Бронзы

Сплавы меди с оловом, ещё в древности получившие название «бронз»,теперь называют оловянными бронзами, чтобы отличить их от новых сплавов меди с другими металлами (кроме цинка). Ввиду дороговизны и дефицитности олова ведутся исследования по замене и снижению его содержания в медных сплавах. Однако благодаря удачному сочетанию свойства оловянные бронзы по-прежнему используются в технике, хотя производство изделий из этих бронз почти не растёт. Диаграмма состояния системы медь – олово показана на рис.2.2.

Из – за большого интервала кристаллизации и значительного изменения состава образующих кристаллов α - твёрдого раствора последние приобретают вид дендритов с сильно выраженной ликвидацией. Область α -твёрдого раствора на основе меди, распространяющаяся до 15-16% олова при 773-1073° К (500-800° С), резко сокращается при понижении температуры. Однако это действительно лишь для равновесных условий. Практически же из-за незавершённости диффузионных процессов кристаллизация сплавов проходит неравновестно, так что включения промежуточных фаз появляются в структуре после кристаллизации при 6-7% олова. Эта граничная концентрация сохраняется неизменной и при дальнейшем понижении температуры до комнатной. Неравновесное состояние в этой части диаграммы показано штриховыми линиями.

В сплавах, содержащих более 12-14% олова, при 1071° К (798° С) проходит перитектическая реакция с образованием β-фазы (твердого раствора на основе электронного соединения состава Cu3 Sn), которое затем при 588°С испытывает электродный распад (β→L + γ). В свою очередь γ -фаза также распадается при 793° К (520°С) по эфтектоидной реакции γ-L+δ. Фаза δ также должна при 623° К (350°С) распадаться по эфтектоидной реакции (δ→α+ε), однако при обычно реализуемых условиях осаждения (20-500 град/мин) эта реакция не проходит. Поэтому в литом состоянии сплавы меди с 8-22% олова оказываются двухфазными, состоящими из ()-твёрдого раствора и

δ -фазы (электронное соединение состава Cu31Sn8). Появление δ - фазы вызывает резкое снижение пластичности (рис.2.2.б), поэтому, несмотря на увеличение прочности при возрастании концентрации олова до 25%, практическое значение имеют бронзы, содержащие до 14% олова.

По технологическим свойствам оловянные бронзы подразделяют на обрабатываемые давлением (до 6% олова) и литейные (свыше 6% олова).

В целях снижения стоимости литейных оловянных бронз в ряде случаев в них вводят добавки цинка (2 – 15%), а для лучшей обрабатываемости добавляют свинец (3 – 5%). Деформируемые оловянные бронзы наряду с хорошей электропроводностью и коррозионной стойкостью обладают высокими упругими свойствами, в связи с чем их используют для изготовления токопроводящих пружинящих деталей. Ещё более широкое применение для изготовления таких деталей находят сплавы меди с алюминием, кремнием, бериллием (так называемые безоловянистые или специальные бронзы). Эти бронзы обладают лучшими механическими свойствами по сравнению с оловянными, а кроме того, некоторые из них и специальными свойствами: химической стойкостью, жидко текучестью и т.п.

Алюминевые бронзы отличаются хорошим механическим свойствами и высокой коррозионной стойкостью. Общим недостатком таких сплавом является плохая паяемости из-за трудности смягчивания припоями повестности сплава, содержащего в пленке окись алюминия.

Среди кремневых бронз находят применение как простые (с содержанием кремния 2-3%), так и сложные, например, Бр.КЦ 4-4 (легированные цинком) или Бр.КМП 3-1(легированные марганцем). Кремневые бронзы используют вместо дорогих оловянных и бериллевых бронз при изготовлении пружин, мембран и других подобных деталей, от которых требуется упругость.

Бериллиевые бронзы отличаются чрезвычайно высокими пределами упругости и прочности, твёрдостью и коррозионной стойкостью в сочетании с повышенным сопротивлением механическим нагрузкам и износу. Двойные бериллиевые бронзы содержат в среднем 2% бериллия (Бр.Б2). По диаграмме состояния системы медь-бериллий они имеют структуру, состоящую из ()-твёрдого раствора бериллия в меди и γ -фазы (электронного соединения CuBe). Предельная концентрация бериллия в α -твёрдом растворе значительно уменьшается с понижением температуры (от 2,75% при 870° С до 0,2% при 300° С). Это даёт возможность подвергать бериллиевые бронзы упрочняющей термической обработке: закалке и искусственному старению. Бериллиевые бронзы используют для изготовления пружинящих деталей особо ответственного назначения. Отличительной особенностью бериллиевой бронзы является отсутствие искрения при ударах. Однако бериллий очень токсичен, поэтому изготовление материалов и деталей с его участием требует специальных мер безопасности.

Порядок выполнения работы.

1.Ознакомиться с диаграммами состояния систем медь-олово, медь-цинк.

2.Рассмотреть с помощью микроскопа структуру предложенных образцов:

а) схематически изобразить микроструктуры, просмотренные в микроскопе;

б) перечислить обнаруженные структурные составляющие, описать форму их выделения (зернистая, игольчатая, по границам зерен и т.п.).

3. Сопоставить рассмотренные микроструктуры с ожидаемыми по диаграмме состояния. Дать объяснение случаям несоответствия между ними.

Содержание отчёта по работе.

Отчёт должен содержать:

а) диаграммы состояния Cu-Sn и Cu-Zn.

б) схемы микроструктур образцов бронз и латуней с указанием структурных составляющих