Бронзами называют сплавы на основе меди, легированные алюминием, оловом, марганцем, железом и другими элементами. Бронзы разделяют на две основные группы:

# безоловянные, которые не содержат олова в качестве леги­рующего элемента;

® оловянные, в которых основным легирующим элементом явля­ется олово.

Безоловянные бронзы в зависимости от основного легирующего элемента разделяют на алюминиевые, марганцовистые, кремние­вые, хромистые, бериллиевые и др.

В зависимости от назначения и механических свойств бронзы разделяют на литейные и деформируемые (обрабатываемые дав­лением). В рамках требований ГОСТ 18175-73 (безоловянные бронзы) и ГОСТ 5017-74 (оловянные бронзы) принята система обозначения марок деформируемых бронз. Она состоит из букв «Бр» (бронза), за которыми следуют начальные буквы русских названий легирующих элементов (см. табл. 1.3), а затем в той же последовательности цифры, указывающие среднее массовое со­держание этих элементов в процентах.

В отличие от деформируемых литейные бронзы (ГОСТ 493- 79 — безоловянные бронзы и ГОСТ 613-79 — оловянные бронзы) обозначают по другому. В маркировке цифры, указывающие сред­нее содержание легирующих элементов, идут сразу после буквен­ного условного обозначения каждого легирующего элемента (БрОЗЦ12С5). Если данная марка бронзы изготавливается как литейная и деформируемая, то в обозначении марки литейной бронзы букву «Л» ставят в конце. Например, деформируемую бронзу обозначают БрАМц9-2, а литейную — БрА9Мц2Л. Хими­ческий состав некоторых деформируемых и литейных бронз при­веден в приложении (ем. табл. П13).

Безоловянные бронзы нашли широкое применение в промыш­ленности благодаря тому, что по многим свойствам (эрозионной стойкости, жаростойкости и др.) они превосходят оловянные.

Двойные алюминиевые бронзы, содержащие до 8 % алюминия (БрА5, БрА7), имеют однофазную структуру a-твердого раство­ра, а при более высоком содержании алюминия структура ста­новится двухфазной — а+у2, где уг — твердый раствор, образую­щийся в результате распада |3-фазы при температуре 565 °С в условиях медленного охлаждения. При высоких скоростях охлаж­дения, характерных для сварочного цикла, распад |3-фазы задер­живается и в металле шва и ЗТВ возможно наличие нераспавшейся высокотемпературной фазы (p-фазы), которая оказывает влияние на механические свойства соединений.

Однофазные алюминиевые бронзы имеют высокую плас­тичность и хорошо обрабатываются давлением, поэтому их, как правило, применяют в качестве деформируемых. При содержании в бронзе более 14 % алюминия пластичность сплава резко снижа­ется и практически такие бронзы не применяются. При содер­жании в бронзе 8-10 % алюминия ее тепло - (в 6 раз) и электро­проводность (почти в 7 раз) существенно снижается по сравнению с медью. Снижение теплопроводности значительно улучшает их свариваемость.

Кроме алюминия, бронзы легируют железом, марганцем, никелем и другими элементами. Сплавы на основе системы Си - Al-Ni-Mn (7-10 % А1, 8-13 % Ni и 1,5-2 % Мп) являются дис­персионно упрочняемыми. Интервал старения таких бронз 430- 440 °С. Поэтому сварку таких бронз и заварку дефектов отливок необходимо производить после закалки до старения, когда сплав имеет наибольшую пластичность.

Сплавы на основе системы Cu-Al-Ni-Mn-Fe (7-9 % А1, до 5,5 % Ni, 2-3 % Мп и 0,2-0,3 % Fe), легированные никелем значительно экономнее и при увеличении его содержания от 0 до 5 % количество (3-фазы в структуре возрастает, а зерна а-фазы измельчаются. Оптимальные механические свойства при этом достигаются соотношением количества а~(3-фаз, а также отпуском при температуре 600-700 °С, что снижает возможность охрупчи­вания сплава в околошовной зоне при сварке. К типичному пред­ставителю таких бронз можно отнести сплавы БрАНМцЖ8,5-4- 4-1,5 и БрА8,5Н4Мц4Ж1,5.

Свариваемость безоловянных бронз. Безоловянные бронзы сваривают всеми способами сварки плавлением. При заварке де­фектов литья этот способ является основным. Более низкая теп­лопроводность алюминиевых бронз по сравнению с медью улуч­шает ее свариваемость и позволяет выполнять сварку без подог­рева толстолистовых конструкций (20-25 мм) многослойными швами. Наличие в составе этих бронз алюминия отрицательно влияет на их свариваемость, что вызвано образованием в расплав­ленном металле оксидов алюминия (АІ2О3) с температурой плав­ления 2050 °С. Из этих оксидов образуется тугоплавкая пленка, препятствующая сплавлению основного и наплавленного металла. Оксиды зачастую не всплывают на поверхность сварочной ванны и остаются как неметаллические включения в металле шва.

При сварке сложнолегированных алюминиевых бронз АІ2О3 образуется также в результате проходящих в сварочной ванне реакций восстановления алюминием оксидов меди, марганца, же­леза и других легирующих элементов, так как алюминий обладает более высоким сродством к кислороду по сравнению с этими эле­ментами.

Пленка AI2O3, покрывая сварочную ванну, в ряде случаев пре­пятствует ее нормальной дегазации, что способствует образованию пор в наплавленном металле и в сварных швах. Основной состав­ляющей газов, растворенных в расплавленном металле при сварке алюминиевых бронз, является водород (до 96 %). Включения оксидов алюминия (АІ2О3) служат центрами кристаллизации в расплавленном металле, вокруг которых скапливается водород, образуя поры. Растворимость водорода снижается при увеличении концентрации алюминия, что является дополнительным фактором для увеличения склонности к образованию пористости при сварке и наплавке алюминиевых бронз.

Одним из значимых факторов, ухудшающих свариваемость медных сплавов, является их высокая склонность к образованию трещин. При легировании алюминиевых бронз марганцем, нике­лем и железом наблюдается увеличение стойкости против образо­вания горячих трещин в сварных швах, имеющих двухфазную структуру. Легирование же однофазных бронз приводит к упроч­нению a-твердого раствора, что снижает его стойкость против образования горячих трещин.

Необходимо также учитывать, что все алюминиевые бронзы (кроме марганцево-алюминиевых) имеют провал пластичности в температурном интервале 250-700 °С, что требует при сварке быс­трого охлаждения, поэтому ее выполняют короткими валиками с перерывами на охлаждение ниже 200 °С. Трещины в сплавах не возникают, если относительное удлинение сплава в температурном интервале провала пластичности составляет не менее 10 %.