Оловянистые бронзы ( ГОСТ 5017-2006 и ГОСТ 613-79)

При сплавлении меди с оловом образуются твердые растворы и электронные соединения аналогично тому, как это имело место в сплавах Cu-Zn. На рис. 3.7. приведена левая часть диаграммы состояния Cu-Sn. В твердом состояний в бронзах имеются фазы: α-твердый раствор олова в меди; β-твердый раствор на базе электронного соединения CuSn, δ-электронное соединение Сu₃₁Sn₈, γ-твердый раствор на базе химического соединения Си₃Sп (ε-соединение).

Система Cu-Sn имеет ряд перетектических превращений и два эвтектоидных превращения. При 350 °С δ -фаза (Сu₃₁Sn₈) должна распадаться на α-твердый раствор и ε-фазу(Си₃Sп). В реальных условиях охлаждения бронза состоит из фаз α и δ. В практике применяют только сплавы с содержанием до 10-12 %Sn. Сплавы, более богатые оловом, очень хрупки (рис.3.8). Бронзы, содержащие до 4-5 %Sn, и после деформаций и отжига имеют в структуре в основном α-твердый раствор олова в меди. А после литья даже такие низколегированные бронзы в результате ликвации могут иметь включения эвтектоида α+Сu₃₁Sn₈).

При большем содержаний олова в структуре бронз в равновесном состояния наряду с α-твердым раствором присутствует эвтектод α+Cu₃₁Sn₈.При этом с увеличением количества олова предел прочности возрастает, но значительное количество хрупкой δ -фазы приводит к снижению прочности при большом содержания олова.

Рис.3.7 Диаграмма состояния Сu – Sn

Рис.3.8. Влияние олова на механические свойства меди

Оловянистые бронзы обычно легируют Zn, Fe, Р, Рb, Ni и другими элементами. Цинк улучшает технологические свойства и удешевляет бронзу. Фосфор улучшает литейные качества, повышает твердость, прочность, упругие и антифрикционные свойства. Никель повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность отливок. Железо измельчает зерно, но ухудшает технологические свойства. Свинец снижает механические свойства, но повышает плотность отливок, улучшает обрабатываемость резанием и антифрикционные свойства.

Различают деформируемые (Бр О6,5Ф0,15; Бр О4Ц3; Бр О4Ц4С2,5) и литейные бронзы ( Бр О3Ц7С5Н1, Бр О3Ц12С5, Бр О5Ц5С5, Бр О10). Из деформируемых бронз, содержащих менее 5% Sn, изготавливают прутки, трубки, ленту, проволоку. Литейные бронзы применяют, главным образом, для изготовления пароводяной аппаратуры, благодаря их высокой химической стойкости, и для отливок антифрикционных деталей типа втулок, венцов, червячных колес, вкладышей подшипников скольжения.

На рис. 3.9 приведена микроструктура оловянистой бронзы Бр О10.

Рис.3.9. Микроструктура бронзы Бр О10

Эта бронза содержит α-твердый раствор и включение твердого эвтектоида (α+Сu₃₁Sn₈), обеспечивающего высокую стойкость против истирания. Поэтому такая бронза с 10 %Sn является лучшим антифрикционным материалом и применяется как подшипниковые сплавы. Эта бронза имеет следующие механические свойства: σ_b = 250 МПа; δ = 5 %.

Высокие литейные свойства бронзы связаны с малой усадкой при кристаллизации (менее 1% у оловянистой бронзы, у сталей более 2%), что позволяет получать точные отливки, в том числе художественное литье (статуи, барельефы, медали).