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/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 структуру. 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), 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).



	Медно-цинковые сплавы. Латуни

	

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



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



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



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 подгревателей



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