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

Оловянные бронзы

Оловянными бронзами называют сплавы меди с оловом (рис. 1), а также более сложные медно-оловянные сплавы с добавками фосфора, цинка, свинца, никеля и других элементов. Химический состав оловянных бронз приведен в табл. 1.

Рис. 1. Диаграмма состояния системы Cu-Sn

Химический состав оловянных бронз (ГОСТ 5017-2006) (массовая доля, %)
Марка Предел содержания элементов Элемент Сумма прочих элементов
Cu Al Bi Fe Ni Р Pb Sb Si Sn Zn
БрОФ8-0,3 мин. ост. - - - - 0,26 - - - 7,5 - -
макс. - 0,002 0,002 0,02 0,2 0,35 0,02 0,002 0,002 8,5 0,3 0,1
БрОФ7-0,2 мин. ост. - - - - 0,1 - - - 7 - -
макс. - 0,002 0,002 0,05 0,2 0,25 0,02 0,002 0,005 8 0,3 0,1
БрОФ6,5-0,4 мин. ост. - - - - 0,26 - - - 6 - -
макс. - 0,002 0,002 0,02 0,2 0,4 0,02 0,002 0,005 7 0,3 0,1
БрОФ6,5-0,15 мин. ост. - - - - 0,1 - - - 6 0,3 -
макс. - 0,002 0,002 0,05 0,2 0,25 0,02 0,002 0,002 7 - 0,1
БрОФ4-0,25 мин. ост. - - - - 0,2 - - - 3,5 0,3 -
макс. - 0,002 0,002 0,02 0,2 0,3 0,02 0,002 0,002 4 - 0,1
БрОФ2-0,25 мин. ост. - - - - 0,02 - - - 1 0,3 -
макс. - - - 0,05 0,2 0,3 0,03 - - 2,5 - 0,3
БрОЦ4-3 мин. ост. - - - - - - - - 3,5 2,7 -
макс. - 0,002 0,002 0,05 0,3 0,03 0,02 0,002 0,005 4 3,3 0,2
БрОЦС4-4-2,5 мин. ост. - - - - - 1,5 - - 3 3 -
макс. - 0,002 0,002 0,05 0,3 0,03 3,5 0,002 - 5 5 0,2
БрОЦС4-4-4 мин. ост. - - - - - 3,5 - - 3 3 -
макс. - 0,002 0,002 0,05 0,3 0,03 4,5 0,002 - 5 5 0,2
Примечания:
1.    В бронзе марки БрС)Ф6,5-0,15 допускается массовая доля олова до 7,5%.
2.    В бронзе марки БрОЦ4-3 допускается массовая доля титана не более 0,12% за счет массовой доли меди, которая не учитывается в общей сумме прочих элементов.
3.    В сплавах, применяемых для изготовления изделий с антимагнитными свойствами, допускается массовая доля железа не более 0,02%. К обозначению марок добавляется буква А.
4.    Массовые доли примесей серы и магния допускаются не более 0,007% каждой.
5.    Знак «—», поставленный одновременно для верхнего и нижнего пределов массовой доли элемента, обозначает, что данный элемент не нормируется и определяется только по требованию потребителя и в этом случае содержание данной примеси включается в обшую сумму прочих элементов.
6.    Примесью следует считать элемент, у которого указан только максимальный предел его содержания.
7.    Примеси, не указанные в настоящей таблице, учитываются в общей сумме прочих элементов.

 

Механические свойства

 С увеличением содержания олова возрастает прочность и твердость оловянных бронз; при этом понижается пластичность и ударная вязкость (рис. 2).

Рис. 1. Влияние содержания олова на механические свойства оловянных бронз

 

Временное сопротивление достигает максимальных значений при 10…12% Sn. Твердость и предел текучести увеличиваются и при большем содержании олова, однако при этом относительное удлиннение и ударная вязкость уменьшаются. Оловянные бронзы с содержанием до до 10% Sn (см. табл. 1) с добавками фосфора, цинка или свинца могут пластически деформироваться.

Легирующие элементы в оловянных бронзах

 Фосфор считается легирующим элементом, если его содержание в оловянной бронзе превышает 0,1%.

Введение фосфора в оловянные бронзы преследует несколько целей. Во-первых, он раскисляет медь. В нераскисленных оловянных бронзах кислород может присутствовать в виде оксида SnО2. Это очень твердое и хрупкое соединение резко снижает технологические и эксплуатационные свойства оловянных бронз. Во-вторых, фосфор повышает прочностные свойства. В бронзах с небольшим количеством олова фосфор повышает сопротивление износу из-за появления в структуре твердых дисперсных частичек фосфида меди Cu3Р. Однако фосфор ухудшает технологическую пластичность оловянных бронз, поэтому в деформируемых сплавах его содержание должно быть строго регламентировано.

Оловянные бронзы при содержании фосфора 0,5% и более легко разрушаются при горячем деформировании из-за расплавления фосфидной эвтектики (α+ Cu3Р); максимальное содержание фосфора в оловянных бронзах, обрабатываемых давлением, составляет 0,4% (см. табл. 1). При таком содержании фосфора деформируемые оловянные бронзы обладают оптимальными механическими свойствами, имеют повышенные значения модуля нормальной упругости и предела упругости, а также высокое сопротивление усталостному разрушению. Оловянно-фосфористые бронзы Бр0Ф6,5-0,15, Бр0Ф6,5-0,4, Бр0Ф7-0,2 и Бр0Ф8-0,3 близки по химическому составу, отличаются высокими механическими, антикоррозионными и антифрикционными свойствами.

Бронза Бр0Ф6,5-0,15 обладает после деформации высокой прочностью и упругостью и применяется для изготовления пружинящих деталей приборов. Бронзу БрОФ6,5-0,4, учитывая высокую износостойкость, применяют для изготовления сеток в целлюлозно-бумажной промышленности. Бронза Бр0Ф7-0,2 имеет высокие механические свойства при комнатной и повышенных температурах и, в основном, применяется в виде прессованных прутков.

 Износостойкость бронзы можно повысить путем холодной деформа­ции Бронза БрОФ8-0,3 по совокупности прочностных свойств и износостойкости превосходит бронзу БрОФ7-0,2.

Для повышения прочностных свойств оловянные бронзы, не содержащие фосфора, легируют цинком в больших количествах, но в пределах его растворимости в α-фазе.

Бронза БрОЦ4-3 отличается хорошими механическими     коррозионными свойствами; ее применяют в электротехнической  промышленности, машиностроении, приборостроении и точной механике для изготовления пружин, арматуры и других деталей. Бронза хорошо деформируется в горячем и в состоянии.

В оловянные бронзы цинк часто вводят совместно со свинцом (см. табл. 1). Свинец практически нерастворим в оловянных бронзах в твердом состоянии. Структура оловянно-цинково-свинцовых бронз БрОЦС4-4-2,5 и БрОЦС4-4-4 состоит из кристаллов α-твердого раствора и включений свинца. Свинец улучшает антифрикционные свойства и повышает обрабатываемость резанием оловянных бронз. Однако механичес­кие свойства оловянных бронз под влиянием свинца заметно понижаются.

Бронзы БрОЦС4-4-2,5 и БрОЦС4-4-4, содержащие свинец, обрабатывают давлением только в холодном состоянии, так как из-за присутствия в структуре этих сплавов легкоплав­кой эвтектики, состоящей практически из чистого свинца, горячая обработка давлением невозможна. Эти бронзы имеют высокие антифрикционные свойства, коррозионностойки, хорошо обрабатываются резанием; из них изготавливают ленты и полосы, а также применяют в качестве прокладок в подшипниках и втулках.

Важным легирующим элементом в оловянных бронзах является никель, повышающий прочностные свойства, пластичность и деформируемость оловянных бронз, их коррозионную стойкость, измельчающий зерно из-за образования интерметаллидов Ni3Sn2 и Ni3Sn. Эти фазы имеют переменную, резко уменьшающуюся с понижением температуры растворимость в α-твердом растворе, поэтому оловянные бронзы с никелем термически упрочняются закалкой и старением.

Важным показателем деформируемых оловянных бронз является высокая усталостная прочность в коррозионных средах. Усталостная прочность растет при увеличении содержания олова до 4%, а далее увеличивается в меньшей степени.

Термическая обработка.

 Гомогенизационный, промежуточный и окончательный отжиги являются основными видами термичес­кой обработки оловянных бронз с целью повышения их пластичности. Температуры горячей деформации и отжига деформируемых оловянных бронз приведены в табл. 2.

Табл. 2. Технологические свойства и температуры обработки оловянных бронз

Марка Обрабатываемость резанием2, % Жидкотекучсть, мм Линейная  усадка, % Температура, °С
литья горячей деформации отжига
БрОФ4-0,25 20 1,4 1250...1300 700... 850 600...650
БрОФ6,5-0,15 20 1150...1250 750... 850 600...700
БрОФ6,5-0,4 20 1170 1,45 1150...1250 750...770 600...700
Бр0ф7-0,2 16 1170...1250 750...800 600...720
БрОФ8-0,3 1150...1250 680...750 600...720
БрОЦ4-3 20 200 1,45 1200...1250 750...850 600...700
БрОЦС4-4-2,51 90 200 1,49 1150...1200 500...600
БрОЦС4-4-4 90 250 1150...1200 600...700
1 Обрабатывается давлением только в холодном состоянии с деформацией 30%.
2В % по отношению к обрабатываемости резанием латуни ЛC63-3.

Оловянные бронзы являются сплавами меди, которые для получения качественной деформированной продукции нуждаются в проведении гомогенизационного отжига. В сплавах системы CuSn из-за большого интервала кристаллизации (см. рис. 1) составы жидкой и твердой фаз значительно отличают ся друг от друга, что способствует дендритной ликвации. Последующий нагрев слитков под горячую обработку давлением и пластическая деформация не могут полностью устранить химическую неоднородность твердого раствора в оловянных бронзах.

В результате гомогенизационного отжига оловянных бронз повышается однородность их структуры; неравновесные интерметаллидные фазы растворяются в твердом растворе, выравнивается химический состав по сечению кристаллитов в слитке. Гомогенизационный отжиг слитков из оловянных бронз проводят при температурах 700...750°С с последующим быстрым охлаждением. Температура и время отжига должны быть достаточными для устранения последствий ликвации. Промежуточный и окончательный отжиги при холодной обработке давлением проводят при температурах 500...650°С; при этом полностью устраняется наклеп, вызванный холодной пластической деформацией оловянных бронз (рис. 3).

 

Коррозионные свойства.

 Оловянные бронзы обладают хорошей коррозионной стойкостью; скорость коррозии бронз, содержащих 5…8% Sn, не превышает 0,002 мм/год.

В морской воде оловянные бронзы более коррозионностойки, чем медь и латуни, при этом стойкость бронз повышается с увеличением содержания олова. Никель также повышает коррозионную стойкость оловянных бронз в морской воде, а свинец при высоком содержании — понижает.

Скорость коррозии в морской воде деформируемых оловянных  и некоторых литейных бронз оставляет(мм/год):

 

БрО10Ф1…..… 0,016

БрОФ6,5-4…….. 0,04

БрО10Ц2…….. 0,018

БрОФ4-0,25…… 0,016

БрО6Ц3Н3…… 0,005

БрОЦ4-3………… 0,022

БрО6Ц6С3…… 0,028

БрОЦ4-4-2,5…. 0,016

 Оловянные бронзы неустойчивы в среде минеральных кислот, щелочей, аммиака, цианидов, железистых и сернистых соединений кислых рудничных вод. Из минеральных наибольшее влияние на оловянные бронзы оказывают соляная и азотные кислоты; серная в этом отношении является менее агрессивной. Однако скорость коррозии оловянных бронз под действием серной кислоты увеличивается в присутствии окислителей (К2Cr2О7, Fe2(S04)3 и др.). В присутствии ингибиторов, например, 0,05% бензиотиоцианита, скорость коррозии оловянных бронз умень­шается в 10...15 раз.

Физические, механические и технологические свойства деформированных оловянных бронз приведены в табл. 2 - 6. Области применения продукции из оловянных бронз приведены в табл. 7.

 

Табл. 3. Физические свойства оловянных бронз, обрабатываемых давлением
Марка Температура плавления, °С Плотность γ, кг/м3 Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м Теплопроводность λ, Вт/(м*К) Удельная теплоемкость сp, Дж/(кгК) Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1
БрОФ4-0,25 1080 8900 0,091 83,6 17,6
БрОФ6,5-0,15 995 8850 0,123 71 377 17,8
БрОФ6,5-0,4 955 8850 0,176 67 377 17,1
Бр0ф7-0,2 950 8750 0,17 65,8 377 17
БрОФ8-0,3 880 8700 0,175 63 377 17
БрОЦ4-3 1045 8800 0,087 83,5 18
БрОЦС4-4-2,5 1018 8900 0,09 70,7 377 18,2
БрОЦС4-4-4 1015 9100 0,11 67 18,1

 

Табл. 4. Полосы и ленты холоднокатаные из оловянных бронз. Механические свойства
Продукция, ГОСТ Марка Состояние поставки Толщина, мм Временное сопротивление σb, МПа Относительное удлинение δ10,%
  В пределах или не менее
Полосы и ленты из оловянно-фосфористой оловянно-цинковой бронзы, ГОСТ 1761-92 БрОФ6,5-0,15 мягкое менее 0,5 290 35
0,5 и более 38
полутвердое менее 0,5 440...570 8
0,5 и более 10
твердое менее 0,5 570...740 3
0,5 и более 5
особотвердое менее 0,5 740
0,5 и более
БрОЦ4-3 мягкое менее 0,5 290 35
0,5 и более 38
полутвердое менее 0,5 350...540 4
0,5 и более 8
твердое менее 0,5 540...690 2
0,5 и более 4
особотвердое менее 0,5 660
0,5 и более
Ленты и полосы из оловянно-цинково­свинцовой бронзы, ГОСТ 15885-77 БрОЦС4-4-2,5 мягкое от 0,50 до 3,00 290 35
полутвердое   390...490 10
твердое   540 5
Примечание: твердость продукции не регламентируется.    

 

Табл. 5. Прутки и проволока из оловянных бронз. Механические свойства
Продукция, ГОСТ Марка Изгот. Сост. пост. Диаметр, мм Временное сопротивление σb, МПа Относительное улиннение δ10,% НВ
Не менее
Прутки из оловянно­цинковой бронзы, ГОСТ 6511-60 БрОЦ4-3 Т от 5 до 12 вкл. 430 10
от 13 до 25 вкл. 370 12
от 26 до 35 вкл. 330 14
от 36 до 40 вкл. 310 16
Пр от 42 до 120 вкл. 270 25
Прутки из оловянно­фосфористой бронзы, ГОСТ 10025-78 БрОФ6,5-0,15 Т, ХК м от 5 до 20 вкл. 350 40 70
пт 390 18 120
Тв 470 12 140
ОТ 550 6 150
Пр от 100 до 110 вкл. 340 55 70
Бр0ф7-0,2 Т, ХК М от 16 до 40 вкл. 390 40 80
ПТ 440 15 130
Тв 520 10 150
ОТ 570 6 180
Пр от 40 до 95 вкл. 360 55 70
Проволока из оловянно- цинковой бронзы, ГОСТ 5221-77 БрОЦ4-3 ХД, Т Тв от 0,1 до 2,5 вкл. 880 0,5
св. 2,5 до 4,0 вкл. 830 1
св. 4,0 до 8,0 вкл. 814 1
св. 8,0 до 12,0 вкл. 765 2
Условные обозначения:  
Т — тянутые; Пр - прессованные; ХК - холоднокатаные; ХД - холоднодеформированные;    М — мягкое; ПТ — полутвердое; Тв - твердое

 

Табл. 6. Трубы тянутые из оловянных бронз. Механические свойства
Продукция, ГОСТ Марка Размеры, мм Временное сопротивление σb, МПа Относительное улиннение δ10,%
Диаметр Толщина стенки Не менее
Трубы манометрические из оловянно-фосфористой бронзы, ГОСТ 2622-75 БрОФ 4-0,25 от 8,0 до 22,0 вкл. от 0,20 до 1,60 вкл. 490 3
Примечание: твердость продукции не регламентируется.

 

Табл. 7. Области применения продукции из оловянных бронз
Марка Продукция и области применения
БрОФ2-0,25 листы, лента, проволока, ленты для гибких шлангов, токопроводящие детали, винты, присадочный материал для сварки
БрОФ4-0,25 полосы, листы, трубки в аппаратостроении и для контрольно-измерительных приборов, трубки манометров
БрОФ6,5-0,15 листы, полосы, прутки, мембраны, пружинные контакты, подшипниковые детали, трубы заготовок для биметаллических сталебронзовых втулок
БрОФ7-0,2 прутки для различного назначения, детали, работающие на трение при средних нагрузках и скоростях скольжения, шайбы антифрикционного назначения, шестерни, зубчатые колеса
БрОФ8,0-0,3 проволока для сеток в целлюлозно-бумажной промышленности, пояски поршневых колец
БрОФб,5-0,4 проволока для сеток в целлюлозно-бумажной промышленности, а также для пружин; ленты и полосы для машиностроения
БрОЦ4-3 лента, полосы, прутки, проволока для пружин и аппаратуры химической промышленности, контакты штепсельных разъемов
БРОЦС4-4-2,5 ленты и полосы для прокладок во втулках и подшипниках
БРОЦС4-4-4 ленты и полосы для прокладок во втулках и подшипниках, диски, прокладки для автомобилей и тракторов