Основные марки отечественных сплавов, выпускаемых для электродов контактных машин

Выпускаемые в настоящее время в нашей стране промышленные сплавы для электродов приведены в табл. 1.

Исследования и опыт эксплуатации показали, что при сварке легких сплавов лучшей стойкостью обладают электроды с высокой электропроводностью и упрочняемые, как правило, холодной деформацией. Эти материалы по содержанию легирующих элементов можно разделить на две подгруппы: с содержанием присадок 0,1…0,3% и около 1%. Наиболее широкое применение в качестве высокоэлектропроводного материала для электродов точечных и шовных контактных машин нашла кадмиевая бронза, содержащая 0,9…1,2% кадмия. Ее физико-механические свойства и технологические характеристики приведены в табл. 2.

Согласно техническим условиям завод гарантирует поставку прутков со свойствами, не ниже указанных в табл. 3.

Для изготовления электродов кадмиевая бронза должна применяться обязательно в нагартованном (наклепанном) состоянии с твердостью не ниже 95. В связи с этим получаемые прессованные прутки подвергаются холодной деформации со степенью обжатия не менее 40…50%.

Таблица 1. Сплавы, выпускаемые для электродов контактных машин

Более электропроводным материалом для электродов контактных машин является сплав меди с малыми присадками серебра (около 0,1%). Этот сплав, предназначенный в основном для изготовления коллекторных пластин, содержит серебра от 0,07 до 0,12%, выпускается в виде квадрата 80×80 мм и круглых тянутых прутков с таким же содержанием серебра. Твердость прутков НВ должна быть не менее 95. Некоторые свойства медно-серебряных сплавов приведены в табл. 4.

К высокоэлектропроводным электродным сплавам относится и отечественный сплав Мц5Б, упрочняемый в результате термомеханической обработки. Сплав Мц5Б, разработанный М. В. Захаровым, В. М. Годиным и В. М. Дмитриевым, содержит 0,25…0,45% хрома, 0,2…0,35% кадмия, остальное — медь; обеспечивает электропроводность не менее 85% от стандартной отожженной меди и твердость не ниже 110 после термомеханической обработки. Для получения оптимальных свойств сплава Мц5Б рекомендуется закалка с температуры 940…960° С в воде, холодная деформация 50…60% и отпуск при температуре 470…490° С в течение 4 ч. Предел прочности этого сплава при комнатной температуре составляет 40…42 кг/мм², удлинение 24%, твердость 110…120; при температуре 600° С — одно­часовая твердость НВ 25…26. Предел сточасовой прочности  при 300° С составляет 30 кг/мм², при 500° С — 7 кг/мм². Температура начала рекристаллизации 370° С. Этот сплав, изготовленный в пределах своего химического состава, обеспечивает высокую стойкость электродов и хорошее качество сварки. Сплав Мц5Б применяется при точечной сварке легких сплавов на ряде предприятий, но изготовляется, как правило, самими заводами—потребителями электродов. Высокоэлектропроводными и также упрочняемыми термомеханической обработкой являются сплавы меди с добавками 0,1—0,3% циркония. Сплавы меди с цирконием известны достаточно давно, они имеют электропроводность до 90…95% от электропроводности меди, предел прочности 42…50 кг/мм², твердость при комнатной температуре 125…130, а одночасовую твердость при 600° C — 20…25.

Таблица 2. Физико-механические свойства и технологические характеристики кадмиевой бронзы Бр.К1

Предел длительной сточасовой прочности при температуре 300° C для сплава с 0,37% Zr — 31 кг/мм², при 500° C — 12 кг/мм². Температура начала рекристаллизации медно-циркониевого сплава этого состава 480° C, что составляет 0,56 . Как видно из приведенных данных, цирконий существенно улучшает свойства меди, особенно при повышенных температурах. Для получения необходимых свойств сплав должен подвергаться закалке с температуры 960…980° C в воде, холодной деформации 40…60% и последующему отпуску при 460…470° C в течение 4…5 ч.

Таблица 3. Механические свойства прутков из кадмиевой бронзы

Таблица 4. Некоторые физико-механические свойства смесей с присадками серебра

Режимы термической обработки несколько уточняются в зависимости от химического состава сплава. Сплавы меди с цирконием как электродный материал в нашей стране распространения пока не получили, по-видимому, из-за несколько сложной технологии их изготовления, связанной с плавкой, в вакуумных печах.

Предложенный М.В. Захаровым и другими низколегированный тройной хромо-циркониевый сплав Мц5А, содержащий 0,2…0,4% Cr, 0,10…0,25% Zr, остальное — медь, можно изготовить методом открытой плавки. После обработки по режиму закалка—наклеп—отпуск электропроводность сплава с 0,2% Cr, 0,21% Zr составляет 92% от меди. Его предел прочности 46 кг/мм², удлинение 22% и НВ 114. Предел длительной сточасовой прочности при температурах 300 и 500° С соответственно равен 39 и 14 кг/мм². Испытания электродов из сплава Мц5А, проведенные на отдельных заводах, показали его высокую стойкость при сварке легких сплавов.

Основным легирующим элементом большинства отечественных и зарубежных электродных сплавов II класса с более высокими механическими свойствами является хром.

Хромовая бронза нашла широкое применение как материал для электродов контактных машин при точечной и шовной сварке углеродистых и низколегированных сталей. Свойства хромовой бронзы, как, впрочем, и других сплавов, определяются ее химическим составом, технологией изготовления и термической обработкой. Твердость термически необработанной хромовой бронзы составляет 100…110, а электропроводность порядка 70% от стандартной отожженной меди. Для повышения свойств сплава проводится термомеханическая обработка: закалка с температуры 980…1000° С, охлаждение в воде, холодная деформация 40…50% и отпуск при температуре 460° С. После такой обработки твердость НВ хромовой бронзы может быть повышена до 140…150, а электропроводность до 80…85% от электропроводности меди.

Хромовая бронза промышленностью выпускается в виде прутков, плит и полос. Плиты и полосы поставляются в термически обработанном состоянии (после закалки, холодной деформации — проката и отпуска), а прутки — после горячей деформации (волочения или прессования). В технических условиях на полосы и плиты содержание хрома ограничивается до 0,4…1%, а на прутки до 0,4…0,7%. Содержание хрома в прутках было уменьшено в результате проведенной исследовательской работы, показавшей, что более высокой стойкостью обладают электроды из хромовой бронзы с 0,4…0,7% хрома. Физико-механические свойства и технологические характеристики хромовой бронзы Бр.Х приведены в табл. 5.

В качестве электродного сплава ранее выпускалась хромо-цинковая бронза ЭВ, содержащая 0,4…1,0% хрома и 0,3…0,6% цинка. Однако, как, показали исследования, хромо-цинковая бронза не 1 имеет преимуществ перед хромовой (цинк даже ухудшает свойства бронзы, снижая ее электропроводность), поэтому в настоящее время выпускается только хромовая бронза, в которой не оговаривается содержание цинка, а примеси ограничиваются количеством не более 0,5%.

М.В. Захаровым был разработан ряд термически упрочняемых сплавов для электродов типа Мц. К ним относится сплав Мц4 (0,4…0,7% Cr, 0,1…0,25% Al и 0,1…0,25% Mg, остальное - медь). Этот сплав некоторое время применялся в промышленности, однако опыт эксплуатации и ряд проведенных исследований показали, что преимуществ по сравнению с термически обработанной хромовой бронзой он не имеет, уступая ей по электропроводности. Сплав Мц4 в литом состоянии еще используется на отдельных предприятиях для изготовления в основном фигурных электродов. Снижение содержания хрома и исключение из состава сплава алюминия позволило улучшить свойства материала. Сплав Мц4А (0,25…0,45% Cr, 0,1…0,25% Mg, остальное — медь) имеет предел прочности 40…44 кг/мм², НВ 110…130, электропроводность 80…85% от меди и температуру рекристаллизации 380° С, однако и он пока не нашел широкого применения.

Таблица 5. – Физико - механические свойства и технические характеристики бронзы Бр.Х

Лучшими свойствами по электропроводности, твердости, по длительной сточасовой прочности и температуре рекристаллизации обладает хромо-циркониевая бронза типа Мц5, содержащая 0,3…0,5% хрома, 0,2…0,35% циркония и остальное — медь. В термически обработанном состоянии этой бронзы НВ 130—145 при относительной электропроводности около 80…85%. По сравнению с хромовой бронзой сплав Мц5 обладает более высокой прочностью и твердостью при повышенных температурах. Так, одночасовая твердость при температуре 600° С у хромовой бронзы с 0,5…0,8% хрома составляет 7…15 кг/мм², а у хромо-циркониевой бронзы — 32 кг/мм², Длительная сточасовая прочность при 500° С соответственно равна 4 и 16 кг/мм². Более низкие свойства хромовой бронзы могут быть объяснены тем, что в ней при высоких температурах интенсивнее развиваются диффузионные процессы разупрочнения. Этот сплав оказался пригодным для сварки нержавеющих сталей. Сплав Мц5 выпускался промышленностью опытными партиями; в серийном производстве не освоен.

Сплав меди с 0,25…0,45% хрома и малыми добавками циркония и титана (по 0,04…0,08%) в термически обработанном состоянии обеспечивает твердость НВ 140…150 и электропроводность 74…80% от меди. Он обладает высокими пластическими свойствами при повышенных температурах. Сплав после термомеханической обработки имеет более крупное зерно, чем серийная хромовая бронза, что может быть объяснено меньшим содержанием хрома и принятыми режимами термообработки. Высокие прочностные и пластические свойства этого сплава, особенно в интервале температур работы электродов, малые добавки легирующих элементов Zr и Ti, благоприятно влияющие на сопротивление ползучести, позволяют считать этот сплав одним из лучших для сварки малоуглеродистых и низколегированных сталей.

Малая теплопроводность и значительное электросопротивление нержавеющих и жаропрочных сталей приводят к более высокому нагреву места контакта торца электрода с деталью. Наряду с этим высокая прочность этих сталей при повышенной температуре требует приложения больших давлений электродов для обеспечения достаточно хорошего и плотного соединения (точки). Поэтому к ма­териалу электродов, предназначенных для сварки нержавеющих и жаропрочных сталей, предъявляются требования обеспечения высокой твердости (НВ более 180) при электропроводности не менее 45% от электропроводности меди.

Представителями группы медных сплавов, используемых для электродов при сварке нержавеющих и жаропрочных материалов в нашей стране являются тройные сплавы на основе системы медь—никель—бериллий, а в иностранной практике: медь — кобальт—бериллий.

На основе системы Cu—NiBe—Ti был разработан тройной сплав Бр.НБТ, содержащий небольшое количество титана и изготовляемый из отходов высокобериллиевых бронз. Этот сплав сейчас широко применяется в качестве электродного материала при точечной и шовной сварке нержавеющих сталей и жаропрочных сплавов, а также для губок стыковых машин. Химический состав этого сплава приведен в табл. 1, а основные свойства — в табл. 6.

Таблица 6. - Некоторые физико-механические свойства и технологические характеристики сплава Бр.НБТ

Несколько ранее М.В. Захаровым было разработано два сплава Мц2 и Мц3. Сплав Мц2 содержит 1,5…1,8% Ni, 0,4…0,6% Si, 0,15…0,3% Mg. Предел прочности этого сплава 55…60 кг/мм², твердость НВ 170…180, электропроводность 45…50% и температура рекристаллизации 510° С. Сплав Мц3 обеспечивает предел прочности 70…75 кг/мм², НВ 180…220, электропроводность 55…60% и температуру рекристаллизации 490° С. Он содержит 0,9…1,2% Ni, 0,15…0,3% Be и 0,1…0,25% Mg. При испытании сплав Мц2 оказался малоудовлетворительным, а сплав Мц3 был заменен сплавом Бр.НБТ, с более высокими механическими свойствами и лучшей технологичностью. В результате сплавы Мц2 и Мц3 не получили большого распространения.

По техническим условиям электродный сплав Бр.НК 1,5—0,5 содержит 1,2…2,3% Ni, 0,3…0,8% Si, остальное — медь.

Выпускается он в виде слитков диаметром 200 и 175 мм и после термической обработки (закалка с температуры 860° С и отпуск при 460° С) обеспечивает предел прочности 55 кг/мм², НВ до 200 при электропроводности 40 %. Сплав применяется для хоботов контактных сварочных машин и губок стыковых машин. Для электродов точечных или шовных машин он малопригоден.

Исследования показали, что сплав Бр.НБТ при комнатной температуре превосходит по прочности все известные отечественные электродные сплавы и несколько уступает сравнительно дорогим иностранным сплавам системы медь—кобальт—бериллий, содержащим до 0,5…0,7% Be. При повышенных температурах испытания сплав Бр.НБТ обладает наиболее высокой прочностью из всех известных медных сплавов этого класса.

Высокопрочными сплавами, но с малой электропроводностью являются бериллиевые бронзы: Бр.Б2, Бр.Б2,5 и сплавы Бр.БНТ1,9, Бр.БНТ1,7, содержащие 1,65…2,15% Be, 0,2…0,5% Ni и 0,1…0,25% Ti. Все эти бронзы имеют твердость НВ 360…400 и предел прочности в термически обработанном состоянии  кг/мм². Аналогичными по свойствам зарубежными сплавами являются, например, французская бериллиевая бронза Судалокс 400 и сплав меди с молибденом Судалокс500.Эти материалы используются как вставки при рельефной сварке для зажимных губок стыковых машин и, в отдельных случаях, в качестве электродов для приварки деталей малых толщин из тугоплавких и высокоэлектропроводных материалов. Бериллиевые бронзы весьма дороги и поэтому имеют сравнительно небольшое применение для электродов контактных машин.

Для вставок точечных электродов при сварке меди, латуни и некоторых других материалов применяются так называемые псевдосплавы — элконайты, изготавливаемые способами порошковой металлургии.

Это интересно

При строительстве пруда необходимо выполнить определенные этапы работ. Это, как правило, геодезические работы, проектно-эскизные, земляные, гидроизоляционные и отделочные. Самыми трудоемкими являются земляные работы. Земляные работы можно выполнять двумя способами: либо выкопать пруд экскаватором, либо лопатой. Применение экскаватора позволяет значительно ускорить процесс строительства пруда и снизить трудоемкость работ. Не рекомендуется начинать земляные работы в дождливое время, т.к. вырытый котлован будет заполняться дождливой водой. Максимальный наклон склонов пруда должен быть не более 45°. Ограничение связано с угрозой сползания гидроизоляции, при этом дно пруда должно быть исключительно ровным и плотным. При достаточно большой глубине пруда дно можно делать уступами. На этапе проведения земляных работ к пруду подводят силовые кабеля. Для гидроизоляции целесообразно использовать бутилкаучук (срок службы до 20 лет), у пленки ПВХ срок службы составляет всего 10…15 лет. Самым оптимальным вариантом в качестве материалов для формирования чаши пруда считается железобетон либо жидкая резина.