Алюминиевые бронзы

Алюминиевые бронзы - сплавы на основе меди, в которых главным легирующим элементом является алюминий. Применяют двух- и многокомпонентные сплавы. Диаграмма состояния системы Cu-Аl в равновесном состоянии приведена на рис. 1.

Рис 1. Диаграмма состояния системы (равновесное состояние)

Из диаграммы видно, что максимальная растворимость алюминия в меди в твердом состоянии составляет 9,4% (по массе). С повышением температуры с 565 до 1037°С растворимость алюминия в меди уменьшается и достигает 7,5%.

К стабильным фазам системы Cu -Аl относятся α, β, γ₂ и α₂ фазы.

Фаза α - первичный твердый раствор, изоморфный, с элементарной гранецентрированной кубической кристаллической решеткой. При медленном охлаждении сплава до температуры 400°С α-фаза образует ближний порядок, что приводит к заметному снижению ее электросопротивления, которое продолжается и при температуре ниже 200°С в результате устранения дефектов упаковки.

Фаза β - твердый раствор, образующийся на основе стехиометрического состава Cu₃Аl непосредственно из расплава при температуре 1036-1079°С, с элементарной центрированной кубиче­ской кристаллической решеткой. Фаза β - пластична, электропроводна и стабильна при температуре выше 565°С. При быстром охлаждении сплава (со скоростью >2°С/мин) она испы­тывает резкие превращения типа мартенситовых, образуя промежуточные фазы (рис. 1). При медленном охлаждении (< 2°С/мин) β -фаза распадается на эвтектоид α+γ₂ образованием крупнозернистой γ₂фазы, выделяющейся в виде непрерывных цепей, придающим сплаву хрупкость. Фаза γ₂ (Cu₉AI₄), образующаяся из фазы γ’, стабильна при низких температурах, хрупкая и твердая, с электропроводностью меньшей, чем у β -фазы.

Фаза α₂, образующаяся при температуре 363°С в результате перитектоидной реакции между фазами α и γ₂, имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую решетку, но с другими параметрами.

Метастабильные фазы в сплавах: β₁ - с элементарной центрированной кубической кристаллической решеткой (а - 5,84 Å, Аl - 11,9%), упорядоченная; β’ - с элементарной гранецентрированной кубической кристалличе­ской решеткой (Аl - 11,6%), очень деформированная; β₁' - с элементарной ромбической кристаллической решеткой (а = 3,67 Å, с = 7,53 Å, Al - 11,8%), упорядоченная; γ₁-фаза с элементарной орто-ромбической ячейкой (а = 4,51 Å, в = 5,2 Å, с = 4,22 Å, Al - 13,6%), упорядоченная. Предполагается существование других фаз, которые являются разновид­ностью фазы β₁'.

Определение структуры сплавов Cu-Al затруднительно. Для получения равновесных структур сплавов необходимы очень большие скорости охлаждения (от 1 до 8°С/мин в зависимости от содержания алюминия). Такие структуры выявляются при травлении сплавов хлорным железом.

Однако, травление хлорным железом не всегда позволяет с уверенностью определять фазы в сплавах, охлажденных с обычной скоростью. В этом случае для выявления истинной струк­туры сплавов Cu-Al применяются специальные методики с использованием электролитического полирования.

Структура двойных медно-алюминиевых сплавов и многокомпонентных бронз на основе системы медь-алюминий в равновесном состоянии определяется диаграммой состояния (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма фазовых превращений алюминиевой бронзы с содержанием алюминия 12,07% (по массе)

Однако в производственных условиях при отливке слитков и заготовок, обработке их давлением в горячем и холодном состоянии скорости охлаждения и нагрева значительно отличаются от тех, при которых построена равновесная диаграмма состояния.

Поэтому и структуры литых и деформированных полуфабрикатов отличаются от тех, которые определены равновесной диаграммой состояния.

Для определения свойств и микроструктуры сплавов в метастабильном состоянии строят С-образные кривые, показывающие кинетику фазового превращения в зависимости от скорости охлаждения и изотермической выдержки при температурах ниже температуры эвтектоидного превращения.

Однофазные сплавы (α-алюминиевые бронзы) пластичны и хорошо обрабатываются давлением, двухфазные сплавы (α+γ₂-алюминиевые бронзы) с высоким содержанием алюминия менее пластичны и применяются, главным образом, как литейные.

Необходимо отметить, что фактическое содержание алюминия в промышленных сплавах колеблется в широких пределах, что сказывается на стабильности механических свойств литых и деформированных полуфабрикатов из алюминиевых бронз.

Изменение механических свойств алюминиевых бронз, обрабатываемых давлением, (пределы прочности при растяжении σ_в, пропорциональности σ_пц и текучести σ_0,2, относительное удлинение - δ и сужение ψ, ударная вязкость а_н(КС) и твердость по Бринеллю (НВ) в зависимости от содержания алюминия, как показано на рис. 3.

Рис. 3. Изменение механических свойств алюминиевых бронз Cu-Al в зависимости от содержания алюминия:
а - полосы, деформированные на 40% и отожженные при температуре 650^оС в течение 30 мин.;

Дата добавления: 2015-07-25