Бронза

Температура плавления: 930-1140 °C Плотность: 7,5-8,8 г/см³

Бронзами называют сплавы меди, в которых цинк или никель не являются основными легирующими элементами.

По химическому составу бронзы подразделяются на две группы: оловянные, в которых основным легирующим элементом является олово, и безоловянные, не содержащие олово в качестве легирующего компонента.

По технологическому признаку бронзы делятся на литейные и деформируемые. Литейные бронзы предназначены для фасонных отливок. Деформируемые бронзы хорошо поддаются обработке давлением.

Бронзы по сравнению с латунью обладают лучшими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью. В качестве легирующих элементов в бронзе используют олово, алюминий, никель, марганец, железо, кремний, свинец, фосфор, бериллий, хром, цирконий, магний и другие элементы.

Литейные оловянные бронзы: Жидкотекучесть литейных оловянных бронз ниже, чем у других бронз, однако они имеют незначительную объемную усадку, что позволяет получать из этих сплавов фасонные отливки бронзы.

Оловянные шихтовые литейные бронзы в чушках (ГОСТ 614-73) служат шихтой:

• БрОЗЦ8С4Н1-для литейной бронзы;
• БрОЗЦ7С5Н; БрОЗЦ 1ЗС4 - для бронзы БрОЗЦ12С5;
• Бр04Ц7С5 - для бронзы БрОЗ, 5Ц7С5;
• Бр05Ц6С5 - для бронзы Бр05Ц5С и Бр04Ц4С17.

Перечисленные литейные бронзы (ГОСТ 613-79) применяются для литья антифрикционных деталей. Кроме того, бронзы БрО3Ц12С5 и БрО3Ц7С5Н применяются для арматуры, работающей в воде и водяном паре (БрО3Ц7С5Н в морской воде и маслах) давлением до 245 МПа.

• Литейные нестандартные бронзы БрО10;
• Бр019 ответственного назначения применяются для арматуры и фасонных отливок;
• бронза БрО10Ф1 - для подшипников шестерен и втулок ответственного назначения;
• бронза БрО10Ц2 - для арматуры, подшипников, фасонных отливок;
• бронза Бр08Ц4 - для частей насосов и арматуры;
• бронза БрО6ЦбС3 - для паровой и водяной арматуры;
• бронза Бр08С12 - для ответственных подшипников, работающих при высоких давлениях;
• бронзы Бр05С25 и Бр01С22 - для изготовления подшипников и втулок, работающих при малых нагрузках и больших скоростях, малоуплотнительных колец;
• бронза БрО6Ц6С3 - для паровой и водяной арматуры.

Бронзы Бр05С25, Бр01С22, Бр08С12 относятся к группе свинцовистых бронз, к которым относятся сплавы БрС30 (для подшипников, сальников), БрС60Н2,5 (для подшипников, фасонных отливок). Вследствие невысоких механических свойств двойные свинцовистые бронзы применяют для втулок и подшипников в виде тонкого слоя на стальной основе. Свинцовистые бронзы с повышенным содержанием олова (Бр08С12, БрО10С10, Бр010С2НЗ) характеризуются более высокими механическими свойствами, чем двойная свинцовистая бронза. Поэтому из этой бронзы изготовляют втулки и вкладыши подшипников без стальной основы.

Оловянные бронзы, обрабатываемые давлением - деформируемые: подразделяются на следующие группы (ГОСТ 5017-74):

• оловянно-фосфористые бронзы БрОФ8,0-0,3; БрОФ6,5-0,4; БрОФ6,5-0,15; БрОФ7-0,2; БрОФ4-0,25;
• оловянно-цинковые бронзы БрОЦ4-3;
• оловянно-цинково-свинцовые бронзы БрОЦС4-4-2,5 и БрОЦС4-4-4.

Бронзы БрОФ8-0,3 и БрОФ6,5-0,4 применяют для сеток целлюлозно-бумажной промышленности. Бронза БрОФ6,5-0,4 также используется для пружин, деталей машин и подшипников. Бронза БрОФ6,5-0,15 применяется для изготовления лент, полос, прутков, деталей подшипников, биметаллических изделий; бронза БрОФ7-0,2 - для прутков, шестерен, зубчатых колес, втулок и прокладок высоконагруженных машин; бронза БрОФ4-0,25 - для трубок контрольно-измерительных и других приборов, для манометрических пружин; бронза БрОЦ4-3 - для лент, полос, прутков, применяемых в электротехнике, для токоведущих пружин, контактов, штепсельных разъемов, для пружинной проволоки в химической промышленности, точной механике, для арматуры, шаберов в бумажной промышленности; бронзы БрОЦС4-4-2,5 и БрОЦС4-4-4 - для втулок и подшипников в автотракторной и автомобильной промышленности.

Оловянные бронзы, обрабатываемые давлением, могут поставляться, так же как и латуни, в мягком (отожженном), полутвердом, твердом и особо твердом состоянии.

Бронзы БрОФ6,5-0,4, БрОФ6,5- 0,15 и БрОЦС4-4-2,5 обрабатываются обычно в холодном состоянии (прокатка, волочение), а в горячем состоянии - лишь прессованием. Бронза БрОЦ4-3 хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии.

Бериллиевые бронзы, являясь дисперсионно-твердеющими сплавами, обладают высокими механическими, упругими и физическими свойствами. Отличаются высокой коррозионной стойкостью, жаропрочностью, циклической прочностью; они устойчивы при низких температурах, не магнитны, не дают искры при ударах. Закалку бериллиевых бронз осуществляют с температуры 750-790 °С, старение - при 300-325 °С. Добавки никеля, кобальта или железа способствуют замедлению скорости фазовых пре вращений при термической обработке, что значительно облегчает технологию закалки и старения. Кроме того, никель повышает температуру рекристаллизации, а марганец может частично заменить дорогой бериллий. Бериллиевые бронзы применяются для пружин, мембран, пружинящих деталей, в часовой промышленности.

Сплавы меди с марганцем отличаются высокими механическими свойствами, обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии. Они обладают повышенной жаропрочностью и коррозионной стойкостью. Применяются для топочной арматуры.

Кремниевые бронзы обычно содержат никель или марганец. Эти сплавы отличаются высокими механическими, упругими и антифрикционными свойствами; при этом не теряют своей пластичности при низких температурах. Кремниевые бронзы хорошо паяются, обрабатываются давлением при низких и высоких температурах. Они не магнитны и не дают искры при ударах. Применяются для антифрикционных деталей, пружин, подшипников, в морском судостроении, для сеток, решеток, испарителей, направляющих втулок.

Литейные безоловянные бронзы (ГОСТ 493-79) характеризуются высокой прочностью и хорошими антифрикционными и коррозионными свойствами. Они применяются для изготовления деталей, работающих в особо тяжелых условиях (зубчатые колеса, втулки, клапаны, шестерни для мощных кранов и турбин, червяки, работающие в паре с деталями из упрочненных сталей, подшипники, работающие при высоких давлениях и ударных нагрузках).

Получение бронзы: Плавку бронзы проводят в печах любого типа, применяемых для плавки медных сплавов.

Шихта для плавки бронзы может быть составлена или из свежих металлов, или из свежих металлов с добавкой отходов и вторичных металлов. Плавку ведут под слоем древесного угля или под слоем флюса.

Плавку шихты из свежих металлов ведут в следующей последовательности: в хорошо разогретую печь загружают соответствующее количество древесного угля или флюса. Затем загружают медь и после ее расплавления и нагрева до температуры 1150—1170° С расплав раскисляют фосфористой медью (раскисление иногда ведут в два приема: в печи и в ковше; за каждый прием вводится по 50% фосфористой меди), после раскисления расплава в него вводят подогретые до 100—120° С соответствующие легирующие элементы.

Тугоплавкие легирующие элементы вводят в виде лигатур. После этого расплав перемешивают до полного растворения легирующего элемента и нагревают до заданной температуры. При выдаче сплава из печи в ковше перед разливкой расплав окончательно раскисляют остатком фосфористой меди для освобождения ее от окислов. Фосфористая бронза улучшает жидкотекучесть расплава.

В случае приготовления бронзы с использованием оборотных материалов (отходов своего производства и вторичных металлов) плавку ведут в следующей последовательности: вначале расплавляют медь, раскисляют ее фосфористой медью и добавляют к ней оборотные металлы. После полного расплавления оборотных металлов в расплав вводят легирующие компоненты в соответствующей последовательности. Если в шихту чистая медь входит в небольшом количестве, то в этом случае вначале расплавляют оборотные металлы, а потом медь и легирующие добавки.

Медь может загружаться также и с первыми порциями шихты. Плавку ведут под слоем древесного угля или под слоем флюса.

После расплавления всей шихты и нагрева расплава до требуемой температуры его окончательно раскисляют фосфористой медью и покрывают сверху хорошо прокаленным древесным углем или хорошо просушенным соответствующим флюсом. Расход флюса составляет 2—3% от массы шихты. Расплав, нагретый до заданной температуры, выдерживают под слоем флюса 20— 30 мин, периодически перемешивая, затем с поверхности расплава удаляют образовавшийся шлак и разливают по формам.

Для лучшего удаления шлака с поверхности расплава в ковш добавляют кварцевый песок, который сгущает шлак.

Готовность бронзы для разливки по формам определяют по технологическим пробам. Излом технологической пробы должен быть чистым и однородным.

В случае приготовления алюминиевой бронзы с использованием в шихте оборотных сплавов операцию раскисления расплава фосфористой бронзой не применяют, так как фосфор обладает меньшим сродством к кислороду, чем алюминий, кроме того, следует иметь в виду, что эта бронза весьма чувствительна к перегреву (свыше 1200° С).

В перегретом состоянии алюминиевая бронза окисляется и насыщается газами. Образующаяся при плавке алюминиевых бронз окись алюминия не восстанавливается раскислителями и весьма трудно удаляется из расплава. Окисные пленки алюминия, имея очень высокую температуру плавления, снижают жидкотекучесть бронзы и вызывают брак. Плавку следует вести интенсивно на верхнем пределе температур нагрева и не задерживать готовый сплав в печи. В качестве покрывного флюса при плавке алюминиевых бронз рекомендуется применять флюс, состоящий из 50% кальцинированной соды и 50% криолита. Перед разливкой алюминиевую бронзу рафинируют введением в расплав хлористого марганца или хлористого цинка в количестве 0,2—0,4% от массы шихты. После рафинирования расплав в ковше выдерживают 3—5 мин до прекращения газовыделения. Сплав при заданой температуре разливают по формам.

Для предупреждения ликвации в бронзу с высоким содержанием свинца (50—60%) рекомендуется вводить 2—2,3% Ni в виде медноникелевой лигатуры или в качестве флюсов следует применять сернокислые соли щелочных металлов. Никель, марганец и серебро, если они входят в состав бронзы, вводят в расплав до присадки олова.

Для улучшения качества бронзы ее иногда модифицируют малыми добавками тугоплавких металлов.