Медные сплавы

Для деталей машин используют сплавы меди с цинком , оловом, алюми- нием, 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 струк- туру. 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), со- четающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей стойко- стью против коррозии в ряде агрессивных сред и хорошей электропроводно- стью.

Величина коэффициента трения практически одинакова у всех медных сплавов, тогда как механические свойства и износостойкость, а также поведе- ние в условиях коррозии зависят от состава сплавов , a следовательно, от струк- туры. 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 (табл. 35).

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 (табл. 36).

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 (?>= 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 (табл. 37).

Эти бронзы (однофазные и двухфазные) все более широко заменяют латуни и оловянные бронзы.

Однофазные бронзы в группе медных сплавов имеют наибольшую пластичность (? 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 (табл. 38)

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 (? 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| |0,1–0,| | | -|Ленты, сетки в|
|–0,15 |6–7 |25 |- |- | |аппаратостроен|
| | | | | | |ии, бумажной |
| | | | | | | |
| | | | | | |пром..Мембраны|
| | | | | | |, пружины, |
| | | | | | |детали |
| | | | | | |работающие на |
| | | | | | |трение. |
|Бр.ОЦ4–3| | -| | | -| |
| |3,5 | |2,7–3,|- | | |
| | | |3 | | | |
| | литейные | |
| |(двухфазные) по ТУ | |
|Бр.ОЦ10–| | -| | | -|шестерни, |
|2 |9–11 | |2–4 |- | |втулки, |
| | | | | | |подшипники. |
|Бр.ОФ10–| | | | | -|То же, |
|1 |9–11 |0,8–0,|- |- | |пластичность |
| | |12 | | | |выше. |
|Бр.ОНС11| | | | | |То же, при |
|–4–3 |- |- |- |4 |3 |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 |8–10 |2–4 |- |Шестерни, |
|9–4 | | | |втулки, |
| | | | |арматура, |
| | | | |в.т.ч для |
| | | | |морской воды. |
|Бр.АЖН10|9,5–11 |3,5–5,5 |3,5–5,5 |То же, при |
|–4–4 | | | |больших |
| | | | |давлениях и |
| | | | |трении. |

Кремнистые бронзы (по ГОСТ
18175–72)
| марка |химический состав |назначение |
| |Si |Mn |Ni | |
|Бр.КМц |2,75–3,5 |1–1,5 |- |Пружины, |
|3–1 | | | |трубы, втулки |
| | | | |в |
| | | | |судостроении, |
| | | | |авиации, |
| | | | |химической |
| | | | |промышленности|
| | | | |. |
|Бр.КН |0,6–1,1 |0,1–0,4 |2,4–3,4 |Втулки, |
|1–3 | | | |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,|1,6–1,85|0,2–0,4 |0,1–0,25|- | |
|7 | | | | | |
|Бр.БНТ1,|1,85–2,1|0,2–0,4 |0,1–0,25|- | |
|9 | | | | | |
|Бр.БНТ1,|1,85–2,1|0,2–0,4 |0,1–0,25|0,07–0,1| |
|9Mr | | | |3 | |

Латуни
|марка |химический состав |назначение |
| |Cu |Al |Pb |Sn |другие| |
|Простые латуни |
| |Пластичные (однофазные), | |
| |деформируемые в холодном и горячем | |
| |состоянии | |
|Л96 |95,0–9|- |- |- |- |Трубки |
|(томпак)|7,0 | | | | |радиаторные, |
| | | | | | |листы, ленты. |
| | | | | | | |
|Л80 |79,0–8|- |- |- |- |Трубки, лента,|
|(полутом|1,0 | | | | |проволока. |
|пак) | | | | | | |
|Л68 |67,0–7|- |- |- |- |Листы, ленты |
| |0,0 | | | | |для глубокой |
| | | | | | |вытяжки. |
| |Меньшей пластичности (двухфазные), | |
| |деформируемые в горячем состоянии и | |
| |литейные. | |
|ЛС59–1 |57,0–6|- |0,8–1,|- |- |Листы, трубы, |
| |0,0 | |9 | | |литье; хорошая|
| | | | | | |обрабатываемос|
| | | | | | |ть резанием. |
|Сложные латуни |
| |Обрабатываемые давлением (однофазные)| |
|ЛА 77–2 |76,0–7|1,7–2,|- |- |- |Трубы в |
| |9,0 |5 | | | |морском и |
| | | | | | |общем |
| | | | | | |машиностроении|
|ЛО70–1 |69,9–7|- |- |1–1,5 |- |Трубы |
| |1,0 | | | | |подгревателей |
| |Литейные (двухфазные) по ГОСТ | |
| |17711–72 | |
|ЛА |66–68 |2–3 |