Алюминиевая бронза

Алюминиевые бронзы — это сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является алюминий (до 12%); сплавы отличаются высокими механическими свойствами, коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами. Во многих случаях они являются заменителями дефицитных оловянных бронз и других сплавов. В промышленности применяют двух- и многокомпонентные сплавы.

Механические свойства алюминиевых бронз

С увеличением содержания алюминия прочностные свойства бронз повышаются, достигая макси­мальных значений при 10…11% Аl (рис. 1).

Рис. 1. Влияние содержания алюминия на механические свойства отожженных алюминиевых бронз

Однофазные α-бронзы (содержащие алюминия до 9,4%) пластичны, хорошо обрабатываются давлением при высоких и низких температурах. Например, бронза БрА7 в отожженном состоянии имеет δ = 50…70%.

Физические свойства алюминиевых бронз

Плотность алюминиевых бронз ниже плотности меди (рис. 2).

Рис. 2. Влияние содержания алюминия на плотность алюминиевых бронз в литом состоянии

Алюминий оказывает также существенное влияние на теплопроводность бронз. Наличие в составе бронз значительного количества алюминия приводит к резкому снижению плопроводности по сравнению с медью. Так, теплопроводность бронз, содержащих 10% Al, составляет лишь 75 Вт/(м*К) по сравнению с теплопроводностью 390 Вт/(м*К) для меди. Это обстоятельство расширяет области применения алюминиевых бронз (например, в технике низких температур). Изменение теплопроводности двойных алюминиевых бронз в зависимости от содержания алюминия показано на рис. 3.

Рис. 3. Влияние содержания алюминия на теплопроводность двойных алюминиевых бронз

Легирование алюминиевых бронз никелем, железом и марганцем приводит к дальнейшему сниже­нию их теплопроводности. Так, например, многокомпонентная алюминиевая бронза БрАЖН10-4-4 имеет теплопроводность 58 Вт/(м*К) (табл. 1).

Особый интерес представляет изменение теплопроводности алюминиевых бронз в зависимости от темпе­ратуры. В то время как для меди с повышением температуры происходит незначительное снижение теплопроводности, для алюминиевых бронз, как и для многих других сплавов на медной основе, воз­можно увеличение теплопроводности с повышением температуры.

Электропроводность алюминиевых бронз изменяется аналогично теплопроводности: с увеличением содержания алюминия их электропроводность снижается (рис. 4).

Рис. 4. Влияние содержания алюминия на электропроводность двойных алюминиевых бронз

Легирование другими элементами и прежде всего марганцем и никелем может привести к еще более резкому снижению электропроводности.

В промышленности применяют две марки двухкомпонентных алюминиевых бронз БрА5 и БрА7. Эти однофазные сплавы обладают хорошим сочетанием прочностных свойств и пластичности, технологичны при деформации в горячем и холодном состояниях, коррозионностойки. С увеличением содержания алюминия прочность однофазных бронз повышается (см. рис. 1): бронза БрА7 превосходит БрА5 по прочностным свойствам (но уступает ей по пластичности). Эффективным спообом повышения прочностных свойств этих сплавов является упрочнение холодной пластической деформацией (рис. 5).

Рис. 5. Влияние степени холодной пластической деформации на механические свойства прутков из бронзы БрА7

Для снятия упрочнения и повышения пластичности бронзы подвергают отжигу. Например, пластичность холоднодеформированной бронзы БрА7 практически полностью восстанавливается после отжига при температуре 600…700°С (рис. 6). Более высокие температуры отжига приводят к росту зерна.

Рис. 6. Влияние температуры отжига на механические свойства холоднодеформированных прутков из бронзы БрА7

Легирующие элементы

Для улучшения механических и технологических свойств, коррозионной стойкости алюминиевые бронзы дополнительно легируют железом, марганцем и никелем.

Железо повышает прочностные свойства алюминиевых бронз при комнатной и повышенных температурах при некотором снижении их пластичности.

Бронза БрАЖ9-4 имеет высокие механические и антифрикционные свойства и хорошую коррозионную стойкость. Эту бронзу используют для изготовления различных изделий и фасонных отливок (шестерни, втулки, седла клапанов и др.).

Бронза БрАЖМц10-3-1,5 отличается высокой прочностью, хорошей коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами; хорошо деформируется в горячем состоянии. Бронзу применяют для изготовления втулок, шестерен, дисков и др. в авиационной и космической технике, а также в других отраслях машиностроения.

Марганец. В деформируемые алюминиевые бронзы обычно вводят до 3…4% марганца, что повышает механические и корро­зионные свойства и улучшает технологические характеристики бронз. Так, бронза БрАМц9-2 хорошо деформируется в горячем и холодном состояниях.

Никель улучшает механические свойства и коррозионную стойкость алюминиевых бронз, повышает температуру их рекристаллизации и жаропрочность; бронзы хорошо обрабатываются давлением и имеют высокие антифрикционные свойства. Алюминиевые бронзы, как правило, одновременно легируют никелем и железом. При этом железо вводится главным образом для измельчения зерна.

Бронза БрАЖН10-4-4 является наиболее высокопрочным сплавом среди многокомпонентных алюминиевых бронз; обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в пресной и морской воде и отличается повышенной жаропрочностью, хорошо обрабатывается давлением преимущественно в горячем состоянии. Важная особенность этой бронзы — способность к упрочнению при термической обработке. Бронза применяется в авиационной промышленности и других отраслях машиностроения для изготовления деталей ответственного назначения, в том числе, работающих при высоких температурах (шестерни, седла и направляющие втулки клапанов, гайки). Кроме того, эта бронза применяется для изготовления литых деталей высокой прочности.

Основные сведения о физических, механических и технологических свойствах деформируемых алюминиевых бронз приведены в табл. 1 - 5.