Высокоизносостойкая алюминиевая бронза

Когда слышишь 'высокоизносостойкая алюминиевая бронза', первое, что приходит в голову — это вечные втулки для прокатных станов. Но на деле всё сложнее: у нас на ООО Цзянси Эньхуэй Медь были случаи, когда заказчики требовали этот сплав для штампов горячей прессовки, а потом удивлялись трещинам после 2000 циклов. Проблема не в материале, а в том, что многие путают износостойкость с жаропрочностью.

Что мы вообще понимаем под износостойкостью?

В наших лабораторных испытаниях высокоизносостойкая алюминиевая бронза показывала разный коэффициент трения в зависимости от закалки. Например, сплав CuAl10Fe5Ni5 при закалке с 850°C давал твёрдость 280 HB, но если превысить 900°C — появлялись хрупкие фазы. Как-то раз для немецкого пресса поставили партию прутков с отклонением +50°C от режима, и клиент вернул брак с выкрашиванием кромок.

Кстати, о прутках — на https://www.enhui.ru мы сейчас делаем партии диаметром от 20 до 300 мм именно с учётом этих нюансов. Недавно экспериментировали с легированием свинцом для улучшения обрабатываемости, но столкнулись с расслоением при горячей прокатке. Пришлось вернуться к классическому составу по ГОСТ 493-2018.

Запомнился случай с трубой для гидросистемы экскаватора: заказчик хотел сэкономить и взял бронзу без никелевой добавки. Через полгода — эллипсность и течь. Переделали с CuAl11Fe6Ni6, и та же деталь отработала три сезона без ремонта.

Почему алюминиевая, а не оловянная?

Здесь многие ошибаются, думая, что оловянные бронзы универсальны. Для ударных нагрузок — да, но при постоянном трении с перегревом алюминиевые сплавы стабильнее. На наших испытаниях втулка из алюминиевой бронзы выдерживала 50 000 циклов при 250°C, тогда как оловянная начала 'плыть' уже после 15 000.

Но есть нюанс: если в системе есть бронзовые вкладыши и стальные валы, обязательно нужна притирка. Как-то поставили партию втулок для судовых дизелей, забыли указать в техдокументации этап приработки — получили три рекламации из-за задиров.

Сейчас для таких случаев на https://www.enhui.ru мы сразу предлагаем комплекты с подобранными параметрами шероховатости. Кстати, именно для морской воды алюминиевые бронзы с 6% Ni показывают лучшую стойкость, чем даже некоторые нержавейки.

Технологические ловушки при обработке

Резать высокоизносостойкую бронзу — отдельная история. При неправильной скорости резания материал начинает 'наволакиваться' на резец. Наш технолог как-то разработал режим с подачей 0,2 мм/об и скоростью 120 м/мин для прутков CuAl10Fe5Ni5 — стружка пошла короткой, а стойкость инструмента выросла в 1,8 раза.

Но сварка — это вообще боль. Пробовали аргонодуговую сварку для ремонта деталей из алюминиевой бронзы, но без подогрева до 300°C и строгого контроля межпассовой температуры получали трещины. Один раз пришлось переплавить целый узел из-за неправильного охлаждения.

Сейчас для ответственных изделий мы используем предварительный отпуск при 550°C — это снимает напряжения после механической обработки. Особенно важно для крупногабаритных деталей типа шестерён весом под 200 кг.

Практические кейсы из нашего портфолио

Для пресс-форм литья пластмасс мы как-то разработали модификацию сплава с добавкой 0,5% Mn. Результат — стойкость к абразивному износу увеличилась на 40% compared to стандартным аналогам. Но пришлось пересмотреть всю технологию литья: увеличили скорость кристаллизации, добавили магнитное перемешивание.

А вот с проволокой для наплавки вышла интересная история. Делали по ТУ , но заказчик жаловался на пористость. Оказалось, проблема в технологии сушки — теперь сушим при 180°C ровно 2 часа, и дефектов нет.

Кстати, на https://www.enhui.ru в разделе новых материалов есть как раз наши разработки по бронзам для работающих в агрессивных средах. Недавно поставили партию труб для химического завода — работают в среде с pH 4-9 уже два года без замены.

Что в перспективе?

Сейчас экспериментируем с дисперсно-упрочнёнными композитами на основе алюминиевой бронзы. Пока лабораторные образцы показывают увеличение износостойкости в 2,3 раза, но технология дорогая — около 15% к стоимости.

Ещё заметил тенденцию: многие стали требовать не просто сертификаты, а полные отчёты по усталостным испытаниям. Пришлось закупить оборудование для испытаний по методу Веллера — теперь можем давать гарантированные данные по пределам выносливости.

Из неудач — пробовали делать биметаллические втулки со сталью 40Х. Не получилось из-за разницы ТКР. Зато нашли решение через взрывную сварку — но это уже совсем другая история.