Bezniklowe brązy aluminiowe o podwyższonej wytrzymałości i odporności na korozję

• Autorzy: Grzegorzewicz T.

Warianty tytułu

EN

Nickel-free aluminium bronzes with higher strength and corrosion resistance

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono wyniki badań strukturalnych, właściwości mechanicznych w temperaturze otoczenia i w temperaturach niskich oraz odporności korozyjnej, nowych bezniklowych brązów aluminiowych zawierających około 8 i 10 % aluminium, dodatki chromu lub łącznie krzemu i żelaza. Wspólna cechą zaprojektowanych stopów jest modyfikowanie ich cyrkonem, co ma na celu zmniejszenie skłonności do gruboziarnistości charakterystycznej dla brązów aluminiowych. Stosowanie chromu lub krzemu w miejsce niklu jest ekonomicznie uzasadnione, ponieważ są one od niego znacznie tańsze, a korzystne ich oddziaływanie na właściwości brązów aluminiowych uzyskuje się już przy zawartości od 1÷2 %, a więc przeszło dwukrotnie mniejszej od zawartości niklu. Nowe bezniklowe brązy charakteryzują się dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi w temperaturach otoczenia i obniżonych oraz dużą odpornością na odaluminiowanie, korozję ogólną i wżerową. Mogą one znaleźć zastosowanie na części w budowie maszyn, od których jest wymagana duża wytrzymałość i odporność na korozję. Na podstawie badań strukturalnych stwierdzono, że poprawa ich właściwości wytrzymałościowych w wyniku obróbki cieplnej, jest efektem nałożenia się mechanizmów ulepszania cieplnego i utwardzania wydzieleniowego. Określono również skłonność do odaluminiowania, mechanizm odaluminiowania i wpływ tej korozji na właściwości bezniklowych i przemysłowych brązów aluminiowych. Uzyskane wyniki pozwalają ustalić kryteria doboru brązów aluminiowych w najczęściej spotykanych środowiskach korozyjnych.

EN

The paper deals with the of structure, mechanical properties at ambient and low temperatures as well as corrosion resistance of new nickel-free aluminium bronzes containing ca. 8 or 10 % of aluminium and additions of chromium or silicon and iron together. A common feature of the produced aluminium bronzes is their modification with zirconium to reduce their coarsening propensities characteristic of these alloys. Application of chromium or silicon in place of nickel is economically justified since they are much cheaper, and their beneficial effect on the properties of aluminium bronzes can appear at their 1 to 2 % content, i.e. over twice less compared to nickel content. After preliminary optimisation of chemical composition, new economical aluminium bronzes CuAl8Cr1.2Zr, CuAl10Cr1.7Zr and CuAl94Si1Zr as well as one not modified by zirconium CuAl8Fe4Si1 were prepared. Structure of the bronzes was examined in manufactured, annealed, hardened and tempered conditions using optical microscope, scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM), X-ray microanalyser (EDS) and X-ray diffractometer (XRD). Corrosion resistance of new bronzes was examined in synthetic sea water, in 3 % water solution of NaCl and in 10 % water solution of H2SO4 and compared with that of industrial aluminium bronzes CuAl8Fe3, CuAl9Fe3, CuAl10Ni5Fe4 and specially developed high corrosion-resisting bronzes Cu-Al-Co-Si-Zr. As a result of the research, phase composition of new aluminium bronzes was determined, as well as the course and mechanism of their structural transformations during tempering. Changes of mechanical properties (Rm, Rp0.2, A, Z, HV, K) due to heat treatment were determined and relationships between structure and mechanical properties of the alloys at ambient and low temperatures established. It was found that new, economical aluminium bronzes are characterised by very advantageous mechanical and usable properties. In many cases, the nickel-free aluminium bronze CuAl10Cr1.7Zr shows better properties than the industrial aluminium bronze CuAl10Ni5Fe4 containing ca. 5 % of expensive nickel. Better mechanical properties of the CuAl10Cr1.7Zr bronze after heat treatment result from superposition of the toughening and the precipitation hardening. On the other hand, the CuAl8Cr1.2Zr bronze shows a very advantageous complex of mechanical properties expressed by high plasticity, impact strength and crack resistance also at low temperatures down to –196 °C. The aluminium-silicon bronzes containing iron (CuAl9Fe4Si1Zr and CuAl8Fe4Si), both modified with zirconium and non-modified, thanks to structure refining, in hot-rolled condition with no additional heat treatment show high mechanical and plastic properties. On the grounds of the corrosion research, the general corrosion rate, electrochemical properties of phases, mechanism and types of structural defects due to dealuminisation were determined. The results obtained will make it possible to develop effective methods preventing aluminium bronzes from dealuminising and to establish criteria for selecti the group of alloys that will be applied in the most common corrosion environments, e.g. sea water or solutions of chlorides and sulphuric acid.

Słowa kluczowe

PL

struktura; właściwości mechaniczne; temperatury niskie; odporność korozyjna; odaluminiowanie

EN

new aluminium bronze; structure; mechanical properties; low temperatures; corrosions resistance; dealumination

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Rudy i Metale Nieżelazne
• Rocznik: 2007
• Tom: R. 52, nr 2
• Strony: 76--87
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., tab., rys., wykr.

Twórcy

autor

Grzegorzewicz T.

• Politechnika Wrocławska, Wrocław

Bibliografia

• 1. Grzegorzewicz T.: Bezniklowe brązy aluminiowe o podwyższonej wytrzymałości i odporności na korozję. Wrocław 2005, Wydaw. Polit. Wrocławskiej.
• 2. Grzegorzewicz T.: Wpływ obróbki cieplnej na odporność korozyjną brązu aluminiowego CuAl10Ni5Fe4. Mat. Ogólnopolskiej Konf. „Korozja’ 96” Teoria i Praktyka, Gdańsk 1996, s. 113÷116.
• 3. Grzegorzewicz T.: Odporność korozyjna bezniklowych brązów aluminiowych. Materiały VII Ogólnopolskiej Konf. Korozja 2002 ,,Problemy nowego tysiąclecia”, Kraków 2002, Ochrona przed korozją. Wydanie specjalne s. 222÷226.
• 4. Arnaud D., Paton R., Wigy S., Mascare C.: Contribution a l’etude de la desaluminisation des cupro-aluminiums moules. Mém. Scient. Rev. Métallurg 1965, t. 62, nr 2, s. 89÷116.
• 5. Tiegot J.: Les cupro-aluminium corroyés., Mém. Scient. Rev. Métallurg 1966, t.63, nr 7/8, s. 699÷706.
• 6. Grzegorzewicz T.: Korozyjne pękanie brązów aluminiowych. Pr. Nauk. IMiMT PWr. 60, Konf. 8, Wrocław 1998, Wydaw. Polit. Wrocławskiej, s.108÷115.
• 7. Adamski Cz., Bonderek Z., Piwowarczyk T.: Mikrostruktury odlewniczych stopów miedzi oraz cynku. Wydaw. ,Śląsk 1972, s. 122.
• 8. Grzegorzewicz T.: Struktura i własności mechaniczne obrobionego cieplnie brązu aluminiowego z dodatkiem chromu i cyrkonu. Rudy Metale 1989, t. 34, nr 12, s. 424÷428.
• 9. Ankudowicz B., Grzegorzewicz T., Moll R., Pietraszko D.: Modyfikujące działanie cyrkonu na brązy aluminiowo-krzemowe. International Scientific Conference Foundry’95 Kielce, November 6÷7, 1995, Krzepnięcie metali i stopów, nr 22, s. 94÷99.
• 10. Grzegorzewicz T., Kuźnicka B., Krajczyk L.: Modifying effect of zirconium on an aluminium-chromium bronze. Z. Metallkd., 2000, t. 91, nr 6, 489÷493.
• 11. Grzegorzewicz T., Haimann K.: Wpływ chromu na pasywację obrobionych cieplnie brązów aluminiowych. Rudy Metale 1976, t. 21, nr 7, s. 253÷258.
• 12. Przystupiński H.: Wpływ obróbki cieplnej na strukturę i własności bogatych w miedź stopów Cu-Al-Si. Polit. Wrocławska 1964 [pr. doktorska].
• 13. Grzegorzewicz T., Frydman S., Wojciechowski B.: Własności mechaniczne brązu aluminiowego CuAl8CrZr w niskich temperaturach. Rudy Metale 1991, t. 36, nr 5, s. 174÷177.