Базалеева_Наумова_Металлография_часть 2 (831914), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Звучание колоколаопределяется количеством δ-фазы в бронзе.Деформируемые бронзы находятся в однофазном α-состояниии применяются, например, в качестве пружинных элементов.Безоловянные бронзы подразделяются по основному легирующему элементу на алюминиевые, бериллиевые, свинцовые, кремнистые, марганцовистые, кадмиевые, хромистые и другие.Алюминиевые бронзы — сплавы системы Cu — Al (диаграммасостояния Cu — Al представлена на рис.
6.6) — постепенно вытесняют оловянные. Алюминиевые бронзы обычно содержат до9511 % Al. Сплавы, содержащие до 9,4 % Al, — однофазные и состоят из α-твердого раствора. Структура этих сплавов в литом и рекристаллизованном состоянии подобна структуре α-латуней послесоответствующих обработок.
При большем содержании алюминияв структуре сплавов, кроме светлых кристаллов α-твердого раствора, появляются темные области эвтектоида (α+γ2), который формируется из β-фазы. β и γ2 — фазы Юм-Розери, которые можнорассматривать как твердые растворы на основе соединений Cu3Alи Cu9Al4 с электронными плотностями 3/2 и 21/13 соответственно.Из-за ликвационных явлений эвтектоид в структуре может появиться уже при 8 % Al.Рис. 6.6.
Диаграмма состояния Cu — AlРаспад β-фазы может идти как по диффузионному с образованием эвтектоида (α+γ2), так и по сдвиговому или мартенситномумеханизму. При скоростях охлаждения больше критической вструктуре появляется игольчатая мартенситная структура.96По прочности и коррозионной стойкости алюминиевые бронзыпревосходят оловянные.
Присутствие в структуре γ2-фазы приводит к падению пластичности сплава. Алюминиевые бронзы имеютузкий интервал кристаллизации, что способствует получению более плотных отливок и обусловливает склонность к образованиюконцентрированных усадочных раковин.Однофазные алюминиевые бронзы производят в холоднокатанном состоянии, и они идут на изготовление упругих элементов,в частности скользящих контактов. Более широко используютсябронзы, содержащие помимо α-твердого раствора эвтектоид (α+γ2).Эти бронзы, выпускаемые в горячекатанном виде, и они идут наизготовление шестерен, втулок и других небольших ответственных деталей в судостроении и тяжелом машиностроении.Бериллиевые бронзы относятся к числу термически упрочняемых сплавов. Диаграмма состояния Cu — Be приведена на рис.
6.7.Рис. 6.7. Диаграмма состояния Cu — Be97Предельная растворимость Be в Cu составляет 2,7 %, а при 300 °С —всего 0,2 %. Это указывает на возможность формирования в сплавахэтой системы пересыщенного твердого раствора, при распаде которого происходит дисперсионное твердение.После закалки, которую проводят при температурах 760...800 °С в воде, бериллиевые бронзы отличаются хорошей пластичностью и технологичностью.
Распад пересыщенного α-твердогораствора начинается с выделения когерентных по отношению кматрице тонких пластинчатых частиц β-фазы, параллельных кристаллографическим плоскостям {100} α-фазы. β-фаза обладаеттетрагональной объемно-центрированной кристаллографическойрешеткой с упорядоченным расположением атомов. По мере развития процесса старения размеры частиц β-фазы увеличиваются, атетрагональность ее решетки уменьшается. На определенной стадии старения β-фаза теряет когерентность с матрицей, при этомстепень тетрагональности ее решетки приближается к единице, иона преобразуется в стабильную β-фазу составом близким к CuBe.Максимальное дисперсионное упрочнение при старении обеспечивают пластинчатые частицы β-фазы толщиной 5...10 нм. Частицы такого размера могут быть сформированы в результате старения при температурах 320...340 °С в течение 2...5 ч.
Предварительно наклепанная бериллиевая бронза при старении упрочняется ещеэффективнее.Благоприятное сочетание прочностных и упругих свойств, сопротивления усталости и коррозионной стойкости, хорошей свариваемости и обрабатываемости резанием делает бериллиевыебронзы подходящим материалом для пружин, мембран, пружинящих контактов и т. д. Cu — Be сплавы также имеют высокую тепло- и электропроводность. Кроме того, бериллиевую бронзу можно использовать как безыскровой инструмент, который применяютпри взрывоопасных горных работах.
Широкому применению бериллиевых бронз препятствует их высокая стоимость, дефицитность Be, а также его токсичность.Свинцовые бронзы обладают наилучшими антифрикционнымисвойствами по сравнению с другими сплавами на основе меди, поэтому они наиболее широко применяются для изготовления подшипников скольжения. По сравнению с оловянными, бронзамитеплопроводность свинцовых в 4 раза выше, благодаря чему сде98ланные из них подшипники хорошо отводят тепло, возникающеепри трении. Прочность и твердость свинцовых бронз невысока,поэтому их наплавляют на стальные трубы или ленты, формируябиметаллические подшипники.
Легирование свинцовых бронз Ni,Sn, Mn, P и As повышает их прочность и твердость при сохранении высоких антифрикционных свойств.Идеальная структура антифрикционного сплава — это пластичная основа с вкраплением твердых частиц. Твердые кристаллыобеспечивают небольшой износ, а пластичная основа смягчаетудары.Такую структуру имеют сплавы системы Cu — Pb при достаточно высоком содержании свинца. Диаграмма состояния Cu — Pbпредставлена на рис. 6.8. Свинец не полностью растворяется вжидкой меди, и при температуре 953 °С в системе наблюдаетсямонотектическое равновесие. При температуре 327 °С в сплавахпротекает эвтектическая реакция, причем эвтектика по составупрактически совпадает с чистым свинцом (99,95 % Pb), поэтомуструктура сплавов состоит из кристаллов Cu и кристаллов Pb.Свинец, кристаллизуясь в последнюю очередь, как бы обволакива-Рис.
6.8. Диаграмма состояния Cu — Pb99ет ранее выделившиеся кристаллы меди и заполняет междендритные пространства. Мягкая свинцовая матрица образует буферныйслой между шейкой вала и твердыми первичными кристаллами.Шейка вала сильнее истирает соприкасающуюся с ней мягкуюсвинцовую матрицу, чем более твердые первичные кристаллы.Выступающие твердые кристаллы принимают на себя давлениевала и толчки, неизбежные при работе подшипника, и постепенновдавливаются в свинцовую матрицу при ее достаточном количестве. Свинцовая матрица выдавливается и вновь вступает в контакт с шейкой вала, а давление на твердые кристаллы в итоге понижается. Этот процесс повторяется многократно и кольцевой зазор между шейкой вала и подшипником постепенно заполняетсямассой, состоящей из мелкодисперсных частиц и смазки.Вследствие большого интервала кристаллизации, малой вязкости расплава и значительной разности в плотностях Cu и Pb (8,9 и11,3 г/см3 соответственно) свинцовые бронзы чрезвычайно склоннык ликвации по плотности.
Для борьбы с ликвацией применяютбольшие скорости охлаждения или легирование никелем. Ni способствует образованию первичных кристаллов в виде тонкоразветвленных дендритов, которые затрудняют ликвацию по плотности.Как уже говорилось выше, ввиду высокой электропроводностимедь широко используют в электротехнике. Однако невысокаяпрочность чистой меди обусловливает необходимость ее легировать, причем это легирование не должно сильно понижать электропроводность материала. При легировании упрочнение осуществляется либо по твердорастворному механизму, либо за счетдисперсных интерметаллидных частиц.
В большинстве случаеврастворение второго компонента приводит к существенному увеличению электросопротивления твердого раствора, а в результатедисперсионного твердения удается получить сочетание высокойпрочности и электропроводности. Рассмотрим некоторые бронзывысокой электропроводности.Высокой прочностью и электропроводностью отличаетсякадмиевая бронза (Сu — 1 % Cd).
Растворимость Cd в Cu прикомнатной температуре составляет 0,5 %, поэтому упрочнениекадмиевой бронзы носит как твердорастворный, так и дисперсионный характер за счет частиц β (CdCu2). Кадмиевые бронзы,имея высокое сопротивление износу, применяются для изготов100ления троллейбусных проводов, коллекторных шин и т. д. Чутьменьшую электропроводность имеет хромовая (Cu — 1 % Cr) ициркониевая (Cu — 0,15 % Zr) бронза: их электропроводностьсоставляет 75…80 % от электропроводности меди. Циркониеваябронза часто используется в термоупрочненном состоянии, т.
е.после закалки и старения; при старении выделяются частицыCu3Zr-фазы.Медноникелевые сплавыМедь с никелем образуют непрерывный ряд твердых растворов(рис. 6.9). Никель существенно упрочняет медь, уменьшает теплои электропроводность, уменьшает практически до нуля температурный коэффициент электросопротивления, повышает коррозионную стойкость во многих средах.Рис. 6.9. Диаграмма состояния Cu — NiМедно-никелевые сплавы подразделяются на коррозионностойкие и электротехнические.
К коррозионно-стойким относятсяоднофазные сплавы мельхиор, нейзильбер, куниаль и ряд других.Мельхиор — двойной сплав Cu — Ni — хорошо обрабатываются давлением в холодном и горячем состояниях и применяютсядля изготовления медицинского инструмента и разменной монеты.101Нейзильберы принадлежат к тройным системам Cu — Ni — Zn,в которых цинк полностью растворяется и твердом растворе, чтопозволяет классифицировать нейзильберы как никелевые α-латуни. Дополнительное легирование цинком повышает прочностныехарактеристики нейзильберов по сравнению с мельхиорами.
Нейзильберы отличаются красивым серебристым цветом, и из них изготавливают столовые приборы и художественные изделия (в торговле используют название мельхиор).Куниали — сплавы тройной системы Cu — Ni — Al. При высоких температурах алюминий растворяется в меди в больших коли-Рис. 6.10. Схема спинодального распада:а — диаграмма состояния А — В; б — изменение свободной энергии102чествах, но с понижением температуры растворимость резкоуменьшается. Таким образом, куниали эффективно упрочняютсятермической обработкой: закалкой и старением. Температура закалки составляет 900…1000 °С, а старение протекает при 500…600 °С.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
