Образование окислов после отжига латуни. Термическая обработка цветных сплавов. В отвержденном состоянии

ЛАТУНИ

Латуни являются самыми распространенными сплавами на основе меди. Сводный перечень стандартных латуней по ГОСТ 15527 и их зарубежных аналогов приведен в табл. 1.

Диаграмма состояния сплава системы медь-цинк приведена на рис. 1

И зменения температуры испарения, плавления и литья медно-цинковых сплавов в зависимости от содержания цинка - на рис. 2.

Изменение модуля нормальной упругости медно­цинковых сплавов в зависимости от содержания цинка - рис. 3.

Основные параметры интерметаллических фаз сплавов системы Cu - Zn приведены в табл. 2.

При переходе из неупорядоченной β-фазы в упо­рядоченную β’-фазу в указанном интервале темпе­ратур происходит уменьшение коэффициента взаимной диффузии и скорости роста фазы. Энергия активации взаимной диффузии β’-фазе возрастает, а в β-фазе уменьшается с ростом концентрации цин­ка, при этом она примерно в 1,5 раза больше в β’-фазе, чем в β-фазе. Парциальные коэффициенты диффузии ато­мов Zn в 2 раза больше, чем атомов Cu в разупорядоченной β-фазе, и почти совпадают с упорядоченной β’-фазой.

Практическое применение имеют простые латуни, имеющие фазовый состав α, α + β, β и β + γ .

Химический состав латуней, обрабатываемых давлением, по отечественным приведен в прил. 1.

ПРОСТЫЕ ЛАТУНИ

Простые латуни в зависимости от фазового состава делятся на два типа: однофазные α (до 33 % Zn ) и двухфазные α + β (свыше 33% Zn ).

В однофазных латунях, содержание цинка в которых близко к пределу насыщения, иногда присутствуют небольшие количе­ства β-фазы в результате медленно протекающих диффузион­ных процессов. Однако включения /3-фазы, наблюдаемые в очень малых количествах, не оказывают заметного влияния на свойства α -латуней. Таким образом, хотя у этих латуней струк­тура и является двухфазной, но по своим физико-механическим и технологическим свойствам их целесообразно отнести к одно­фазным латуням.

Обработка давлением простых латуней

Однофазные (а) ла­туни при горячем деформировании очень чувствительны к со­держанию примесей, особенно легкоплавких (Bi , Pb ). Висмут в сплаве может сегрегировать по границам, поэтому даже одно­атомный слой его может вызвать красноломкость в однофазных латунях с высоким содержанием цинка. Обрабатываемость α - латуней в горячем состоянии с повышением содержания цинка ухудшается. В холодном состоянии однофазные латуни обра­батываются хорошо.

Двухфазные α + β -латуни обрабатываются в горячем состо­янии лучше однофазных благодаря наличию высокопластич­ной при повышенных температурах β -фазы и менее чувствительны к примесям. Однако они чувствительны к тем­пературно-скоростным режимам охлаждения. По этой причи­не в горячепрессованных полуфабрикатах часто наблюдается неоднородная структура. Например, передний конец прутка (полосы или трубы) имеет преимущественно мелкую игольчатую структуру и высокие механические свойства, у за­днего конца прутка в результате захолаживания струк­тура зернистая и пониженные механические свойства.

В холодном состоянии двухфазные латуни обрабаты­ваются хуже однофазных. Пластичность их в холодном состоянии зависит от структуры. Если α -фаза располо­жена на основном фоне кристаллов β -фазы в виде тон­ких игл, то обрабатываемость двухфазных латуней в холодном состоянии улучшается.

Влияние содержания цинка в латунях на температур­ный интервал горячей обработки давлением приведено на рис. 4.

У латуней в температурном интервале 200- 600°С в зависимости от фазового состава и содержания цинка наблюдается зона пониженной пластичности.

При холодной прокатке, волочении и глубокой штамповке латуней независимо от их фазового состава предпочтительна структура с величиной зерна не более 0,05 мм.

Суммарная степень холодной деформации простых латуней обусловлена определенным пределом, выше которого пластичность резко падает. Этот предел допустимой суммарной холодной деформации, который уменьшается с повышением содержания цинка, устанавливают для каждой марки латуни.

Если принять наивысшую пластичность в горячем состоянии в гомогенной области β -фазы, а при комнатной температуре в области α -фазы за 100%, то обрабатываемость латуней давле­нием можно оценить количественно (табл . 3).

Такие оценки обрабатываемости металлов и сплавов давлением и других технологических характеристик часто применяются в зарубежной практике.

Термообработка простых латуней . Основным видом термической обработки простых латуней являются рекристаллизационный отжиг и отжиг для снятия внутренних напряжений. Процесс рекристаллизации латуней определяется содержанием цинка и фазовым составом.

Температура начала рекристаллизации α -латуней с увеличением содержания цинка снижа­ется. Рекристаллизация α -фазы в сильнодеформированной двухфазной латуни начинается при 300°С. В этих условиях β-фаза остается неизменной и ее рекристаллизация начинается при более высокой температуре. Поэтому при выборе температуры отжига для получения опти­мальной структуры необходимо учитывать эту особенность двухфазных латуней.

Размеры зерна однофазных латуней определяют по эталонам микроструктур (ГОСТ 5362).

При отжиге латунных полуфабрикатов в воздушной или окислительной атмосфере на поверхности их образуются пятна - продукты окисления, трудноудаляемые при травлении. Уменьшение парциального давления кислорода (отжиг в вакууме) предотвращает образование пятен, но вызывает опасность обесцинкования. Поэтому рекомендуется проводить отжиг при минимальной температуре и в защитной атмосфере. В условиях производства труднее всего избежать пятен в латунях, содержащих 37-40% цинка.

Обрабатываемость простых латуней резанием. Обрабатываемость латуней резанием (точе­ние, фрезерование, строгание, шлифование) зависит от фазового состава латуней. При обра­ботке резанием однофазных латуней стружка получается длинной. Двухфазные ( а + β ) латуни обрабатываются лучше однофазных α -латуней. С увеличением содержания /3-фазы стружка становится более хрупкой и короткой. Количественная оценка обрабатываемости резанием простых латуней определяется сравнением с латунью ЛС63-3, обрабатываемость которой принята за 100%. Однофазные α -латуни отлично полируются, двухфазные - несколько хуже. Обрабатываемость латуней резанием и полируемость приведены в табл . 4.

Пайка и сварка простых л атуней. Простые латуни очень легко соединяются мягкими при­поями. Перед пайкой мягким припоем зачистку поверхности производят либо шлифовкой, либо травлением в кислоте. В качестве припоя предпочтительно применять сплавы, содержа­щие 60% олова. Содержание сурьмы в припое из-за ее сильного сродства к цинку должно быть не более 0,25-0,5%. Пайку мягким припоем предпочтительно выполнять с хлоридными флю­сами.

Однофазные α -латуни также легко соединяются пайкой твердыми припоями, в том числе серебряными, двухфазные а + β - несколько хуже.

Медно-фосфористые припои являются самофлюсующимися, поэтому пайку латуней этими припоями производят без флюсов. При пайке другими твердыми припоями необходимо при­менять соответствующие флюсы.

Содержание свинца в твердых припоях ограничивается 0,5%.

Количественная оценка способности простых латуней к пайке, %: однофазные α -латуни (мягкие припои) – 100%, однофазные α -латуни (тведые припои) – 100%, двухфазные α+ β -латуни (мягкие припои) – 100%, двухфазные α+ β -латуни (твердые припои) – 75%.

Свариваемость простых латуней несколько хуже, чем паяемость. Общая количественная оценка свариваемости латуней -75% по сравнению с бескислородной медью, принятой за 100%. Для соединения латуней применяют следующие виды сварки: дуговая с угольным элек­тродом, дуговая с расходуемым электродом, дуговая с вольфрамовым (нерасходуемым) элект­родом в среде защитного (инертнего газа), дуговая с расходуемым электродом в среде инертного газа, кислородно-ацетиленовая, электрическая контактная (точечная, роликовая, стыковая).

Латунь с содержанием 20% Zn плохо поддается электрической контактной сварке, легче - латунь с 40% Zn . Высокое содержание цинка в двухфазных латунях затрудняет дуговую сварку из-за его испарения. Поэтому присадочные материалы, применяемые при дуговой сварке, должны содержать относительно небольшое количество цинка. Латуни, содержащие более 0,5% РЬ, обычно плохо поддаются сварке. Для улучшения смачиваемости металла в процессе сварки необходим предварительный нагрев до температуры 260°С, особенно для латуней с высоким содержанием меди. Сварка угольным электродом латуней, содержащих 15-30%, Zn , лучше всего ведется с помощью присадочных прутков (проволоки) из сплава Си + 3% Si . Для однопроходных швов можно применять прутки (проволоку) медные, легирован­ные небольшим количеством олова; для многопроходных швов лучше применять прутки из сплава Cu + 3 % Si .

Латуни, содержащие более 30% Zn , можно сваривать угольным электродом с присадоч­ными прутками (проволокой) из латуни Cu + 40% Zn или Cu + 3% Si . Для улучшения качества сварки необходимо металл предварительно нагревать до температуры 210°С. В качестве расходуемых электродов применяют проволоку или прутки из оловянно-фосфористой бронзы или из алюминиевой бронзы.

Дуговая сварка латуней вольфрамовым электродом в среде инертного газа осложняется выделением паров оксида цинка, которые подавляют действие дуги. Поэтому сварку следует вести при больших скоростях.

Хорошие результаты дает кислородно-ацетиленовая сварка. Для сварки латуней с содержа­нием 15-30% Zn необходимо пользоваться присадочными прутками (проволокой) из сплава Cu + 1,5% Si . Если условия эксплуатации готовых изделий не вызывают локальной коррозии (обесцинкования), можно использовать латунь с 40% Zn (Л60). Для сварки латуней, содержа­щих более 30% Zn в качестве присадочного материала применяют сплав Cu + 3% Si .

Влияние примесей на свойства простых латуней. Примеси не оказывают существенного влияния на механические, физические (за исключением железа, которое при содержании > 3,0% изменяет магнитные свойства латуней) и химические свойства простых латуней, но заметно влияют на их технологические характеристики. При горячей обработке давлением однофазные латуни особенно чувствительны к легкоплавким примесям.

Качество изделий, получаемых из латуней глубокой штамповкой, зависит от чистоты сплава, поэтому в простых латунях, предназначенных для глубокой штамповки, содержание примесей должно быть минимальным.

Влияние примесей на качество полуфабрикатов из латуней:

алюминий ухудшает качество литья, вызывая пенистость в отливках; висмут вызывает горячеломкость латуней, особенно однофазных; железо затрудняет процесс рекристаллизации;

кремний улучшает процессы пайки и сварки, повышает коррозионную стойкость; никель повышает температуру начала рекристаллизации;

свинец вызывает горячеломкость латуней, особенно однофазных, содержащих цинк в пределах 30-33 %;

сурьма отрицательно влияет на обрабатываемость латуней давлением. Микродобавки сурьмы (<0,1 %) к двухфазным латуням частично локализуют коррозию, связанную с обесцинкованием;

мышьяк ухудшает пластичность латуней в результате выделения хрупких фаз при концен­трации выше его предела растворимости: в латунях в твердом состоянии (>0,1%). Добавки мышьяка в малых количествах (< 0,04%) предохраняют латуни от коррозионного растрески­вания и обесцинкования при контакте с морской водой;

фосфор измельчает структуру в литом состоянии и предотвращает растрескивание при нагревании, ускоряет рост зерен при рекристаллизации; уменьшает коррозию, связанную с обесцинкованием; не рекомендуется как раскислитель медно-цинковых сплавов;

олово понижает пластичность латуней и может вызвать растрескивание при нагревании, если содержание железа > 0,05%.

Модифицирование латуней осуществляется введением в расплав:

добавок элементов, образующих тугоплавкие соединения, которые при структурном соответствии будут служить центрами кристаллизации;

поверхностно активных металлов, которые, концентрируясь на гранях зарождающихся кристаллов, замедляют их рост.

В качестве модификаторов в латунях применяют такие элементы, как железо, никель, марганец, олово, иттрий, кальций, бор, а также мишметалл.

Коррозионные свойства латуней. Латуни обладают удовлетворительной устойчивостью против воздействия промышленной, морской и сельской атмосфер. На воздухе они тускнеют. Корродирующее воздействие на латуни, содержащие >15% цинка, оказывают угле­кислый газ и галогены.

Латуни, содержащие <15% Zn , по своей коррозионной стойкости близки к меди промыш­ленной чистоты.

Под воздействием окисляющих кислот латуни интенсивно корродируют. Предельная кон­центрация азотной кислоты, при которой не наблюдается заметной коррозии, составляет 0,1 % (по массе). Серная кислота действует на латуни менее агрессивно, однако при наличии окис­ляющих солей К 2 СГ 2 О 7 и Fe 2 (S0 4) 3 скорость коррозии возрастает в 200-250 раз. Из неокис­ляющих кислот наиболее сильное корродирующее воздействие оказывает соляная кислота.

Коррозионная стойкость латуней по отношению к большинству кислот, не обладающих окислительной способностью, удовлетворительная. Латуни также стойки к воздействию раз­бавленных горячих и холодных щелочных растворов (за исключением растворов аммиака) и холодных концентрированных нейтральных растворов солей. Латуни инертны по отношению к речной и соленой воде. При контакте с речной водой, содержащей небольшое количество серной кислоты, и в морской воде простые латуни заметно корродируют. Скорость коррозии зависит от температуры, концентрации, степени загрязнения и скорости обтекания поверхно­сти металла. По отоношению к почве латуни обладают хорошей коррозионной стойкостью, к пищевым продуктам - нейтральны. Скорость коррозии латуни в почве составляет от 0,0005 мм/год (в суглинистой с pH 5,7) до 0,075 мм/год (в зольной с pH 7,6).

Сухие газы - фтор, бром, хлор, хлористый водород, фтористый водород, углекислый газ, оксиды углерода и азота при температуре 20°С и ниже на латуни практически не действуют, однако в присутствии влаги действие галогенов на латуни резко возрастает; сернистый ангидрид вызывает коррозию латуней при концентрации его в воздухе - 1 % и влажности воздуха > 70%; сероводород значительно действует на латуни при всех условиях, однако латуни с содержанием Zn > 30% более устойчивы, чем латуни с небольшим содержанием цинка.

Фторированные органические соединения, например, фреон, на латуни практически не действуют.

Во влажном насыщенном паре при больших скоростях (около 1000 м 3 / c ) наблюдается питтинговая коррозия, поэтому для перегретого пара латуни не применяют.

Коррозионная стойкость латуней в различных средах приведена в табл . 5.

В рудничных водах, особенно при наличии Fe 2 (SO 4 ) 3 латуни сильно корродируют. Присут­ствующие в воде фтористые соли действуют на латуни слабо, хлористые - сильнее, иодистые - очень сильно.

Латуни, кроме общей коррозии, подвержены также особым видам коррозии: ооесцинкованию и "сезонному" растрескиванию.

Обесцинкование - особая форма коррозии, при которой растворяется твердый раствор цинка в меди и в катодных местах электрохимически осаждается медь. Продукты коррозии цинка могут отводиться или задерживаться в виде оксидной пленки. Раствор, в котором латунь подвергается обесцинкованию, обычно содержит больше цинка, чем меди.

В результате обесцинкования латуни становятся пористыми, на поверхности появляются красноватые пятна, ухудшаются механические свойства. Обесцинкование наблюдается при контакте латуни с электропроводящими средами (кислые и щелочные растворы) и проявляется в двух формах: сплошной и локальной. Процесс обесцинкования усиливается с увеличением содержания цинка, а также с повышением температуры и аэрации. Однофазные латуни, содержащие >15% Zn , подвергаются обесцинкованию в кислых растворах (нитраты, сульфаты, хлориды, соли аммония и цианиды). В двухфазных латунях процесс обесцинкования заметно усиливается и может происходить даже в водных средах. Наиболее уязвимой является β -фаза.

Малые добавки мышьяка, фосфора и сурьмы частично локализуют коррозию, связанную с обесцинкованием. Мышьяк и сурьма защищают от обесцинкования главным образом α -фазу.

"Сезонное" или межкристаллитное растрескивание наблюдается в латунях в результате воздействия коррозионных агентов при наличии растягивающих напряжений. К коррозион­ным агентам относятся: пары или растворы аммиака, конденсаты с сернистыми газами, влаж­ный серный ангидрид, растворы солей ртути, различные амины, компоненты травильных растворов, влажный диоксид углерода. Если в атмосфере содержатся следы аммиака, влажного диоксида углерода, сернистого газа и др. коррозионных агентов, то "сезонное" растрескивание проявляется при колебаниях температуры, в результате кото­рых на поверхности деталей происходит конденсация коррози­онных агентов.

Латуни, содержащие до 7% цинка, мало чувствительны к "сезонному” растрескиванию. В латунях, содержащих от 10 до 20% цинка, межкристаллитное растрескивание не наблюдает­ся, если внутренние растягивающие напряжения не превышают 60 МПа. Латуни, содержащие 20-30% Zn , подвергаются корро­зионному растрескиванию только в холоднодеформированном состоянии в водном растворе аммиака. Наиболее склонны к коррозионному растрескиванию однофазные латуни с концен­трацией цинка, близкой к пределу насыщения, и двухфазные. Они устойчивы против "сезонного" растрескивания только при наличии растягивающих напряжений < 10 МПа.

Склонность к коррозионному растрескиванию медно-цинковых сплавов в парах аммиака приведена на рис. 5.

Для предотвращения коррозионного растрескивания латуней необходимо применять низкотемпературный отжиг и предо­хранять их от окисления при хранении. Для снятия внутренних напряжений производят дорекристаллизационный отжиг.

Для предохранения латуней от окисления рекомендуется пассивировать их в следующих средах: слабокислом водном рас­творе, содержащем около 6% ангидрида хромовой кислоты и 0,2% серной кислоты; водном растворе, содержащем 5 % хромпика и 2% хромовых квасцов.

Защиту латуней производят также с помощью ингибиторов коррозии, например, бензотриазола или толуолтриазола. Бензотриазол образует на поверхности пленку (< 5 нм), которая предохраняет латуни от коррозии в водных средах, различных атмосферах и других агентах. Коррозионные ингибиторы могут быть введены в состав лаков и защитной оберточной бумаги.

В случае электрохимической коррозии латунь при контакте с различными металлами и сплавами проявляет себя двояко: в одних случаях анодом, в других - катодом (табл. 6 ).

При контакте латуни с серебром, никелем, мельхиором, медью, алюминиевой бронзой, оловом и свинцом электрохимическая коррозия не происходит.

При нагреве латуни окисляются. Скорость окисления латуней с повышением температуры возрастает по экспоненте, удваиваясь приблизительно через каждые 360К. При температуре свыше 770К наблюдается испарение цинка наиболее интенсивно, если его концентрация в сплавах превышает 20 %.

Изменение некоторых физических и механических свойств латуней в зависимости от содержания цинка показано на рис. 6-9.

Типичные физические, механические и технологические свойства латуней приведены в п рил. 2, 3 , 4.

Специальные латуни, обрабатываемые давлением

Специальные или многокомпонентные латуни - это медно-цинковые сплавы сложных ком­позиций, в которых основными легирующими элементами являются алюминий, железо, мар­ганец, никель, мар­ганец, никель, кремний, олово и свинец. Эти элементы, как правило, вводят в латуни в таких количествах, чтобы они полностью растворялись в α и β фазах. Кроме указанных элементов в латуни вводят малые добавки мышьяка, сурьмы и других элементов.

Влияние легирующих элементов проявляется двояко: изменяются свойства фаз (а и/3) и относительные их количества, т.е. граница фазовых превраще­ний.

Для определения границ фазовых превраще­ний в системе или "кажущегося" ("фиктивного") содержания меди при добавлении легирующего элемента используют эмпирическое уравнение:

A’ = A *100/(100+ X *(K э-1)),

где А’ - кажущееся (фиктивное) содержание ме­ди, % (по массе); А - фактические содержание меди, % (по массе); X - содержание третьего ком­понента, % (по массе); Кэ - коэффициент Гинье, характеризующий влияние легирующего элемен­та на фазовый состав (при К э > 1, увеличивается количество β ’-фазы).

Значение Кэ для различных элементов: для Ni K э от -1,2 до -1,4, для Co K э=-1, для Mn K э=0,5, для Fe K э=0,9, для Pb K э=1, для Sn K э=2, для Al K э=6, для Si K э от 10 до 12.

Свинцовые латуни

Свинцовые латуни - медно-цинковые сплавы, легирован­ные свинцом. Диаграмма состояния системы Cu - Zn - Pb пред­ставлена на рис . 10.

Растворимость свинца в сплавах в твердом состоянии ничтожно мала. В двухфазных медно-цин­ковых сплавах (с содержанием Zn 40 %) растворимость свинца при 750°С в β -фазе немногим более 0,2%; при комнатной температуре свинец практически не растворим. В двухфазных латунях (в равновесном состоянии) свинец располагается внутри α и β -фаз и частично на границах этих фаз. Свинец при выделении его по границам фаз или зерен заметно ухудшает деформируемость латуней в горячем состоянии.

Свинец в сплавах а + β выполняет двоякую роль: с одной стороны он используется в качестве фазы, способствующей измельчению стружки, с другой - как смазка, снижающая коэффициент трения при обработке резанием. Эффективность добавок свинца определяется его количеством и структурой сплава, величиной и характером распределения частиц свинца, величиной зерна a -фазы, количеством и распределением β -фазы.

Улучшая обрабатываемость резанием свинец заметно снижает ударную вязкость латуней, ухудшает обрабатываемость давлением, пайку и сварку, полируемость и усложняет гальвани­ческую обработку поверхности изделий.

Прочностные характеристики свинцовых латуней с повышением температуры уменьшаются более интенсивно по сравнению с простыми латунями. Временное сопротивление разрыву латуней, содержащих около 2% свинца, при температуре 600°С составляет 10 МПа, при температуре 800°С - практически равно нулю.

В зависимости от обработки готовых деформированных полуфабрикатов свинцовые ла­туни классифицируют на три основных типа: для холодной обработки давлением, для горя­чей штамповки, для обработки на токарных автоматах.

Структура свинцови стых ла туней. обрабатываемых давле­нием в холодном состоянии, состоит из α-фазы и свинца, со­держание которого должно быть в таких пределах, чтобы обеспечить высокую обрабаты­ваемость резанием. К таким сплавам относятся латуни ма­рок ЛС74-3, ЛС64-2, JIC 63-3 и ЛС63-2.

Свинцовы е латун и, обрабатываемые давлением в горячем состоянии и предназначенные для горячей ковки и штамповки - двухфазные (α +β). Содержа­ние цинка в латунях должно быть таким, чтобы превраще­ние α + β в чистую β -фазу про­исходило полностью и при относительно низкой температуре.

Расчетное содержа­ние β -фазы состав­ляет около 20%. Содержание свинца от 1 до 3%. К та­ким латуням отно­сятся свинцовые латуни марок ЛС60-1, ЛС59-1 и ЛС59-3. Свинцовы е лату ни. применяемыедля обработки на то­карных автоматах и в микротехнике (т.е. для изготовления деталей, которые очень малы по раз­мерам, порядка 1 мм) - двухфазные, с высоким содержанием свинца; ЛС63-3 (с малым содержанием/3-фазы) и ЛС58-3 (с высоким содержанием β -фазы).

К латуням, применяемым в микротехнике, предъявляются особые требования по однород­ности химического состава, допускам по основным компонентам и микроструктуре (размер и распределение частиц свинца, количество и распределение β -фазы, величина зерна α -фазы). Однородность химического состава (гомогенность сплава) необходимо обеспечивать на не­больших участках.

Границы оптимизации микроструктуры свинцовых латуней для "микродеталей" определя­ются содержанием β -фазы от 10 до 30%, величиной зерна α -фазы - от 10 до 50 мк при среднем диаметре частиц свинца 1-5 мк.

Обработка свинцовых латуней. Оксиды различных элементов ухудшают обрабатываемость свинцовых латуней резанием, поэтому при их плавке и литье необходим тщательный контроль за их содержанием. Из элементов-примесей наиболее отрицательное влияние на обрабатыва­емость резанием оказывает железо, поэтому на его содержание установлены особые ограни­чения. Литье осуществляется двумя способами: в изложницы и полунепрерывным (непрерывным) способом. Для достижения стабильности химического состава предпочтитель­но отливать свинцовые латуни непрерывным (полунепрерывным) способом.

Свинец не оказывает влияния на температуру и процесс кристаллизации медно-цинковых сплавов, он затвердевает при 326°С и в случае выделения по границам зерен (фаз) ухудшает деформируемость в горячем состоянии двухфазных сплавов.

Области составов стандартных свинцовых латуней, обрабатываемых в горячем и холодном состояниях, показаны на рис. 11.

При горячей штамповке свинцовых латуней, содержащих 56-60% Cu (ЛС59-1), склонность к образованию трещин определяется главным образом температурой деформации. Оптималь­ный интервал температур, при котором не образуются трещины, доволно узок и находится в области температур, со­ставляющих линии на диаграмме состояния Cu - Zn , разграничивающих двухфазную α+ β и однофазную β -об­ласти.

Содержание свинца, а также легко­плавких примесей (висмута, сурьмы и других) не оказывает влияния на склонность к образованию трещин при горячей штамповке двухфазных свин­цовистых латуней (α+ β ).

Влияние химического состава на обрабатываемость резанием и давлением свинцовых лату­ней показано в табл. 7.

Свинцовые α-латуни обрабатывают в холодном состоянии, однако при определенных режимах возможно и горячее прессование.

Основными видами термической обработки свинцовых латуней являются полный рекристаллизационный отжиг и низкотемпературный отжиг для снятия внутренних напряжений.

Свинцовые латуни хуже, чем простые латуни, соединяются припоями, свариваются и пол­ируются. Для соединения свинцовых латуней не рекомендуется применять кислородно-ацетиленовую сварку, дуговую в среде защитного газа и дуговую с расходуемым электродом.

Ко ррозионная стойкость свинцовых латуней . Свинцовые латуни обладают: отличной устой­чивостью против воздействия чистых гидрокарбонатов, фреона, фторированных гидрокарбо- натовых охладителей и лаков; хорошей устойчивостью против воздействия промышленной, морской, сельской атмосфер, спиртов, дизельного топлива и сухого диоксида углерода; средней устойчивостью против воздействия сырой нефти и водяного диоксида углерода; плохой устой­чивостью против воздействия гидроксида аммония, хлористоводородной и серной кислот.

Олов янные лат уни

Олово незначительно влияет на изменение гра­ниц фазовых превращений, однако заметно изме­няет природу β -фазы. Диаграмма состояния сис­темы Cu - Zn - Sn приведена на рис . 12.

Двухфазные оловянные латуни обладают высо­кой коррозионной стойкостью во многих средах. При повышенном содержании олова в латунях появляется новая фаза γ. Фаза γ - хрупкая состав­ляющая, которая заметно ухудшает обрабатыва­емость латуни давлением в холодном состоянии. Появление γ -фазы в двухфазной латуни (а + /3) наблюдается при содержании олова свыше 0,5% (если содержание олова превышает этот предел, то при превращении β выделяется δ-фаза, обво­лакивающая α -фазу. Появление хрупких фаз ог­раничивает легирование латуней оловом. Содержание олова более 2% в латунях ухудшает их обрабатываемость в горячем состоянии. Стан­дартные оловянные латуни можно разделить на два типа: однофазные (α - твердый раствор) и трехфазные ( α + β + γ ).

Алюминиевые латуни

Алюминиевые латуни - медно-цинковые сплавы, в которых основной легирующей добавкой является алюминий.

Алюминий благодаря высокому коэффициенту Гинье (Кэ = 6) и значительной растворимо­сти в твердом состоянии по сравнению с другими элементами (кроме кремния) оказывает даже в небольших количествах заметное влияние на свойства латуни. Добавки алюминия повышают механические свойства и коррозионную стойкость латуней, но несколько ухудшают их пластичность. Количество вводимого алюминия ог­раничивается пределами, выше которых появляется хрупкая γ -фаза (рис . 13).

При содержании меди, % (по массе): 70; > / J 65; 60 предельные содер­жания алюминия, % (по массе): 6; 5 и 3 соответст­венно. В латунях, обраба­тываемых давлением, содержание алюминия не превышает 4%, в литейных высокопрочных ла­тунях 7%.

Легирование латуней производят одним алюминием или в определен­ных соотношениях с другими элементами (же­лезо, никель, марганец и др.).

Одним алюминием, как правило, легируют одно­фазные латуни (ЛА85-0,5, ЛА77-2). Для локализации обесцинкования и предотвращения коррозионного растрескивания при контакте с морской водой в однофазные алюминиевые латуни, содержащие более 15% Zn , вводят 0,02-0,04 As (ЛАМш77-2-0,05).

Избыток мышьяка (> 0,062%) ухудшает пластичность латуней. Алюминий совместно с железом (ЛАЖ60-1-1) и никелем (ЛАН59-3-2) вводят преимущественно в двухфазные лату­ни.

Железо улучшает пластичность латуней, содержащих свинец, в горячем состоянии измель­чает структуру и повышает их механические свойства; никель повышает коррозионную стойкость. Железо и никель несколько снижают пластичность латуней в холодном состоянии.

Легирование латуней алюминием, никелем и небольшими добавками марганца и кремния (ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5) делает их дисперсионно-твердеющими и существенно улучшает механические свойства, особенно упругие характеристики.

Однофазные алюминиевые латуни удовлетворительно обрабатываются давлением в горячем состоянии и хорошо - в холодном; двухфазные - хорошо в горячем состоянии и удовлетвори­тельно в холодном. Обрабатываемость резанием колеблется от 30 до 50% (по сравнению с латунью ЛС63-3).

Алюминиевые латуни по сравнению со свинцовыми хуже соединился припоями, но не­сколько лучше свариваются; по полируемости они близки к двухфазный простым латуням (таб л. 8).

Железосодержащие латуни

Добавки железа значительно измельчают структуру латуней, благодаря чему улучшаются механические свойства и технологические характеристики. Однако" сплавы системы Cu - Zn - Fe применяются редко. Распространение получили многокомпонентные латуни.

Марганцевые латуни

Легирование латуней марганцем заметно повышает их коррозионную стойкость при контакте с морской во­дой, хлоридами и перегретым паром.

Диаграмма состояния сплава систе­мы Cu - Zn - Mn приведена на рис. 14.

Добавки марганца оказывают незна­чительное влияние на структуру лату­ней. Однако марганец уменьшает стабильность упорядоченной решетки фазы β . При содержании Мп > 4,7% (ат.) в сплаве наблюдается частично неупорядоченное состояние при тем­пературе закалки от 520°С.

Наиболее благоприятное влияние на свойства и технологи­ческие характеристики латуни марганец оказывает в сочетании с другими легирующими элементами (алюминий, железо, оло­во, никель).

Кремнистые латуни

Кремний в твердом состоянии растворим в латунях в значи­тельных количествах, однако растворимость его понижается с увеличением содержания цинка. Область твердого раствора а под влиянием кремния и цинка резко сдвигается в сторону медного угла (рис. 15) .

С увеличением содержания кремния в структуре сплавов Cu - Zn - Si появляется новая фаза к гекса­гональной сингинии, которая при повышенных температурах пластичная и в отличие от β -фазы поляризуется. С понижением температуры (ниже 545°С) происходит эвтектоидный распад к-фазы в α + γ ".

Кремнистые латуни, содержащие 20% Zn и 4% Si для обра­ботки давлением не пригодны из-за малой пластичности. Для получения деформированных полуфабрикатов применяются кремнистые латуни, содержащие <4% Si .

Небольшие добавки кремния улучшают технологические характеристики латуней при литье и горячей обработке давлением, повышают ме­ханические свойства и антифрикционносгь

Никелевые латуни

Легирование ла­туней никелем повышает их механические свой­ства и коррозионную стойкость. Никеле­вые латуни более стойки по сравнению с другими латунями к обесцинкованию и коррозионному рас­трескиванию.

Как видно из диаграммы состояния сплава системы Cu - Zn - Ni (рис . 16), никель оказывает заметное влияние на структуру латуней, расширяя область твердого раствора α

При легировании никелем можно некоторые двухфазные латуни перевести в однофазные.

Легирование латуни Л62 никелем в количестве 2-3% (по массе) позволяет получить одно­фазный сплав с мелким зерном, высокими и однородными механическими свойствами и повышенной коррозионной стойкостью. Благодаря добавкам никеля при производстве дефор­мированных полуфабрикатов исключается появление такого отрицательного явления как строчечная структура.

Рекомендации по улучшению свойств медно-цинковых сплавов с учетом зарубежного опы­та. На свойства латуней наряду с чистотой исходных компонентов сплавов, способами и режимами плавки и литья большое влияние оказывают режимы их обработки и подготовка шихты.

Для уменьшения образования пористости и пузырей в листах (полосах) и лентах из латуни марок Л70, Л68, Л63 и Л60: избегать загрязнения шихты фосфором; отходы в виде стружки, содержащей масло, эмульсию и др. перед плавкой подвергать окислительному обжигу; добав­лять в расплав оксид меди в количестве 0,1-1,0 кг на 100 кг шихты; обращать особое внимание на оптимальные режимы литья и горячей прокатки; отжигать горячекатаные полосы перед холодной прокаткой.

Для увеличения сопротивления латуней Л68 и Л70 коррозионному растрескиванию необходимо уделять большое внимание подбору режима холодной прокатки и отжига. Сум­марное обжатие при последней холодной прокатке должно быть более 50%, оптимальная температура отжига - 260-280°С.

Для повышения сопротивления двухфазных латуней обесцинкованию (а это возможно, если доля β -фазы в структуре сплава составляет около 30%) необходимо термообработку проводить в интервале температур 400-700°С (в зависимости от состава сплава).

Для предотвращения обесцинкования латуней Л63 и получения качественной поверхно­сти при светлом отжиге (в колпаковых и шахтных печах) температуру рекристаллизационного отжига выдерживают в пределах 450-470°С. При этой температуре в течение 1-4 ч получают полосу (ленту) с размером зерна 0,035- 0,045 мм, временным сопротивлением разрыву 33-35 кгс/мм 2 и относительным удлинением 50%.

Латунь - это двойной или многокомпонентный сплав на основе меди , где основным легирующим элементом является цинк , иногда с добавлением олова , никеля , свинца , марганца , железа и других элементов.

Латунь - сплав меди с цинком (от 5 до 45%). Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), с содержанием 20–36% Zn – желтой. На практике редко используют латуни, в которых концентрация цинка превышает 45%.

Цинк более дешевый материал по сравнению с медью, поэтому его введение в сплав одновременно с повышением механических, технологических и антифрикационных свойств, приводит к снижению стоимости - латунь дешевле меди. Электропроводность и теплопроводность латуни ниже, чем меди.

Латунь - двойной и многокомпонентный медный сплав, с основным легирующим элементом - цинком. По сравнению с медью обладают более высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Простые латуни обозначают буквой Л и цифрой, показывающей содержание меди в процентах. В специальных латунях после буквы Л пишут заглавную букву дополнительных легирующих элементов и через тире после содержания меди указывают содержание легирующих элементов в процентах. Латуни разделяют на литейные и деформируемые. Латуни, за исключением свинцовосодержащих, легко поддаются обработке давлением в холодном и горячем состоянии. Все латуни хорошо паяются твердыми и мягкими припоями.

Основными легирующими элементами в многокомпонентных латунях являются алюминий, железо, марганец, свинец, кремний, никель. Они по-разному влияют на свойства латуней.

Маркировка:

Принята следующая маркировка. Латунный сплав обозначают буквой «Л», после чего следуют буквы основных элементов, образующих сплав. В марках деформируемых латуней первые две цифры после буквы «Л» указывают среднее содержание меди в процентах. Например, Л70 - латунь, содержащая 70 % Cu. В случае легированных деформируемых латуней указывают ещё буквы и цифры, обозначающие название и количество легирующего элемента, ЛАЖ60-1-1 означает латунь с 60 % Cu, легированную алюминием (А) в количестве 1 % и железом в количестве 1 %. Содержание Zn определяется по разности от 100 %. В литейных латунях среднее содержание компонентов сплава в процентах ставится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, латунь ЛЦ40Мц1,5 содержит 40 % цинка (Ц) и 1,5 % марганца (Мц).

Термическая обработка латуни

Термическая обработка латуни заключается только в отжиге. При обработке давлением или выколачивании деталей, изготовленных из латуни, желательно повысить ее пластичность. Для этого латунь нагревают до температуры немного более 500° С и дают остыть на воздухе. После отжига латунь становится мягкой и легко гнется и выколачивается. При дальнейшей обработке давлением, прокатыванием и выколачиванием латунь снова нагартовывается и становится жесткой. В этом случае производят повторный отжиг. При глубоких вытяжках, чтобы избежать образования трещин, латунь приходится отжигать несколько раз.

69. Бронзы, состав, маркировка:

Бро́нзы - сплав меди , обычно с оловом в качестве основного легирующего компонента, но к бронзам также относят медные сплавы с алюминием , кремнием , бериллием , свинцом и другими элементами, за исключением цинка (это латунь ) и никеля . Как правило в любой бронзе в незначительных количествах присутствуют добавки: цинк , свинец , фосфор и др.

Маркировка бронзоснована на том же принципе, что и маркировка латуней. Впереди стоят буквы Бр (бронза), далее следуют буквенные обозначения элементов, входящих в состав сплава, и за ними - цифры, указывающие среднее содержание элементов в процентах.Маркировка бронзсостоит из букв и цифр. Первые буквы Бр обозначают название сплава - бронза, далее следуют буквенные обозначения элементов, входящих в состав сплава, за ними - цифры, указывающие среднее содержание этих элементов в процентах. Например, БрОФ6 5 - 0 15 - оловянистофосфористая бронза, содержащая 6 5 % олова, 0 15 % фосфора, остальное - медь.

Основные свойства бронз - высокая коррозионная стойкость, хорошие литейные и износостойкие свойства. Поставляются бронзы по ГОСТ 5017-74, ГОСТ 613-79, ГОСТ 1320-74.

По структуре оловянистые бронзы подразделяются на однофазные (содержащие до 10% Sn) и двухфазные (содержащие 10-22% Sn), которые представляют собой смесь кристаллов твердого раствора олова в меди и кристаллов химического соединения меди с оловом (Cu 3 Sn).

Для улучшения качества оловянистых бронз в них вводят свинец (повышает антифрикционные свойства и способствует лучшей обрабатываемости), цинк (улучшает литейные свойства), фосфор (повышает литейные, механические и антифрикционные свойства).

Graaver 04-03-2010 20:17

Начну из далека..
Более десяти лет занимаюсь изготовлением спортивных медалей, но есть вопросы с которыми постоянно сталкиваясь, окончательных ответов на них, так и не выяснил.. может кто поможет? вот один из них..

Для повышения пластичности, при прессовании латунную заготовку необходимо отжечь.. и тут начинается самое интересное..
На данный момент пользуюсь таким рецептом отжига латуни Л63 (экспериментальным путём выведенный):
Прогрев в печи до t=560 C, выдержка 1,5-2 часа, остывание на воздухе..

При одинаковых параметрах (марка латуни, режим ТО) на выходе совершенно разный результат.

В одном случае все "чики-пуки".. латунь становится "мягкой", легко деформируется и имеет ровную зеркально-гладкую поверхность(соответствующую "зеркалу" штампа).
В другом варианте, вроде всё так-же.. "мягкая"(пластичная), только где должно быть "зеркало", появляется лёгкий, еле заметный "целлюлит-апельсиновая корка".. вроде мелочь, но жуть как не приятно

Вопрос такой..
Может кто сталкивался с подобной проблемой, как она решается?

Интересует - температура, время выдержки при нагреве и время (способ) остывания..

Так-же есть ли возможность "вылечить" "зараженные целлюлитом"(не правильным ТО) латунные заготовки?

С уважением Андрей.

Ress75 04-03-2010 20:47

В ювелирных техниках существует такой приём:называется на р..(дольше не помню ).Смысл в многократном отжиге (раз 6) серебра и т.д.Металл начинает переть изнутри изделия и с каждым циклом вспучивает локально поверхность изделия-выходит такой пустынный рельеф с апельсиновой коркой. Вообщем красиво Дальше естественно отбел и т.д.Может и здесь что-то похожие выходит?

ЮЗОН 04-03-2010 21:45

Точно вся Л 63 ? или может ЛС

Graaver 04-03-2010 22:08

quote: А латунь из одной партии, или разные поставки?
Точно вся Л 63 ? или может ЛС

Партия одна..
Бывало нарубят три листа(даже если предположить что листы разные, все заготовки приносят в одном мешке, это примерно 900шт. по 300шт/лист.), отжигаю.. часть нормальная, часть "целлюлитная" (т.е. одна партия после ТО вся в норме, другая проблемная)..
Правда допускаю, что время выдержки в печи разное..
Проблемы с разностью температур исключены.. печь позволяет держать температуру "+"_"-" 1гр.С
Без отжига "целлюлита" нет, но и продавить такую заготовку ой как тяжело..
Если кто-то с этим сталкивался,.. может есть гарантированный рецепт?
Чтобы и "мягкая" и без "целлюлита"..?

Graaver 04-03-2010 22:19

Может кто знает, при каких условиях (превышение каких параметров) происходит эта гадость?

sm special 04-03-2010 23:35

Возможно "гугление" на запрос по дефектам отжига латуни что-нибудь может прояснить...

ЮЗОН 05-03-2010 11:53

Можно попробовать:
Выдержку большую не надо делать,по тех процесу: на t=600 C загрузка, прогрев примерно 1 мм/мин. как температура выровнялась, так охлаждение на воздухе или ч-з воду.
ИМХО: При долгой выдержке в окислительной атмосфере цинк начинает окисляться и "прёт" поверхность.
И иногда виноваты прокатчики листов (свой тех процес не выдерживают)

Graaver 05-03-2010 14:41

При эксперименте с t=600 C у меня гарантированно получался "целлюлит", правда время выдержки было большим..
Ближайшее время снова будет возможность поэкспериментировать..
Попробую уменьшить время нахождения заготовок в печи..

Нестор74 05-03-2010 16:39

2Graaver
после праздников уточню у своих (ребяты много с латунью работают - сувенирная продукция, наградная атрибутика), может чего подскажут, отпишусь, если к тому времени этот вопрос еще будет актуален.

ЮЗОН 05-03-2010 16:50

quote: Попробую уменьшить время нахождения заготовок в печи..

По времени: чем меньше, тем лучше. лишь бы печь вышла на режим.

Плотной пачкой не грузить.

Буль 05-03-2010 17:28

можно, свои 5 копеек: сразу в воду, без выдержки на воздухе

Буль 05-03-2010 17:29

проста калка медных сплавов прямо противоположна ТО сталей-пластичность повашается

Graaver 05-03-2010 20:12

quote: после праздников уточню у своих (ребяты много с латунью работают - сувенирная продукция, наградная атрибутика), может чего подскажут, отпишусь, если к тому времени этот вопрос еще будет актуален.

Любой совет актуален!
И особенно важен практический опыт!

quote: загружаешь на 600 и переводишь печь на t=560.
Плотной пачкой не грузить.

Охлаждение в воде пробовал.. но опять же выдержка заготовок в печи была значительной, да и в партии было всё максимально "плотненько"..
Наверно это и было причиной неудач..

Graaver 12-03-2010 19:52

Случилось то, чего меньше всего ожидал..

История вкратце такая..
Заказал два листа латуни, не проверив отдал в производство..
Оказалось что один лист как и заказывал латунь(Л63), а второй бронза (марка неизвестна, имеет приятный розовый оттенок)..
Бронза мне не подходит по тех. характеристикам.

Поэтому вся партия, чтобы не пропадать без дела переезжает в барахолку.

Может кому понадобится?!!

Вот фото заготовок и "пробной" медали из этого материала.

Graaver 13-03-2010 09:27

С новой партией провёл эксперимент.. "минимально-необходимое" время выдержки в печи + "неплотная" загрузка + охлаждение в воде"..
Эксперимент удался.. "целлюлит" отсутствует!

Огромное спасибо одно-палатникам "Буль" и "ЮЗОН" за дельные советы!!!

Прошу прощения за назойливость..
Возможно ли "восстановить" латунь после неправильного ТО?

С уважением Андрей.

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕДИ И ЛАТУНИ

Медь.

Медь применяют для производства листов, ленты, проволоки методом холодной деформации. В процессе деформации она теря-ет пластичность и приобретает упругость. Потеря пластичности затрудняет прокалку, протяжку и волочение, а в некоторых слу-чаях делает невозможной дальнейшую обработку металла.

Для снятия иагартовки или наклепа и восстановления пласти-ческих свойств меди проводят рекристаллизационный отжиг по режиму: нагрев до температуры 450—500° С со скоростью 200—220° С/ч, выдержка в зависимости от конфигурации и массы изделия от 0,5 до 1,5 ч, охлаждение на спокойном воздухе. Струк-тура металла после отжига состоит из равноосных кристаллов, прочность σв=190 МПа, относительное удлинение δ = 22%.

Латунь .

Сплав меди с цинком называют латунью. Различают двухкомпонентные (простые) латуни, состоящие только из меди, цинка и некоторых примесей, и многокомпонентные (специальные) латуни, в которые вводят еще один или несколько легирующих элементов (свинец, кремний, олово) для придания сплаву тех или иных свойств.

Двухкомпонентныелатуни в зависимости от способа обработки подразделяют на деформируемые и литейные.

деформируемые двухкомпонентные латуни (Л96, Л90, Л80, Л63 и др.) обладают высокой пластичностью и хорошо обрабаты-ваются давлением, их используют для изготовления листов, лен-ты, полос, труб, проволоки и прутков разного профиля.

Литейные латуни применяют для отливки фасонных деталей. В процессе холодной обработки давлением двухкомпонентные ла-туни, как и медь, получают наклеп, вследствие которого возраста-ет прочность и падает пластичность. Поэтому такие латуни под-вергают термической обработке — рекристаллизационному отжигу по режиму: нагрев до 450—650° С, со скоростью 180—200° С/ч, выдержка 1,5—2,0 ч и охлаждение на спокойном воздухе. Проч-ность латуни после отжига σ Β = 240-320 МПа, относительное уд-линение δ = 49-52%·

Латунные изделия с большим внутренним напряжением в ме-талле подвержены растрескиванию. При длительном хранении на воздухе на них образуются продольные и поперечные трещины. Чтобы избежать этого, изделия перед длительным хранением под-вергают низкотемпературному отжигу при 250—300° С.

Наличие в многокомпонентных (специальных) ла тунях легирующих элементов (марганца, олова, никеля, свин-ца и кремния) придает им повышенную прочность, твердость и высокую коррозионную стойкость в атмосферных условиях и мор-ской воде. Наиболее высокой устойчивостью в морской воде обла-дают латуни, легированные оловом, например ЛО70-1, ЛА77-2 и ЛАН59-3-2, получившие название морской латуни, их применяют в основном для изготовления деталей морских судов.

По способу обработки специальные латуни подразделяют на деформируемые и литейные. Деформируемые латуни используют для получения полуфабрикатов (листов, труб, ленты), пружин, деталей часов и приборов. Литейные многокомпонентные латуни применяют для изготовления полуфабрикатов и фасонных деталей методом литья (гребные винты, лопасти, детали арматуры и т.п.). Требуемые механические свойства специальной латуни обеспечи-вают термической обработкой их, режимы которой приведены в таблице. Для получения мелкого зерна перед глубокой вытяжкой деформируемые латуни для листов, лент, полос подвергают от-жигу при температуре 450—500° С.

Режимы термической обработки специальных латуней *

Марка сплава	Назначение обработки	Вид обработки	Темпера ту-ра нагрева, °С	Выдерж-ка, ч
Деформируемые латуни
	Снятие наклепа	Рекристаллизацион- ный отжиг
	Снятие напряжений	Низкий отжиг
Литейные латуни
	Снятие напряжений	Рекристаллизацион- лый отжиг

* Охлаждающая среда — воздух.

ТЕРМИЧЕСКОЕ УПРОЧНЕНИЕ БРОНЗЫ

Бронза — сплав меди с оловом, свинцом, кремнием, алюмини-ем, бериллием и другими элементами. По основному легирующему элементу бронзы разделяют на оловянные и безоловянные (спе-циальные), по механическим свойствам — на деформируемые и литейные.

Деформируемые оловянные бронзы марок Бр.ОФ8-0,3, Бр.ОЦ4-3, Бр.ОЦС4-4-2,5 выпускают в виде прутков, лент, проволоки для пружин. Структура этих бронз состоит из α-твердого раствора. Основным видом термической обработки бронз является высокий отжиг по режиму: нагрев до 600—650° С, выдержка при этой температуре в течение 1—2 ч и быстрое охлаж-дение. Прочность после отжига σ в — 350-450 МПа, относительное удлинение б= 18—22%, твердость НВ 70—90.

Литейные оловянные бронзы марок Бр.ОЦ5-5-5, Бр.ОСНЗ-7-5-1, Бр.ОЦСЗ,5-7-5 используют для изготовления анти-фрикционных деталей (втулок, подшипников, вкладышей и др.). Литейные оловянные бронзы подвергают отжигу при 540—550° С в течение 60—90 мин.

Безоловянные бронзы Бр.5, Бр.7, Бр.АМц9-2, Бр.КН1-3 идругие марки имеют высокую прочность, хорошие антикоррози-онные и антифрикционные свойства. Из этих бронз изготовляют шестерни, втулки, мембраны и другие детали. Для облегчения обработки давлением бронзы подвергают гомогенизации при 700—750° С с последующим быстрым охлаждением. Отливки, име-ющие внутренние напряжения, отжигают при 550° С с выдержкой 90—120 мин.

Наиболее часто в промышленности применяют двойные -алюминиевые бронзы марок Бр.А5, Бр.А7 и бронзы, до-бавочно легированные никелем, марганцем, железом и другими элементами, например Бр.АЖН10-4-4. Эти бронзы используют для различных втулок, фланцев, направляющих седел, шестерен и других небольших деталей, испытывающих большие нагрузки.

Двойные алюминиевые бронзы подвергают закалке и отпуску по режиму: нагрев под закалку до 880—900° С со скоростью 180—200° С/ч, выдержка при этой температуре 1,5—2 ч, охлажде-ние в воде; отпуск при 400—450° С в течение 90—120 мин. Струк-тура сплава после закалки состоит из мартенсита, после отпус-ка—из тонкой механической смеси; прочность бронзы σ в = 550МПа, δ = 5%, твердость НВ 380—400.

Бериллиевая бронза Бр.Б2 — сплав меди с бериллием. Уникальные свойства — высокая прочность и упругость при одно-временной химической стойкости, немагнитность и способность к термическому упрочнению — все это делает бериллиевую бронзу незаменимым материалом для изготовления пружин часов и при-боров, мембран, пружинистых контактов и других деталей. Высо-кая твердость и немагнитность позволяют использовать бронзу в качестве ударного инструмента (молотки, зубила), не образующе-го искр при ударе о камень и металл. Такой инструмент применя-ют при работах во взрывоопасных средах. Бронзу Бр.Б2 закали-вают при 800—820° С с охлаждением в воде, а затем подвергают искусственному старению при 300—350° С. При этом прочность сплава σ Β =1300 МПа, твердость HRC37—40.

ТЕРМИЧЕСКОЕ УПРОЧНЕНИЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Деформируемые алюминиевые сплавы разделяют на неупрочняемые термической обработкой и упрочняемые. Кнеупрочняемым алюминиевым сплавам относят сплавы марки АМц2, АМг2, АМгЗ, имеющие невысокую прочность и высокую пластич-ность; их применяют для изделий, получаемых глубокой вытяж-кой, упрочняют холодной обработкой давлением (нагартовкой).

Наиболее распространены сплавы, упрочняемые термической обработкой. К ним относят дюралюминий марок Д1, Д16, Д3П, в состав которых входят алюминий, медь, магний и марганец. Ос-новными видами термического упрочнения дюралюминия являют-ся закалка и старение. Закалку проводят при 505—515° С с после-дующим охлаждением в холодной воде. Старение применяют как естественное, так и искусственное. При естественном старении сплав выдерживают в течение 4—5 сут, при искусственном — 0,8—2,0 ч; температура старения — не ниже 100—150°С; проч-ность после обработки σ Β = 490 МПа, 6=14%. Сплавы Д1 и Д16 применяют для изготовления деталей и элементов строительных конструкций, а также изделий для летательных аппаратов.

Авиаль (АВ, АВТ, АВТ1)—это деформируемый сплав, обла-дающий более высокой пластичностью, свариваемостью и корро-зионной стойкостью, чем дюралюминиевые; подвергают закалке в воде при 515—525° С и старению: сплавы АВ и АВТ — естествен-ному, сплав АВТ1 — искусственному при 160° С с выдержкой 12—18 ч. Применяют авиаль для производства листов, труб, ло-пастей винтов вертолетов и т. п.

Высокопрочные (σ в =550-700 МПа) алюминиевые сплавы В95 и В96 имеют меньшую пластичность, чем дюралюминий. Термиче-ская обработка этих сплавов заключается в закалке при 465—475° С с охлаждением в холодной или горячей воде и искус-ственном старении при 135—145° С в течение 14—16 ч. Применяют сплавы в самолетостроении для нагруженных конструкций, работающих длительное время при 100—200° С.

Ковочные алюминиевые сплавы марок АК1, АК6, АК8 подвер-гают закалке при 500—575° С с охлаждением в проточной воде и искусственному старению при 150—165° С с выдержкой 6—15 ч; прочность сплава σ Β = 380-460 МПа, относительное удлинение δ = 7-10%.

Литейные алюминиевые сплавы называют силуми-нами. Наиболее распространены термически упрочняемые сплавы марок АЛ4, АЛ6 и АЛ20 Отливки из сплавов АЛ4 и АЛ6 зака-ливают при 535—545° С с охлаждением в горячей (60—80° С) воде и подвергают искусственному старению при 175° С в течение 2—3 ч; после термической обработки σ в =260 МПа, δ = 4-6%, твердость НВ 75—80. Для снятия внутренних напряжений отливки из этих сплавов отжигают при 300° С в течение 5—Ю ч с охлаж-дением на воздухе. Жаропрочные сплавы марок АЛ 11 и АЛ20, идущие для изготовления поршней, головок цилиндров, топок кот-лов, работающих при 200—300° С, подвергают закалке (нагрев до 535—545° С, выдержка при этой температуре в течение 3—6 ч и охлаждение в проточной воде), а также стабилизирующему отпус-ку при 175—180° С в течение 5—10 ч; после термической обработ-ки σ в =300-350 МПа, δ=3-5%.

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МАГНИЕВЫХ И ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ

Магниевые сплавы.

Основными элементами в магниевых спла-вах (кроме магния) являются алюминий, цинк, марганец и цир-коний. Магниевые сплавы делят на деформируемые и литейные.

Деформируемые магниевые сплавы марок МА1, МА8, МА14 подвергают термическому упрочнению по режиму: на-грев под закалку до 410—415° С, выдержка 15—18 ч, охлаждение на воздухе и искусственное старение при 175° С в течение 15—16 ч; после термообработки σ Β = 320~430 МПа, δ = 6-14%. Сплавы МА2, МАЗ и МА5 термической обработке не подвергают; их при-меняют для изготовления листов, плит, профилей и поковок.

Химический состав литейных магниевых сплавов (МЛ4, МЛ5, МЛ12 и др.) близок к составу деформируемых, но пластичность и прочность литейных сплавов значительно ниже. Это связано с грубой литейной структурой сплавов Термическая обработка отливок с последующим старением способствует раство-рению избыточных фаз, сконцентрированных по границам зерен и повышению пластичности и прочности сплава.

Особенностью магниевых сплавов является малая скорость диффузионных процессов (фазовые превращения протекают мед-ленно), что требует большой выдержки под закалку и старение. По этой причине закалка сплавов возможна только на воздухе. Старение литейных магниевых сплавов проводят при 200—300° С; под закалку их нагревают до 380—420° С; после закалки и старе-ния σ в = 250-270 МПа.

Магниевые сплавы можно применять, как жаропрочные, спо-собные работать при температурах до 400° С. Вследствие высокой удельной прочности магниевые сплавы широко применяют в авиа-ции, ракетостроении, автомобильной и электротехнической про-мышленности. Большим недостатком магниевых сплавов является низкая стойкость против коррозии во влажной атмосфере.

Титановые сплавы.

Титан является одним изважнейших совре-менных конструкционных материалов; обладает высокой проч-ностью, повышенной температурой плавления (1665° С), малой плотностью (4500 кг/м 3) и высокой коррозионной стойкостью даже в морской воде. На основе титана образовывают сплавы повышен-ной прочности, широко применяемые в авиации и ракетостроении, энергомашиностроении, судостроении, химической промышленности и других областях промышленности. Основными добавками в ти-тановых сплавах являются алюминий, молибден, ванадий, марга-нец, хром, олово и железо.

Титановые сплавы марок ВТ5, ВТ6-С, ВТ9 и ВТ16 подвергают отжигу, закалке и старению. Полуфабрикаты (прутки, поковки, трубы) из сплава, дополнительно легированного оловом (ВТ5-1), проходят рекристаллизационный отжиг при 700—800° С в целях снятия наклепа. Листовые титановые сплавы отжигают при 600—650° С. Длительность отжига поковок, прутков и труб состав-ляет 25—30 мин, алистов — 50—70 мин.

Высоконагруженные детали из сплава ВТ14, работающие при температуре 400° С, закаливают с последующим старением по ре-жиму: температура закалки 820—840° С, охлаждение в воде, ста-рение при 480—500° С в течение 12—16 ч; после закалки и старе-ния: σ в =1150-1400 МПа, 6 = 6—10%, твердость HRC56—60.

Под термической обработкой цветного металла понимается нагрев до определенной температуры, после чего следует охлаждение с определенной скоростью. Общая эффективность термической обработки цветного металла зависит от его предшествующей обработки, от температуры и скорости нагрева, продолжительности выдержки при этой температуре и скорости охлаждения

Процессы термической обработки цветных металлов можно разделить на две основные группы: термическая обработка, целью которой является получение структуры, максимально приближающейся к равновесному состоянию, и термическая обработка, целью которой, наоборот, является достижение неравновесного состояния. В некоторых случаях обе упомянутые группы процессов взаимно перекрываются

К первой группе относятся рекристаллизационный отжиг деформированного материала, далее отжиг для снятия внутренних напряжений и, наконец, гомогенизационный отжиг отливок. Ко второй группе, которая считается иногда термической обработкой в узком смысле слова, относится термическая обработка с получением неравновесного состояния, т. е. так называемое дисперсионное отверждение

Мягкий или рекристаллизационный отжиг

Мягкий отжиг это термическая обработка заготовок, подвергшихся холодной обработке давлением. Он производится путем нагрева изделия до определенной температуры, выдержки при этой температуре в течение определенного времени и, как правило, медленного последующего охлаждения. Уровень температуры, продолжительность выдержки так же, как и скорости нагрева и охлаждения, зависят как от способа предшествующей обработки, так и от требуемых свойств изделия. Следовательно, процесс этого отжига характеризуется степенью предшествующего обжатия, температурой и продолжительностью отжига и требуемой структурой изделия. Кратко можно пояснить сказанное следующими примерами

Металл, получивший наклеп в результате обработки давлением , претерпевает во время нагрева несколько взаимно перекрывающихся изменений. Сначала происходит так называемое «восстановление», характеризующееся снятием внутренних напряжений, т. е. устранением нарушений кристаллической решетки, вызванных в материале обработкой давлением. В этой области механические свойства изменяются очень мало, хотя на некоторых физических свойствах уже наблюдаются изменения. При дальнейшем нагреве начинают образовываться зародыши новообразующей структуры, и происходит рост этих зародышей. В совокупности эти два процесса называют рекристаллизацией . Механические и физические свойства, приобретенные материалом в результате обработки давлением, утрачиваются им при рекристаллизации, и материал приобретает свойства, которые он имел перед наклепом. Затем следует стадия роста зерна, при которой кристаллы сливаются; при этом некоторые кристаллы растут за счет соседних кристаллов, и кристаллическая структура укрупняется

Процесс изменения механических свойств меди, не содержащей кислорода при наклепе и рекристаллизационном отжиге поясняется на нижележащих графиках

Зависимость механических свойств при наклепе от степени обжатия

Зависимость механических свойств при рекристаллизационном отжиге от температуры

Кривые твердости в зависимости от предшествующей степени обжатия и температуры, а также рост зерна в зависимости от температуры после рекристаллизации

Отжиг для снятия внутренних напряжений

Такой отжиг называется стабилизацией , а применительно к деформированным заготовкам - отпуском . Отжиг состоит в нагреве до невысокой температуры и кратковременной выдержке при этой температуре до полного прогрева изделия, после чего следует медленное охлаждение. Для заготовок, обработанных давлением, это - температура из области восстановления, т. е. ниже температуры рекристаллизации. Этим отжигом устраняются внутренние напряжения, вызванные, например, в отливках неравномерным остыванием и термической обработкой, а в поковках - обработкой давлением на холоде, термической обработкой или обработкой резанием при больших сечениях стружки. Прежняя кристаллизация при этом нагреве сохраняется. Механические свойства также существенно не изменяются, в том числе и после длительного хранения

У изделий, особенно сложной конфигурации, этим процессом обеспечивается стабильность размеров. Пример температур отпуска некоторых деформируемых сплавов алюминия и меди приведен в табл.1

Температуры отпуска для снятия внутренних напряжений в некоторых деформируемых металлах и сплавах

Гомогенизационный отжиг

Гомогенизационный отжиг - это термическая обработка, состоящая из нагрева до высокой температуры и выдержки при этой температуре в течение определенного времени, пока не будут достигнуты равномерный состав и равномерная структура. Затем следует, как правило, медленное охлаждение. В литых сплавах встречается неравномерность (гетерогенность) двоякого рода. Это - ликвация примесей , накапливающихся в тех частях отливки, которые отвердевают последними, и расслоение (слоистость) каждого отдельного кристалла твердого раствора. Неравномерности внутри кристалла легко выравниваются диффузией , если она протекает при достаточно высокой температуре и достаточно долго. Напротив, примеси, накопленные в отдельных местах отливки, рассеиваются отжигом значительно хуже. Они способны к диффузии лишь в том случае, если растворяются в основном металле при высоких температурах. Но и в этом случае процесс гомогенизации затруднен ввиду большого пути, который должны проходить отдельные частицы

Гомогенизационному отжигу можно подвергать и деформированные металлы, если требуется улучшить некоторые их механические свойства, особенно вязкость и химическую стойкость сплава. Путем нагрева до высокой температуры определенные легирующие элементы переводятся в твердый раствор до тех пор, пока сплав не станет гомогенным, а затем быстрым охлаждением подавляется ликвация. Однако этот процесс уже переходит в область термической обработки для получения неравновесных состояний

Дисперсионное отверждение

Для дисперсионного отверждения сплава обязательным условием является то, чтобы в основных кристаллах находилась частично растворимая фаза, растворимость которой уменьшается с понижением температуры. При медленном охлаждении происходит ликвация, в результате которой может выделиться, в зависимости от формы диаграммы, чистый металл, твердый раствор соединений или какая — либо другая фаза. Быстрым охлаждением из области твердого раствора можно во многих случаях подавить ликвацию, и закаленный таким образом сплав привести в неравновесное состояние пересыщенного твердого раствора. При дальнейшем умеренном нагреве или нормальной температуре сплав проявляет тенденцию прийти в стабильное состояние. Этот сложный процесс пока еще не вполне выяснен, хотя практически в технике уже применяют целый ряд отверждаемых сплавов. Процесс протекает по-разному у разных отверждаемых сплавов, а во многих случаях - неодинаково даже у одного и того же сплава. Поэтому ограничимся лишь краткой характеристикой этого процесса

Отверждение состоит в основном из трех этапов. Сначала сплав нагревается до соответствующей температуры. Эта температура находится в пределах между линией солидуса и линией растворимости в твердом состоянии по возможности ближе к температуре солидуса. Лучше всего эту температуру, учитывая ее узкий диапазон, особенно у алюминиевых сплавов (490-535° С), поддерживать в соляном растворе, и поэтому именно такие растворы и применяют чаще всего. Целью отжига этого вида является получение богатого твердого раствора. Выдержка при данной температуре зависит от типа сплава и вида заготовки. Затем следует быстрое охлаждение (закалка в масле или в воде). Сплав проходит через разные стадии, приближающиеся к равновесному состоянию, причем атомы пересыщенного твердого раствора каждый раз располагаются по-разному. Этот процесс проводится при нормальной или повышенной температуре; иногда его называют старением. В некоторых случаях между закалкой и старением производят холодную обработку давлением. Старение при нормальной температуре называется естественным , а при повышенной температуре - искусственным

При отверждении изменяются механические свойства. После закалки прочность несколько уменьшается с увеличением вязкости, а при старении прочность снова повышается, а вязкость и пластичность немного уменьшаются. Эти изменения при старении подчиняются определенным закономерностям, зависящим от температуры, продолжительности старения и вида сплава. По достижении максимума прочность сплава при дальнейшем нагревании его снова уменьшается. В результате такого «перестарения » сплав переходит из нестабильного отвержденного состояния в равновесное, и материал приобретает прежние механические свойства. Разумеется, прочность в отвержденном состоянии всегда больше той, которая может быть получена у того же сплава нагартовкой, и вообще отверждаемые сплавы обладают наибольшей прочностью по сравнению с прочими металлами этой группы. В процессе отверждения изменяются и некоторые физические свойства

На рис.5 показано влияние температуры и продолжительности искусственного старения на механические свойства деформируемого сплава AlMgSi.

Общая схема зависимости температуры и продолжительности отжига при различных способах термической обработки деформируемого сплава AlMgSi приведена на рис.6

У некоторых сплавов цветных металлов при термической обработке на неравновесное состояние процессы перекристаллизации протекают так же, как у стали. Например, в некоторых алюминиевых бронзах происходят так называемые фазовые превращения γ — α , в связи с чем весь процесс, состоящий из закалки и отпуска, можно назвать термическим улучшением . Изменения механических свойств при улучшении отличаются от тех, которые сопровождают отверждение: после закалки прочность увеличивается с одновременным уменьшением вязкости, а при отпуске прочность снова уменьшается, тогда как вязкость немного повышается

Значения механических свойств деформируемых сплавов алюминия, подвергавшихся различной термической обработке

Марка сплава	Полуфабрикат	σ т, (кг/мм 2)	σ вр, (кг/мм 2)	δ 10 , (%)
Al 99,5	Лист	1,5	7 — 10	22
Al-Cu4-Mg1	Лист		18 — 24	11
Al-Zn6-Mg-Cu	Пруток		18 — 28	9
Al-Mg-Si	Лист		11 — 15	16
Al-Mg	Лист		18 — 23	16
Al-Mg5	Пруток		25 — 28	16
Al-Mg-Mn	Лист		17 — 26	15
Al-Mn	Труба		11 — 17	16

В твердом состоянии

Марка сплава	Полуфабрикат	σ т, (кг/мм 2)	σ вр, (кг/мм 2)	δ 10 , (%)
Al 99,5	Лист	11	13	4
Al-Mg-Si	Лист	15	17	4
Al-Mg	Лист		27	3
Al-Mg5	Пруток	28	32	3
Al-Mg-Mn	Лист	20	24	3
Al-Mn	Труба		19	3

В отвержденном состоянии

Марка сплава	Полуфабрикат	σ т, (кг/мм 2)	σ вр, (кг/мм 2)	δ 10 , (%)	Примечания
Al-Cu4-Mg1	Лист	28	43,5	10	Отвержденные при нормальной температуре; все размеры
Al-Cu-Ni-Mg-Fe	Поковка	26	38	4	Небольшие поковки и в направлении волокон
Al-Zn6-Mg-Cu	Пруток	38	50	6	Отвержденные при высокой температуре
Al-Mg-Si	Лист	10	20	12

Режимы термической обработки и значения механических свойств литейных сплавов алюминия

Марка сплава	Отливка	Способ термической обработки отливки	Темпе- ратура закалки (°С)	Продолжи- тельность выдержки при этой темпе- ратуре (часы)	Темпе- ратура старения (°С)	Про- должи- тель- ность старения (часы)	σ т, (кг/мм 2)	σ вр, (кг/мм 2)	δ 5 , (%)	HB
Al-Si-Cu5	В песок				180±5	15		16		65
Al-Si-Cu5	В песок	Отвержденная в горячем виде	525±5	4	180±5	5		20		70
Al-Si-Cu5	В песок		525 +5 -10	4	230±5	5		18	1	65
Al-Si-Cu5	В кокиль	Подвергнутая искусственному старению			180±5	15		16		65
Al-Cu-Si5	В кокиль	Закаленная и стабили- зированная	525 +5 -10	4	230±5	5		18	1	65
Al-Cu-Ni-Mg	В песок	Отвержденная в горячем виде	515±5	4 — 10	235±5	4 — 6	18	22	0,3	90
Al-Cu-Ni-Mg	В кокиль	Отвержденная в горячем виде	515±5	4 — 10	235±5	4 — 6	20	24	0,3	90
Al-Mg11	В песок	Закаленная	435±5	15 — 20				28	9	60
Al-Si13	В песок	Термически необработанная					8	17	4	50
Al-Si13	В кокиль	Отожженная					9	20	3	55

Примечание: значения механических свойств являются минимальными и относятся к специально отлитым испытательным пруткам

Режимы термической обработки деформируемых сплавов алюминия

Горячее деформирование

Марка сплава	Оптимальная температура (°С)
Al 99,5	380 — 500	1 — 2
Al-Cu4-Mg1	400 — 450	4 — 8
Al-Cu-Ni-Mg-Fe	420 — 470	4 — 8
Al-Zn6-Mg-Cu	440 — 460	4 — 8
Al-Mg-Si	480 — 520	2 — 4
Al-Mg	400 — 450	2 — 4
Al-Mg5	330 — 400	3 — 6
Al-Mg-Mn	400 — 450	2 — 4
Al-Mn	450 — 500	1 — 2

Полный отжиг

Марка сплава	Температура (°С)	Продолжительность выдержки при этой температуре (часы)	Способ охлаждения
Al 99,5	360 — 400	2 — 6	На воздухе
Al-Cu4-Mg1	330 — 420	1 — 6
Al-Cu-Ni-Mg-Fe	340 — 400	1 — 6	Медленное в печи; быстрое охлаждение 40 — 60 град/ч до температуры 200°С
Al-Zn6-Mg-Cu	420 — 440	2	Медленное в печи; быстрое охлаждение 30 — 50 град/ч
Al-Mg-Si	360 — 400	4 — 8	Медленное в печи; быстрое охлаждение 60 — 100 град/ч до температуры 200°С
Al-Mg	360 — 400	2 — 4	На воздухе
Al-Mg5	360 — 400	2 — 4	Медленное в печи
Al-Mg-Mn	360 — 400	1/2 — 3	На воздухе
Al-Mn	500 — 550 (быстрый нагрев)	1 — 4	На воздухе

Отверждение

Марка сплава	Температура закалки (°С)	Продолжительность выдержки при этой температуре (часы)	Температура старения (°С)	Продолжительность старения (часы)
Al-Cu4-Mg1	490 — 505	1/4 — 1, ванна	При нормальной температуре	5 дней
Al-Cu-Ni-Mg-Fe	520 — 540	1/2 — 1, ванна	180 — 195	12 — 14 ч
Al-Zn6-Mg-Cu	465 — 475	5 — 15 мин, ванна; 10 — 30 мин, воздушная печь	130 — 140	16 ч
Al-Mg-Si	520 — 535	1/3 — 1, ванна	155 — 160	4 — 6 ч

Значения механических свойств деформируемых сплавов меди, подвергнутых различной термической обработке

В состоянии мягком или после горячего деформирования

Марка сплава	Полуфабрикат	σ т, (кг/мм 2)	σ вр, (кг/мм 2)	δ 10 , (%)
Cu 99,5	Лист		20	30
Cu-Sn 6	Пруток	15	35	40
Ms (латунь) 90	Лист	8	25	40
Ms (латунь) 70	Лист	13	28	47
Ms (латунь) 63	Фасонный профиль	12	31	40
Cu-Ni 2-Si	Пруток	10	25	30
Cu-Al 10-Fe-Ni	Пруток	40	65	5
Cu-Be (2,0%)-Co (0,3%)	Лист и пруток	17 — 25	42 — 52	35 — 50

В твердом состоянии

Марка сплава	Полуфабрикат	σ т, (кг/мм 2)	σ вр, (кг/мм 2)	δ 10 , (%)
Cu 99,5	Лист	16	30	4
Cu-Sn 6	Пруток	45	50	8
Ms (латунь) 90	Лист	20	35	8
Ms (латунь) 70	Лист	30	45	15
Ms (латунь) 63	Фасонный профиль	35	42	15
Cu-Be (2,0%)-Co (0,3%)	Лист и пруток	52 — 60	63 — 70	10 — 20