21 октября 2021
Бронзами называются металлические сплавы на основе меди, массовая доля которой может достигать 97,5%. Самым известным легирующим элементом для них является олово, освоенное человеком еще в IV тысячелетии до нашей эры. Среди других важных добавок следует упомянуть алюминий, железо, хром, марганец, фосфор, бериллий и мышьяк. Особняком стоят медные сплавы со значительным содержанием цинка, относящиеся к латуням, и никеля, указывающие на мельхиор. Характеристики и назначение цветных металлов напрямую зависят от их химического состава.
Маркировка бронзового проката начинается со стандартного обозначения "Бр", а далее следуют буквы и цифры, соответствующие главным легирующим элементам и их процентному содержанию. При этом существует отличие в маркировке деформируемых и литейных сплавов. Для первой группы цифры указываются после букв, через дефис и в той же последовательности. Например, аббревиатура БрОФ10-1 указывает на наличие в химическом составе материала 9-11% олова и 0,8-1,2% фосфора. В названиях второй группы процентное содержание каждой добавки написано после её буквенного обозначения. Например, БрА9Ж4 включает около 9% алюминия и 4% железа. Также в конце маркировки может присутствовать заглавная буква "Л".
Классификация бронз по химическому составу
Как понятно из названия, базовым компонентом для оловянных бронз служит олово, а в качестве примесей могут присутствовать цинк, фосфор, свинец или никель. Благодаря большому количеству меди, такие соединения отличаются повышенной упругостью и твердостью, легко плавятся и полируются. В то же время, они с трудом поддаются механической обработке: резке, ковке, прокатке и штамповке. Усадка оловянных соединений очень мала по сравнению с другими и составляет всего лишь 1%. Химический состав регламентируется ГОСТ 613-79 (литейные) и ГОСТ 5017-2006 (обрабатываемые давлением).
Большинство оловянных сплавов пользуются заметным спросом в машиностроении, электротехники, химической и пищевой промышленности. Например, из БрОЦ4-3 изготавливают полуфабрикаты, сварочную проволоку, контакты штепсельных разъемов, пружины и детали химической аппаратуры. Марки БрОЦС4-4-4 и БрОФ7-0,2 используются в производстве прокладок и втулок для высоконагруженных машин, а БрО3Ц7С5Н1 не боится долговременной эксплуатации в масле, паре и пресной воде. Из БрО10Ф1 выпускают венцы червячных шестерен, узлы трения арматуры, нажимные и шпиндельные гайки. Отдельно надо выделить композиции меди с оловом и цинком, имеющие отменную коррозийную стойкость к морской воде и получившие название адмиралтейской бронзы. Они предназначены для создания корабельных корпусов в судостроении.
Безоловянные бронзы обходятся без олова, но по механическим характеристикам ничем не уступают своим визави, а по уровню коррозионной стойкости значительно их превосходят. Они представляют собой простые или сложные соединения меди с алюминием, марганцем, железом, свинцом, никелем или другими компонентами. Величина усадки при кристаллизации у них более высокая, чем у оловянных сплавов. Химический состав соответствующих марок указан в ГОСТ 18175-72 (деформируемые) и ГОСТ 493-79 (литейные).
Массовая доля алюминия в роли основного легирующего элемента для алюминиевых бронз составляет 5-11%. Такое соотношение придает материалу хорошую прочность и устойчивость к атмосферной коррозии, а в среде инертного газа он легко поддается сварке. К основным сферам применения относится электротехника, машиностроение и химическая промышленность. Например, БрА5 востребован для чеканки монет из-за своего отменного деформирования в горячем и холодном состоянии, а высокая антифрикционность позволяет использовать его в узлах трения. БрАМц9-2 обладает значительным сопротивлением при знакопеременной нагрузке, с его помощью создают износостойкие детали, винты и валы и для гидравлических установок. Достойные механические и антикоррозийные свойства популярной марки БрАЖ9-4 востребованы при изготовлении втулок, шестерней и седел клапанов для авиапромышленности.
Первое место по уровню твердости среди медных сплавов занимает бериллиевая бронза. В закаленном состоянии она имеет хорошую технологичность, а в состаренном - высокие механические свойства. Последние можно улучшить путем пластической деформации. Известными представителями данной группы являются марки БрБ2 и БрБНТ1,9, использующиеся для производства износостойких деталей всех видов и пружинящих элементов.
Кремниевые бронзы отличаются высокой упругостью и выносливостью, коррозионной стойкостью и антифрикционностью. Они хорошо поддается обработке давлением и плавлению, упрочняются нагартовкой и термической обработкой. При добавлении никеля улучшается способность материала сопротивляться механическому воздействию. Благодаря подходящим эксплуатационным свойствам сплавы БрКМц3-1 и БрКН1-3 применяются в изготовлении пружинящих элементов в авиации и морском деле.
Свинцовые бронзы считаются прочными, тугоплавкими и устойчивыми к трению. Такие марки как БрО10С10 и БрО5С25 широко используются на производстве сильно нагруженных подшипников.
В зависимости от количества компонентов в обозначении материала различают простые (двойные) и сложные сплавы. Первые содержат медь, один базовый легирующих элемент и незначительную долю других примесей, для вторых актуально наличие нескольких основных добавок.
Классификация бронзы по технологическому признаку
Деформируемые сплавы хорошо поддаются механической обработке, так как включают достаточное количество легирующих элементов, обеспечивающих необходимую пластичность. Чаще всего из них изготавливают плоский металлопрокат и проволоку.
Технологичность бронзового литья заметно хуже, но зато оно обладает значительной твердостью и устойчиво к длительному трению. Из подобных сплавов выпускают фасонные отливки, простые детали машин, работающих в соленой воде, и шестеренки.