Медные сплавы
Медные сплавы
Для деталей машин используют сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей прочности: 30-40 кгс/мм^2 у сплавов и 25-29 кгс/мм2 у технически чистой меди (табл. 35-39) .
Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых алюминиевых бронз) не принимают термической обработки, и их механические свойства и износостойкость определяются химическим составом и его влиянием на структуру. Модуль упругости медных сплавов (900-12000 кгс/мм2 ниже, чем у стали) .
Основное преимущество медных сплавов - низкий коэффициент трения (что делает особенно рациональным применением их в парах скольжения) , сочетающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей стойкостью против коррозии в ряде агрессивных сред и хорошей электропроводностью.
Величина коэффициента трения практически одинакова у всех медных сплавов, тогда как механические свойства и износостойкость, а также поведение в условиях коррозии зависят от состава сплавов, a следовательно, от структуры. Прочность выше у двухфазных сплавов, а пластичность у однофазных.
Марки медных сплавов
Марки обозначаются следующим образом.
Первые буквы в марке означают: Л - латунь и Бр. - бронза.
Буквы, следующие за буквой Л в латуни или Бр. В бронзе, означают: А - алюминий, Б - бериллий, Ж - железо, К - кремний, Мц - марганец, Н - никель, О - олово, С свинец, Ц - цинк, Ф. - фосфор.
Цифры, помещенные после буквы, указывают среднее процентное содержание элементов. Порядок расположения цифр, принятый для латуней, отличается от порядка, принятого для бронз.
В марках латуни первые две цифры (после буквы) указывают содержание основного компонента - меди. Остальные цифры, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов.
Эти цифры расположены в том же порядке, как и буквы, указывающие присутствие в сплаве того или иного элемента. Таким образом содержание цинка в наименовании марки латуни не указывается и определяется по разности. Например, Л86 означает латунь с 68% Cu (в среднем) и не имеющую других легирующих элементов, кроме цинка; его содержание составляет (по разности) 32%. ЛАЖ 60-1-1 означает латунь с 60% Cu, легированную алюминием (А) в количестве 1%, с железом (Ж) в количестве 3% и марганцем (Мц) в количестве 1%. Содержание цинка (в среднем) определяется вычетом из 100% суммы процентов содержания меди, алюминия, железа и марганца.
В марках бронзы (как и в сталях) содержание основного компонента меди - не указывается, а определяется по разности. Цифры после букв, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов; цифры расположенные в том же порядке, как и буквы, указывающие на легирование бронзы тем или иным компонентом.
Например, Бр. ОЦ10-2 означает бронзу с содержанием олова (О) ~ 4% и цинка (Ц) ~ 3%. Содержание меди определяется по разности (из 100%) . Бр. АЖНЮ-4-4 означает бронзу с 10% Al, 4% Fe и 4% Ni (и 82% Cu) . Бр. КМц3-1 означает бронзу с 3% Si, и 1% Mn (и 96% Cu) .
1. Медно-цинковые сплавы. Латуни (табл. 35) .
По химическому составу различают латуни простые и сложные, а по структуре - однофазные и двухфазные.
Простые латуни легируются одним компонентом: цинком.
Однофазные простые латуни имеют высокую пластичность; она наибольшая у латуней с 30-32% цинка (латуни Л70, Л67) . Латуни с более низким содержанием цинка (томпаки и полутомпаки) уступают латуням Л68 и Л70 в пластичности, но превосходят их в электро- и теплопроводности. Они поставляются в прокате и поковках.
Двухфазные простые латуни имеют хорошие ковкость (но главным образом при нагреве) и повышенные литейные свойства и используются не только в виде проката, но и в отливках. Пластичность их ниже чем у однофазных латуней, а прочность и износостойкость выше за счет влияния более твердых частиц второй фазы.
Прочность простых латуней 30-35 кгс/мм^2 при однофазной структуре и 40-45 кгс/мм^2 при двухфазной. Прочность однофазной латуни может быть значительно повышена холодной пластической деформацией. Эти латуни имеют достаточную стойкость в атмосфере воды и пара (при условии снятия напряжений, создаваемых холодной деформацией) .
2. Оловянные бронзы (табл. 36) .
Однофазные и двухфазные бронзы превосходят латуни в прочности и сопротивлении коррозии (особенно в морской воде) .
Однофазные бронзы в катаном состоянии, особенно после значительной холодной пластической деформации, имеют повышенные прочностные и упругие свойства (δ>= 40 кгс/мм^2) .
Для двухфазных бронз характерна более высокая износостойкость.
Важное преимущество двухфазных оловянистых бронз - высокие литейные свойства; они получают при литье наиболее низкий коэффициент усадки по сравнению с другими металлами, в том числе чугунами. Оловянные бронзы применяют для литых деталей сложной формы. Однако для арматуры котлов и подобных деталей они используются лишь в случае небольших давлений пара.
Недостаток отливок из оловянных бронз - их значительная микропористость.
Поэтому для работы при повышенных давлениях пара они все больше заменяются алюминиевыми бронзами.
Из-за высокой стоимости олова чаще используют бронзы, в которых часть олова заменена цинком (или свинцом) .
3. Алюминиевые бронзы (табл. 37) .
Эти бронзы (однофазные и двухфазные) все более широко заменяют латуни и оловянные бронзы.
Однофазные бронзы в группе медных сплавов имеют наибольшую пластичность (δ до 60%) . Их используют для листов (в том числе небольшой толщины) и штамповки со значительной деформацией. После сильной холодной пластической деформации достигаются повышенные прочность и упругость.
Двухфазные бронзы подвергают горячей деформации или применяют в виде отливок. У алюминиевых бронз литейные свойства (жидкотекучесть) ниже, чем у оловянных; коэффициент усадки больше, но они не образуют пористости, что обеспечивает получение более плотных отливок. Литейные свойства улучшаются введением в указанные бронзы небольших количеств фосфора. Бронзы в отливках используют, в частности, для котельной арматуры сравнительно простой формы, но работающей при повышенных напряжениях.
Кроме того, алюминиевые двухфазные бронзы, имеют более высокие прочностные свойства, чем латуни и оловянные бронзы. У сложных алюминиевых бронз, содержащих никель и железо, прочность составляет 55-60 кгс/мм^2.
Все алюминиевые бронзы, как и оловянные, хорошо устойчивы против коррозии в морской воде и во влажной тропической атмосфере.
Алюминиевые бронзы используют в судостроении, авиации, и т.д. В виде лент, листов, проволоки их применяют для упругих элементов, в частности для токоведущих пружин.
4. Кремнистые бронзы (табл. 38) Применение кремнистых бронз ограниченное. Используются однофазные бронзы как более пластичные. Они превосходят алюминиевые бронзы и латуни в прочности и стойкости в щелочных (в том числе сточных) средах.
Эти бронзы применяют для арматуры и труб, работающих в указанных средах.
Кремнистые бронзы, дополнительно легированные марганцем, в результате сильной холодной деформации приобретают повышенные прочность и упругость и в виде ленты или проволоки используются для различных упругих злементов.
5. Бериллиевые бронзы.
Бериллиевые бронзы сочетают очень высокую прочность (σ до 120 кгс/мм ^2) и коррозионную стойкость с повышенной электропроводностью.
Однако эти бронзы из-за высокой стоимости бериллия используют лишь для особо ответственных в изделиях небольшого сечения в виде лент, проволоки для пружин, мембран, сильфонов и контактах в электрических машинах, аппаратах и приборах.
Указанные свойства бериллиевые бронзы после закалки и старения, т.к. растворимость бериллия в меди уменьшается с понижением температуры.
Выделение при старении частиц химического соединения CuBe повышает прочность и уменьшает концентрацию бериллия в растворе меди.
Медные сплавы. Оловянные бронзы.
марка
химический состав
назначение
Sn
P
Zn
Ni
Pb
обрабатываемые давлением (однофазные) по ГОСТ 5017–49
Бр. ОФ6,5–0,15
6–7
0,1–0,25
―
―
―
Ленты, сетки в аппаратостроении, бумажной пром.. Мембраны, пружины, детали работающие на трение.
Бр. ОЦ4–3
3,5
―
2,7–3,3
―
―
литейные (двухфазные) по ТУ
Бр. ОЦ10–2
9–11
―
2–4
―
―
шестерни, втулки, подшипники.
Бр. ОФ10–1
9–11
0,8–0,12
―
―
―
То же, пластичность выше.
Бр. ОНС11–4–3
―
―
―
4
3
То же, при нагреве. Втулки клапанов.
Алюминиевые бронзы (по ГОСТ 18175–72)
марка
химический состав
назначение
Al
Fe
Ni
высокой пластичности (однофазные)
Бр. А5
4–6
―
―
Ленты, полосы, для пружин.
высокой прочности (двухфазные)
Бр. АЖ 9–4
8–10
2–4
―
Шестерни, втулки, арматура, в. т. ч для морской воды.
Бр. АЖН10–4–4
9,5–11
3,5–5,5
3,5–5,5
То же, при больших давлениях и трении.
Кремнистые бронзы (по ГОСТ 18175–72)
марка
химический состав
назначение
Si
Mn
Ni
Бр. КМц 3–1
2,75–3,5
1–1,5
―
Пружины, трубы, втулки в судостроении, авиации, химической промышленности.
Бр. КН 1–3
0,6–1,1
0,1–0,4
2,4–3,4
Втулки, клапаны, болты, и др. детали для работы в морской и сточных водах.
Бериллиевые бронзы (по ГОСТ 18175–72)
марка
химический состав
назначение
Be
Ni
Ti
Mg
Бр. Б2
1,8–2,1
0,2–0,5
―
― Высокопрочные и токоведущие пружины, мембраны, сильфоны.
Бр. БНТ1,7
1,6–1,85
0,2–0,4
0,1–0,25
―
Бр. БНТ1,9
1,85–2,1
0,2–0,4
0,1–0,25
―
Бр. БНТ1,9Mr
1,85–2,1
0,2–0,4
0,1–0,25
0,07–0,13
Латуни
марка
химический состав
назначение
Cu
Al
Pb
Sn
другие
Простые латуни
Пластичные (однофазные) , деформируемые в холодном и горячем состоянии
Л96 (томпак)
95,0–97,0
―
―
―
―
Трубки радиаторные, листы, ленты.
Л80 (полутомпак)
79,0–81,0
―
―
―
―
Трубки, лента, проволока.
Л68
67,0–70,0
―
―
―
―
Листы, ленты для глубокой вытяжки.
Меньшей пластичности (двухфазные) , деформируемые в горячем состоянии и литейные.
ЛС59–1
57,0–60,0
―
0,8–1,9
―
―
Листы, трубы, литье; хорошая обрабатываемость резанием.
Сложные латуни
Обрабатываемые давлением (однофазные)
ЛА 77–2
76,0–79,0
1,7–2,5
―
―
―
Трубы в морском и общем машиностроении
ЛО70–1
69,9–71,0
―
―
1–1,5
―
Трубы подогревателей
Литейные (двухфазные) по ГОСТ 17711–72
ЛА 67–2,5
66–68
2–3
<=1,0
―
―
Отливки в морском и общем машиностроении
Сложные латуни повышенной прочности и стойкости против коррозии
ЛАН 59–3–2
57,0–60,0
2,5–3,5
―
―
2–3 Ni
Трубы, тяжело нагруженные детали в моторо- и судостроении
ЛАЖ 60–1–1
58,0–61,0
0,75–1,5
<=0,4
―
0,8–1,5 Fe
Литейные (двухфазные) по ГОСТ 17711–72
ЛМцЖ 55–3–1
53–58
―
<=0,5
1,3–4,5
0,5–1,5 Fe 4–3 Mn
Массивное литье в судосроении.
ЛмцОС 58–2–2–2
57–60
―
0,5–2,5
1,5–2,5
1,5–2,5 Mn
Шестерни, зубчатые колеса
|
