Упругие элементы из бронзовых сплавов широко применяются в авиационной и космической технике, судостроении, в частности в судовой арматуре. Применение в качестве материала для упругих элементов электромеханических устройств бронзовых сплавов, в том числе БрНХК, позволит снизить себестоимость производства без потери в энергосиловых параметрах, релаксации и теплостойкости в процессе эксплуатации изделия [1].
Целью исследований, проводимых при поддержке Фондом содействия инновациям по договору № 98ГУЦЭС8-D3/56673 от 21.12.2019 г., является создание из бронзового сплава БрНХК упругого изделия (пружины), которое по качеству и характеристикам не будет уступать изделиям, представленным на мировом рынке из более дорогостоящих и вредных материалов (бериллиевые бронзы).
Основными задачами в рамках проекта являются:
− анализ возможности применения никель-хром-кремнистой бронзы БрНХК для производства винтовых пружин сжатия, анализ особенностей пружинного производства, постановка задач исследования;
− исследование влияния режимов термической обработки бронзового сплава БрНХК на механические характеристики и установление закономерностей изменения комплекса физико-механических характеристик в зависимости от режимов и способов термической обработки;
− исследование возможностей применения метода акустической эмиссии для оценки показателей качества материала и пружин, установление корреляционных зависимостей между параметрами акустической эмиссии и показателями механических свойств сплава БрНХК;
− разработка технологического процесса изготовления упругих элементов из бронзовых сплавов, изготовление опытных образцов и проверка их работоспособности по результатам эксплуатационных испытаний.
Для изготовления упругих элементов (пружин) применяют большое количество сплавов на основе цветных, а также благородных металлов, подвергаемых различным видам упрочнения: старению или дисперсионному твердению, термомеханической, химико-термической обработкам и другими видами комбинированной обработки.
Выбор того или иного сплава и режима упрочняющей обработки зависит от условий службы соответствующих упругих элементов. Среди этих материалов важное место занимают сплавы на основе меди благодаря уникальному сочетанию высокого упрочнения, значительной упругой деформации, высокой электро- и теплопроводности, высокого сопротивления разрушению, а также коррозионной стойкости и возможности работы при высоких температурах. Эти сплавы используются в приборах, электрических машинах, автоматических устройствах как токоведущие и силовые, а часто одновременно как силовые и токоведущие упругие элементы высокой точности и надежности.
Также бронзовые сплавы являются незаменимыми в авиационной и космической технике в электромеханических системах (токосъемное устройство космического аппарата, электрошаговые двигатели космических и авиационных систем), поэтому актуальна разработка и внедрение процесса изготовления пружин из сплава БрНХК, который вполне может заменить кобальт- и никель-бериллиевые бронзы, гораздо более дорогостоящие, вредные в производстве и дефицитные.
Рассматривая бронзовые сплавы, наиболее высокими механическими свойствами обладает бериллиевая бронза. Предел прочности достигает 1300 МПа, а предел текучести до 1200 МПа, при этом самая низкая пластичность, относительное удлинение не более 2 %. Бронзовый сплав БрНХК не уступает по прочностным свойствам кремнемарганцевой и оловянноцинковой бронзам, а рассматривая предел текучести, бронзовый сплав БрНХК превосходит их, при этом запас пластичности остается наиболее высоким по отношению всех представленных бронзовых сплавов. Удовлетворить всему комплексу многообразных и нередко противоречивых требований, предъявляемых к материалу пружин, сложно, и выбор наиболее подходящего материала часто встречает большие трудности. В связи с этим часто приходится ограничиваться наиболее важными требованиями [2]. В свою очередь сплав БрБ2 считается дефицитным сплавом и применяется только для пружин, предназначенных для специальной техники, так как свойства данного сплава после упрочняющей термообработки не уступают углеродистым нагартованном сталям. Учитывая повышенную стоимость бериллия, ведутся работы, как по снижению содержания бериллия, так и к переходу к сплавам без бериллия.
Упругие элементы, винтовые пружины из никель-хром-кремниевой бронзы БрНХК представлены на рисунке 1.
Рис. 1. Упругие элементы (пружины)
Прямых аналогов планируемых изделий не существует, а в отличие от косвенных (пружины из бериллиевых бронз), пружины из никель-хром-кремниевой бронзы БрНХК, будут менее дорогостоящими и не такими вредными в производстве.
Литература:
1. Арсентьева Н. С., Боков Н. Ф., Казанцев Е. А., Железняк Л. М., Марущак Л. Н., Бекленищева Г. В., Ломакина К. А. Высококачественная проволока из электротехнических бронз производства ОАО «КУЗОЦМ». //Металлург. 2009. № 12. С. 62–65.
2. Железняк, Л. М., Замараев, В. А., Марущак, Л. Н. Особенности производства бронзовой проволки, отвечающей требованиям высокого уровня // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением № 9–2017. С. 30–37.
