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 сплавао, % от CuВременное сопротивление σb, МПаПредел текучести σ0,2, МпаОтносительное удлинение δ,%Твердость по Виккерсу HV
Cu—0,1% Zr8944039010140
Cu-0,15% Zr8749043010150
Cu-0,30% Zr865008150
Cu-0,50% Zr835104506152
Cu-1,0% Zr80535154
* Режим ТМО: закалка с 900 °С в воде + холодная деформация (90%) + старение при 400°С, 1 ч.

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

МаркаСостав сплавов, %400 °С500 °С600 °С
σb, МПаσ0,2, МПаδ,%HV4)ρ*106, Ом*мσb, МПаσ0,2, МПаδ,%HV4)ρ*106, Ом*мσb, МПаσ0,2, МПаδ,%HV4)ρ*106, Ом*м
БрСр0,11)0,1 Ag; ост. Cu13011051560,04411108050140,052460404870,0605
БрКл1′)1,0 Cd; ост. Cu23019031570,048714011064180.056070509590,0636
БрЦр0,42)0,4 Zr; ост. Cu30029015770,045425024015550.053621021917320,0612
БрХ13)0,8 Сг; ост. Cu3303207750,04592802707450.054218017010330,0614
БрХ1Цр1)0,46 Сг; 0.04 Zr; ост. Cu35034018910,045229028018620.053425024018350,0597
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: 
ликвидус1065
солидус966
Плотность γ, кг/м38850
Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1, °С: 
20…10016,3
20…30017,9
20…60019,8
Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м: 
после закалки0,0249
после закалки, деформации 75% и старения0,0208
Удельная электрическая проводимость σ, в % от меди: 
после закалки69
после закалки, деформации 75% и старения83
Температурный коэффициент электрического сопротивления α’, К-10,0037
Теплопроводность λ, Вт/(м*К): 
после закалки и старения335
Механические свойства
Временное сопротивление σb, Мпа: 
после закалки с 920° в воде270
после закалки, деформации 75% и старения480
Предел текучести σ0,2, Мпа: 
после закалки с 920° в воде110
после закалки, деформации 75% и старения440
Относительное удлинение δ,% 
после закалки с 920° в воде35
после закалки, деформации 75% и старения17
Относительное сужение  ψ,% 
после закалки, деформации 75% и старения 61
Твердость по Бринеллю HB: 
после закалки с 920° в воде65
после закалки, деформации 75% и старения135
Модeль нормальной упругости (модуль Юнга) Е, ГПа126
Технологические свойства и режимы обработки
Температура литья, °С1180… 1120
Температура горячей обработки, °С: 
      прессования900 ± 20
      прокатки800…850
Температура термической обработки, °С: 
отжига650…750
закалки900…950
старения400…500
Обрабатываемость резанием относительно латуни ЛC63-3, %20
Табл. 4. Физические и механические свойства циркониевой бронзы БрЦр0,4 при различных температурах
СвойстваТемпература, °С
 20300400500600
Физические свойства
Плотность γ, кг/м38930
Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м0,01930,03870,04540,05340,0612
Удельная электрическая проводимость σ, МСм/м5226221816
Удельная электрическая проводимость σ, в % от меди9093939596
Теплопроводность λ, Вт/(м*К)343
Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-116,317,819,5
Механические свойства
Временное сопротивление σb, МПа400320300250200
Предел текучести σ0,2, Мпа370310290240190
Относительное удлинение δ,%17
Относительное сужение  ψ,%6968687072
Ударная вязкость KCU, МДж/м222,12,21,81,6
Модeль нормальной упругости (модуль Юнга) Е, ГПа137123117
Твердость по Виккерсу HV11210273
Длительная (1 ч) твердость HV775532

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.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Черная и цветная металлургия
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: