Меднобериллиевые бронзы. Область применения. Основные марки бронз. Особенности плавки. Термическая обработка.

Бериллиевая бронза – это дисперсионно-упрочняемый сплав системы медь–бериллий (Cu–Be) с содержанием бериллия от 1,6–3%. Также к таким бронзам причисляют системы медь–бериллий–кобальт (МКБ) и медь–бериллий–никель (МНБ). МКБ и МНБ могут содержать не более 0,8 % бериллия.

Особенность бериллийсодержащих бронз заключается в том, что с изменением температуры растворимость легирующих элементов, имеющихся в них, также изменяется.

Наиболее распространенной маркой бериллиевых сплавов является бронза БрБ2. Сплав данной марки относится к категории высоколегированной бронзы, что обусловлено достаточно высоким содержанием в ней основного легирующего элемента – бериллия (около 2%). К низколегированным бериллиевым бронзам относятся сплавы групп МНБ и МКБ, в которых бериллия содержится не более 0.8%.

Бериллиевые бронзы обладают следующими свойствами:

· повышенная тепло- и электропроводность, ненамного уступающая теплопроводности меди;

· отличный уровень противодействия износу, ползучести и усталости;

· высокий предел упругости;

· отсутствие искр при ударах;

· повышенная коррозионная стойкость, показатель твердости и временного сопротивления.

Свойства, которыми обладают бериллиевые сплавы, можно еще более улучшить, если подвергнуть их термической обработке: закалке и отпуску. Можно придать им максимальную пластичность и способность к легкому деформированию, если подвергнуть закалке при температуре порядка 750-790 °С. Отпуск проводят при температуре 300-325 °С.

При пластическом деформировании деталей из бериллиевой бронзы прочность улучшается на 40%.

Отличает бронзы бериллиевой группы и такое важное качество, как теплостойкость. Эксплуатационные свойства таких сплавов не меняются, даже если их нагреть до температуры 340 градусов. А при температуре нагрева 500 °С бронза бериллиевой группы обладает такими же свойствами, как изделия, изготовленные из алюминиевых и оловянно-фосфористых сплавов, эксплуатирующихся при температуре 20 °С.

Введение в Cu-Ве сплавы титана, образующего с бериллием упрочняющую фазу, способствует замедлению в них диффузионных процессов. Титан, как поверхностно активный элемент, снижает концентрацию бериллия по границам зерен и уменьшает скорость диффузии в этих зонах. В бериллиевой бронзе с добавками титана наблюдается более равномерное упрочнение.

Наиболее благоприятное влияние на свойства бериллиевой бронзы титан оказывает в присутствии никеля. Благодаря добавкам титана и никеля содержание бериллия в сплавах может быть снижено до 1,7-1,9%.

Добавки магния в небольших количествах (< 0,1 %) повышают эффект дисперсионного твердения бериллиевой бронзы, а в пределах от 0,1 до 0,25 % - заметно снижают ее пластичность.

Свинец, висмут и сурьма для бериллиевых бронз являются весьма вредными примесями, ухудшающими их деформируемость в горячем состоянии.

Наиболее распространенными областями применения сплавов бериллиевой группы, является производство электронных и электрических компонентов.

Исключительные антикоррозионные свойства бериллиевых бронз, их прочность и антифрикционные характеристики делают их оптимальным материалом для производства элементов нефтеперерабатывающего оборудования и буровых установок. В частности, из них производят трубы для бурильных установок, элементы резьбовых соединений, опоры для установки насосов, использующихся для перекачки нефти и продуктов ее переработки.

Из бронз медно-бериллиевой группы также производят поршни для оснащения оборудования, на котором выполняются операции литья под давлением, стенки камер для кристаллизации литейных заготовок, кокили для литья деталей из различных металлов.

Литые быстрорежущие стали. Недостатки. Меры их устранения. Особенности плавки. Термическая обработка.

 

Р18, Р12, Р9, Р6М5, Р3М3Ф3, Р9М4К8. (Цифра – содержание W в %).

ТО: закалка, отпуск. Широкое применение - Р6М5.

В литом состоянии структурой быстрорежущих сталей являются дендриты эвтектики, состоящие из карбидов и продуктов распада аустенита. Склонность стали к формированию в отливке дендритной ликвации, осевой пористости, оказывает влияние на стабильность качества получаемых заготовок. Из-за наличия включений эвтектики, литая сталь имеет низкую вязкость и пластичность. С целью устранения неоднородной структуры и улучшения свойств, быстрорежущие стали подвергаются обработке давлением. Основной проблемой в производстве литого инструмента является получение структуры литой детали с свойствами близкими к прокату.

Улучшение структуры и повышении эксплуатационных свойств инструмента, изготавливаемого из литой быстрорежущей стали, возможно за счёт оптимизации химического состава, выбора параметров литья, ТО, легирования. На физико-механические свойства оказывают влияние размер зерна твердого раствора, степень легированности, количество, распределение, дисперсность карбидных фаз.

В качестве ЛЭ для быстрорежущей стали применяют W, Mo, Cr, Va, Ko которые оказывают влияние на количество остаточного аустенита, участвуют в процессе дисперсионного твердения, повышают устойчивость мартенсита. Возможно использование бора, наличие которого в деформированной стали недопустимо. Бор снижает количество остаточного аустенита. При содержании 0,2% бора, последний приводит к повышению твердости, теплостойкости. Благоприятное влияние оказывает введение РЗМ, которые улучшают распределение неметаллических включений, измельчают зерно. Комплексное модифицирование усиливает эффект модифицирования, снижается загрязнение зерен оксидными, нитридными включениями, повышается равномерность распределения структурных составляющих сплава.

После введения в расплав модификаторов, образуется большое количество центров кристаллизации, приводящих к формированию мелких, равномерно распределенных включений этой фазы.

Рафинирующие действие связано в введением таких добавок как Ca, Mg, Al, РЗМ, которые способствуют снижению содержания газов, вредных примесей, изменяют механические, эксплуатационные свойства. Са является поверхностно-активным элементом, оказывает модифицирующие и рафинирующие воздействие на расплав. Обладая сродством к сере и кислороду, снижает их содержание в стали, измельчает зерно. Сродство РЗМ к сере, ведет к образованию устойчивых оксидов. Раскислительная способность РЗМ выше, чем у алюминия.

Хромистые чугуны.

Хромистые чугуны содержат 0,4-34% хрома в зависимости от марки чугуна и имеют высокую твердость, хорошо сопротивляются износу, но плохо обрабатываются резанием.

Хромистые чугуны стойки в окислительных средах: в азотной кислоте любой концентрации, в концентрированной серной кислоте и других средах. Жаростойкость таких чугунов 1000-1100°С. Из хромистых чугунов изготовляют детали и аппаратуру для азотной промышленности, производства насосного оборудования. Высокая жаростойкость таких чугунов позволяет изготовлять из них детали печного оборудования (колосники, гребни и лопасти в печах для обжига). Хромистые чугуны относятся к легированным чугунам специального назначения (для работы в агрессивных средах, в том числе при высоких температурах). Их подвергают специальному легированию хромом, кремнием, никелем.

Все марки: ЧХ1, ЧХ2, ЧХ3, ЧХ3Т, ЧХ9Н5, ЧХ16, ЧХ16М2, ЧХ22, ЧХ22С, ЧХ28, ЧХ28П, ЧХ28Д2, ЧХ32. (Цифра – содержание Cr в %, буквы в обозначении – легирование ЛЭ).

Дополнительное легирование кремнием (чугун марки ЧХ22С), хотя и охрупчивает чугун, но повышает коррозионную стойкость в концентрированных азотной и фосфорной кислотах. Повышенная концентрация Si в хромистых чугунах увеличивает их твердость.

Содержание марганца в хромистых чугунах ограничивается 0,5—0,8 % при минимальном содержании серы. Для улучшения антикоррозионных свойств и борьбы с крупнозернистым строением рекомендуют содержание марганца повышать до 3%. При этом увеличивается коррозионная стойкость в не­которых средах (HN0₃, H₂SO₄, Н₃РО₄). Увеличение концентрации марганца до 10—12 % в сплавах с вы­соким содержанием хрома на коррозионную стойкость заметно не влияет.

Добавка молибдена до 3,5 % особенно повышает корро­зионную стойкость чугунов в агрессивных средах.

Титан размельчает структуру чугуна и оказывает положи­тельное влияние на антикоррозионные свойства. Весьма дей­ственна добавка 0,5% Ti к чугуну с 27% Сr и 10% С. В этом случае устраняется транскристаллизация и происходит измель­чение структуры, механические свойства повышаются.

Рекомендуется введение в высокохромистый чугун 0,1—0,3 % азота для повышения механических свойств, однако пластич­ность и вязкость чугуна остаются низкими из-за присутствия карбидной фазы в сплаве.

Медь, будучи добавлена в высокохромистый чугун в коли­чествах от 0,5 до 2,0 %, повышает химическую стойкость, но не устраняет транскристаллизацию.