Типичные механические свойства деформируемых безоловянных бронз

И медно-никелевых сплавов (отожжённое состояние)

Таблица 1.5

Механические свойства литейных безоловянных бронз (литье в кокиль)

*Литье в песчаную форму.

Бериллиевые бронзы

Бериллий с медью образует граничный твёрдый раствор замещения, при этом растворимость закономерно падает с понижением температуры (рис. 1.13), поэтому бериллиевые бронзы относятся к числу сплавов, термически упрочняемых старением.

Рис. 1.13. Диаграмма состояния Cu-Be

После закалки от температур, соответствующих α-области, структура бериллиевых бронз представляет собой пересыщенный α-твёрдый раствор. В закалённом состоянии бериллиевые бронзы отличаются высокой пластичностью и технологичностью, достаточными для холодной обработки давлением.

Распад пересыщенного α-твёрдого раствора начинается с обогащения плоскости (100) атомами бериллия, в результате чего образуются зоны Гинье-Престона в форме диска, которые затем переходят в когерентные по отношению к матрице тонкие пластинчатые образования промежуточных γ"- и γ'-фаз, параллельные плоскостям (100)_a. Фаза γ' имеет тетрагональную ОЦК-решётку с упорядоченным расположением атомов. По мере развития процесса старения размеры выделений γ'-фазы увеличиваются, а тетрагональность её решетки уменьшается. На определённой стадии старения при повышенных температурах γ'-фаза теряет когерентность с матрицей, тетрагональность её решётки приближается к единице, и она превращается в стабильную γ-фазу на основе интерметаллида СuВе. Наибольшее упрочнение при старении обеспечивают выделения γ'-фазы в форме пластинок толщиной 5¸10 нм. Оптимальные размеры выделений γ'-фазы формируются в результате старения при 320¸340 °С в течение 2¸5 ч.

На рис. 1.14 приведена зависимость свойств сплавов Сu-Ве от содержания бериллия после закалки с 780 °С и старения при 300 °С в течение 3 ч. Оптимальными свойствами обладают сплавы, содержащие около 2 % Ве. При дальнейшем увеличении содержания бериллия прочность сплавов повышается мало, а пластичность становится чрезмерно малой. Как и другие дисперсионно-твердеющие сплавы, бериллиевые бронзы обладают наилучшим комплексом свойств при содержании легирующих элементов, близком к максимальной растворимости.

Рис. 1.14.  Влияние бериллия на свойства сплавов Сu-Ве после закалки

             от 780 °С (1) и старения при 300 °С, 3 ч (2)

Пересыщенный а-твёрдый раствор в интервале температур 500¸380 °С распадается очень быстро. Поэтому скорость охлаждения бериллиевых бронз при закалке должна быть достаточно большой (обычно их закаливают в воду). Нерезкое охлаждение в интервале температур 500¸380 °С приводит к частичному прерывистому распаду пересыщенного раствора с образованием пластинчатых перлитообразных структур. Прерывистый распад нежелателен по двум причинам: а) сплавы охрупчиваются из-за локализации прерывистого распада по границам зерен; б) при последующем старении уменьшается упрочнение, обусловленное непрерывным распадом пересыщенного раствора, а эффект упрочнения от прерывистого распада меньше, чем от непрерывного.

Бериллиевые бронзы дополнительно легируют никелем и титаном. Никель образует малорастворимый бериллид никеля NiВе и уменьшает растворимость бериллия в меди. Он замедляет фазовые превращения в бериллиевых бронзах и облегчает их термическую обработку, так как отпадает необходимость в крайне высоких скоростях охлаждения. Никель задерживает рекристаллизационные процессы в сплавах Сu-Ве, способствует получению более мелкого рекристаллизованного зерна, повышает жаропрочность. Титан образует соединения ТiВe₂ и Сu₃Ti, которые обеспечивают дополнительное упрочнение.

Бериллиевые бронзы отличаются высоким сопротивлением малым пластическим деформациям из-за сильного торможения дислокаций дисперсными частицами. С увеличением этого сопротивления уменьшаются обратимые и необратимые микропластические деформации при данном приложенном напряжении и, следовательно, релаксация напряжений. Всё это приводит к повышению релаксационной стойкости сплавов – основной характеристики, которая определяет свойства упругих элементов.

Наибольшее распространение получили бронзы БрБ2, БрБНТ1,7 и БрБНТ1,9 (табл. 1.6). После упрочняющей термической обработки они характеризуются высокими прочностными и пружинящими свойствами, а также удовлетворительным сопротивлением ползучести и хорошей коррозионной стойкостью. Они обладают отличной износостойкостью, сохраняют высокую электро- и теплопроводность. Эти сплавы имеют низкую склонность к хладноломкости и могут работать в интервале температур от -200 до +250 °С.

Таблица 1.6