Медные сплавы
Для деталей машин используют сплавы меди с цинком , оловом, алюми-
нием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей прочности: 30-40
кгс/мм^2 у сплавов и 25-29 кгс/мм^2 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 струк-
туру. Модуль упругости медных сплавов (900-12000 кгс/мм^2 ниже , чем у
стали).
Основное преимущество медных сплавов - низкий коэффициент трения
(что делает особенно рациональным применением их в парах скольжения), со-
четающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей стойко-
стью против коррозии в ряде агрессивных сред и хорошей электропроводно-
стью.
Величина коэффициента трения практически одинакова у всех медных
сплавов, тогда как механические свойства и износостойкость, а также поведе-
ние в условиях коррозии зависят от состава сплавов , a следовательно, от струк-
туры. 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.
)