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).
![](/bronze/albronze1.jpg)
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).
![](/bronze/albronze2.jpg)
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.
![](/bronze/albronze3.jpg)
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).
Табл. 1. Физические свойства
деформируемых алюминиевых бронз
|
Марка
|
Температура плавления (ликвидус), °С
|
Свойства
|
Плотность γ, кг/м3
|
Удельное электросопротивление
ρ*106, Ом*м
|
Теплопроводность λ, Вт/(м*К)
|
Удельная теплоемкость сp, Дж/(кгК)
|
Температурный коэффициент линейного
расширения α*106, К-1
|
БрА5
|
1075
|
8200
|
0,100
|
83,0
|
410
|
17,6
|
БрА7
|
1040
|
7800
|
0,110
|
79,7
|
418
|
17,8
|
БрАЖ9-4
|
1040
|
7500
|
0,123
|
75,0
|
418
|
17,0
|
БрАМц9-2
|
1036
|
7600
|
0,110
|
71,3
|
437
|
17,0
|
БрАМц10-2
|
1040
|
7600
|
0,100
|
71,0
|
418
|
17,0
|
БрАЖН 10-4-4
|
1065
|
7550
|
0,189
|
58,7
|
418
|
16,5
|
БрАЖМц10-З-1,5
|
1060
|
7500
|
0,193
|
42,0
|
418
|
17,1
|
БрАЖНМц9-4-4-1
|
1070
|
7550
|
0,190
|
46,0
|
418
|
17,0
|
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).
![](/bronze/albronze4.jpg)
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).
![](/bronze/albronze5.jpg)
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.
![](/bronze/albronze6.jpg)
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.
Табл. 2. Ленты и полосы из алюминиевых
бронз. Механические свойства
|
Продукция, ГОСТ
|
Марка
|
Изгот.
|
Сост. пост.
|
Толшина, мм
|
Временное сопротивление σb, МПа
|
Относительное удлинение δ10,%
|
В пределах или не менее
|
Ленты из
алюминиевой бронзы, ГОСТ 1048-79
|
БрА7
|
ХК
|
Т/О
|
менее 0,5
|
590
|
5
|
0,5 и более
|
10
|
Тв
|
менее 0,5
|
590…780
|
3
|
0,5 и более
|
570…770
|
5
|
ОТ
|
менее 0,5
|
св. 760
|
-
|
0,5 и более
|
св. 720
|
—
|
Полосы и ленты
из алюминиевомарганцевой бронзы, ГОСТ
1595-90
|
БрАМц9-2
|
ГК
|
—
|
от 0,40 до 22,0 вкл.
|
440
|
δ5 ,%≥15
|
ХК
|
М
|
440
|
δ5 ,%≥18
|
Тв
|
590
|
δ5 ,%≥5
|
Примечание:
твердость продукции не регламентируется.
|
Условные
обозначения:
|
ХК —
холоднокатаные; ГК — горячекатаные; Т/О — термообработанное;
М — мягкое; Тв — твердое; ОТ — особотвердое.
|
Табл. 3. Прутки из алюминиевых бронз.
Механические свойства
|
Продукция, ГОСТ
|
Марка
|
Изгот.
|
Диаметр, мм
|
Временное сопротивление σb, МПа
|
Относительное удлинение δ10,%
|
НВ
|
В пределах или не менее
|
Прутки
бронзовые, ГОСТ 1628-78
|
БрАМц9-2
|
Т
|
от 5 до 12 вкл.
|
540
|
12
|
115
|
от 13 до 40 вкл.
|
540
|
15
|
115
|
Пр
|
от 25 до 45 вкл.
|
490
|
20
|
95
|
от 48 до 120 вкл.
|
470
|
20
|
90
|
БрАЖ9-4
|
Пр
|
от 16 до 160 вкл.
|
540
|
15
|
110…180
|
БрАЖМц 10-3-1,5
|
Пр
|
от 16 до 160 вкл.
|
590
|
12
|
130…200
|
БрАЖН10-4-4
|
Пр
|
от 20 до 160 вкл.
|
640
|
5
|
170…220
|
Условные
обозначения:
|
Т — тянутые; Пр — прессованные.
|
Табл. 4. Трубы прессованные из
алюминиевых бронз. Механические свойства
|
Продукция,
|
Марка
|
Размеры, мм
|
Временное сопротивление σb, МПа
|
Относительное удлинение δ10,%
|
НВ
|
Диаметр, мм
|
Толщина стенки, мм
|
В пределах или не менее
|
Трубы
бронзовые прессованные, ГОСТ 1208-90
|
БрАЖМц10-3-1,5
|
от 42 до 80 вкл.
|
от 5,0 до 60,0 вкл.
|
590
|
12
|
129…200
|
БрАЖН10-4-4
|
от 42 до 280 вкл.
|
640
|
5
|
170…220
|
Таблица 5. Технологические свойства и
температура обработки деформируемых алюминиевых бронз
|
Марка
|
Жидкотекучесть, мм
|
Лин. усадка, %
|
Температура, °С
|
литья
|
гор. деформ.
|
отжига
|
БрА5
|
1010
|
2,49
|
1150…1190
|
750…880
|
600…700
|
БрА7
|
800
|
2,2
|
1140… 1160
|
860…880
|
650…750
|
БрАЖ 9-4
|
850
|
2,49
|
1060… 1140
|
750…850
|
700…750
|
БрАМц 9-2
|
480
|
1,7
|
1120… 1150
|
800…850
|
650…750
|
БрАЖМц 10-3- 1,5
|
700
|
2,4
|
1120…1150
|
800…850
|
600…750
|
БрАЖН 10-4-4
|
660…850
|
1,8
|
1120…1200
|
850…900
|
700…750
|
Примечание:
обрабатываемость резанием — 20% по отношению к обрабатываемости
латуни ЛC63-3.
|
|