Оловянная бронза

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, %)
МаркаПредел содержания элементовЭлементСумма прочих элементов
CuAlBiFeNiРPbSbSiSnZn
БрОФ8-0,3мин.ост.0,267,5
макс.0,0020,0020,020,20,350,020,0020,0028,50,30,1
БрОФ7-0,2мин.ост.0,17
макс.0,0020,0020,050,20,250,020,0020,00580,30,1
БрОФ6,5-0,4мин.ост.0,266
макс.0,0020,0020,020,20,40,020,0020,00570,30,1
БрОФ6,5-0,15мин.ост.0,160,3
макс.0,0020,0020,050,20,250,020,0020,00270,1
БрОФ4-0,25мин.ост.0,23,50,3
макс.0,0020,0020,020,20,30,020,0020,00240,1
БрОФ2-0,25мин.ост.0,0210,3
макс.0,050,20,30,032,50,3
БрОЦ4-3мин.ост.3,52,7
макс.0,0020,0020,050,30,030,020,0020,00543,30,2
БрОЦС4-4-2,5мин.ост.1,533
макс.0,0020,0020,050,30,033,50,002550,2
БрОЦС4-4-4мин.ост.3,533
макс.0,0020,0020,050,30,034,50,002550,2
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
МаркаОбрабатываемость резанием2, %Жидкотекучсть, ммЛинейная  усадка, %Температура, °С
литьягорячей деформацииотжига
БрОФ4-0,25201,41250…1300700… 850600…650
БрОФ6,5-0,15201150…1250750… 850600…700
БрОФ6,5-0,42011701,451150…1250750…770600…700
Бр0ф7-0,2161170…1250750…800600…720
БрОФ8-0,31150…1250680…750600…720
БрОЦ4-3202001,451200…1250750…850600…700
БрОЦС4-4-2,51902001,491150…1200500…600
БрОЦС4-4-4902501150…1200600…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 Cu—Sn 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…..… 0,016БрОФ6,5-4…….. 0,04
БрО10Ц2…….. 0,018БрОФ4-0,25…… 0,016
БрО6Ц3Н3…… 0,005БрОЦ4-3………… 0,022
БрО6Ц6С3…… 0,028БрОЦ4-4-2,5…. 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
МаркаТемпература плавления, °СПлотность γ, кг/м3Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*мТеплопроводность λ, Вт/(м*К)Удельная теплоемкость сp, Дж/(кгК)Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1
БрОФ4-0,25108089000,09183,617,6
БрОФ6,5-0,1599588500,1237137717,8
БрОФ6,5-0,495588500,1766737717,1
Бр0ф7-0,295087500,1765,837717
БрОФ8-0,388087000,1756337717
БрОЦ4-3104588000,08783,518
БрОЦС4-4-2,5101889000,0970,737718,2
БрОЦС4-4-4101591000,116718,1
Табл. 4. Полосы и ленты холоднокатаные из оловянных бронз. Механические свойства
Продукция, ГОСТМаркаСостояние поставкиТолщина, ммВременное сопротивление σb, МПаОтносительное удлинение δ10,%
 В пределах или не менее
Полосы и ленты из оловянно-фосфористой оловянно-цинковой бронзы, ГОСТ 1761-92БрОФ6,5-0,15мягкоеменее 0,529035
0,5 и более38
полутвердоеменее 0,5440…5708
0,5 и более10
твердоеменее 0,5570…7403
0,5 и более5
особотвердоеменее 0,5740
0,5 и более
БрОЦ4-3мягкоеменее 0,529035
0,5 и более38
полутвердоеменее 0,5350…5404
0,5 и более8
твердоеменее 0,5540…6902
0,5 и более4
особотвердоеменее 0,5660
0,5 и более
Ленты и полосы из оловянно-цинково­свинцовой бронзы, ГОСТ 15885-77БрОЦС4-4-2,5мягкоеот 0,50 до 3,0029035
полутвердое 390…49010
твердое 5405
Примечание: твердость продукции не регламентируется.  
Табл. 5. Прутки и проволока из оловянных бронз. Механические свойства
Продукция, ГОСТМаркаИзгот.Сост. пост.Диаметр, ммВременное сопротивление σb, МПаОтносительное улиннение δ10,%НВ
Не менее
Прутки из оловянно­цинковой бронзы, ГОСТ 6511-60БрОЦ4-3Тот 5 до 12 вкл.43010
от 13 до 25 вкл.37012
от 26 до 35 вкл.33014
от 36 до 40 вкл.31016
Прот 42 до 120 вкл.27025
Прутки из оловянно­фосфористой бронзы, ГОСТ 10025-78БрОФ6,5-0,15Т, ХКмот 5 до 20 вкл.3504070
пт39018120
Тв47012140
ОТ5506150
Прот 100 до 110 вкл.3405570
Бр0ф7-0,2Т, ХКМот 16 до 40 вкл.3904080
ПТ44015130
Тв52010150
ОТ5706180
Прот 40 до 95 вкл.3605570
Проволока из оловянно- цинковой бронзы, ГОСТ 5221-77БрОЦ4-3ХД, ТТвот 0,1 до 2,5 вкл.8800,5
св. 2,5 до 4,0 вкл.8301
св. 4,0 до 8,0 вкл.8141
св. 8,0 до 12,0 вкл.7652
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, ГОСТМаркаРазмеры, ммВременное сопротивление σb, МПаОтносительное улиннение δ10,%
ДиаметрТолщина стенкиНе менее
Трубы манометрические из оловянно-фосфористой бронзы, ГОСТ 2622-75БрОФ 4-0,25от 8,0 до 22,0 вкл.от 0,20 до 1,60 вкл.4903
Примечание: твердость продукции не регламентируется.
Табл. 7. Области применения продукции из оловянных бронз
МаркаПродукция и области применения
БрОФ2-0,25листы, лента, проволока, ленты для гибких шлангов, токопроводящие детали, винты, присадочный материал для сварки
БрОФ4-0,25полосы, листы, трубки в аппаратостроении и для контрольно-измерительных приборов, трубки манометров
БрОФ6,5-0,15листы, полосы, прутки, мембраны, пружинные контакты, подшипниковые детали, трубы заготовок для биметаллических сталебронзовых втулок
БрОФ7-0,2прутки для различного назначения, детали, работающие на трение при средних нагрузках и скоростях скольжения, шайбы антифрикционного назначения, шестерни, зубчатые колеса
БрОФ8,0-0,3проволока для сеток в целлюлозно-бумажной промышленности, пояски поршневых колец
БрОФб,5-0,4проволока для сеток в целлюлозно-бумажной промышленности, а также для пружин; ленты и полосы для машиностроения
БрОЦ4-3лента, полосы, прутки, проволока для пружин и аппаратуры химической промышленности, контакты штепсельных разъемов
БРОЦС4-4-2,5ленты и полосы для прокладок во втулках и подшипниках
БРОЦС4-4-4ленты и полосы для прокладок во втулках и подшипниках, диски, прокладки для автомобилей и тракторов
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: :???: :?: :!: