Кремнистые и свинцовые бронзы

Кремнистые бронзы

Кремний растворяется в меди в довольно больших количествах: 5,3 % при 842 °C; 4,65 % при 356 °C; около 3,5 % при комнатной температуре. Поскольку вторая фаза γ сильно уменьшает технологичность сплавов системы Сu-Si, то в кремнистые бронзы вводят не более 3 % Si. При увеличении содержания кремния до 3,5 % повышается не только временное сопротивление разрыву меди, но и относительное удлинение.

Двойные сплавы системы Сu-Si не применяют; их дополнительно легируют никелем и марганцем, которые улучшают механические и коррозионные свойства кремнистых бронз. При введении в сплавы меди, содержащие до 3 % Si, менее 1,5 % Mn упрочнение обусловлено только растворным механизмом.

Кремнистые бронзы отличаются высокими пружинящими и антифрикционными свойствами, хорошей коррозионной стойкостью. Они отлично обрабатываются давлением как в горячем, так и в холодном состоянии. Эти сплавы хорошо свариваются с бронзой и сталью, легко паяются мягкими и твердыми припоями. Кремнистые бронзы не дают искр при ударе, обладают довольно высокой жидкотекучестью. Недостатком этих сплавов является большая склонность к поглощению газов.

В промышленном масштабе применяют бронзы БрКМц3-1, БрКН1-3 и БрКН0,5-2 (см. табл. 3). Бронза БрКМц3-1 имеет однофазную структуру и отличается высокими технологическими, механическими, пружинящими и коррозионными свойствами. Эту бронзу применяют как деформируемую. Бронзы БрКН1-3 и БрКН0,5-2 термически упрочняются; после закалки от 850 °C временное сопротивление разрыву бронзы БрКH1-3 составляет около 350 МПа при относительном удлинении 30 %, а после старения при 450 °C в течение 1ч — 700 МПа при относительном удлинении 8 %.

Свинцовые бронзы

Свинцовые бронзы обладают наилучшими антифрикционными свойствами в сравнении с другими сплавами на основе меди и поэтому наиболее широко применяются для изготовления подшипников скольжения. Наличие свинца в бронзах, предназначенных для изготовления деталей, работающих на трение, резко повышает их антифрикционные свойства.

Свинец облегчает прирабатываемость детали в начальный период ее работы. Лучшая в сравнении с другими бронзами способность удерживать смазку на трущихся поверхностях является дополнительным фактором, повышающим износостойкость свинцовых бронз. Антифрикционные свойства свинцовых бронз определяются количеством содержащего в них свинца и равномерностью его распределения по трущейся поверхности детали.

Классическую структуру подшипникового материала имеет бронза БрСН60-2,5 (рис. 9). Мягкая (темная фаза) составляющая представлена свинцом, а твердая — медью (светлая фаза). Мягкая свинцовистая составляющая образует в металле буферный слой между шейкой вала и более твердыми первичными кристаллами меди (или кристаллическим скелетом).

Шейка вала сильнее истирает соприкасающуюся с ней мягкую свинцовистую составляющую, чем более твердые первичные кристаллы или дендритный скелет. Выступающие твердые кристаллы принимают на себя давление вала и толчки, неизбежные при работе подшипника, и постепенно вдавливаются в свинцовистую составляющую. Свинцовистая составляющая вновь вступает в контакт с вращающейся шейкой вала, давление на твердые кристаллы в итоге понижается. Вступившая в контакт мягкая составляющая начинает истираться, и вновь выступают твердые кристаллы. Этот процесс повторяется многократно, и кольцевой зазор между шейкой вала и подшипником постепенно заполняется массой, состоящей из мелкодисперсных частиц и смазки.

Рис. 9. Микроструктура бронзы БрСН60-2,5; ×100

Из-за большого интервала кристаллизации, малой вязкости расплава и значительной разницы в плотности меди и свинца (8,94 и 11,34 г/см3 соответственно) свинцовые бронзы очень склонны к ликвации по удельному весу. Для борьбы с ликвацией применяют большие скорости охлаждения или вводят дополнительные легирующие элементы.

Никель в этой бронзе способствует образованию тонко разветвленных дендритов из первичных кристаллов меди, которые затрудняют ликвацию меди и свинца по плотности. Для широко распространенной двойной свинцовой бронзы БрС30 не характерна классическая структура подшипника. Свинец не образует в ней пластичной матрицы, а присутствует в виде включений внутри меди. Тем не менее эта бронза обладает высокими антифрикционными свойствами, так как медь сама достаточно пластична, чтобы обеспечивать хорошую прирабатываемость.

В сравнении с оловянными подшипниковыми бронзами теплопроводность свинцовых бронз в четыре раза больше, благодаря чему они хорошо отводят тепло, возникающее при трении. Прочность и твердость свинцовых бронз сравнительно невысока (см. табл. 4), поэтому их наплавляют на стальные трубы или ленты.

отсюда