Влияние термической обработки на

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕРИЛЛИЕВОЙ БРОНЗЫ

 

Цель работы: изучить влияние температуры и продолжительности старения после закалки на твердость и микроструктуру бериллиевой бронзы.

 

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Сплавы меди с бериллием, называемые в технике бериллиевыми бронзами, имеют высокую прочность и твердость, повышенный предел упругости и усталости в сочетании с удовлетворительной электропроводностью и стойкостью против коррозии.

Бериллиевая бронза является ценным пружинным материалом, например, для изготовления пружин электроаппаратуры; она может с успехом применяться для изготовления ответственных деталей, работающих на износ. Инструмент, изготовленный из бериллиевой бронзы, не дает искр при ударе и используется при взрывоопасных горных работах. Вследствие того, что бериллиевая бронза немагнитна, она применяется для изготовления деталей компасов, часовых механизмов и всяких выключателей и переключателей.

Марки и состав бериллиевых бронз приведены в табл. 1.

 

Таблица 1. Химический состав берилиевых бронз

Марка бронзы	Основные компоненты, %
Ве	Ni	Ti	Сu
БрБ2 БрБ2,5 БрБНТ1,9 БрБН1,7	1,90-2,20 2,30-2,60 1,80-2,15 1,65-1,85	0,20-0,50 0,20-0,50 0,20-0,50 0,20-0,50	- - 0,10-0,25 0,10-0,25	остальное остальное остальное остальное

 

Бронзы БрБ2 и БрБ2,5, согласно диаграмме состояния (рис. 1) в литом состоянии имеют структуру, состоящую из дендритов α – твердого раствора бериллия в меди с включениями эвтектоида в междендритных пространствах, состоящего из α + γ (CuBe) фаз.

В отожженном состоянии микроструктура сплава состоит из α – твердого раствора и избыточных частиц γ – фазы.

 

 

Рис. 1. Диаграмма состояния Сu – Ве

 

Наиболее высокие механические свойства данная бронза имеет после закалки и старения (облагораживания). Сплав нагревается до температуры примерно 800 ⁰С, при которой образуется α – твердый раствор. При последующей закалке (охлаждение в воде до комнатной температуры) фиксируется пересыщенный раствор. Нагрев такого твердого раствора до 300 – 350 ⁰С приводит к выделению избыточной γ (CuBe) – фазы в виде дисперсных частиц, которые заклинивают плоскости скольжения и препятствуют движению дислокаций, повышая прочность бронзы (табл. 2). Описанный процесс называют старением. Кривые изменения твердости при старении бронзы типа БрБ2,5 при различных температурах даны на рис. 2.

Для уменьшения стоимости бронзы в ее состав вводят различные добавки (никель, кобальт, марганец, титан и др.), которые частично заменяют бериллий и не снижают существенно свойства бронзы.

Наиболее широкое применение получили бронзы с 1,7 – 1,9 % Ве с добавками никеля и титана. Никель упрочняет твердый раствор и способствует получению более мелкого зерна при рекристаллизации. Титан образует соединения TiBe₂ и Cu₃Ti, которые создают дополнительное упрочнение.

Таблица 2. Термическая обработка и свойства бериллиевой

бронзы типа БрБ2 (БрБ2,5)

 

Термическая обработка	Механические свойства
Предел прочности σВ, Н/мм2	Относительное удлинение δ, %	Твердость, НВ
Закалка с 780 – 800 0С в воде	500 – 540	25 – 30	100 – 120
То же + старение при 320 – 325 0С, 2 ч.	1100 – 1300	1 – 3	370 – 400

 

 

Рис. 2. Кривые старения бериллиевой бронзы БрБ2,5, закаленной от 780 ⁰С в воде

Выполнение работы

Работа проводится на образцах БрБ2.

1. Образцы нагрели до температуры 800 ⁰С (выдержке в печи 15 мин.) и закалили в воде.

2. Измерили твердость по Роквеллу (шкала В) закаленных образцов.

3. Закаленные образцы подвергли искусственному старению (по одному на каждый режим) при температурах 200, 300, 325, 350, 400 ⁰С. Продолжительность старения 1 ч., охлаждение на воздухе.

4. Измерили твердость образцов после старения.

5. Изучили и зарисовали микроструктуру бериллиевой бронзы до и после термической обработки.

Таблица 3. Свойства берилиевой бронзы Бр2Б2 после различных режимов старения

Термическая обработка	Твердость, HRB, ед.
Закалка 8000С
Старение
200 0С
300 0С
325 0С
350 0С
400 0С

 

Рис. 3. Зависимость твердости от температуры старения

 

 

Микроструктура берилиевой бронзы Бр2Б2

Рис. 4. Микроструктура берилиевой бронзы Бр2Б2 в литом состоянии

Микроструктура берилиевой бронзы Бр2Б2 после старения

 

Вывод: было изучено влияние температуры и продолжительность старения после закалки на твердость, а также микроструктура берилилиевой бронзы.

С повышением температуры твердость повышается, поскольку с повышением температуры отпуска выделяются дисперсные карбиды, далее твердость снижается, согласно рис. 3, происходит коагуляция.