Классификация медных сплавов

Для повышения прочностных свойств медь легируют цинком, оловом, алюминием, марганцем, железом, кремнием, никелем.

Наиболее распространена классификация медных сплавов по химическому составу.

Латунями называют сплавы меди с цинком, а иногда с добавками небольшого количества некоторых других элементов. Из цветных сплавов латуни являются самыми распространенными.

Латуни обозначают буквой Л, справа от которой пишут буквенные обозначения специально вводимых (кроме Zn) элементов, затем цифру, указывающую процент меди, и затем проценты специальных элементов в той же последовательности, в какой записаны сами элементы. Элементы обозначают русскими буквами: О – олово; Ц – цинк; С – свинец; Ж - железо; Мц – марганец; Н – никель; К – кремний; А – алюминий и т.д. Например, Л90 означает, что латунь содержит 90% Сu, остальное (10%) Zn, ЛАЖМц 66-6-3-2 означает латунь, содержащую 66% Сu, 6% Al, 3% Fe, 2% Mn, остальное (23%) Zn.

Бронзами называют сплавы меди с оловом (бронзы оловянные) алюминием, кремнием, бериллием, свинцом (бронзы безоловянные). Кроме основных указанных элементов бронзы дополнительно легируют фосфором, цинком, марганцем, железом, никелем, титаном.

Бронзы маркируют буквами Бр, справа пишут элементы, входящие в бронзу: О — олово; Ц — цинк; С — свинец; Ф — фосфор; Н — никель; К — кремний и т.д., в том же порядке пишут содержание элементов в процентах. Например, БрОЦ4-3 означает, что в бронзе в среднем 4 % Sn, 3 % Zn, остальное Сu; бронза БрАЖМцЮ-10-3-1,5 содержит в среднем 10 % А1, 3 % Fe, 1,5 % Mn, остальное Сu.

По способу производства полуфабрикатов и изделий медные сплавы (латуни и бронзы) подразделяют на деформируемые и литейные, а по способности к термическому упрочнению — на термически упрочняемые и термически неупрочняемые.

Латуни. По химическому составу латуни разделяют на простые (легированные только цинком) и специальные, которые помимо цинка содержат в качестве легирующих элементов свинец, олово, никель, марганец.

С медью цинк образует фазы, представляющие собой твердый раствор и электронные соединения.

Диаграмма состояния системы Сu—Zn показывает, что при концентрациях до 39 % Zn образуется α-фаза — твердый раствор замещения цинка в меди. Раствор этот имеет решетку меди, т. е. гранецентрированную кубическую. Особенностью его является уменьшение растворимости цинка в меди при повышении температуры. При температуре перитектической реакции (905 °С) a- фазасодержит 32%Zn, а после полного охлаждения содержание Zn в a- растворе может доходить до 39 %.

В сплавах Сu—Zn образуются соединения электронного типа. Например, CuZn, в котором отношение числа валентных электронов к числу атомов равно 3/2. Электронные соединения этого типа имеют решетку объемноцентрированного куба. β-фаза представляет собой твердый раствор на базе этого электронного соединения.

При высоких температурах (выше 450 – 470°С) β-фаза является неупорядоченным твердым раствором, при 470 – 450°С происходит упорядочение расположения атомов меди и цинка в кристаллической решетке объемноцентрированного куба, и на каждый атом Сu приходится атом Zn. Упорядоченный твердый раствор обозначен β′.

β′-фаза существует в области от 47 до 50 % Zn, следовательно, CuZn может растворять в себе и Cu, и Zn. Это и означает, что β-раствор получается на базе соединения CuZn.

γ-фаза — твердый раствор на базе электронного соединения Cu₅Zn₈. В этом соединении отношение числа электронов к числу атомов равно 21/13. Такие фазы имеют сложные кубические решетки. Существенно важно то, что γ-твердый раствор является хрупким, поэтому сплавы меди с цинком, включающие γ-фазу применения не находят.

Практическое применение находят латуни с содержанием не выше 45—47 % Zn. Следовательно, по структурному признаку практически применяемые латуни могут быть разделены на два основных типа: α-латуни с содержанием до 39 % Zn, (а +β′) – латуни с содержанием от 39 до 45 % Zn.

В сплавах с содержанием от 45 до 50 % Zn должна быть однофазная β′-структура; такую латунь можно назвать β-латунью.

При содержании Zn > 50 %, кроме указанных фаз, в сплавах могут быть ε-фаза, твердый раствор на базе электронного соединения CuZn₃; η-фаза — твердый раствор меди в цинке с гексагональной решеткой. Сплавы со структурой η-твердого раствора находят некоторое применение для изготовления деталей методом литья под давлением и в антифрикционных подшипниковых сплавах на цинковой основе.

Влияние цинка на свойства латуни показывает, что цинк повышает и пластичность, и прочность латуней. Наибольшую пластичность, как и следовало ожидать, имеют однофазные α-латуни, содержащие до 39 % Zn. Эти весьма пластичные латуни очень хорошо обрабатываются давлением в холодном и горячем состояниях.

В (а +β′)–латунях пластичность резко снижена, по­этому они удовлетворительно деформируются только в горячем состоянии.

Двойные латуни в соответствии с ГОСТ 17711-80 выпускают шести марок: Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, Л62.

Однофазные латуни хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состояниях, они коррозионностойки.

Из латуней изготовляют листы, ленты, проволоку. Необходимо отметить, что для латуни вредны те же примеси, что и для меди, поэтому примеси допускают в очень малых количествах: 0,03 % РЬ, 0,002 % Bi, 0,005 % Sb. Из диаграммы состояния системы Cu—Zn видно, что линииликвидуса и солидуса расположены близко, поэтому дендритная ликвация в латунях сравнительно мала и в большинстве случаев нет практической необходимости подвергать их гомогенизирующему отжигу для выравнивания состава α-раствора.

Вследствие малого интервала между температурами ликвидуса и солидуса латуни имеют хорошие литейные свойства.

В α-латунях нет фазовых превращений, поэтому они не могут подвергаться термической обработке, связанной с изменением растворимости. В процессе холодной деформации (прокат, протяжка, волочение) латуни получают наклеп, вследствие которого возрастает их прочность и падает пластичность. Для снятия наклепа проводят рекристаллизационный отжиг при 600—700°С, резко повышающий пластичность латуни.

Для латунных изделий, имеющих большие внутренние напряжения, характерно явление растрескивания. Растрескивание и трещины (продольные и поперечные) образуются в изделиях при хранении их на воздухе. Чтобы избежать этого изделия, находящиеся на длительном хранении подвергают низкотемпературному (200 — 300°С) отжигу.

Поиск по сайту: