El bronce es una aleación a base de cobre y estaño, donde el berilio, el aluminio y otros elementos, con mayor frecuencia fósforo, aluminio, zinc y plomo, pueden actuar como componentes de aleación. Pero aún así, el bronce no puede ser una aleación de cobre con zinc (entonces se obtiene el latón) o aleaciones de cobre con níquel.

Relevancia

El bronce al estaño más famoso es una aleación de cobre y estaño (la mayoría de cobre). Es uno de los primeros metales dominados por el hombre. Esta composición ha sido conocida por la gente desde la antigua Edad del Bronce. Durante mucho tiempo, el bronce siguió siendo un metal estratégico (hasta el siglo XIX, las armas se fundían en bronce). Este metal es notable por sus cualidades, como dureza, resistencia y alta capacidad de fabricación. Con el descubrimiento del bronce, las perspectivas más amplias se abrieron ante el hombre. Puede familiarizarse con los precios de los metales no ferrosos y comprar bronce en nuestro sitio web.

Propiedades

El bronce al estaño está mal procesado por presión, mal cortado y doblado. Es un metal de fundición y sus propiedades de fundición no son inferiores a las de otros metales. Se caracteriza por una baja contracción - 1-2%, contracción de latón y hierro fundido = 1,6%, acero - más del 3%. Por lo tanto, el bronce se usa con éxito para crear piezas fundidas artísticas complejas. Tiene una alta resistencia a la corrosión y propiedades antifricción. Se utiliza en la industria química para crear accesorios y como material antifricción en piezas móviles.

marcas de bronces

Los bronces al estaño se pueden alear adicionalmente con zinc, aluminio, níquel, fósforo, plomo, arsénico u otros metales. La adición de zinc (no más del 11%) no cambia las características del bronce, pero lo abarata mucho.

El bronce con la adición de zinc se denomina "bronce del Almirantazgo" y tiene una resistencia muy alta a la corrosión en el agua de mar. El plomo y el fósforo permiten mejorar las propiedades antifricción del bronce y la duración del funcionamiento de las partes móviles. El bronce al aluminio es liviano y tiene una alta resistencia específica.

Está en demanda en la industria del transporte. Su alta conductividad eléctrica es importante en ingeniería eléctrica. Las piezas de bronce berilio no producen chispas al ser golpeadas, se utilizan en ambientes explosivos.

Varias aleaciones de cobre no pertenecen a los bronces. Los más famosos son el latón (aleación de Cu + Zn) y el constantán (Cu + Ni).

Suministrar

Suministramos aleaciones de bronce y metales no ferrosos certificados a los mejores precios. La especificación refleja datos sobre la composición porcentual y las cualidades mecánicas de los productos. De nosotros es fácil vender al por mayor cualesquiera semiproductos para la producción en gran escala. Ofrecemos condiciones favorables para los compradores minoristas. Nuestra empresa se distingue por un alto nivel de servicio y eficiencia de servicio.

Compra a precio de ganga

Todos los productos hechos de metales raros y no ferrosos vendidos por Evek GmbH cumplen con GOST y los estándares de calidad internacionales. Puedes comprar bronce en el menor tiempo posible. Alta calidad, precios asequibles y una amplia gama de productos definen el rostro de nuestra empresa. Al convertirse en nuestro cliente habitual, puede contar con un sistema de descuentos. La cooperación con nosotros lo ayudará a realizar cualquier idea de ingeniería. Esperamos sus pedidos en el sitio.

Bronces

Los bronces son aleaciones a base de cobre que contienen más del 2,5 % (en peso) de componentes de aleación.

En los bronces, el contenido de zinc no debe exceder el contenido de la suma de los demás elementos de aleación, de lo contrario la aleación se clasificará como latón.

El nombre de bronce viene dado por el principal elemento de aleación (aluminio, estaño , etc. ), aunque en algunos casos dos o tres (estaño-fósforo, estaño-zinc, estaño-zinc-plomo , etc. ).

Bronces sin estaño

En la tabla se proporciona una lista resumida de los bronces sin estaño estándar domésticos procesados por presión y sus aleaciones análogas extranjeras. 1.

Lista consolidada de bronces sin estaño estándar domésticos procesados por presión y sus aleaciones análogas extranjeras

Bronce de baja aleación:

Bronce de aluminio:

Bronce al berilio:

bronces al silicio

bronce al manganeso

El bronce de telurio en GOST 18175 no tiene una designación especial

Pestaña. 2. Composición química de bronces sin estaño (GOST 18175−78) (fracción de masa, %)

Pestaña. 3. Propiedades características y tipos de productos semiacabados de bronces sin estaño.

Fig 1. Diagrama del estado del sistema (estado de equilibrio)

En el diagrama se puede ver que la solubilidad máxima del aluminio en el cobre en estado sólido es del 9,4% (en masa). Con un aumento de la temperatura de 565 a 1037 °C, la solubilidad del aluminio en el cobre disminuye y alcanza el 7,5%.

Las fases estables del sistema Cu-Al incluyen las fases α, β, γ2 y α2.

La fase α es una solución sólida primaria, isomorfa, con una red cristalina cúbica centrada en las caras elemental. Cuando la aleación se enfría lentamente a una temperatura de 400 °C, la fase α forma un orden de rango corto, lo que conduce a una disminución notable de su resistencia eléctrica, que continúa a temperaturas inferiores a 200 °C como resultado de la eliminación de faltas acumuladas.

La fase β es una solución sólida formada sobre la base de la composición estequiométrica Cu3Al directamente del fundido a una temperatura de 1036–1079 °C, con una red cristalina cúbica centrada elemental. La fase β es plástica, eléctricamente conductora y estable por encima de 565°C. Al enfriarse rápidamente la aleación (a una velocidad >2°C/min), ésta sufre transformaciones bruscas de tipo martensítico, formando fases intermedias (Fig. 1). Al enfriarse lentamente (2 °C/min), la fase β se descompone en un eutectoide α+γ2 con la formación de una fase γ2 de grano grueso, que precipita en forma de cadenas continuas, lo que hace que la aleación se vuelva quebradiza. La fase γ2 (Cu9Al4) formada a partir de la fase γ' es estable a bajas temperaturas, frágil y dura, con una conductividad eléctrica inferior a la de la fase β.

La fase α2, que se forma a una temperatura de 363 °C como resultado de una reacción pertectoidea entre las fases α y γ2, tiene una red cristalina cúbica centrada en las caras, pero con diferentes parámetros.

Fases metaestables en aleaciones: β1 - con una red cristalina cúbica centrada elemental (a - 5,84 Å, Al - 11,9%), ordenada; β' - con una red cristalina cúbica centrada en las caras elemental (Al - 11,6%), muy deformada; β1' - con una red cristalina rómbica elemental (a = 3,67 Å, c = 7,53 Å, Al - 11,8%), ordenada; γ1-fase con una celda ortorrómbica elemental (a = 4,51 Å, b = 5,2 Å, c = 4,22 Å, Al - 13,6%), ordenada. Se supone que hay otras fases que son una variación de la fase β1'.

Determinar la estructura de las aleaciones de Cu-Al es difícil. Para obtener estructuras de equilibrio de las aleaciones se requieren velocidades de enfriamiento muy altas (de 1 a 8°C/min, dependiendo del contenido de aluminio). Tales estructuras se revelan durante el grabado de aleaciones con cloruro férrico.

Sin embargo, el grabado con cloruro férrico no siempre permite determinar las fases con confianza en aleaciones enfriadas a un ritmo convencional. En este caso, se utilizan técnicas especiales que utilizan pulido electrolítico para revelar la verdadera estructura de las aleaciones de Cu-Al.

La estructura de las aleaciones binarias de cobre y aluminio y los bronces multicomponentes basados en el sistema cobre-aluminio en el estado de equilibrio está determinada por el diagrama de fase (Fig. 2).

Arroz. 2. Diagrama de transformaciones de fase de bronce al aluminio con un contenido de aluminio de 12,07% (en masa)

Sin embargo, en condiciones de producción, al fundir lingotes y palanquillas, procesándolos por presión en estado caliente y frío, las velocidades de enfriamiento y calentamiento difieren significativamente de aquellas en las que se construyó el diagrama de estado de equilibrio.

Por lo tanto, las estructuras de los productos semiacabados fundidos y deformados difieren de las determinadas por el diagrama de estado de equilibrio.

Para determinar las propiedades y la microestructura de las aleaciones en estado metaestable, se construyen curvas en forma de C que muestran la cinética de transformación de fase en función de la velocidad de enfriamiento y la exposición isotérmica a temperaturas por debajo de la temperatura de transformación eutectoide.

Las aleaciones monofásicas (bronce al aluminio α) son dúctiles y bien procesadas por presión, las aleaciones bifásicas (bronce al aluminio α+γ2) con un alto contenido de aluminio son menos dúctiles y se utilizan principalmente como fundiciones.

Cabe señalar que el contenido real de aluminio en las aleaciones industriales varía ampliamente, lo que afecta la estabilidad de las propiedades mecánicas de los productos semiacabados fundidos y deformados a partir de bronces de aluminio.

Cambios en las propiedades mecánicas de los bronces al aluminio tratados a presión (resistencia a la tracción σv, proporcionalidad σpts y límite elástico σ0.2, alargamiento relativo - δ y estrechamiento ψ, resistencia al impacto an (KS) y dureza Brinell (HB) dependiendo del contenido de aluminio , como se muestra en la figura 3.

Arroz. 3. Cambio en las propiedades mecánicas de los bronces al aluminio Cu-Al en función del contenido de aluminio:

a - tiras deformadas en un 40% y recocidas a una temperatura de 650°C durante 30 minutos;

b - barras y tubos prensados de bronce al aluminio BrAZhMts10−3-1.5

Esta característica de los bronces al aluminio se tiene en cuenta en las normas nacionales extranjeras (EE. UU., Alemania, Gran Bretaña, Francia, etc.). En estos países, para aumentar la estabilidad de las propiedades mecánicas de los bronces de aluminio, se les proporciona un rango más estrecho de contenido de aluminio, que es aproximadamente 1,5 a 2 veces menor que en bronces similares utilizados en los países de la CEI (ver aleaciones según GOST 493 , GOST 17328 y aleaciones análogas extranjeras).

En EE. UU., Francia y Japón existen grupos de bronces del tipo BrAZhMts, en los que las propiedades mecánicas requeridas se logran únicamente cambiando el contenido de aluminio.

Influencia de los elementos de aleación en las propiedades de los bronces al aluminio

La aleación de bronces de aluminio de dos componentes con varios elementos cambia significativamente sus propiedades. Los principales elementos de aleación de las aleaciones de Cu-Al son el hierro, el manganeso y el níquel. En los bronces al aluminio, por regla general, el contenido de hierro y níquel no supera el 5,5, el manganeso el 3% (en peso).

Hierro en estado sólido es poco soluble en aleaciones de Cu-Al y forma con el aluminio un compuesto intermetálico de composición Fe3Al, que precipita como fase independiente en forma de finas partículas. Cuando el contenido de las aleaciones es del orden del 1% de Fe, se forma una cantidad insignificante de partículas finamente dispersas, que se ubican cerca de la región eutectoide (α + γ2) y la enmarcan. Sin embargo, con un aumento en el contenido de hierro, su número aumenta. Así, con un contenido del 4% de Fe, se forman partículas de Fe3Al finamente dispersas tanto en la región α + γ2 como en la región α. Las partículas finas del compuesto intermetálico Fe3Al evitan el crecimiento de granos en los bronces al aluminio a altas temperaturas. Bajo la influencia del hierro, que mejora significativamente las propiedades mecánicas y retrasa la temperatura de recristalización, desaparece en los bronces al aluminio el llamado fenómeno de “recocido espontáneo”, lo que provoca un aumento de la fragilidad de las aleaciones. El hierro, al moler la estructura, detiene la formación en aleaciones de Cu-Al que contienen 8.5–11.0% Al de la fase γ2 de grano grueso, que precipita en forma de cadenas continuas, causando fragilidad.

El hierro, dependiendo de su contenido en la aleación, afecta la estructura, las transformaciones de fase y las propiedades de los bronces al aluminio de la siguiente manera: con un contenido de hasta 1,2 %, se encuentra en una solución sólida (fase α), y con un contenido mayor , se libera en forma de inclusiones globulares separadas, que en las aleaciones binarias y ternarias que contienen níquel suelen estar representadas por la fase k. Composición aproximada de la fase k: 85% Cu, 10% Al y 5% Fe; cuando el contenido en la aleación es de 1,2 a 5,5%, el hierro tiene un fuerte efecto modificador sobre el cambio en el grano primario en los lingotes fundidos; cuando el contenido de bronce > 5,5% Fe, este efecto desaparece. Por tanto, en los bronces al aluminio industriales, el contenido en hierro no suele superar el 4%.

El hierro fortalece los bronces de aluminio al aumentar la resistencia de la solución sólida (fase α) y la precipitación de la fase k. Las aleaciones con alto contenido de hierro del tipo BrAZh10−10 se caracterizan por una mayor resistencia al desgaste abrasivo y la erosión, pero son menos estables en el agua de mar.

Con la aleación adicional de aleaciones del sistema Cu-Al-Fe con manganeso y níquel, sus características de resistencia y resistencia a la corrosión aumentan significativamente, la estructura y la composición de la fase k cambian.

Manganeso se disuelve bien en bronces al aluminio en estado sólido. Cuando el contenido de Mn > 2% en las aleaciones del sistema Cu-Al, la transformación de las fases α + γ2 en fase β se acelera notablemente (el manganeso baja la temperatura eutectoide y retrasa la descomposición de la fase β); con un contenido de Mn >8%, la descomposición de la fase β prácticamente no se produce.

Una característica de las adiciones de manganeso a los bronces de aluminio es también la aparición en ellos de núcleos en forma de aguja de la fase β al enfriarse hasta la transformación de la fase β en α+ γ2

La aparición de núcleos en forma de aguja de la fase α es especialmente notable durante el recocido de productos semiacabados grandes. Por lo tanto, al fundir hélices marinas con diferencias de espesor de 15 a 400 mm, se utilizan ampliamente bronces especiales de aluminio y manganeso con un alto contenido de manganeso.

En los bronces de los tipos BrAZh10−4 y BrAZh9−4, el manganeso es el elemento principal que determina la cinética de transformación de la fase β al calentarse y mejora su templabilidad profunda. En estos bronces se permite un contenido de Mn de hasta 1,5%. Sin embargo, con un aumento en el contenido de Mn del 2 al 5 %, la dureza de los bronces al aluminio disminuye después del enfriamiento rápido a una temperatura de 800–1000 °C. Por lo tanto, para aumentar la dureza de los bronces al aluminio durante el tratamiento térmico, no deben contener más del 0,5 % de Mn.

El manganeso aumenta las propiedades mecánicas y de corrosión y mejora las características tecnológicas de las aleaciones de Cu-Al. Los bronces al aluminio aleados con manganeso se distinguen por una mayor resistencia a la corrosión, resistencia al frío y alta deformabilidad en estados fríos y calientes.

El níquel , infinitamente soluble en estado sólido en el cobre, es prácticamente insoluble en el aluminio (a una temperatura de 560 °C, la solubilidad es del 0,02%). El níquel aumenta la región de la fase α en los sistemas Cu-Al y Cu-Al-Fe. En las aleaciones de Cu-Al-Ni, bajo la influencia del níquel, la región de la solución sólida se desplaza significativamente hacia el ángulo del cobre al disminuir la temperatura, por lo que pueden someterse a un endurecimiento por precipitación. La capacidad de endurecimiento por precipitación de estas aleaciones se encuentra en un contenido de 1% de Ni. El níquel eleva la temperatura de descomposición eutectoide de β en α+γ2 hasta 615 °C, retrasa la transformación de α+γ2 en β al calentarse. La influencia del níquel se hace especialmente notoria cuando su contenido es superior al 1,5%. Así, cuando la aleación contiene 2% Ni, la fase β aparece a una temperatura de 790°C, y con un contenido de 4% Ni, a una temperatura de 830°C.

El níquel tiene un efecto favorable en la estructura del eutectoide α + γ2 y pseudoeutectoide α + β, aumenta significativamente la resistencia de las transformaciones de fase de la fase β, y durante la fundición y el endurecimiento contribuye a una mayor formación de la cantidad de β metaestable '-fase del tipo martensita. En este caso, la fase α adquiere una forma más redondeada, la estructura se vuelve más uniforme y aumenta la dispersión del eutectoide.

La aleación de níquel de bronces de aluminio mejora significativamente sus propiedades físicas y mecánicas (conductividad térmica, dureza, resistencia a la fatiga), características de resistencia al frío y antifricción, resistencia a la corrosión y erosión en agua de mar y soluciones débiles de ácido clorhídrico; resistencia al calor y temperatura de recristalización sin un deterioro notable en las características tecnológicas. El contenido de níquel en las aleaciones aumenta significativamente el efecto modificador del hierro.

Los bronces al aluminio del sistema Cu-Al-Ni rara vez se utilizan. El níquel, por regla general, se introduce en bronces de aluminio en combinación con otros elementos (principalmente con hierro). El tipo de bronce de aluminio más utilizado BrAZhN10-4-4. Las propiedades óptimas de estos bronces se consiguen con una relación Fe:Ni de 1:1. Cuando estos bronces contienen un 3% de Ni y un 2% de Fe, la fase k puede precipitar de dos formas: en forma de pequeñas inclusiones redondeadas de una solución sólida a base de hierro aleado con aluminio y níquel, y en forma de láminas delgadas, un compuesto intermetálico de composición NiAl.

Los bronces al aluminio deformados más difundidos de los siguientes sistemas: Cu-Al, Cu-Al-Fe, Cu-Al-Mn, Cu-Al-Fe-Mn, Cu-Al-Fe-Ni.

Los bronces al aluminio se distinguen por su alta resistencia a la corrosión en soluciones de ácido carbónico, así como en soluciones de la mayoría de los ácidos orgánicos (acético, cítrico, láctico, etc.), pero son inestables en ácidos minerales concentrados. En soluciones de sales de sulfato y álcalis cáusticos, los bronces al aluminio monofásicos con un contenido reducido de aluminio son más estables.

Los bronces al aluminio son menos susceptibles a la fatiga por corrosión que otros materiales.

Características del procesamiento de bronces de aluminio forjado.

Para obtener productos semiacabados deformados homogéneos con propiedades mecánicas mejoradas y alta resistencia a la fatiga, se recomienda colar bronces al aluminio en forma continua, y realizar el procesamiento posterior por un método especial, que incluye las siguientes operaciones:

a) procesamiento en caliente de una palanquilla fundida con una reducción total de hasta el 30%;

b) tratamiento térmico a una temperatura dada (t0) con una desviación de ±2°C (calentamiento a una temperatura dada, manteniendo durante 20 minutos por cada 25 mm de sección de material);

c) endurecimiento en agua o aceite a una temperatura de 600 °C;

d) tratamiento de presión caliente a una temperatura de 35−50°C menor que la adoptada durante el tratamiento térmico en la etapa "b" dependiendo del contenido de aluminio en la aleación (el contenido de aluminio debe determinarse con una precisión de ± 0,02%). La temperatura del tratamiento térmico está determinada por la fórmula empírica:

t=(1990 - 1000A)°С,

donde, A es el contenido de aluminio en la aleación, % (en peso).

En la fig. 4.

Arroz. 4. Dependencia de la temperatura del contenido de aluminio durante el trabajo térmico y en caliente por presión de los bronces al aluminio:

1 - temperatura de tratamiento térmico;

2 - temperatura de trabajo caliente

Bronce al berilio (aleaciones de cobre-berilio)

Los bronces al berilio son aleaciones únicas debido a su favorable combinación de buenas propiedades mecánicas, fisicoquímicas y anticorrosivas. Estas aleaciones después del templado y refinado tienen una alta resistencia a la tracción, elasticidad, rendimiento y fatiga por fatiga, se caracterizan por una alta conductividad eléctrica, conductividad térmica, dureza, alta resistencia a la fluencia, alta resistencia cíclica con mínima histéresis, alta resistencia a la corrosión y fatiga por corrosión. Son resistentes a las heladas, no magnéticos y no producen chispas cuando se golpean. Por lo tanto, los bronces de berilio se utilizan para la fabricación de resortes y piezas de resortes para fines críticos, incluidas membranas y piezas de mecanismos de relojes.

Arroz. 5. Diagrama del estado del sistema Cu-Be

Se puede ver en el diagrama que el cobre con berilio forma una serie de soluciones sólidas. El área de la solución sólida α a una temperatura de 864 °C alcanza el 2,7 % (en masa). A medida que la temperatura disminuye, el límite de solubilidad de la región α se desplaza considerablemente hacia el cobre. A una temperatura de transformación eutectoide de 608 °C, es de 1,55 % y desciende a 0,2 % a una temperatura de 300 °C, lo que indica la posibilidad de refinar bronces de berilio.

Un cambio significativo en la concentración de berilio en la solución sólida α con la disminución de la temperatura contribuye al endurecimiento por precipitación de las aleaciones de Cu-Be. El efecto del endurecimiento por precipitación de las aleaciones de Cu-Be sobre el contenido de berilio se muestra en la fig. 6.

Arroz. Fig. 6. Influencia del contenido de berilio en el efecto del endurecimiento por precipitación de aleaciones de Cu-Be: 1 - endurecimiento a una temperatura de 780 °C; 2 - endurecimiento a una temperatura de 780 ° C + revenido a una temperatura de 300 ° C

El tratamiento térmico de los bronces de berilio se lleva a cabo a una temperatura de 750 a 790 °C, seguido de enfriamiento rápido en agua para obtener una solución sólida supersaturada. En este estado, los bronces de berilio soportan fácilmente la flexión, el estirado y otros tipos de deformación. La segunda operación de tratamiento térmico - templado se lleva a cabo a una temperatura de 300−325°C. En este caso, se libera la fase β'. Estos precipitados están asociados a importantes tensiones en la red cristalina, que provocan un aumento de la dureza y resistencia de las aleaciones.

Como resultado de la transformación eutectoide de la fase β a una temperatura inferior a 608 °C, se forma el eutectoide α + β'. La fase α tiene una red cúbica centrada en las caras, cuyo parámetro disminuye al aumentar el contenido de berilio. La fase β tiene una red cúbica centrada en el cuerpo con una disposición desordenada de átomos. La estructura cristalina de la fase β' es la misma que la de la fase β, pero en ella se observa una disposición ordenada de los átomos de berilio.

En la práctica, las aleaciones binarias de cobre y berilio casi nunca se utilizan; las aleaciones de tres y varios componentes se han generalizado.

Para ralentizar los procesos de transformación de fases y recristalización para obtener una estructura más uniforme, se introducen níquel o cobalto, además de hierro, en las aleaciones de Cu-Be. El contenido total de níquel, cobalto y hierro en los bronces de berilio oscila entre 0,20 y 0,60 % (en masa), incluidos el níquel y el cobalto, entre 0,15 y 0,35 % (en masa).

La introducción de titanio en las aleaciones de Cu-Be, que forma una fase de refuerzo con el berilio, ralentiza los procesos de difusión en ellas. El titanio, como elemento tensioactivo, reduce la concentración de berilio a lo largo de los límites de grano y reduce la velocidad de difusión en estas zonas. En bronce de berilio con aditivos de titanio, se observa una descomposición uniforme y, como resultado, se observa un endurecimiento más uniforme.

El titanio tiene el efecto más favorable sobre las propiedades del bronce de berilio en presencia de níquel. Gracias a la adición de titanio y níquel, el contenido de berilio en las aleaciones se puede reducir al 1,7–1,9 % (en peso).

El manganeso en las aleaciones de Cu-Be puede reemplazar parcialmente al berilio sin una disminución notable de la resistencia. Las aleaciones Cu + 1 % Be + 5–6 % Mn y Cu + 0,5 % Be + 10 % Mn después del endurecimiento por precipitación se aproximan a las propiedades mecánicas del bronce de berilio grado BrB2.

Las adiciones de magnesio en pequeñas cantidades (0,1 %) aumentan el efecto del endurecimiento por precipitación del bronce de berilio y, en el rango de 0,1 a 0,25 %, reducen significativamente su ductilidad.

El plomo, el bismuto y el antimonio para los bronces al berilio son impurezas muy nocivas que empeoran su deformabilidad en caliente.

En las aleaciones Cu-Be estándar, el contenido de Al y Si no se permite más del 0,15% de cada elemento. En tales concentraciones, estos elementos no afectan adversamente las propiedades de las aleaciones.

bronces al manganeso

Los bronces al manganeso se caracterizan por sus altas propiedades mecánicas. Estas aleaciones son excelentes para trabajar en frío y en caliente, y permiten hasta un 80 % de deformación durante el laminado en frío.

Los bronces al manganeso se distinguen por su resistencia a la corrosión, alta resistencia al calor y, por lo tanto, se utilizan para la fabricación de piezas y productos que funcionan a temperaturas elevadas. En presencia de manganeso, la temperatura de recristalización del cobre aumenta entre 150 y 200 °C.

Arroz. 7. Diagrama del estado del sistema Cu-Mn

El manganeso a temperaturas elevadas es infinitamente soluble en cobre tanto en estado líquido como sólido. Cuando la aleación contiene 36,5% de magnesio (en masa), las temperaturas de liquidus y solidus del sistema son iguales e iguales a 870 ± 5 °C. A medida que la temperatura desciende, se producen una serie de transformaciones y se separan nuevas fases. La región de la solución sólida y disminuye al disminuir la temperatura. Los bronces al manganeso que contienen menos del 20% de magnesio, en el rango de temperatura desde la temperatura ambiente hasta el punto de fusión, son monofásicos. En la fig. 8. muestra la dependencia de las propiedades mecánicas de los bronces al manganeso del contenido de manganeso.

Arroz. Fig. 8. Cambio en las propiedades mecánicas de las aleaciones de Cu-Mn en función del contenido de manganeso: a - límite elástico σ0,2; b - resistencia última σb; c - alargamiento relativo δ

El bronce más utilizado es el BrMts5, que se deforma bien en condiciones de frío y calor, tiene una alta resistencia a la corrosión y conserva sus propiedades a temperaturas elevadas.

bronces al silicio

Los bronces al silicio se distinguen por sus altas propiedades mecánicas, elásticas y antifricción, resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste. Estas aleaciones se procesan excelentemente por presión tanto en estado caliente como frío, bien soldadas al acero, soldadas, tanto blandas como duras. No son magnéticos, no chisporrotean al ser golpeados y no pierden su ductilidad a temperaturas muy bajas.

Diagrama de estado de una aleación del sistema Cu-Si:

Arroz. 9. Diagrama de estado del sistema Cu-Si

Como puede verse en el diagrama, el límite de la solución sólida α a una temperatura de 830 °C alcanza el 5,4 % de Si (en masa) y al disminuir la temperatura se desplaza hacia el cobre. La fase α tiene una red cúbica centrada en las caras con el parámetro a=(3.6077+0.00065k) Å, donde k es la concentración de silicio, %.

A una temperatura > 577 °C, a la derecha del límite de la solución sólida α, aparece una nueva cofase con una red compacta hexagonal (a=2,5550 Å, c=4,63644 Å). Una característica distintiva de la fase k es un cambio de color notable en la luz polarizada de marrón claro a marrón oscuro. A una temperatura de 557оС, se produce la transformación de fase a → α+ γ.

La naturaleza del cambio en el silicio en la solución sólida α con la disminución de la temperatura indica la posibilidad de mejorar algunas aleaciones del sistema Cu-Si. Sin embargo, el efecto del endurecimiento por precipitación de las aleaciones se expresa débilmente y no se utiliza en la práctica.

Los bronces al silicio más utilizados con adición de manganeso y níquel. Los bronces de dos componentes y con adiciones de estaño, zinc, hierro y aluminio son menos utilizados.

La aleación de bronces de cobre y silicio con manganeso puede mejorar significativamente sus propiedades mecánicas y su resistencia a la corrosión.

Diagrama de estado del sistema Cu-Si-Mn:

Arroz. 10. Diagrama de estado del sistema Cu-Si-Mn. Isoterma de saturación de la región de solución sólida

A pesar del cambio del límite de la región α con la disminución de la temperatura hacia el ángulo del cobre, el efecto de mejorar las aleaciones de Cu-Si-Mn se expresa débilmente.

Los aditivos de níquel aumentan significativamente las propiedades mecánicas de los bronces de silicio. El silicio y el níquel forman un compuesto intermetálico (Ni2Si), que se disuelve notablemente en el cobre. A medida que la temperatura desciende (de 900 a 500 °C), la solubilidad del Ni2Si en el cobre disminuye drásticamente y las partículas dispersas del compuesto intermetálico que se liberan en este caso fortalecen las aleaciones. El tratamiento térmico (templado, envejecimiento) permite aumentar las características de resistencia y dureza de estas aleaciones en casi 3 veces en comparación con las aleaciones recocidas. Después del enfriamiento, las aleaciones de Cu-Si-Ni tienen una alta ductilidad y una excelente trabajabilidad en frío.

El cambio en la resistencia a la tracción de estas aleaciones según el contenido de Ni2Si y el método de tratamiento térmico:

Arroz. Fig. 11. Cambio en la resistencia de las aleaciones del sistema Cu-Ni-Si según el contenido de Ni2Si y el método de tratamiento térmico: 1 - endurecimiento a una temperatura de 900−950°C; envejecimiento a una temperatura de 350−550°C; 2 - recocido a una temperatura de 800 °C; 3 - endurecimiento a una temperatura de 900−950°C

Los aditivos de cobalto y cromo tienen el mismo efecto sobre los bronces de silicio que el níquel, sin embargo, el efecto del endurecimiento por precipitación de las aleaciones bajo la influencia de los siliciuros de cobalto y cromo es mucho más débil.

Los aditivos de pequeñas cantidades de Sn (hasta 0,5%) aumentan significativamente y el hierro reduce la resistencia a la corrosión de los bronces de silicio. Por este motivo, en los bronces al silicio procesados a presión, el contenido de Fe no debe superar el 0,2-0,3 % (en masa).

La adición de Zn en el rango de 0,5 a 1,0% durante la fusión de los bronces al silicio mejora sus propiedades tecnológicas.

La aleación de bronces de silicio con aluminio aumenta su resistencia y dureza, sin embargo, las aleaciones del sistema Cu-Si-Al no han ganado popularidad debido a su mala soldadura y soldadura.

Las impurezas dañinas en los bronces de silicio procesados por presión son arsénico, fósforo, antimonio, azufre y plomo.

Propiedades de corrosión de los bronces de silicio.

Los bronces al silicio tienen una excelente resistencia a la corrosión cuando se exponen a atmósferas marinas, industriales y rurales, agua dulce y de mar (a un caudal de 1,5 m/s), soluciones frías y calientes y álcalis y ácido sulfúrico concentrados fríos, soluciones frías de clorhídrico y ácidos orgánicos, cloruros y sulfatos de metales ligeros. Son bastante estables en una atmósfera de gases secos: cloro, bromo, flúor, sulfuro de hidrógeno, fluoruro de hidrógeno y cloruro, dióxido de azufre y amoníaco, pero se corroen en estos medios en presencia de humedad.

Sin embargo, los bronces de silicio son poco resistentes al hidróxido de aluminio, cloruros de metales pesados y sulfatos. También se corroen rápidamente en aguas de mina ácidas que contienen Fe2 (SO4)3, así como en soluciones de sales de ácidos crómicos.

Características del tratamiento térmico de bronces al silicio.

El recocido brillante de los bronces al silicio (incluido el calentamiento y el enfriamiento) se lleva a cabo convenientemente en vapor de agua. Las películas de óxido formadas en la superficie de los productos semiacabados durante el recocido se eliminan fácilmente grabando a temperatura ambiente en una solución de ácido sulfúrico al 5%.

Bronce al estaño

Los bronces al estaño son aleaciones de varias composiciones basadas en el sistema Cu-Sn. En la tabla se proporciona una lista resumida de bronces al estaño tratados a presión domésticos y sus aleaciones análogas extranjeras. 4.

Lista consolidada de bronces al estaño tratados a presión nacionales y sus análogos extranjeros

Bronce de estaño-fósforo:

Bronces de estaño-zinc:

Bronces de estaño-níquel:

Bronces de estaño-zinc-plomo:

El diagrama de estado del sistema Cu-Sn se muestra en la fig. 12

Arroz. 12 Diagrama de estado del sistema Cu-Sn

La solución sólida α de estaño en fase de cobre (red cristalina cúbica centrada en las caras) es plástica en estado frío y caliente.

Las fases β y γ son estables solo a temperaturas elevadas y, al disminuir la temperatura, se descomponen a un ritmo elevado. La fase δ (Cu31Sn8, red de fase γ) es un producto de descomposición de la fase γ (o β') a una temperatura de 520 °C, dura y quebradiza.

La descomposición de la fase δ en α + Cu3Sn (fase ε) comienza a una temperatura de 350°C. A medida que la temperatura disminuye, la descomposición de la fase δ avanza extremadamente lentamente (en un 70-80% en el recocido a largo plazo después de la deformación en frío). En la práctica, en las aleaciones que contienen hasta un 20 % de Sn, la fase ε está ausente.

En los bronces técnicos al estaño, el contenido de estaño oscila entre el 2 y el 14 %, con menos frecuencia hasta el 20 %.

Las aleaciones del sistema Cu-Sn, dependiendo del contenido de estaño, consisten en cristales homogéneos de una solución sólida α, o en cristales α y un eutectoide α + β.

El proceso de difusión en los bronces al estaño es lento, la estructura dendrítica desaparece solo después de múltiples ciclos de tratamiento termomecánico. Por esta razón, el proceso tecnológico de procesamiento de bronces al estaño por presión es difícil.

Durante el proceso de fusión, los bronces al estaño se desoxidan con fósforo, por lo que la mayoría de las aleaciones binarias de Cu-Sn contienen una cantidad residual de fósforo. El fósforo se considera un aditivo de aleación cuando su contenido en la aleación es > 0,1%.

Los principales aditivos de aleación de los bronces al estaño, además del fósforo, son el plomo, el zinc y el níquel.

Influencia de los aditivos de aleación

El fósforo, al interactuar con el cobre, da el compuesto químico Cu3P (14,1 % P), que forma un eutéctico con el cobre a una temperatura de 714 °C (el contenido de P es del 8,4 % (en masa). En el ternario Cu-Sn-P sistema a una temperatura de 628 °C, se forma un eutéctico ternario que contiene, %: 80.7Cu, 14.8 Sn y 4.5P.

Se puede ver en el diagrama de estado del sistema Cu-Sn-P (Fig. 13) que con un aumento en el contenido de estaño y una disminución en la temperatura, el límite de saturación de la solución sólida α se desplaza bruscamente hacia el ángulo de cobre .

Arroz. 13. Diagrama del estado del sistema Cu-Sn-P: a - ángulo de cobre; b - cortes polimétricos de la esquina de cobre del sistema Cu-Sn-P a un contenido de estaño constante

Cuando el contenido en bronces al estaño > 0,3% P, éste precipita en forma de inclusiones de fosfuro eutéctico. Los bronces al estaño con un contenido de 0,5% P y más se destruyen fácilmente durante la deformación en caliente, ya que el eutéctico de fosfuro se funde. Por tanto, el contenido máximo de fósforo de los bronces al estaño trabajados a presión es del 0,4%. Con tal contenido de fósforo, los bronces al estaño tienen propiedades mecánicas óptimas, tienen un módulo aumentado de elasticidad normal, límites elásticos y de fatiga. Aplicando un recocido-homogeneizado, tras el cual una parte importante del fósforo pasa a la solución α-sólida, es posible mejorar la deformabilidad de los bronces al estaño con un alto contenido en fósforo.

Pequeñas adiciones de circonio, titanio, boro y niobio también mejoran la trabajabilidad en caliente y en frío de los bronces al estaño.

El plomo es prácticamente insoluble en los bronces al estaño sólidos. Cuando la aleación se solidifica, se separa como una fase independiente en forma de inclusiones oscuras entre las dendritas. El plomo mejora notablemente la densidad, la antifricción y la maquinabilidad de los bronces al estaño, pero reduce significativamente sus propiedades mecánicas. Los bronces al estaño antifricción contienen hasta un 30% de Pb.

El zinc es muy soluble en los bronces al estaño en estado sólido y, modificando ligeramente la estructura de las aleaciones, mejora notablemente sus propiedades tecnológicas.

El níquel desplaza el límite de la solución sólida α hacia la esquina del cobre (Fig. 14).

Arroz. 14. Diagrama del estado del sistema Cu-Sn-Ni: a - sección de una esquina de cobre con un contenido de 2% de níquel; (b) región de saturación límite de la solución sólida a temperatura ambiente. Esquina de cobre.

La red cristalina de la solución sólida α no cambia bajo la influencia del níquel, pero su parámetro aumenta ligeramente (-0,007 A). A una baja concentración de estaño, aparece una nueva fase (Ni4Sn) en la región heterogénea que, dependiendo de la velocidad de solidificación, precipita en forma de pequeños cristales en forma de aguja (enfriamiento rápido) o inclusiones de color azul claro. El liquidus en las aleaciones de Cu-Sn aumenta notablemente cuando se alea con níquel. A una temperatura de 539 °C, se produce la transformación eutectoide de α + γ en α + β'. La fase δ', a diferencia de la fase δ del sistema binario Cu-Sn, está polarizada.

El níquel mejora las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión de los bronces al estaño, refina su estructura y, con un contenido del 1%, es un aditivo útil. A un contenido de > 1% Ni, aunque las aleaciones mejoran, sin embargo, empeora su trabajabilidad por presión. El níquel tiene un efecto particularmente agudo en los bronces de estaño-fósforo. Al mismo tiempo, Ni con un contenido en el rango de 0.5–1% no afecta ni la estructura ni las propiedades de los bronces de estaño-zinc.

Influencia de las impurezas

Las impurezas de aluminio, magnesio y silicio son muy dañinas en los bronces al estaño. Estos elementos incluidos en la solución sólida, si bien aumentan las propiedades mecánicas de los bronces, sin embargo, durante la fusión se oxidan vigorosamente, formando óxidos refractarios, los cuales, ubicados a lo largo de los límites de grano, rompen la unión entre ellos.

Las impurezas de arsénico, bismuto, antimonio, azufre y oxígeno también son dañinas para los bronces de estaño tratados a presión. Este último reduce las características antifricción de los bronces al estaño.

Propiedades de corrosión

Los bronces al estaño tienen buena resistencia a las condiciones atmosféricas (rurales, industriales, marinas). En agua de mar son más estables que el cobre y el latón (la resistencia de los bronces en contacto con el agua de mar aumenta al aumentar el contenido de estaño). El níquel también aumenta la resistencia a la corrosión de los bronces al estaño en el agua de mar, mientras que el plomo en niveles altos la reduce. Los bronces al estaño son estables en agua salada.

Los bronces al estaño son satisfactoriamente resistentes a la corrosión en una atmósfera de vapor sobrecalentado a una temperatura de 250 °C y una presión no superior a 2,0 MPa, cuando se exponen a temperatura ambiente a soluciones alcalinas, gases secos (cloro, bromo, flúor y sus compuestos de hidrógeno, óxidos de carbono y azufre, oxígeno), tetracloruro de carbono y cloruro de etilo.

Los bronces al estaño son inestables en el ambiente de ácidos minerales (nítrico, sulfúrico) y grasos, álcalis, amoníaco, cianuros, compuestos ferrosos y sulfurosos, gases (cloro, bromo, flúor) a altas temperaturas, aguas ácidas de mina.

La corrosión de los bronces al estaño bajo la acción del ácido sulfúrico aumenta en presencia de agentes oxidantes (K2SiO7, Fe2 (SO4)3, etc.) y disminuye de 10 a 15 veces en presencia de tiocianato de bencilo al 0,05 %.

La velocidad de corrosión de los bronces al estaño bajo la acción de varios agentes es la siguiente, mm/año:

álcalis:

caliente…1.52

a una temperatura de 293 K …0.4−0.8

soluciones de amoníaco a temperatura ambiente …1.27−2.54

ácido acético a temperatura ambiente …0.025−0.6

Vapor de H2S a 100 °C …1,3

gas agrio húmedo … 2.5

vapor de agua seco y húmedo (dependiendo del caudal) …0.0025−0.9

Los bronces al estaño sufren fisuración por corrosión bajo tensión bajo la acción del nitrato de mercurio.

El latón, el hierro, el zinc y el aluminio en proceso de corrosión electroquímica son protectores de los bronces al estaño.