П 17 (П-17 полностью исправленное (2007))

Посмотреть архив целиком

8


Задание № П-17


Для изготовления коррозионно-стойких упругих элементов в приборостроении широко используются бериллиевые бронзы:

БрБ2; БрБНТ1,9; БрБНТ1,9Мг.


  1. Выберите марку бериллиевой бронзы для контактной пружины. Укажите и обоснуйте режим упрочняющей термической обработки, обеспечивающей предел упругости >= 580 МПа, а твердость по Виккерсу HV>=330. Постройте график термической обработки в координатах «температура-время» с указанием: температуры нагрева, времени выдержки, среды охлаждения.

  2. Опишите структурные превращения, происходящие в бронзе на всех стадиях термической обработки. Каким образом можно дополнительно увеличить предел упругости выбранной бронзы.

  3. Привести основные сведения об этом сплаве: химический состав по ГОСТу, область применения, требования, предъявляемые к этому виду изделий, механические свойства после выбранного режима термической обработки, технологические свойства, физические свойства и др.





























Отчет.


Введение.

Бронза - это сплавы меди с оловом в различных пропорциях (медь в избытке), затем сплавы меди с оловом и цинком, а также некоторыми другими металлами или металлоидами (свинцом, марганцем, фосфором, кремнием и др., в небольших количествах). Название бронзе дают по легирующим элементам (например, сплав меди с алюминием называют алюминиевой бронзой). Маркируют бронзы буквами Бр, за которой следуют заглавные буквы легирующих элементов и через дефис цифры — их процентное содержание. Марки обозначаются следующим образом: первые буквы в марке означают: Бр. – бронза; буквы, следующие за Бр., означают: А - алюминий, Б - бериллий, Ж - железо, К - кремний, Мц - марганец, Н - никель, О - олово, С - свинец, Ц - цинк, Ф. - фосфор. Цифры, помещенные после буквы, указывают среднее процентное содержание элементов.

В марках бронзы содержание основного компонента - меди - не указывается, а определяется по разности. Цифры после букв, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов; цифры расположенные в том же порядке, как и буквы, указывающие на легирование бронзы тем или иным компонентом. Например, Бр.АЖНЮ-4-4 означает бронзу с 10% Al , 4% Fe и 4% Ni (и 82% Cu); Бр. КМц3-1 означает бронзу с 3% Si , и 1% Mn (и 96% Cu).

Присутствие посторонних металлов в настоящей бронзе (сплавах меди с оловом) носит иногда случайный характер и обуславливается неполной чистотой исходного материала, но обыкновенно прибавка известного количества тех или других веществ производится заведомо, с определенными целями, и тогда такая бронза получает особые названия (марганцовая бронза, фосфорная бронза и т.д.). От прибавки олова медь становится более легкоплавкой, твердой, упругой, а, следовательно, способной к полировке, но менее тягучей, а потому бронза, главным образом, идет на отливку различных предметов. Качества бронзы зависят от состава, способов приготовления и последующей обработки. Если сплавы меди с оловом, содержащие от 7% до 15% последнего и наиболее употребительные в практике, подвергнуть медленному охлаждению, то происходит разделение сплава и часть более богатая медью застывает ранее; такое явление, называемое ликвацией бронзы. Разделение до известной степени можно устранить прибавкой некоторых веществ (напр., фосфористой меди, цинка) или быстро охлаждая отлитые предметы (обратно, примесь свинца обусловливает более легкое разделение сплава, так что следует избегать прибавки этого последнего свыше 3%). При закалке бронзы происходит явление совершенно обратное тому, которое наблюдается для стали: бронза становится мягкой и до известной степени ковкой.

Цвет бронзы, с увеличением процентного содержания олова, переходит из красного (90% - 99% меди) в желтый (85% меди), белый (50%) и стально-серый (до 35% меди). Что касается тягучести, то при 1% - 2% олова сплавы ковки на холоду, но менее, нежели чистая медь; при 5% олова бронзу можно ковать только при температуре красного каления, а при содержании свыше 15% олова ковкость совершенно пропадает; сплавы с очень большим процентом олова опять становятся несколько мягкими и вязкими. Сопротивление разрыву зависит частью от состава, частью от агрегатного состояния, обусловливаемого способом охлаждения; при полной однородности и одинаковом составе, бронза с мелко кристаллическим строением обладает большею способностью сопротивления.

Предложенные сплавы (БрБ2; БрБНТ1,9; БрБНТ1,9Мг) относятся к группе высокоэлектропроводным пружинным сплавам. Эти сплавы, помимо высокой электропроводимости, имеют высокие значения предела упругости и релаксационной стойкости, они обладают хорошей коррозионной стойкостью, немагнитностью, антифрикционными свойствами, высокими технологическими свойствами – хорошо штампуются, паяются, свариваются точечной и роликовой сваркой, однако широкий температурный интервал кристаллизации затрудняет дуговую сварку. При ударах не образуют искр. Прочностные свойства бериллиевых сплавов настолько высоки, что в ряде случаев именно они независимо от их физико-химических свойств определяют использование этих сплавов в промышленности. Абсолютные значения предела упругости бериллиевых бронз – основного свойства пружинных сплавов – не превышают величин, которые можно получить для стали, но благодаря почти в 1,5–2 раза меньшему модулю упругости (110–130 ГПа) они характеризуются максимальной энергией упругой деформации и максимальной упругой деформацией, которые могут быть достигнуты в упругих элементах из стали, или соответственно при равном значении упругой деформации в этих изделиях из бронзы будут меньшие действующие напряжения. Все указанные бериллиевые бронзы имеют практически одинаковые механические свойства. Но основным недостатком бериллиевых бронз является их высокая стоимость. Легирование Mg, Ni, Ti, Co позволяет уменьшить содержание бериллия (а, следовательно, и стоимость) до 1,7-1,9% без заметного снижения механических свойств. Следовательно в экономических целях выгоднее всего сплав БрБНТ1,9Мг.

Диаграмма состояния бериллиевых бронз:












Рассмотрим поближе сплав с маркой БрБНТ1,9Мг.

Механические свойства бериллиевых бронз зависят от температуры закалки, из рис.2 мы видим, что оптимальная температура закалки - 770С, так как после такой закалки бронза характеризуется мелким зерном, хорошей пластичностью и высоким уровнем упрочнения после старения. Скорость охлаждения при закалке должна быть значительной (в воде), поскольку при замедлении охлаждения происходит высокотемпературный распад твердого раствора с выделением, особенно по границам зерен, малодисперсных частиц. На рис.3 представлены зависимости свойств БрБНТ1,9 от продолжительности старения при 320С и 340С, которые позволяют выбрать оптимальные режимы старения по пределу упругости и твердости HV.

Уровень упрочнения нашего сплава повышается при использовании ступенчатого старения сначала при более низкой (210С, 1 час), затем при высокой температуре (340С), но после более высокого кратковременного нагрева – 2 ч для бронзы БрБНТ1,9Мг.

Такая обработка способствует получению более высокодисперсной структуры, чем при обычном старении, что и обеспечивает повышенный предел упругости бронзы БрБНТ1,9Мг σ0,002 = 570 МПа, то после ступенчатого σ0,002 =620-650 МПа. Кроме того, после ступенчатого старения возрастает и релаксационная стойкость примерно на 5–7 %.

На основе данных рисунков и основательных выводов приведем общий оптимальный вид термической обработки для сплава БрБНТ1,9Мг (Рис. 4).











Рис. 2 Влияние режима закалки на структуру и свойства сплава БрБНТ1,9Мг













Рис. 3 Зависимость физико-механических свойств сплава БрБНТ1,9Мг

Рис.4 Режим термической обработки


Концентрация α-твердого раствора значительно уменьшается с понижением температуры. Это дает возможность подвергать бериллиевые бронзы упрочняющей Т.О. – закалке и искусственному старению. Изменение механических свойств показывает, что их временное сопротивление резко увеличивается в интервале 1,5 – 2,0% Be. При содержании бериллия более 2,0 % временное сопротивление повышается незначительно, а пластичность из-за большого количества хрупкой и твердой γ-фазы становится очень низкой.

В итоге, мы заключим, что механические свойства бериллиевых бронз достигают очень высоких значений после закалки и ступенчатого старения. После закалки с 780С и старения при 210С(1час) и 340С(2 часа) сплав БрБНТ1,9Мг имеет следующие механические свойства: толщина полосы 0,15-0,25 мм, σВ = 1100-1500 МПа, σ0,002 =620-650 МПа (для полос толщиной 0,3), δ =2,5%, НV ≥ 330, Е =120-130 ГПа (для полос толщиной 0,3).


Химический состав бериллиевой бронзы (по ГОСТ 18175–78)


Марка

Химический состав, %

Be

Ni

Ti

Mg

Si

Al

Pb

Fe

БрБНТ1,9Мг

1,85–2,1

0,2–0,4

0,1–0,25

0,07–0,13

0,15

0,15

0,005

0,15

Назначение: пружины, пружинящие детали ответственного назначения, износостойкие детали всех видов, неискрящие инструменты.

Бериллиевые бронзы выпускают преимущественно в виде полос, лент, проволоки и других деформированных полуфабрикатов. Вместе с тем из них можно получить качественные фасонные отливки. Из бериллиевых бронз изготовляют детали ответственного назначения: упругие элементы точных приборов (плоские пружины, пружинные контакты, мембраны); детали, работающие на износ (кулачки, шестерни, червячные передачи); подшипники, работающие при высоких скоростях, больших давлениях и повышенных температурах.


Случайные файлы

Файл
114152.rtf
26393.rtf
2482-1.rtf
16372.rtf
14620.rtf