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).
1. 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 (д>= 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 (д 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 бронзыПрименение 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 (у 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