Алюминиевая бронза

Алюминиевые бронзы — это сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является алюминий (до 12%); сплавы отличаются высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами. Во многих случаях они являются заменителями дефицитных оловянных бронз и других сплавов. В промышленности применяют двух- и многокомпонентные сплавы.

Механические свойства алюминиевых бронз

С увеличением содержания алюминия прочностные свойства бронз повышаются, достигая макси­мальных значений при 10…11% Аl (рис. 1).

Рис. 1. Влияние содержания алюминия на механические свойства отожженных алюминиевых бронз

 

Однофазные α-бронзы (содержащие алюминия до 9,4%) пластичны, хорошо обрабатываются давлением при высоких и низких температурах. Например, бронза БрА7 в отожженном состоянии имеет δ = 50...70%.

Физические свойства алюминиевых бронз

Плотность алюминиевых бронз ниже плотности меди (рис. 2).

 

Рис. 2. Влияние содержания алюминия на плотность алюминиевых бронз в литом состоянии

 

Алюминий оказывает также существенное влияние на теплопроводность бронз. Наличие в составе бронз значительного количества алюминия приводит к резкому снижению плопроводности по сравнению с медью. Так, теплопроводность бронз, содержащих 10% Al, составляет лишь 75 Вт/(м*К) по сравнению с теплопроводностью 390 Вт/(м*К) для меди. Это обстоятельство расширяет области применения алюминиевых бронз (например, в технике низких температур). Изменение теплопроводности двойных алюминиевых бронз в зависимости от содержания алюминия показано на рис. 3.

 

Рис. 3. Влияние содержания алюминия на теплопроводность двойных алюминиевых бронз

 

Легирование алюминиевых бронз никелем, железом и марганцем приводит к дальнейшему сниже­нию их теплопроводности. Так, например, многокомпонентная алюминиевая бронза БрАЖН10-4-4 имеет теплопроводность 58 Вт/(м*К) (табл. 1).

 

Табл. 1. Физические свойства деформируемых алюминиевых бронз

Марка

Температура плавления (ликвидус), °С

Свойства

Плотность γ, кг/м3

Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м

Теплопроводность λ, Вт/(м*К)

Удельная теплоемкость сp, Дж/(кгК)

Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1

БрА5

1075

8200

0,100

83,0

410

17,6

БрА7

1040

7800

0,110

79,7

418

17,8

БрАЖ9-4

1040

7500

0,123

75,0

418

17,0

БрАМц9-2

1036

7600

0,110

71,3

437

17,0

БрАМц10-2

1040

7600

0,100

71,0

418

17,0

БрАЖН 10-4-4

1065

7550

0,189

58,7

418

16,5

БрАЖМц10-З-1,5

1060

7500

0,193

42,0

418

17,1

БрАЖНМц9-4-4-1

1070

7550

0,190

46,0

418

17,0

 

Особый интерес представляет изменение теплопроводности алюминиевых бронз в зависимости от темпе­ратуры. В то время как для меди с повышением температуры происходит незначительное снижение теплопроводности, для алюминиевых бронз, как и для многих других сплавов на медной основе, воз­можно увеличение теплопроводности с повышением температуры.

Электропроводность алюминиевых бронз изменяется аналогично теплопроводности: с увеличением содержания алюминия их электропроводность снижается (рис. 4).

Рис. 4. Влияние содержания алюминия на электропроводность двойных алюминиевых бронз

 

Легирование другими элементами и прежде всего марганцем и никелем может привести к еще более резкому снижению электропроводности.

В промышленности применяют две марки двухкомпонентных алюминиевых бронз БрА5 и БрА7. Эти однофазные сплавы обладают хорошим сочетанием прочностных свойств и пластичности, технологичны при деформации в горячем и холодном состояниях, коррозионностойки. С увеличением содержания алюминия прочность однофазных бронз повышается (см. рис. 1): бронза БрА7 превосходит БрА5 по прочностным свойствам (но уступает ей по пластичности). Эффективным спообом повышения прочностных свойств этих сплавов является упрочнение холодной пластической деформацией (рис. 5).

Рис. 5. Влияние степени холодной пластической деформации на механические свойства прутков из бронзы БрА7

 

Для снятия упрочнения и повышения пластичности бронзы подвергают отжигу. Например, пластичность холоднодеформированной бронзы БрА7 практически полностью восстанавливается после отжига при температуре 600...700°С (рис. 6). Более высокие температуры отжига приводят к росту зерна.

 

Рис. 5. Влияние температуры отжига на механические свойства холоднодеформированных прутков из бронзы БрА7

Легирующие элементы

Для улучшения механических и технологических свойств, коррозионной стойкости алюминиевые бронзы дополнительно легируют железом, марганцем и никелем.

Железо повышает прочностные свойства алюминиевых бронз при комнатной и повышенных температурах при некотором снижении их пластичности.

Бронза БрАЖ9-4 имеет высокие механические и антифрикционные свойства и хорошую коррозионную стойкость. Эту бронзу используют для изготовления различных изделий и фасонных отливок (шестерни, втулки, седла клапанов и др.).

Бронза БрАЖМц10-3-1,5 отличается высокой прочностью, хорошей коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами; хорошо деформируется в горячем состоянии. Бронзу применяют для изготовления втулок, шестерен, дисков и др. в авиационной и космической технике, а также в других отраслях машиностроения.

Марганец. В деформируемые алюминиевые бронзы обычно вводят до 3...4% марганца, что повышает механические и корро­зионные свойства и улучшает технологические характеристики бронз. Так, бронза БрАМц9-2 хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях.

Никель улучшает механические свойства и коррозионную стойкость алюминиевых бронз, повышает температуру их рекристаллизации и жаропрочность; бронзы хорошо обрабатываются давлением и имеют высокие антифрикционные свойства. Алюминиевые бронзы, как правило, одновременно легируют никелем и железом. При этом железо вводится главным образом для измельчения зерна.

Бронза БрАЖН10-4-4 является наиболее высокопрочным сплавом среди многокомпонентных алюминиевых бронз; обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в пресной и морской воде и отличается повышенной жаропрочностью, хорошо обрабатывается давлением преимущественно в горячем состоянии. Важная особенность этой бронзы — способность к упрочнению при термической обработке. Бронза применяется в авиационной промышленности и других отраслях машиностроения для изготовления деталей ответственного назначения, в том числе, работающих при высоких температурах (шестерни, седла и направляющие втулки клапанов, гайки). Кроме того, эта бронза применяется для изготовления литых деталей высокой прочности.

Основные сведения о физических, механических и технологических свойствах деформируемых алюминиевых бронз приведены в табл. 1 - 5.

 

Табл. 2. Ленты и полосы из алюминиевых бронз. Механические свойства

Продукция, ГОСТ

Марка

Изгот.

Сост. пост.

Толшина, мм

Временное сопротивление σb, МПа

Относительное удлинение δ10,%

В пределах или не менее

Ленты из алюминиевой бронзы, ГОСТ 1048-79

БрА7

ХК

Т/О

менее 0,5

590

5

0,5 и более

10

Тв

менее 0,5

590...780

3

0,5 и более

570...770

5

ОТ

менее 0,5

св. 760

-

0,5 и более

св. 720

Полосы и ленты из алюминиево­марганцевой бронзы, ГОСТ 1595-90

БрАМц9-2

ГК

от 0,40 до 22,0 вкл.

440

δ5 ,%≥15

ХК

М

440

δ5 ,%≥18

Тв

590

δ5 ,%≥5

Примечание: твердость продукции не регламентируется.

Условные обозначения:

ХК — холоднокатаные; ГК — горячекатаные; Т/О — термообработанное; М — мягкое; Тв — твердое; ОТ — особотвердое.

 

Табл. 3. Прутки из алюминиевых бронз. Механические свойства

Продукция, ГОСТ

Марка

Изгот.

Диаметр, мм

Временное сопротивление σb, МПа

Относительное удлинение δ10,%

НВ

В пределах или не менее

Прутки бронзовые, ГОСТ 1628-78

БрАМц9-2

Т

от 5 до 12 вкл.

540

12

115

от 13 до 40 вкл.

540

15

115

Пр

от 25 до 45 вкл.

490

20

95

от 48 до 120 вкл.

470

20

90

БрАЖ9-4

Пр

от 16 до 160 вкл.

540

15

110…180

БрАЖМц 10-3-1,5

Пр

от 16 до 160 вкл.

590

12

130...200

БрАЖН10-4-4

Пр

от 20 до 160 вкл.

640

5

170...220

Условные обозначения:

Т — тянутые; Пр — прессованные.

 

Табл. 4. Трубы прессованные из алюминиевых бронз. Механические свойства

Продукция,

Марка

Размеры, мм

Временное сопротивление σb, МПа

Относительное удлинение δ10,%

НВ

Диаметр, мм

Толщина стенки, мм

В пределах или не менее

Трубы бронзовые прессованные, ГОСТ 1208-90

БрАЖМц10-3-1,5

от 42 до 80 вкл.

от 5,0 до 60,0 вкл.

590

12

129...200

БрАЖН10-4-4

от 42 до 280 вкл.

640

5

170...220

 

Таблица 5. Технологические свойства и температура обработки деформируемых алюминиевых бронз

Марка

Жидкотекучесть, мм

Лин. усадка, %

Температура, °С

литья

гор. деформ.

отжига

БрА5

1010

2,49

1150...1190

750...880

600...700

БрА7

800

2,2

1140... 1160

860...880

650...750

БрАЖ 9-4

850

2,49

1060... 1140

750...850

700...750

БрАМц 9-2

480

1,7

1120... 1150

800...850

650...750

БрАЖМц 10-3- 1,5

700

2,4

1120...1150

800...850

600...750

БрАЖН 10-4-4

660...850

1,8

1120...1200

850...900

700...750

Примечание: обрабатываемость резанием — 20% по отношению к обрабатываемости латуни ЛC63-3.