Хромовая бронза

Хромовые бронзы — медно-хромовые или более сложные по химическому составу медные сплавы, в которых упрочнение после закалки и старения происходит в результате выделения из твердого раствора дисперсных частиц хрома или хромосодержащих соединений. Бронзы относятся к жаропрочным медным сплавам высокой электро- и теплопроводности.

Среди легирующих элементов, которые используют при создании жаропрочных медных сплавов высокой тепло- и электропроводности, хрому отводится особая роль благодаря его влиянию на физические и механические свойства меди. Хром значительно упрочняет медь, повышает уровень ее жаропрочности и значительно повышает температуру рекристаллизации меди.

Хромовые бронзы относятся к дисперсионно твердеющим сплавам и имеют хорошее сочетание физических, механических и эксплуатационных свойств после термической или термомеханической обработки (ТМО). Термическая обработка включает закалку, фиксирующую пересыщенный твердый раствор, и старение, в результате которого происходит распад с выделением дисперсных частиц фазы-упрочнителя. ТМО включает холодную пластическую деформацию (между закалкой и старением), которая активно влияет на формирование структуры при старении, изменяя кинетику распада твердого раствора. Уровень прочностных свойств у сплавов, прошедших ТМО, выше, чем у сплавов, подвергнутых старению без предварительной деформации. Однако применение ТМО к изделиям из хромовых бронз, эксплуатируемых при температурах выше температур рекристаллизации, неэффективно.

Кроме упрочняющей термической обработки хромовые бронзы зачастую подвергаются промежуточному отжигу с целью повышения пластичности между операциями холодной деформации. Отжигу подвергают также готовую металлопродукцию перед последующим изготовлением из нее изделий различными способами пластической деформации (штамповка, ковка, отбортовка и др.).

Свойства двойных хромовых бронз определяются особенностями физико-химического взаимодействия между компонентами в систе­ме Cu—Cr. Наибольший практический интерес имеет часть диаграммы состояния Cu—Cr, показанная на рис. 1. 4.15.

Рис. 1. Диаграмма состояния Cu-Cr

 В системе Cu—Cr твердом состоянии суще­ствуют две фазы: α-твердый раствор хрома в меди и твердый раствор на основе хрома. Однако вследствие малой растворимости меди в хроме в твердом состоянии, второй твердой фазой является практически чистый хром.

Двойные хромовые бронзы БрХ1 и БрХ0,8 мало отличаются по химическому составу (табл. 1.)  и имеют близкие значения физических и механических свойств.

Минимальные значения временного сопротивления σ_b хромовая бронза имеет в отожженном состоянии, максимальные — в закаленном (рис. 2).

Рис. 1. Зависимость механических свойства бронзы БрХ (0,79% Cr) от температуры испытания после термической обработки по режимам: 1 - отжиг при 700°С , 2 ч; 2 - закалка с 1000°С в воде; 3 - нормализация (охлаждение на воздухе) с 1000°С

Наибольшие различия в прочностных свойствах хромовых бронз между закаленным и нормализованным со­стояниями наблюдаются с температуры 400°С, когда начинается распад пересыщенного хромом твердого раствора. Прочностные свойства хромовой бронзы в нормализованном и закаленном состоянии становятся практически одинаковыми при 800°С. Двойные хромовые бронзы имеют область пониженной пластичности в температурном интервале 400...650°С.

Сведения о физических, механических и технологических свойствах двойных хромовых бронз БрХ1 и БрХ0,8 даны в табл. 2-3.

Среди медных сплавов с высокой электро- и теплопроводностью наибольшее применение в промышленности нашли многокомпонентные хромовые бронзы, легированные цирконием (см. табл. 1).

Хромоциркониевая бронза БрХЦр по механическим свойствам, температуре разупрочнения при нагреве, жаропрочности превосходит двойную хромовую бронзу БрХ1. При этом электро- и теплопроводность двойного и тройного сплавов практически одинаковы. Введение в двойные сплавы Cu-Cr малой добавки цирко­ния приводит не только к повышению прочностных свойств, но и к значительному улучшению пластичности при повышенных температурах: бронза БрХЦр в отли­чие от двойных сплавов БрХ1 и БрХ0,8 не имеет провала пластичности в интервале температур 400...650°С.

Физические, механические и технологические свойства хромоциркониевой бронзы БрХЦр при комнатной и высоких тем­пературах приведены в табл. 4-6.

Многокомпонентная бронза БрХЦрК отличается от БрХЦр значительно меньшим содержанием хрома (см. табл. 1). Небольшая добавка кальция (0,03...0,10%) вводится для раскисления расплава, улучшения усвоения циркония и повышения технологических свойств (стойкость к двойным перегибам). Из этого сплава изготавливают токопроводящие монтажные провода, предназначенные для работы при длительном воздействии повышенных температур (ок. 150°С) и кратковременно до 250°С. Бронза отличается высокой технологической пластичностью, что позволяет выпускать микро­проволоку.

Свойства бронзы БрХЦрК и режимы обработки приведены в табл. 7.

В качестве легирующих элементов в хромовые бронзы вводят также тугоплавкие металлы переходной группы - ванадий и ниобий, имеющие температуры плавления 1910°С и 2469°С со­ответственно.

Главное достоинство бронзы БрХНб — высокая электро- и теплопроводность в широком диапазоне температур (см. табл. 5); по прочностным свойствам сплав уступает двойной хромовой бронзе БрХ1. Из бронзы БрХНб изготавливают проволоку для токоведущих проводников электрического тока.

Хромоциркониевая бронза БрХВЦр с добавкой ванадия (см. табл. 1) относится к дисперсионно твердеющим материалам. Бронза имеет высокую тепло- и электропроводность, отлича­ется высокой пластичностью и вязкостью в широком диапазоне температур. Основные физические и механические свойства бронзы БрХВЦр при комнатной и высоких температурах представлены в табл. 6-8.

Основные виды продукции и изделий из хромовых бронз приведены в табл. 9.