Алюминиевые бронзы. Наиболее часто применяют алюминиевые бронзы двойные и добавочно легированные Ni, Mn, Fe и др. Сплавы, содержащие до 9% Аl, однофазные и состоят только из α-твердого раствора алюминия в меди. Фаза β, существующая при температуре свыше 565°С, представляет собой твердый раствор на базе электронного соединения Си3Аl. При содержании алюминия более 9% в структуре появляется эвтектоид α т γ' (γ' – это электронное соединение ). Фаза α пластична, по прочность её невелика. Двухфазные сплавы α+γ' имеют повышенную прочность, по пластичность их заметно ниже (рис. 1.3-1.4). Железо измельчает зерно и повышает механические и антифрикционные свойства алюминиевых бронз. Никель улучшает механические свойства и износостойкость, как при низких, так и при высоких температурах (500--600°С).

Алюминиевые бронзы хорошо сопротивляются коррозии в морской воде и тропической атмосфере, имеют высокие механические и технологические свойства. Однофазные бронзы, обладающие высокой пластичностью, применяют для глубокой штамповки. Двухфазные бронзы подвергают горячей деформации или применяют в виде фасонного литья.

Литейные свойства алюминиевых бронз ниже, чем литейные свойства оловянных бронз, но они обеспечивают высокую плотность отливок.

Рис. 1.3 Диаграмма состояния Cu-Al

Рис. 1.4 Влияние алюминия на механические свойства бронз

Кремнистые бронзы. При легировании меди кремнием (до 3,5%) повышается прочность, а также пластичность. Никель и марганец улучшают механические и коррозионные свойства кремнистых бронз. Эти бронзы легко обрабатываются давлением, резанием и свариваются. Благодаря высоким механическим свойствам, упругости и коррозионной стойкости их применяют для изготовления пружин и пружинящих деталей приборов и радиооборудования, работающих при температуре до 250°С. а также в агрессивных средах (пресная, морская вода).

Свинцовые бронзы. Свинец практически не растворяется в жидкой меди. Поэтому сплавы после затвердевания состоят из кристаллов меди и включений свинца.

Такая структура бронзы обеспечивает высокие антифрикционные свойства. Это предопределяет широкое применение бронзы БрСЗ0 для изготовления вкладышей подшипников скольжения, работающих с большими скоростями и при повышенных давлениях. По сравнению с оловянными подшипниковыми бронзами теплопроводность бронзы БрСЗ0 в 4 раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту, возникающую при трении.

Из-за невысоких механических свойств (, δ=4%) бронзу БрСЗ0 наплавляют тонким слоем на стальные ленты (трубы). Такие биметаллические подшипники просты в изготовлении и легко заменяются при изнашивании. Вследствие большой разности значений плотности меди (8,94 г/см3) и свинца (11,34 г/см3) и широкого интервала кристаллизации бронза БрСЗ0 склонна к ликвации по плотности. Нередко свинцовые бронзы легируют никелем и оловом, которые, растворяясь в меди, повышают механические и коррозионные свойства.

Бериллиевые бронзы. Эти бронзы относятся к сплавам, упрочняемым термической обработкой. Предельная растворимость бериллия в меди при температуре 866°С составляет 2,7%, при температуре 600 °С - 1,5%, а при 300°С всего 0,2%. Это указывает на возможность упрочнения бериллиевой бронзы методом дисперсного твердения. При нагреве бронзы БрБ2 до 760—780°С образуется однородный α-раствор, который сохраняется в результате быстрого охлаждения в воде при нормальной температуре. В составе бериллиевых бронз всегда присутствует никель или кобальт для повышения устойчивости переохлаждённого твёрдого раствора.

После закалки бронза обладает малой прочностью (), высокой пластичностью (δ = 40%) и способностью упрочняться при старении как непосредственно после закалки, так и после пластической деформации в закаленном состоянии. Старение проводят при 300—350°С. При старении из пересыщенного α-раствора выделяются дисперсные частицы γ-фазы (СuВе), что сильно повышает прочность бронзы. Предварительно наклепанная бронза при старении упрочняется сильнее и быстрее.

Так, бронза БрБ2 в состоянии после закалки и старения имеет и δ=З÷5 %, а после закалки, холодной пластической деформации с обжатием 30% и старения - , пластичность после старения невелика (δ = 2%). Бронзу нередко легируют также титаном (0,1—0,25%): БрБНТ1,9 и БрБНТ1,7. Обладая высокими значениями временного сопротивления, пределов текучести и упругости, бериллиевые бронзы хорошо сопротивляются коррозии, свариваются и обрабатываются резанием. Бериллиевые бронзы применяют для мембран, пружин, пружинящих контактов, деталей, работающих на износ (кулачки полуавтоматов), в электронной технике и т. д.

Бериллиевая бронза БрБ2 содержит в своём составе (по массе) 97,5% Cu, 0,5% Ni, 2% Be.

Система бериллий – медь была хорошо изучена многими исследователями. На рисунке 1.5 представлена обобщённая диаграмма состояния.

Граница твердого раствора Be в Си определена во многих работах на основании данных микроскопического, рентгеновского, дилатометрического анализов, измерения твердости и электрических свойств. Растворимость Be в Сu при эвтектоидной температуре (600°С) составляет 10% (ат.), а при перитектической температуре (866°С) - 16,5% (ат.).

Растворимость Сu в Be изучена в нескольких работах. Установлено, что со стороны Be в системе имеет место эвтектоидное превращение, соответствующее β↔α-превращению Be. Его температура находится в пределах 1100—1120°С.

Рис. 1.5 Диаграмма состояния Be-Cu

Концентрация эвтектоиднои точки на представленной диаграмме соответствует значению 13,7-14,2% (ат.) Сu.

Максимальная растворимость Сu в α-Ве равна 9,5% (ат.) при 1090°С и уменьшается с понижением температуры до значений 7,5; 7,0; 6,0 и 4,5% (ат.), соответственно, при 1000, 900, 800 и 700°С. Методом микроскопического анализа ранее были установлены следующие значения растворимости Сu в Be: 7,3; 6,3; 5,2 и 4,6% (ат.), соответственно, при температурах 1100, 1000, 800 и 600°С. Также растворимость Сu в Be изучали, вводя Сu в Be методом ионной имплантации и отжигом сплавов в интервале температур 320—1290°С. Полученные результаты согласуются с представленными ранее.

Кроме твердых растворов на основе чистых металлов компонентов в системе существуют следующие фазы: β, γ, δ. Фазе β иногда приписывают формулу Cu2 Be, а фазе γ — формулу СuВе, но чаще эти фазы рассматривают как упорядоченные твердые растворы Be в Сu с разной степенью упорядоченности. Фаза β имеет неупорядоченную ОЦК структуру, фаза γ обладает ОЦК структурой типа CsCl. Данные о структуре фазы δ неоднозначны. Структура фазы δ определялась как кубическая, так и гексагональная. Согласно некоторым данным в области существования фазы δ имеются два соединения: СuВе3 и СuВе2. Соединение СuВе3 имеет гексагональную структуру типа CuZn3. Соединение СuВе2 обладает кубической решеткой, изотипной MgCu2. Соединения должны быть разделены гетерогенной областью существования двух фаз (CuBe3 + CuBe2), но так как положение соответствующих фазовых границ точно не установлено, на диаграмме состояния эти области показаны штриховыми линиями. То, что соединение СuВе3 имеет гексагональную решетку, вызывает определенные сомнения, так как соединение CuZn3 в системе Сu—Zn обычно рассматривается как фаза δ, существующая только при повышенных температурах и имеющая ОЦК решетку типа CsCl. При температурах, близких к комнатной, составу Cu3Zn в системе Сu—Zn отвечает двухфазная смесь, состоящая из кубической фазы γ и гексагональной плотноупакованной фазы ε.