Олов’яні бронзи

Олов’яні бронзи – найстаріші з металевих сплавів. Структура двокомпонентних олов’яних бронз у рівноважному стані визначається діаграмою стану Cu-Sn (рис. 9.4).

При їх кристалізації утворюються такі тверді фази:

- a -твердий розчин олова в міді з ГЦК-граткою (максимальна розчинність 15,8 % при температурі 520...586 С);

- b -твердий розчин на базі електронної сполуки Cu5Sn;

- d- електронна сполука Cu31Sn 8зі складною кубічною граткою;

- g -твердий розчин на базі хімічної сполуки Cu3Sn;

- e -електронна сполука Cu3Sn;

- h -хімічна сполука Cu6Sn5.

Олов’яні бронзи за структурою поділяють на однофазні (a) та двофазні (a+d). Звичайно d -фаза виділяється при вмісті олова більше 6 %. Вона підвищує твердість і крихкість бронз. Тому бронзи з вмістом більше 6% Sn не піддаються деформуванню і їх використовують у литому стані.

Рис. 9.4. Діаграма стану сплавів Cu-Sn

Характерною особливістю олов’яних бронз є дуже мала усадка, тому їх використовують для отримання дуже складних за конфігурацією виливків. Але вони мають невисоку рідкотекучість і не утворюють при кристалізації концентровану усадочну раковину, що пов’язано зі значною різницею в температурах між лініями ліквідус і солідус.

Механічні властивості олов’яних бронз суттєво залежать від вмісту олова. Пластичність їх різко починає знижуватись при 5% Sn, а міцність – при ~ 25% Sn.

У промисловості застосовують бронзи, які містять до 10...12% Sn. Завдяки їх високій хімічній стійкості з них виготовляють парову і водяну арматуру. Крім того з них виготовляють вкладиші підшипників ковзання, тобто використовують як антифрикційний матеріал.

Двокомпонентні олов’яні бронзи мають високу вартість, тому, щоб здешевити їх і поліпшити технологічні і механічні властивості, їх додатково легують цинком, свинцем, нікелем і фосфором.

Цинк дешевий, тому його вводять у великих кількостях, але не більше його розчинності в α- фазі. Нікель подрібнює зерна, збільшує міцність і пластичність, підвищує стійкість до корозії. Свинець знижує механічні властивості, поліпшує антифрикційні властивості, покращує оброблюваність різанням, проте підвищує щільність виливків. А фосфор підвищує міцність і рідкотекучість бронз.

Бронзи маркують літерами Бр (бронза), літерами інших компонентів і числами, які відповідають масовій частці легуючих елементів. Наприклад, БрО10 – бронза олов’яна, містить10%олова, решта (90%) – мідь.

Розрізняють деформівні і ливарні олов’яні бронзи.

Деформівні бронзи містять до 8% олова, 5% цинку, 4,5% свинцю та 0,35% фосфору. Щоб забезпечити добру пластичність, масову частку олова обмежують шістьма відсотками. Вироби, виготовлені з таких бронз (стрічки, прутки, дріт), поставляють у нагартованому (твердому) й відпаленому (м’якому) стані. Щоб наблизити структуру до рівноважного стану, бронзу відпалюють, в результаті чого отримують однофазну (α -фаза) структуру.

Ливарні бронзи мають низьку пластичність. З підвищенням вмісту олова до 9...11% у нерівноважній структурі з’являється крихка δ -фаза, яка й погіршує пластичність. Олов’яні бронзи, які мають двофазну структуру (α+δ) є антифрикційними матеріалами, адже вкраплення твердих зерен δ -фази протистоять спрацьовуванню, а м’яка α -фаза матриці сприяє доброму припрацьовуванню тертьових поверхонь. Окрім різноманітних втулок, вкладишів підшипників, вінців черв’ячних коліс, з ливарних бронз виготовляють сантехнічну арматуру.