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.