Оловянные бронзы

Оловянные бронзы являются наиболее старыми из всех цветных сплавов. Они сыграли выдающуюся роль в развитии материальной культуры. Долгое время эти сплавы были единственным материалом для получения литых изделий различного назначения. Большой температурный интервал кристаллизации и связанный с этим объемный характер затвердевания приводили к тому, что усадка реализовывалась в форме усадочной пористости, при этом не требовалось устанавливать массивные прибыли. Низкие значения усадки позволяли точно воспроизвести конфигурацию модели, поэтому оловянные бронзы длительное время оставались единственным материалом для художественных отливок.

Широкому использованию этих бронз для фасонного литья способствовали и их исключительные эксплуатационные свойства. Обладая умеренными механическими свойствами, оловянные бронзы имеют высокую коррозионную стойкость, в том числе в морской воде, обладают отличными антифрикционными свойствами: малым коэффициентом трения, высоким сопротивлением износу, высокой кавитационной стойкостью. Они не чувствительны к коррозии под напряжением и в большой степени наследуют основные свойства чистой меди, а именно: высокую электрои теплопроводность. Эти качества делают оловянные бронзы до сих пор незаменимым материалом для многих механизмов и машин.

В промышленности используют как двойные, так и многокомпонентные оловянные бронзы, содержащие, кроме олова, цинк, свинец, фосфор и другие элементы.

Растворимость олова в меди существенно изменяется при понижении температуры. Она составляет 13,5 % при температуре перитектики (798 °С), возрастает до 15,8 % при температуре первого эвтектоидного превращения (586 °С), а затем понижается до 11 % при температуре третьего эвтектоидного превращения (350 °С) и становится менее 1 % при 200 °С и ниже.

С учетом образования нескольких химических соединений и протекания перитектических и эвтектоидных превращений в струк

туре сплавов системы Cu – Sn кроме твердого раствора олова в меди появляется несколько промежуточных фаз: β, γ, δ, ε и др. Наибольшее практическое значение имеют сплавы, содержащие не более 29 % Sn, поэтому ограничимся рассмотрением только перечисленных фаз. В их основе лежат химические соединения: Cu5Sn – βфаза, Cu31Sn8 – γ и δфазы, Cu3Sn – εфаза. Характерной чертой системы Cu – Sn является медленное протекание диффузионных процессов, поэтому при больших скоростях охлаждения процесс распада в твердом состоянии ограничивается первым эвтектоидным превращением (586 °С), а при более медленном охлаждении – вторым превращением (520 °С). Область твердого αраствора, ограниченная сплошной линией, характерна лишь для равновесных условий. При реальных скоростях охлаждения отливок эта область сужается. На диаграмме состояния пунктирной линией показано среднее положение границы αраствора при литье в металлические формы. Это подтверждается микроструктурой сплавов в литом состоянии (рис. 41). Микроструктура литой бронзы с 5 % Sn (см. рис. 41, а) состоит из первичных дендритов твердого раствора с малым содержанием Sn, промежутки между которыми заполнены твердым раствором, обогащенным оловом. В структуре бронзы с 10 % Sn (см. рис. 41, б) появляется эвтектоид α + δ, хотя по равновесной диаграмме состояния должен был произойти эвтектоидный распад δфазы.

Из диаграммы состояния системы Cu – Sn следует, что при таком содержании олова, как в стандартных сплавах, их нельзя упрочнить термической обработкой.

Появление в структуре эвтектоида, содержащего интерметаллидную δфазу Cu31Sn8, приводит к повышению прочности, твердости и снижению пластичности. В связи с этим, а также из экономических соображений в действующем ГОСТ 613–79 содержание олова ограничено до 10 %.

Оловянные бронзы

а                                                    б

Рис. 41. Микроструктура двойных оловянных бронз: а – 5 % Sn; б – 10 % Sn

Все оловянные бронзы, как и другие цветные сплавы, делятся на деформируемые и литейные. Маркировка деформируемых и литейных сплавов одинакова, только в конце некоторых марок литейных бронз ставится буква Л. В ГОСТ 5017–74 включено 9 марок деформируемых оловянных бронз. Кроме олова они легированы фосфором (БрОФ 8–0,3, БрОФ 7–0,2, БрОФ 6,5–0,4, БрОФ 6,5–0,15, БрОФ 4–0,25 и БрОФ 2–0,25), цинком (БрОЦ 4–3), а также цинком и свинцом (БрОЦ 4–4–2,5). Для сохранения пластичности максимальное содержание олова в деформируемых сплавах менее 10 %.

Литейные оловянные бронзы представляют собой многокомпонентные сплавы, так как двойные бронзы изза широкого интервала кристаллизации отличаются плохой жидкотекучестью и значительной пористостью. Состав литейных оловянных бронз приведен в табл. 29, а механические, физические и технологические свойства – в табл. 30 и 31.

Наиболее вредными примесями для оловянных бронз являются алюминий и кремний. В качестве легирующих добавок используют цинк, свинец, никель и фосфор.

  • Читать все новости