Диаграмма состояния системы Cu-Sn

На рис. 16.4 приведены микроструктуры оловянной брон­зы в литом состоянии и после деформации и отжига. Светлые включения произвольной формы представляют собой эвтектоид (а + Си₃₁Sn₈).

Двойные оловянные бронзы дороги и имеют пониженные литейные свойства. Их обычно дополнительно легируют цин­ком, свинцом, никелем, фосфором. Различают деформируе­мые и литейные оловянные бронзы.

Деформируемые оловянные бронзы содержат 3-7 % Sn, до 5% Zn и РЬ и до 0,4 % Р. Они состоят из однородного твердого раствора и после отжига имеют однофазную структуру. Благодаря хорошей пластичности они легко подвергаются обра­ботке давлением и поставляются в виде прутков, труб и лент. Этот вид бронз используется также для изготовления различ­ных деталей с высокими упругими свойствами. Их прочность σ_в=320-350 МПа при относительном удлинении δ = 30-50 %.

При концентрации олова 9-11 % в структуре увеличивает­ся количество хрупкой составляющей - эвтектоида, содержа­щего соединение Си₃₁Sn₈, что исключает возможность пла­стической деформации. Такие бронзы применяются только в литом состоянии.

Литые оловянные бронзы с цинком и свинцом имеют вы­сокие литейные свойства: малую объемную усадку (менее 1 %) и хорошую жидкотекучесть. Из бронзы изготавливают слож­ные отливки, в частности художественное литье.

Высокая коррозионная стойкость позволяет использовать литейные бронзы в качестве арматуры, работающей в агрес­сивных средах и обладающей высокой электрической прово­димостью и теплопроводностью.

Наличие включений твердого эвтектоида обеспечивает высокую стойкость против истирания, а мягкие частицы об­легчают "приработку" и образуют на поверхности мельчай­шие каналы, по которым может циркулировать смазка. По­этому бронзы, содержащие 9-10% 5п, являются одним из лучших антифрикционных материалов и применяются для изготовления подшипников. Для улучшения антифрикцион­ных свойств в состав бронз также вводят свинец.

Литые оловянные бронзы имеют предел прочности σ_в = = 170-200 МПа при относительном удлинении δ = 5-10 %.

Среди оловянных бронз следует выделить так называемую колокольную бронзу. Она содержит около 20 % Sn с неболь­шими добавками других элементов. Из безоловянных бронз наибольшее применение нашли алюминиевые, кремниевые и бериллиевые бронзы.

Латунь.

Двойные или многокомпонентные сплавы меди, в которых основным легирующим элементом является цинк, называют латунями. По сравнению с медью латуни обладают более вы­сокой прочностью, коррозионной стойкостью, лучшими ли­тейными свойствами, имеют более высокую температуру рек­ристаллизации. Латуни - наиболее дешевые медные сплавы.

В системе Си-Zn образуется шесть твердых растворов, но практическое применение имеют сплавы, содер­жащие до 45 % Zn.

Приведена левая часть диаграммы состояния системы Си-Zn, содержащая область однофазных и двухфазных латуней. Однофазная а-латунь представляет собой твердый раствор цинка в меди с решеткой ГЦК и может содержать до 39 % 2п. Однофазная а-латунь характеризуется высокой пластично­стью. При содержании более 39 % Zn в структуре сплава про­является хрупкая (β-фаза). Существуют две модификации р-фазы: выше 454-486 °С устойчива гомогенная пластичная р-фаза, имеющая неупоря­доченное расположение атомов, ниже этих температур - более твердая и хрупкая Р'-фаза, характеризующаяся упорядочен­ным расположением атомов меди и цинка.

Двухфазные (а + β)-латуни могут содержать до 45 % 2п. Так как β'-фаза, существующая при комнатной температуре, име­ет большую хрупкость и твердость, то двухфазные латуни ме­нее пластичны и более прочны.

Влияние химического состава на свойства латуней пока­зано на рис. 16.1, б. В отличие от равновесного состояния β'-фаза практически появляется уже при концентрации цинка более 30 %. Поэтому в сплавах, содержащих менее 30 % Zn, увеличение его концентрации повышает и прочность, и пластичность. При увеличении содержания цинка выше 30 % пластичность сплавов начинает уменьшаться, а после появ­ления в структуре значительных количеств β'-фазы происхо­дит резкое падение пластичности. Прочность при увеличении содержания цинка до 45 % растет, а потом также резко пада­ет. При дальнейшем увеличении содержания цинка (области β, а + β и т. д.) свойства сохраняют свои низкие значения.

Латуни обычно хорошо обрабатываются давлением. Од­нофазные а-латуни высокопластичны и хорошо деформиру­ются в холодном состоянии. Двухфазные (а + β')-латуни лучше деформируются при нагреве выше температуры (β<->β')-пре-вращения. Обычно их деформируют при температуре не­сколько выше 700 °С.

По технологическим признакам различают деформируе­мые и литейные латуни.

а-Латуни редко легируют дополнительно другими элемен­тами; они представляют собой обычно двойные сплавы меди с цинком. В марках этих латуней Л62, Л68, Л80, Л90 числа по­казывают содержание меди. Цинк дешевле меди. Чем больше цинка в латуни, тем ниже ее стоимость. Из однофазных а-ла-туней холодным деформированием изготовляют ленты, гиль­зы патронов, трубки теплообменников, проволоку.

Латунь, содержащая до 10% Zn, так называемый томпак имеет цвет золота и применяется для изготовления украшений.

(а + β)-Латуни легируют дополнительно алюминием, желе­зом, никелем для увеличения прочности, а также для улучше­ния обрабатываемости на станках. Высокими антикоррози­онными свойствами обладают латуни, легированные оловом (ЛО70-1, Л062-1) и называемые морскими латунями. Наиболь­шей прочностью обладают латуни, дополнительно легирован­ные алюминием, железом, марганцем.

Отрицательным свойством деформированных латуней, содержащих более 20 % 2п, является склонность к растрески­ванию при вылеживании во влажной атмосфере, содержащей следы аммиака. "Сезонное растрескивание" обусловлено кор­розией по границам зерен в местах неравномерной концен­трации примесей. Для снижения этого дефекта после дефор­мации латуни подвергают отжигу при температурах ниже температуры рекристаллизации (обычно около 250 °С). Из деформированных латуней изготовляют трубы, прутки, полосы, проволоку. Литейные латуни отливают в землю, в ко­киль, под давлением, они идут на изготовление арматуры и деталей для судостроения, гаек нажимных болтов для слож­ных условий работы, втулок, вкладышей и подшипников.

Благодаря узкому интервалу между линиями ликвидуса и солидуса, литейные латуни не подвержены ликвации и уса­дочной пористости.

Медноникелевые сплавы

Сплавы меди с никелем отличаются хорошими механиче­скими свойствами, коррозионной стойкостью и технологич­ностью.

Медь образует с никелем непрерывные твердые растворы. Никель существенно упрочняет медь, причем максимальную прочность и твердость имеют сплавы примерно эквиатомного состава. Никель повышает характеристики жаропрочности, модуль упругости и понижает температурный коэффициент электросопротивления меди.

По назначению медноникелевые сплавы делятся на две группы: конструкционные и электротехнические, в том числе используемые для художественных изделий, имитирующих серебро. К первой группе относятся высокопрочные и корро-зионностойкие сплавы типа мельхиор, нейзильбер и куниаль, ко второй - константан, манганин и копель, обладающие вы­соким электрическим сопротивлением и определенными тер­моэлектрическими свойствами.