Влияние цинка на механические свойства латуней

Свойства латуни меняются в зависимости от содержания цинка в меди. Практическое применение имеют латуни, содержащие до ~ 40% Zn. При возрастании количества Zn до ~ 30% в латунях возрастают одновременно и прочность и пластичность. При этом они очень пластичны (δ → 60%), хорошо подвергаются горячей и холодной обработке, однако при 300…700⁰С они обнаруживают провал пластичности, поэтому, деформировать α-латуни при этих температурах нецелесообразно. Это объясняется присутствием в латунях свинца, который даже в ничтожном количестве, располагается между зернами и при высоких температурах плавится, уменьшает связь между зер­нами, способствует красноломкости латуни.

Двухфазные латуни малопластичны при t < 468⁰ из-за присутствия хрупкой β΄- фазы, поэтому ГОМД этих латуней следует проводить при t > 468⁰, когда β΄ → β_, которая имеет достаточную пластичность. В двухфазных латунях при нагревании до однофазной области b в резуль­тате перекристаллизации α®b свинец будет находиться вну­три зерна, и поэтому он не оказывает вредного влияния на обработку давлением двухфазных латуней в горячем состоя­нии.

Влияние легирующих элементов на свойства латуней

Легирование двойных латуней уменьшает растворимость Zn в Cu, расширяет область существования (α + β)- фаз, поэтому легированные латуни обычно – 2-х фазные. Легирование двойных латуней, как правило, повышает прочность, и снижает их пластичность. Особенно сильно упрочняют латунь добавки Al, Sn, в меньшей мере Mn и Si. Железо и Ni снижают прочность, повышают деформируемость сплавов. Sn сильно повышает стойкость латуней в морской воде ЛО 90-1; ЛО 60-1 – "морские" латуни. Pb  - повышает обрабатываемость резанием (ЛС 59 – автоматная латунь).

«Кажущееся» содержание Zn в меди.

В двойных сплавах границей между однофазной a и двухфазной (a+b) - латунями является 39% цинка – предельная растворимость при 453^°; 38% - при комнатной температуре. Легирующие элементы сдвигают эту границу к меньшим концентрациям цинка. Фазовый состав в случае многокомпонентных латуней определяют по «кажущемуся» содержанию цинка с помощью коэффициентов Гийе:

где А - действительное содержание цинка; В - процент меди;

С - процент легирующих элементов; К - коэффициент Гийе;

Х - «кажущееся» содержание цинка

Например, латунь ЛК 80-3, содержит Cu = 80%,

 Si = 3%, Zn = 17%, коэффициент Гийе К_Si = 10…12.

Таким образом, ЛК 80-3 – двухфазная латунь, хотя содержит цинка 17%.

Деформируемые латуни

Латуни, содержащие Zn ≤ 39% являются деформируемыми, термически не упрочняемыми.

Единственным способом упрочнения является наклеп (нагартовка), т.е. ХПД с обжатиями ε до 50…60%, в результате прочность можно увеличить в 2 раза.

Литейные латуни

Литейные латуни отличаются от деформируемых более высоким комплексом механических свойств. В них, практически отсутствует ликвация. Многие из них обладают хорошими антифрикционными свойствами. Хорошими литейными свойствами (жидко текучестью) обладает латунь ЛЦ 17К3.

(α + β) – фазные используют для изготовления гаек, червячных винтов, подшипников и других ответственных деталей.

Недостатком литейных латуней является образование крупных усадочных раковин при кристаллизации – велики отходы.

 

Бронзы, и их особенности

Оловянистые бронзы

Практический интерес представляет начальная часть диаграммы Сu-Sn (до 10-12% Sn): область однородного твердого раствора олова в меди, так называемого α-твердого раствора и двухфазная область с эвтектоидным превращением:

         эвтектоид

В представленной части диаграммы Сu-Sn имеются четыре фазы:

- жидкая;

- α-фаза — твердый раствор олова в цинке;

- b-фаза — твердый раствор на базе b-электронного соединения Cu₅Sn;

- d-фаза — твердый раствор на базе электронного соединения Cu₃₁Sn₈.

.

Наличие хрупкой d-фазы исключает возможность прокат­ки, поэтому двухфазные бронзы применяются исключительно и литом виде.

Свойства оловянистых бронз определяются свойствами составляющих фаз: в области α-фазы имеет место небольшое увеличение прочности, пластичность растет до 5% Sn, далее быстро падает. Прочность начинает падать при содержании около 20% Sn, когда в структуре слишком много хрупкой d-фазы.

Оловянные бронзы делятся на деформируемые и литейные.

В деформируемых бронзах Sn ≤ 6%, что обеспечивает достаточную пластичность. Из этих сплавов изготавливают прутки, проволоку, трубы, ленту. Упрочняются наклепом.

В литейных бронзах, олова содержится не более 12%. Отличаются небольшой жидкотекучестью из-за большого интервала кристаллизации. По этой причине не образуется концентрированная усадочная раковина, а возникает рассеянная пористость. Литейная усадка у них очень невелика (0,8%) – это облегчает получение отливок сложной формы с резкими переходами от больших сечений к тонким.

       В качестве основного легирующего элемента часто используют фосфор:

- раскисляет Cu;

- повышает прочность, предел упругости;

- улучшает жидкотекучесть;

- повышает антифрикционные свойства из-за появления в структуре твердых частичек фосфида меди (Cu₃P)

Но также способствует ухудшению технологической пластичности бронз.

Алюминиевые бронзы

Алюминиевые бронзы содержат не более 11%Al,  до 9% Al бронзы - однофазные (деформируемые), при большем содержании двухфазные.

Фазы:

α – тв. р-р, обладает хорошей пластичностью и низкой твердостью;

β – тв. р-р на базе электронного соединения Cu₃Al с ОЦК решеткой;

 - электронное соединение (очень высокая твердость, малая пластичность).

Свойства алюминиевых бронз изменяются аналогично латуням. Прочность и пластичность быстро растут (см. рис.). Пластичность d достигает максимума при 5% Аl. Прочность с увеличением содержания алюминия растет и достигает максимума около 10% Al.

Алюминиевые бронзы имеют хорошие коррозионные свойства, высокие механические свойства, хорошую обрабатываемость.

Для улучшения механических и антифрикционных свойств алюминиевые бронзы легируют железом и никелем.

Бериллиевые бронзы

Бериллиевые бронзы обладают уникальным сочетанием физико-химических и коррозийных свойств, отличный пружинный материал. Оптимальным содержанием является 2% Be. При превышении этой концентрации прочность растет мало, а пластичность резко снижается.

 

ТЕРМООБРАБОТКА. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

       Вследствие значительной разницы между атомными радиусами углерода и железапри закалке стали образуется пересыщенный твердый раствор внедрения (пересыщенный твердый раствор углерода в α-Fe – Мартенсит), что обусловливает повышение внутренних напряжений и, как следствие, значительное повышение прочности и твердости стали.

       Атомные радиусы цветных металлов имеют меньшее различие, поэтому в цветных сплавах в основном образуются твердые растворы замещения. Эффект от закалки цветных сплавов будет зависеть от ряда факторов: соотношения атомных радиусов элементов, типа кристаллической решетки (одинаковый тип или разный), могут ли элементы образовывать химическое соединение. Поэтому после закалки цветных сплавов по сравнению с отжигом могут наблюдаться следующие эффекты:

- упрочнение (например, в дуралюминах);

- разупрочнение (например, в бериллиевых бронзах);

- отсутствие эффекта (например, в магналиях).