Аналіз нормативних вимог та діаграм фазових рівноваг бронз системи Сu‒Sn‒Si

Abstract

UK: Бронзи, завдяки своїм властивостям, з кожним роком знаходять дедалі широке застосування в різних галузях промисловості. У зв'язку з ускладненням умов експлуатації технічних пристроїв та зростанням вимог до довговічності й надійності матеріалів, постає необхідність використання бронз з розширеним числом преференційних властивостей. Вирішення цієї задачі, де результатом стане поєднання бажаних рівнів показників механічних, технологічних та експлуатаційних властивостей в одному мідь-олов’яному сплаві треба шукати в напрямку розробки нових систем їх легування. Представлені дані свідчать про те, що бронзи системи Cu–Sn–Si можуть поєднувати в собі найкращі властивості, притаманні як олов'яним, так і кремнієвим бронзам. Це робить їх перспективними для застосувань, де важливі високі механічні характеристики, корозійна стійкість, хороша оброблюваність і формуваність. Однак олов’яно-кремнієві бронзи не є достатньо дослідженими і не є нормативно забезпеченими. З цієї причини, олов’яно-кремнієві бронзи не мають широкого промислового розповсюдження і, як наслідок, не користуються гідною дослідницькою увагою. Виходячи з викладеного, робота, яка присвячена встановленню закономірностей фазових перетворень і структуроутворення у бронзах системи Cu–Sn–Si з різним вмістом кремнію й олова є актуальною. Мета дослідження. Встановлення закономірностей фазових перетворень і структуроутворення у бронзах системи Cu–Sn–Si з різним вмістом кремнію й олова. Методика дослідження. У роботі проводили аналіз ливарних олов’яних бронз за ASTM B505 та EN 1982. Зразки для досліджень (Æ16´100 мм) виготовляли шляхом заливання розплаву бронзи піщану ливарну форму. Для виготовлення бронз використовували вихідні шихтові матеріали технічної чистоти. Плавку проводили в індукційній печі з графітовим тиглем під шаром деревного вугілля. Хімічний склад бронз визначали на приборі EXPERT 4L. Мікроструктурні дослідження проводили на шліфах, виготовлених стандартними методами відповідно до вимог ASTM E3-11(2017) «Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens». Структуру вивчали за допомогою оптичного мікроскопа NEOPHOT 21 зі збільшенням від 100 до 1000. Висновки. Металографічними дослідженнями структуроутворення сплавів трикомпонентної системи Cu‒Sn‒Si встановлені закономірності фазових перетворень сплавів мідного куту її конодного трикутника. Отримали подальший розвиток уявлення про ефект легування олов’яної бронзи кремнієм.

EN: Bronzes, due to their properties, are increasingly widely used in various industries every year. Due to the complexity of the operating conditions of technical devices and the growing requirements for the durability and reliability of materials, there is a need to use bronzes with an expanded number of preferential properties. The solution to this problem, where the result will be a combination of the desired levels of mechanical, technological and operational properties in one copper-tin alloy, should be sought in the direction of developing new systems for their alloying. The presented data indicate that bronzes of the Cu–Sn–Si system can combine the best properties inherent in both tin and silicon bronzes. This makes them promising for applications where high mechanical characteristics, corrosion resistance, good machinability and formability are important. However, tin-silicon bronzes have not been sufficiently studied and are not provided for by regulations. For this reason, tin-silicon bronzes do not have wide industrial distribution and, as a result, do not receive due research attention. Based on the above, the work devoted to establishing the regularities of phase transformations and structure formation in bronzes of the Cu–Sn–Si system with different silicon and tin contents is relevant. Purpose of the study Establishing the regularities of phase transformations and structure formation in bronzes of the Cu–Sn–Si system with different silicon and tin contents. Research methodology. The work analyzed foundry tin bronzes according to ASTM B505 and EN 1982. Samples for research (Æ16´100 мм) were made by pouring molten bronze into a sand casting mold. The initial charge materials of technical purity were used to manufacture the bronzes. Melting was carried out in an induction furnace with a graphite crucible under a layer of charcoal. The chemical composition of the bronzes was determined on the EXPERT 4L instrument. Microstructural studies were carried out on sections prepared by standard methods in accordance with the requirements of ASTM E3-11(2017) “Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens”. The structure was studied using a NEOPHOT 21 optical microscope with a magnification of 100 to 1000. Conclusions. Metallographic studies of the structure formation of alloys of the ternary system Cu‒Sn‒Si established the regularities of phase transformations of alloys of the copper corner of its conoid triangle. We received further development of the idea of the effect of doping tin bronze with silicon.