Фаза
|
β-фаза
|
g-фаза
|
ε-фаза
|
тип
решетки
|
ОЦК
|
кубическая
|
ГПУ
|
e/n
|
3/2
около 1,50
|
21/13
около 1,61
|
7/4
около 1,75
|
основной
представитель
|
CuZn
|
Cu5Zn8
|
CuZn3
|
аналоги
|
Cu-Bo,
Cu-Al, Ag-Cd, Au-Al
|
Cu-Al,
Cu-Si,
Au-In
|
Ag-Zn
Au-Cd
|
3. Сплавы латуней
Латунями называют сплавы
меди с цинком. Кроме двухкомпонентных (простых) латуней, имеются
многокомпонентные, которые содержат один или несколько лигирующих компонентов (Al, Ni, Fe, Mn и т.д.).
практическое значение имеют медно-цинковые сплавы, с содержанием цинка до 45%,
левая часть диаграммы которых представлена на рис. 1 а)
Рис 1. Диаграмма
состояния системы медь – цинк (а) и механические свойства литой латуни в
зависимости от содержания цинка (б)
В твердом
состоянии медноцинковые сплавы образуют:
1) твердый α-раствор
цинка меди (типовой твердый раствор замещения) при содержании до 39% Zn. Такой сплав обладает
высокой пластичностью и достаточно высокой прочностью;
2) твердый β-раствор
на базе соединения электронного типа CuZn при содержании 45-49% Zn;
3) смесь α+β
твердых растворов.
Латуни, имеющие в
структуре однофазный твердый α-раствор, хорошо поддаются обработке
давлением в горячем и холодном состоянии, сварке, пайке и лужению.
Однофазный β-раствор
при температуре примерно 453 ◦С имеет упорядоченное расположение
атомов меди и цинка и обозначается β'. Эта фаза, в отличие от β-фазы,
является твердой и хрупкой. Обработке давлением она подвергается только в
горячем состоянии.
Латуни, имеющие
двухфазную структуру α+β также обладают низкой пластичностью и
обрабатываются давлением только в горячем состоянии.
Все латуни имеют хорошие
антикоррозийные свойства; в атмосферных условиях скорость коррозии составляет
0,0001-0,00075 мм/год.
Марку латуни обозначают
буквой «Л», за которой следует цифра, указывающая среднее содержание (в
процентах) меди в сплаве, например Л62, Л68, Л70 и т.д. Для улучшения
механических и технологических свойств латуней в них вводят легирующие
элементы. Для обозначения легированных или специальных латуней после буквы «Л»
ставят начальную букву легирующего элемента, его процентное содержание
указывают цифрой, например, ЛС59-1 (1% Pb), ЛАН59-3-2 (3% Al и 2% Ni), ЛМцОС58-2-2-2 (Mn, Sn, Pb, по 2%) и т.д. Обозначение легирующих элементов
следующее:
·
А
– алюминий;
·
Ж
– железо;
·
Мц
– марганец;
·
Н
– никель;
·
О
– олово;
·
К
– кремний;
·
С
– свинец.
По технологическому
признаку латуни разделяют на деформируемые и линейные.
3.1.
Деформируемые
латуни
К этим латуням относят
медноцинковые сплавы с содержанием 4-10% Zn (томпаки марок Л96 и Л90); 15-20% Zn (полутомпаки марок Л85
и Л80); 30-50% Zn (латуни марок
Л70, Л68, Л63 и Л60), а так же специальные илимногокомпонентные латуни,
легированные алюминием, кремнием, оловом, никелем, свинцом и т.д. (с
содержанием легирующих элементов примерно 2%), например, алюминиевая латунь
ЛА77-2, алюминийжелезистая латунь ЛАЖ60-1-1 и др.
Деформируемые
латуни обрабатывают прессованием, прокаткой, волочением и штамповкой. Применяют
латуни для изготовления труб, листов, лент, полос, прутков и поковок для
деталей машин, приборов и агрегатов.
3.2.
Литейные
латуни
К ним относят
медноцинковые сплавы с содержанием 14-38% Zn, легированные алюминием, марганцем, кремнием,
железом и свинцом (с содержанием легирующих элементов более 3%) К литейным
латуням относят ЛА67-2,5; ЛКС80-3-3; ЛАЖМц66-6-3-2; ЛМцС58-2-2; ЛМцЖ55-3-1 и
др.
Литейные латуни
используют для изготовления фасонных отливок в виде подшипников, втулок и
других антифрикционных деталей для арматуры и деталей морского судостроения и
т.д.
4. Славы бронзы
Бронзами
называют сплавы меди с оловом, алюминием, марганцем, кремнием, берилием и
другими элементами, которые являются основными легирующими элементами.
Бронзы делят на
две основные группы:
1) Оловянистые, в
которых основным легирующим элементом является олово;
2) Специальные, в
которых основными элементами являются алюминий, марганец, кремний, берилий и
т.д.
Название
специальных бронз дается по основному легирующему элементу: алюминиевые,
марганцовистые, кремнистые и т.п.
Бронзы обозначают
буквами «Бр» и первыми буквами основных легирующих элементов, за которыми
следуют цифры, показывающие их процентное содержание. Например, БрОФ6,5-0,4
означает, что бронза оловянофосфористая с содержанием 6,5% Sn и 0,4% P, остальное медь; БрА7 –
содержит 7% Al, остальное медь
и т.д.
Рис 2. Диаграмма
состояния системы медь – олово (а) и механические свойства литой бронзы в
зависимости от содержания олова (б)
Весьма широкое
применение получили технические оловянистые бронзы с содержание 10-12% Sn и реже до 20-22% Sn. Из диаграммы состояния
медь – олово рис 2 а) (левая часть полной диаграммы) видно, что
меднооловянистые сплавы при 800-700 ◦С образуют:
1) твердый α-раствор
олова в меди (при содержании до 13,5% Sn);
2) сесь двух фаз α+β
(при содержании 13,5-22% Sn).
В отличие от латуней в
бронзе β-фаза существует только при высоких температурах и на
диаграмме имеется горизонтальная линия между α+β-фазой, β-фазой
и α+δ-фазой. Это означает что такие материалы можно подвергать
закалке и старению.
При медленном охлаждении
с 588 ◦С кристаллы β-фазы претерпевают
эквивалентный распад с образованием смеси α-фазы и g-фазы, а при 520 ◦С
кристаллы твердого раствора g-фазы распадаются на смесь фаз α и δ.
В свою очередь при 350 ◦С δ-фаза распадается на
твердый α-раствор и ε-фазу (соединение Cu3Sn). В результате
медленного охлаждения при комнатной температуре микроструктура оловянистой
бронзы состоит из смеси фаз α+ε. При реальных условиях
охлаждения последнее превращение не успевает произойти и бронза состоит из фаз α+δ
(соединение Cu31Sn8)
Оловянистые бронзы по
технологическому признаку разделяют на литейные и деформируемые.
4.1.
Литейные
оловянистые бронзы
К ним относят
бронзы марок БрО10, БрОФ10-1, БрОЦ10-2, Бр ОЦС5-5-5, БрОЦС6-6-3, БрОНС11-4-3 b и др. Эти
бронзы, содержащие свыше 5-6% Sn, относят к двухфазным. Наличие в
макроструктуре, кроме твердого α-раствора, эвтектоида (α+δ)
обуславливает их хрупкость.
4.2.
Деформируемые
оловянистые бронзы
Используются для
получения лент, полос, прутков, проволоки, пружин, трубок, подшипниковых
деталей и т.д., относят бронзы марок БрОФ4-0,25, БрОФ6,5-0,4, БрОЦ4-3,
БрОЦС4-4-2,5 и др. Эти бронзы однофазные (твердый α-раствор); они
обладают удовлетворительной пластичностью.
Механические
свойства бронзы в зависимости от содержания олова представлены на рис 2
б). Увеличение прочности с повышением до 18-20% Sn сопровождается
снижением пластичности.
Кроме того,
различают специальные, или безоловянистые, бронзы, к которым
относяталюминивые, марганцовистые, кремнистые и другие, обладающие в ряде
случаев более высокими механическими и антикоррозийными свойствами, чем
оловянистые, поэтому они нашли широкое приминение в промышленности. В
зависимости от назначения и механических свойств специальные бронзы делятся на
деформируемые и литейные.
4.2.1. Деформируемые
специальные бронзы
К ним относят
однофазные бронзы с содержанием основного легирующего элемента 5-10%. Эти
бронзы хорошо обрабатываются в горячем и в ряде случаев в холодном состоянии.
Они обладают высокой коррозийной стойкостью и предназначены для производства
листов, лент, труб, прутков и профилей, получаемых прессованием и прокаткой.
Бронзу БрА5 широко применяют для изготовления монет. Примерами деформируемых
специальных бронз являются: алюминивые бронзы марок БрА7, БрА5, как говорилось
выше, алюминевожелезомарганцевая БрАЖМц10-3-1,5, алюминевожелезоникелевая
БрАЖН10-4-4, алюминевомарганцевую БрАМц9-2, кремнивомарганцевая
БрКМц3 – 1, марганцевистая БрМц5 и др.
4.2.2. Литейные специальные
бронзы
Эти бронзы
используют для фасонного литья в авиа- и машиностроении при получении шестерен,
втулок, седел капанов, пружин, ободов подшипников для различных массивных
деталей, работающих в агрессивных средах и при больших давлениях,а также для
антифрикционных деталей. К таким бронзам относят алюминевожелезную БрАЖ9-4,
алюминевожелезномарганцевую БрАЖМц10-3-1,5, берилиевую БрБ2, кремнистую
БрКМц3-1, марганцовистую БрМц5 и др.
Литература
1. В.Т. Жадан, П.И.
Полухин, А.Ф. Нестеров, А.Ф. Вишкарев, Б.Г. Гринберг «Материаловедение и
технология материалов», М, Металлургия, 1994 г.
2. Конспект лекций.
3. http://www.examen.ru/db/examine/catdoc_id/ED6993C5167D6C1EC3256A02003ECB57/rootid/BCD8A4FC42508700C3256A39005E8AE6/defacto.html