Оптимізація вмісту олова та алюмінію в олов’яній бронзі за показниками механічних властивостей
Loading...
Date
2022
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро
Abstract
UKR: Постановка проблеми – розроблення нових складів ливарних бронз, у яких поєднані найкращі рівні властивостей, притаманні як олов'яним, так і алюмінієвим бронзам. Мета. Отримання закономірностей між показниками механічних властивостей та вмісту легувальних компонентів у бронзі системи Сu−Sn−Al за вмістом олова та алюмінію до 6 % кожного. Методика. Сплави для досліджень готували шляхом сплавлення первинних шихтових матеріалів технічної чистоти в індукційній печі тигельної з використанням графітового тигля і деревного вугілля як покривного матеріалу. Механічні властивості досліджуваних сплавів розраховували за результатами випробувань відповідних зразків із їх статичним розтягом й ударним вигином за кімнатної температури згідно з діючими стандартами. Контроль хімічного складу сплавів здійснювали на прецизійному аналізаторі EXPERT 4L на зразках, вирізаних із трефоподібних проб. Побудову поверхонь відгуку досліджуваної багатокомпонентної системи проводили методом симплекс-планування Г. Шеффе з моделями четвертого та третього ступеня. Результати та їх обговорення. За результатами досліджень сплавів системи Сu−Sn−Al у роботі встановлено функціональні залежності між показниками механічних властивостей та вмістом Sn та Al з масовою часткою від 1 до 6 % кожного, що дає можливість прогнозувати рівень механічних властивостей за хімічним складом такої бронзи при литті. Висновки. Встановлено, що у досліджених межах вмісту олова та алюмінію найкраще поєднання механічних властивостей має бронза БрО3А3 з умістом Sn = (3...4) % та Al = (3...4) %. Бронза БрО3А3 має більш високі (зокрема пластичні) значення механічних властивостей порівняно із властивостями олов'яних бронз, які найчастіше використовують в промисловості. Це дає підставу рекомендувати дану бронзу для виготовлення фасонних виливків та підшипників тертя.
ENG: Problem statement. New compositions of foundry bronzes in which the best levels of properties inherent in both tin and aluminum bronzes are combined need to be developed. Purpose of research. Regularities between mechanical properties indicators and alloying components content in bronze of Cu−Sn−Al system with tin and aluminum content up to 6 % each are obtained. Methodology. Alloys for investigation was prepared by technical purity primary charge materials melting in induction crucible furnace using graphite crucible and charcoal as a coating material. Investigated alloys mechanical properties was calculated based on tests results of corresponding samples during their static elongation and impact bending at room temperature according to actual standards. Alloys chemical composition control was carried out on precision analyzer EXPERT 4L on samples cut from cross-shaped samples. Investigated multicomponent system response surfaces plotting was performed by H. Scheffe simplex-planning method with models of fourth and third degree. Results and discussion. According to Cu−Sn−Al alloys research results, functional dependences between mechanical properties vs. Sn and Al content from 1 to 6 % by weight of each are determined. This makes it possible to predict the level of mechanical properties according to chemical composition of such bronze during casting. Conclusions. It was found that within tin and aluminum content in investigated limits the best combination of mechanical properties has bronze BrO3A3 with content of Sn = (3...4) % and Al (3...4) %. Bronze BrO3A3 has higher (including plastic) mechanical properties values compared to the properties of tin bronzes, which are most often used in industry. This gives the reason to recommend such bronze for shaped castings and friction bearings manufacturing.
ENG: Problem statement. New compositions of foundry bronzes in which the best levels of properties inherent in both tin and aluminum bronzes are combined need to be developed. Purpose of research. Regularities between mechanical properties indicators and alloying components content in bronze of Cu−Sn−Al system with tin and aluminum content up to 6 % each are obtained. Methodology. Alloys for investigation was prepared by technical purity primary charge materials melting in induction crucible furnace using graphite crucible and charcoal as a coating material. Investigated alloys mechanical properties was calculated based on tests results of corresponding samples during their static elongation and impact bending at room temperature according to actual standards. Alloys chemical composition control was carried out on precision analyzer EXPERT 4L on samples cut from cross-shaped samples. Investigated multicomponent system response surfaces plotting was performed by H. Scheffe simplex-planning method with models of fourth and third degree. Results and discussion. According to Cu−Sn−Al alloys research results, functional dependences between mechanical properties vs. Sn and Al content from 1 to 6 % by weight of each are determined. This makes it possible to predict the level of mechanical properties according to chemical composition of such bronze during casting. Conclusions. It was found that within tin and aluminum content in investigated limits the best combination of mechanical properties has bronze BrO3A3 with content of Sn = (3...4) % and Al (3...4) %. Bronze BrO3A3 has higher (including plastic) mechanical properties values compared to the properties of tin bronzes, which are most often used in industry. This gives the reason to recommend such bronze for shaped castings and friction bearings manufacturing.
Description
Т. Кімстач: ORCID 0000-0002-8993-201X; К. Узлов: ORCID 0000-0003-0744-9890; С. Реп'ях: ORCID 0000-0003-0203-4135; Л. Солоненко: ORCID 0000-0003-2092-8044
Keywords
олов'яні бронзи, алюмінієві бронзи, механічні та технологічні властивості, легувальні елементи, оптимізація, метод симплекс-планування, tin bronzes, aluminum bronzes, mechanical and technological properties, alloying elements, optimization, simplex-planning method, КМТОМ, КЛВ
Citation
Кімстач Т. В., Узлов К. І., Реп'ях С. І., Солоненко Л. В. Оптимізація вмісту олова та алюмінію в олов’яній бронзі за показниками механічних властивостей. Металознавство та термічна обробка металів. 2022. Т. 2. № 2(97). С. 41–54. DOI: 10.30838/J.PMHTM.2413.050722.41.858.