Как известно, Бронзы — это сплавы меди с оловом и некоторыми другими элементами, главным образом металлами (исключением является вольфрамовая бронза, которая совсем не содержит медь, но всё-таки химиками считается бронзой). Различают следующие бронзы: оловянные, алюминиевые, свинцовые, кремниевые, марганцевые, бериллиевые, кадмиевые и др. Именно добавление в небольших пропорциях других металлов предопределяет различные свойства разных марок бронз (жаропрочность, коррозионную стойкость, пружинные и антифрикционные свойства и т.п.)
Начнем с алюминия. Алюминий в бронзах улучшает механические, антикоррозионные и антифрикционные свойства, придает высокую жидкотекучесть, концентрированную усадку и хорошую герметичность, повышает пластичность, упругость и прочность готового сплава, делает его более стойким к коррозии и разрушению. При содержании алюминия до 7% бронза плохо обрабатывается резанием. Основные марки алюминиевых бронз - БрАЖ9-4, БрАМц9-2, БрАЖМц10-3-1,5, БрАЖН10-4-4, БрА5, БрА7.
Марка БрАЖ9-4 наиболее часто используется в современной промышленности, как наиболее универсальный сплав. В ней кроме 9% алюминия добавлено 4 % железа.
Железо оказывает модифицирующее действие на структуру алюминиевых бронз, немного повышает их прочность, твердость и антифрикционные свойства, уменьшает склонность к охрупчиванию двухфазных бронз, понижает коррозионную стойкость и горячеломкость, ухудшает обработку резанием. Железо не влияет существенно на механические свойства, но измельчает структуру сплава в отливках. Железо отвечает за снижение зернистости, исключение незапланированного отжига (самопроизвольного) сплава и поздней рекристаллизации, что делает материал менее хрупким. Кроме БрАЖ9-4 существуют модификации БрАЖМц10-3-1,5 (с марганцем), БрАЖН10-4-4 (с никелем) и недавняя разработка БрАЖНМц 9-4-4-1 (с никелем и марганцем).
Марганец и никель повышают прочность и твердость сплавов, марганец повышает предел упругости бронз, уменьшает литейную усадку, повышает пластичность, делает сплав более коррозионностойким, улучшает способность к холодной обработке давлением. Двойные сплавы меди с алюминием не обрабатываются давлением в холодном состоянии, если содержание алюминия превышает 7 %. Тройная бронза БрАМн9-2 хорошо обрабатывается давлением как в горячем, так и в холодном состоянии.
Марганец также отвечает за понижение уровня деформации изделий при экстремально низких температурах, повышает сопротивляемость механическим повреждениям/воздействиям при нагреве. Марки сплавов с марганцем очень популярны в химической промышленности, так как материал не вступает в реакцию с активными средами. Марки с марганцем - это БрАМц9-2, БрАЖМц10-3-1,5 и БрАЖНМц 9-4-4-1. Марку БрАМц9-2 иногда называют судостроительной или адмиралтейской бронзой, так как она не корродирует в морской воде.
Никель улучшает технологические и механические свойства алюминиево - железных бронз, в том числе и при повышенных температурах, повышает стойкость сплава к резким температурным колебаниям, механическим повреждениям и разрушению коррозией. В оловянистых бронзах никель повышает прочностные свойства, улучшает пластичность и деформируемость бронз, повышает их коррозионную стойкость, плотность, уменьшает ликвацию. Никель в бронзах увеличивает коррозионную стойкость, затрудняет чеканку отливок, гравировку. Бронзы с никелем термически упрочняются закалкой и старением. Сплавы меди, легированные алюминием и никелем, хорошо обрабатываются давлением, имеют высокие антифрикционные свойства и не склонны к хладноломкости. Марки, содержащие никель, БрАЖН10-4-4, БрАЖНМц 9-4-4-1, БрОЦСН3-7-5-1, БрБНТ1,7, БрБНТ1,9, БрНБТ.
Кроме алюминиевых бронз широкое применение в промышленности имеют оловянистые или оловянные бронзы, основным элементом в которых является олово. БрОФ6.5-0.15, БрОФ7.0-0.2, БрОЦС-5-5-5, БрОЦ4-3, БрОС10-10, БрО10 и другие.
Олово - основной легирующий компонент оказывает существенное влияние на весь спектр свойств оловянных бронз. Литейные свойства сплавов зависят от содержания олова: с увеличением содержания олова до 10... 12% увеличивается температурный интервал кристаллизации сплавов, снижается их жидкотекучесть. В то же время олово снижает линейную усадку, уменьшает газонасыщенность расплава. Олово повышает коррозионную стойкость, твердость и прочность сплава, снижает относительное удлинение и ударную вязкость. Легирование меди оловом придает сплаву "бронзовый" оттенок.
Фосфор, во-первых, раскисляет медь и уменьшает содержание водорода в расплаве; во-вторых, повышает прочностные свойства и твердость; в-третьих, улучшает жидкотекучесть бронз и позволяет получать отливки сложной формы с тонкими стенками, в частности качественное художественное литье. Фосфор в бронзах с небольшим количеством олова повышает сопротивление износу из-за появления в структуре твёрдых частичек фосфида меди Сu3Р. Однако фосфор ухудшает технологическую пластичность бронз, поэтому в деформируемые сплавы вводят не более 0,5 % Р. При содержании фосфора до 0,1% горячеломкость сплавов повышается, свыше 0,1%-уменьшается. Свариваемость сплава с фосфором улучшается, повышается коррозионная стойкость в условиях бытовой среды. Основные марки БрОФ6.5-0.15, БрОФ7.0-0.2, БрОФ10-1. Эта бронза используется для изготовления особо ответственных узлов и механизмов.
Легирование цинком способствует улучшению литейных свойств кремнистых бронз.При небольших добавках цинка (0,5... 1%) жидкотекучесть сплава резко возрастает, затем плавно понижается при увеличении содержания цинка (до 15...20%), но все равно остается выше, чем жидкотекучесть чистой меди. Цинк в оловянных бронзах уменьшает интервал кристаллизации, снижает линейную усадку, горячеломкость, газонасыщаемость расплава. При добавлении цинка коррозионная стойкость сплава уменьшается. Плотность лицевой поверхности отливок улучшается. Механические свойства, в т.ч. твердость при содержании цинка до 5% повышаются. Цинк снижает склонность бронз к ликвации, поскольку он уменьшает температурный интервал кристаллизации сплавов, способствует получению более плотного литья, раскисляет расплав и уменьшает содержание в нем водорода, улучшает прочностные свойства бронз. Марки: БрОЦС-5-5-5, БрОЦ4-3, БрОЦС4-4-2.5
В некоторые оловянные бронзы добавляют Свинец. Он улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием бронз, повышает жидкотекучесть и плотность, а также удешевляет их стоимость, но снижает механические свойства, твердость. При содержании свинца в сплавах свыше 1% жидкотекучесть уменьшается, происходит расслоение расплава и ликвация по плотности. Бронзы со свинцом БрОЦС-5-5-5, БрОС10-10 обрабатываются на станках лучше остальных марок. На уровне латуни ЛС59-1.
Следующий класс бронз - кремнистые (кремниевые). Кремний обеспечивает бронзам высокую пластичность и хорошую обрабатываемость давлением. Они хорошо свариваются, паяются, обрабатываются резанием, однако, их литейные свойства хуже, чем у латуней и других бронз. Кремнистые бронзы характеризуются хорошими механическими, упругими и антифрикционными свойствами. Их используют вместо более дорогих оловянных бронз для изготовления антифрикционных деталей (бронзы БрКН 1-3, БрКМц 3-1), а также для замены бериллиевых бронз при производстве пружин, мембран и других деталей приборов, работающих в пресной и морской воде при температурах до 250°С.
Самые дорогие бронзы это бериллиевые. Марки БрБ2 и БрБНТ1.7 и БрБНТ1.9.
Использование бериллия приводит к резкому повышению прочностных и упругих свойств бронзы. Бериллиевые бронзы используют для изготовления упругих элементов ответственного назначения: пружин, пружинящих деталей, мембран, деталей, работающих на износ в агрессивных средах. Бериллиевые бронзы характеризуются высоким пределом упругости и низким модулем упругости, высокой коррозионной стойкостью, электропроводимостью, немагнитностью, хорошей технологичностью и способностью упрочняться термической обработкой.
Небольшие содержания титана увеличивают плотность отливок и их прочность. Благоприятное влияние титана на свойства бронз обусловлено его действием как дегазатора, уменьшающего газонасыщенность расплава, и модификатора, измельчающего зерно.
Ну и последний подраздел - это жаропрочные бронзы, которые используются для замены меди, работающей в условиях высоких температур. Это бронзы с содержанием меди до 98-99% и небольшими добавками хрома, кадмия, циркония, бериллия и др.металлов. Марки - БрХ1, БрХцр, БрКд, БрНХК, БрНБТ, БрЦр и др.
Хром значительно упрочняет медь, повышает уровень ее жаропрочности и значительно повышает температуру рекристаллизации меди.
Сурьма придает бронзам хорошие антифрикционные (из-за наличия двух фаз различной твердости) и механические свойства.
Цирконий повыщает прочность и коррозийную стойкость сплава, увеличивает износостойкость и сопротивление малоцикловому деформированию и разрушению при повышенных температурах. Высокое сродство циркония к кислороду и азоту обусловливает применение его как активного раскислителя.
Присадка кадмия к меди приводит к значительному повышению ее механической прочности и твердости. Предел прочности при растяжении кадмиевой бронзы достигает 100 кГ/мм Например, сплавы меди, содержащие около 1% Кd (кадмиевая бронза), служат для изготовления телеграфных, телефонных, троллейбусных проводов, так как эти сплавы обладают большей прочностью и износостойкостью, чем медь.
