zr 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

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.

В отличие от сплавов системы Cu-Cr, где дисперсионное упрочнение достигается за счет выделения при старении дисперсных частиц практически чистого хрома, в сплавах системы Cu—Zr 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 Cu—Zr 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 Cu—Zr 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 Cu—Zr 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.