Никельбериллиевая, кобальтбериллиевая и никелькремниевая бронзы
Бронзы никельбериллиевая БрНБТ, кобальтбериллиевая БрКоБ и никелькремниевая БрНХК2,5-0,7-0,6 относятся к жаропрочным медным сплавам, широко применяемым в качестве проводников тока в электросетях железнодорожного транспорта, коллекторных пластин электрических машин, обмоток мощных турбогенераторов и трансформаторов, токоведущих контактов электродуговых печей, электродов для контактной сварки, конструкционного материала для различного типа теплообменников, где требуется сочетание высокой тепло- и электропроводности с высокой прочностью и жаропрочностью.
В зависимости от области применения к этим материалам предъявляют различные требования по сочетанию уровня жаропрочности и тепло- и электропроводности.
Химический состав жаропрочных бронз со средней электро- и теплопроводностью приведен в табл. 1.
| Табл. 1. Химический состав (массовая доля, %) жаропрочных бронз со средней электро- и теплопроводностью |
| Марка |
Со |
Ni |
Be |
Si |
Cr |
Ti |
Примеси, не более |
| БрНБТ |
— |
1,4…1,8 |
0,2…0,4 |
— |
|
0,05…0,15 |
0,005Pb; 0,01 Sn; 0,2Zn; 0,15A1; сумма — 0,7 |
| БрКоБ(МКБ) |
2,3…2,7 |
— |
0,4…0,7 |
— |
|
|
0,15Si; 0,15A1; 0,00Pb; 0,15Fe; сумма-0,7 |
| БрНХК2,5-0,7- 0,6 |
|
2,2…2,8 |
|
0,4…0,9 |
0,5…1,0 |
|
0,004Bi; 0,01 Fe; 0,005Pb; 0,08Sn; 0,15Zn; сумма — 0,4 |
Особенность химического состава этой группы сплавов — более высокое по сравнению со сплавами высокой электро- и теплопроводности содержание никеля и кобальта (до 2,5...2,8%), а также хрома, кремния и бериллия.
Главное достоинство этих сплавов — высокая прочность при комнатной и высоких температурах (вплоть до 600...700°С) (табл. 2.), высокая жаропрочность и высокая температура разупрочнения при нагревах.
| Табл. 2. Механические свойства бронз БрНБТ, БрКоБ и БрНХК2,5-0,7-0,6 при высоких температурах |
| Свойства |
Температура, °С |
| 20 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
| БрНБТ |
| Временное сопротивление σb, МПа |
820 |
670 |
620 |
480 |
250 |
120 |
| Предел текучести σ0,2, МПа |
810 |
660 |
600 |
480 |
240 |
110 |
| Относительное удлинение δ,% |
5 |
5 |
3 |
1 |
5 |
6 |
| Относительное сужение ψ,% |
7 |
6 |
5 |
3 |
7 |
9 |
| Ударная вязкость KCU, МДж/м2 |
0,3 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
0,2 |
0,5 |
| Твердость по Виккерсу HV |
240 |
— |
190 |
125 |
80 |
43 |
| Длительная (1 ч) твердость HV |
— |
— |
130 |
95 |
50 |
18 |
| БрКоБ |
| Временное сопротивление σb, МПа |
780 |
630 |
55 |
420 |
230 |
110 |
| Предел текучести σ0,2, МПа |
760 |
620 |
540 |
410 |
200 |
60 |
| Относительное удлинение δ,% |
13 |
9 |
6 |
9 |
14 |
26 |
| Относительное сужение ψ,% |
22 |
13 |
11 |
21 |
76 |
90 |
| Ударная вязкость KCU, МДж/м2 |
0,3 |
0,4 |
0,4 |
0,4 |
0,6 |
0,9 |
| Твердость по Виккерсу HV |
230 |
200 |
185 |
105 |
66 |
33 |
| Длительная (1 ч) твердость HV |
— |
— |
120 |
75 |
30 |
14 |
| БрНКХ2,5-0,7-0,6 |
| Временное сопротивление σb, МПа |
800 |
650 |
580 |
470 |
300 |
150 |
| Предел текучести σ0,2, МПа |
780 |
630 |
570 |
460 |
290 |
140 |
| Относительное удлинение δ,% |
10 |
7 |
5 |
3 |
5 |
15 |
| Относительное сужение ψ,% |
50 |
40 |
24 |
12 |
26 |
72 |
| Ударная вязкость KCU, МДж/м2 |
1 |
0,8 |
0,7 |
0,5 |
1,2 |
1,4 |
| Твердость по Виккерсу HV |
240 |
200 |
180 |
120 |
87 |
50 |
| Длительная (1 ч) твердость HV |
— |
— |
125 |
95 |
54 |
21 |
|
Примечание. Свойства определены после оптимального для каждой бронзы режима термической обработки.
|
Жаропрочные медные сплавы средней электропроводности БрНБТ, БрКоБ и БрНКХ2,5-0,7-0,6 по прочности и по температуре разупрочнения после отжига значительно превосходят медь и все остальные группы проводниковых медных сплавов. Сплав БрНБТ, уступая циркониевой бронзе БрЦр0,3 и хромовой БрХ по электропроводности, превосходит эти бронзы по длительной 100-часовой прочности при температурах 300 и 500°С (табл. 3.).
| Таблица 3. Электропроводность и длительная прочность меди и жаропрочных проводниковых бронз при разных температурах |
| Марка |
Содержание легирующих элементов, % |
Электропроводность, % от меди |
Длительная прочность σ100, МПа при t, °С |
| 300 |
400 |
500 |
| Медь М0 |
|
100 |
60...80 |
30…40 |
25 |
| БрЦрО,3 |
0,37Zr |
90 |
320 |
— |
60 |
| БрХ |
0,62Сг |
85 |
210 |
— |
40 |
| БрНБТ |
1,6Ni;0,4Be;0,05Ti |
53 |
450 |
280 |
150 |
| Примечание. Свойства сплавов определены после оптимальной для каждого сплава режима термомеханической обработки; медь отожжена при 600°С. |
Физические, механические свойства сплавов БрНБТ, БрКоБ, БрНХК и режимы обработки приведены в табл. 2, 4, 5.
| Табл. 4.24. Режимы обработки, виды продукции и контролируемые свойства сплавов |
| Режимы обработки, продукция, свойства |
Марка сплава |
| БрНБТ |
БрКоБ |
БрНХК2,5-0,7-0,6 |
| Температура литья, °С |
1220...1250 |
1220...1250 |
1250... 1300 |
| Температура горячей деформации (прокатка, прессование, ковка), °С |
950...750 |
950...750 |
950...700 |
| Температура отжига (время отжига 1...2 ч') °С |
700...750 |
650...700 |
700...750 |
| Температура закалки (время выдержки 1...2 ч*) °С |
960...980 |
900...950 |
900... 1000 |
| Температура старения (время старения 2...4 ч*) °С |
470...490 |
450...470 |
450...470 |
| Суммарная степень деформации перед старением, % |
0...50 |
0...50 |
40...75 |
| Виды продукции |
плиты, литые цилиндрические заготовки |
прутки, полосы, плиты |
плиты |
| Уровень контролируемых свойств |
| НВ (не менее) |
170 |
180 |
170 |
| σ, в % от меди |
45 |
45 |
40 |
| * В зависимости от массы изделий |
| Табл. 5. Физические свойства бронз БрНБТ, БрКоБ и БрНХК2,5-0,7-0,6 при высоких температурах |
| Свойства |
Температура, °С |
| 20 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
| БрНБТ |
| Плотность γ, кг/м3 |
8830 |
— |
— |
— |
— |
— |
| Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м |
0,0397 |
0,0607 |
0,0652 |
0,0765 |
0,0872 |
0,1058 |
| Удельная электрическая проводимость σ, МСм/м |
25 |
16 |
15 |
13 |
11 |
9 |
| Теплопроводность λ, Вт/(м*К) |
186 |
234 |
253 |
249 |
248 |
240 |
| Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1 |
— |
18 |
18,2 |
18,5 |
18,9 |
19,2 |
| Модуль нормальной упругости (модуль Юнга) Е, ГПа |
140 |
131 |
123 |
110 |
102 |
95 |
| БрКоБ |
| Плотность γ, кг/м3 |
8780 |
— |
— |
— |
— |
— |
| Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м |
0,0346 |
0,0536 |
0,0614 |
0,0705 |
0,0825 |
0,0975 |
| Удельная электрическая проводимость σ, МСм/м |
29 |
19 |
16 |
14 |
12 |
10 |
| Теплопроводность λ, Вт/(м*К) |
209 |
265 |
272 |
273 |
263 |
251 |
| Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1 |
— |
17,8 |
18,2 |
18,5 |
18,9 |
19,2 |
| Модкльнормальной упругости (модуль Юнга) Е, ГПа |
130 |
119 |
114 |
108 |
94 |
86 |
| БрНХК.2,5-0,7-0,6 |
| Плотность γ, кг/м3 |
8850 |
— |
— |
— |
— |
— |
| Удельное электросопротивление ρ*106, Ом*м |
0,0372 |
0,0546 |
0,0618 |
0,0722 |
0,0864 |
0,109 |
| Теплопроводность λ, Вт/(м*К) |
27 |
18 |
16 |
14 |
12 |
9 |
| Удельная электрическая проводимость σ, МСм/м |
196 |
262 |
271 |
268 |
252 |
245 |
| Температурный коэффициент линейного расширения α*106, К-1 |
— |
17,9 |
18,1 |
18,4 |
18,7 |
19 |
| Модкльнормальной упругости (модуль Юнга) Е, ГПа |
140 |
128 |
122 |
116 |
108 |
98 |
|