Литейные оловянные бронзы

Химический состав литейных оловянных бронз приведен в табл. 1.

Фазовый состав и структура литейных оловянных бронз определяются диаграммами состояния Cu—Sn (см. рис. 1), а также многокомпонентных систем Cu—Sn—Р и Cu—Sn—Zn—(Pb).

Рис. 1. Диаграмма состояния системы Cu-Sn

Характерная особенность литейных оловянных бронз — большой интервал кристаллизации (150...200°С), что обусловливает образование в отливках рассеянной усадочной пористости и невысокой жидкотекучести металла, которая значительно ниже, чем у алюминиевых бронз. Минимальную жидкотекучесть имеют бронзы, содержащие 10...12% Sn, что соответствует максимальному интервалу между температурами ликвидуса и солидуса в условиях неравновесной кристаллизации этих сплавов (пунктирные линии диаграммы состояния системы Cu—Sn (см. рис. 1).

В литейных оловянных бронзах образуется значительная усадочная пористость и малая усадочная раковина, что обусловливает небольшую линейную усадку — самую низкую среди всех известных сплавов и составляющую около 1% при литье в песчаные формы. Малая усадка позволяет получать сложные по конфигурации фасонные отливки с четким воспроизведением рельефа формы при художественном литье, а также отливки с резкими переходами от толстых сечений к тонким. При отливке в кокиль изделия получаются более плотными, а линейная усадка существенно возрастает. Горячеломкость отливок из оловянных бронз в большинстве случаев невелика. В целом оловянные бронзы имеют хорошие литейные свойства, позволяющие получать сложные по конфигурации фасонные отливки.

В литейных бронзах стремятся уменьшить содержание дефицитного олова, заменяя его более дешевыми и менее дефицитными элементами. Поэтому среди литейных оловянных бронз двойные сплавы системы Cu—Sn отсутствуют, и бронзы для улучшения механических, технологических и служебных характеристик до­полнительно легируют цинком, фосфором, свинцом и никелем.

Одним из основных легирующих элементов литейных оловянных бронз является цинк. Он вводится в количестве 2...12% и благоприятно влияет на комплекс свойств, в том числе на механические и литейные. Цинк позволяет экономить более дефицитное и дорогое олово, частично заменяя его в сплавах. Кроме того, цинк способствует более равномерному распределению включений свинца в структуре отливок. При введении цинка возрастает коррозионная стойкость бронзы в морской воде.

Фосфор в литейные оловянные бронзы вводят в значительно большем количестве (до 1,2%), чем в деформируемые. Фосфор улучшает литейные и антифрикционные свойства бронз. Фосфор, являясь хорошим раскислителем, также понижает температуру плавления и повышает жидкотекучесть литейных оловянных бронз, поэтому такие бронзы широко применяются для художественного литья. В литейных оловянных бронзах, легированных фосфором, образуется фосфид меди, который обладает высокой твердостью и обеспечивает повышение износостойкости литых антифрикционных деталей узлов трения (втулки, вкладыши, червячные колеса и др.) и подшипников.

Добавки свинца повышают плотность и улучшают герметичность отливок, а также повышают антифрикционные свойства, но снижают прочность и пластичность литых оловянных бронз. Свинец практически не растворим в бронзе в твердом состоянии. При кристаллизации сплава он выделяется как самостоятельная фаза, располагаясь между дендритами и заполняя поры усадочного происхождения, повышая плотность и способность к обработке резанием.

Свинец — непременный легирующий элемент оловянных бронз, применяемых для изготовления подшипников скольжения, так как свинец образует мягкую составляющую, которая играет роль смазки в трущихся поверхностях деталей, работающих в условиях трения. Оловянно-свинцовые бронзы являются од­ним из лучших антифрикционных материалов, так как олово обеспечивает достаточную прочность и износостойкость сплава, а свинец — хорошую прирабатываемость контактирующих по­верхностей.

Небольшие добавки никеля (до 1%) повышают механические свойства и уменьшают ликвацию в оловянно-свинцовых бронзах, т. е. ослабляют отрицательное влияние свинца, а также улучшают коррозионную стойкость и измельчают зерно в отливках.

Литейные оловянные бронзы обладают высокой коррозион­ной стойкостью в атмосферных условиях, в морской и пресной воде и хорошо противостоят разным химическим растворам. Они не подвержены, как латуни, обесцинкованию при эксплуатации изделий в морской воде и в этом отношении являются уникаль­ным коррозионностойким материалом. Сопротивление коррозии улучшается с увеличением содержания в бронзах олова, в то время как цинк уменьшает сопротивление коррозии в морской воде.

Основные сведения о свойствах литейных оловянных бронз даны в табл. 2 и 3.

Литейные оловянные бронзы применяют для пароводяной арматуры, работающей под давлением, а также для литья антифрикционных деталей, подшипников, шестерен и зубчатых колес (табл. 4.45).