Содержание
О марке и расшифровка обозначения
БрАЖ9-4 – деформируемая алюминиево-железистая бронза, регламентируемая ГОСТ 18175-78 «Бронзы безоловянные обрабатываемые давлением. Марки». Сплав относится к группе безоловянных (специальных) бронз на медной основе с алюминием и железом в качестве основных легирующих компонентов.
- Бр – бронза (медный сплав, где медь не является единственным компонентом, но остаётся основой).
- А – алюминий (Al) как главный легирующий элемент.
- Ж – железо (Fe) как второй легирующий элемент.
- 9 – номинальное содержание алюминия около 9% (по ГОСТ диапазон 8-10%).
- 4 – номинальное содержание железа около 4% (по ГОСТ диапазон 2-4%).
Медь составляет остаток – приблизительно 86-90% в зависимости от фактического содержания Al и Fe. Сплав не содержит олова, что принципиально отличает его от классических оловянных бронз и определяет специфику его механических и технологических свойств.
Алюминиево-железистые бронзы типа БрАЖ9-4 занимают особое место среди конструкционных цветных сплавов: они сочетают высокую прочность, твёрдость и износостойкость с удовлетворительной обрабатываемостью давлением в горячем состоянии. Железо в составе сплава измельчает зерно, повышает твёрдость и сопротивление износу, а алюминий обеспечивает формирование защитной оксидной плёнки Al₂O₃ на поверхности, придавая сплаву высокую коррозионную стойкость в морской воде, промышленной атмосфере и ряде агрессивных сред.
Группа материала
Безоловянная деформируемая бронза. Система Cu-Al-Fe.
Основной стандарт
ГОСТ 18175-78 (деформируемые безоловянные бронзы, марки и химсостав).
Ключевые свойства
Высокая прочность, твёрдость, износостойкость, коррозионная стойкость в морских средах.
Основное назначение
Антифрикционные детали, втулки, направляющие, арматура, детали судостроения и химического машиностроения.
На странице марочника представлены другие марки бронз и цветных сплавов. Полный перечень действующих стандартов на цветные металлы доступен в справочнике ГОСТов.
Химический состав
Химический состав БрАЖ9-4 установлен таблицей 1 ГОСТ 18175-78 (основные компоненты и примеси). В таблице ниже приведены ровно те элементы, которые нормирует стандарт для данной марки.
| Элемент | Символ | Массовая доля, % | Примечание |
|---|---|---|---|
| Алюминий | Al | 8,0-10,0 | Основной легирующий элемент |
| Железо | Fe | 2,0-4,0 | Основной легирующий элемент |
| Медь | Cu | Остальное | Основа сплава |
| Олово | Sn | не более 0,1 | Примесь (продолжение таблицы 1) |
| Кремний | Si | не более 0,1 | Примесь (продолжение таблицы 1) |
| Свинец | Pb | не более 0,01 | Примесь (продолжение таблицы 1) |
| Фосфор | P | не более 0,01 | Примесь (продолжение таблицы 1) |
| Цинк | Zn | не более 1,0 | Примесь (продолжение таблицы 1) |
| Марганец | Mn | не более 0,5 | Примесь (продолжение таблицы 1) |
| Прочие примеси (сумма) | – | не более 1,7 | Сумма всех примесей, не поимённо нормированных |
Жёсткое ограничение свинца (не более 0,01%) и фосфора (не более 0,01%) обусловлено тем, что эти элементы в количестве даже десятых долей процента резко снижают горячую пластичность алюминиевых бронз и провоцируют горячеломкость при прокатке и ковке. Ограничение олова (не более 0,1%) и кремния (не более 0,1%) также направлено на сохранение горячей деформируемости сплава. Цинк до 1,0% и марганец до 0,5% допускаются как технологически неизбежные примеси шихтовых материалов и практически не влияют на свойства при таких концентрациях.
Алюминий при содержании 8-10% обеспечивает формирование двухфазной структуры (α + β или α + κ-фазы), определяющей высокую прочность сплава. Железо в количестве 2-4% образует интерметаллидные включения на основе FeAl₃, которые служат центрами кристаллизации, измельчают зерно и существенно повышают твёрдость и износостойкость. Совместное присутствие Al и Fe делает БрАЖ9-4 одним из наиболее прочных среди деформируемых бронз.
Механические свойства
Механические свойства БрАЖ9-4 зависят от вида полуфабриката (прутки, трубы, ленты, полосы, листы) и состояния поставки (горячедеформированное, мягкое, твёрдое). Конкретные нормы устанавливаются стандартами на соответствующие виды проката (ГОСТ 1628-78, ГОСТ 4748-92 и другими), которые ссылаются на химсостав по ГОСТ 18175-78.
| Показатель | Обозначение | Единица | Значение (горячедеформированное состояние) |
|---|---|---|---|
| Предел прочности при растяжении | σв | МПа | не менее 500 |
| Предел текучести (условный) | σ0,2 | МПа | не менее 200 |
| Относительное удлинение | δ5 | % | не менее 20 |
| Твёрдость по Бринеллю | HB | – | по таблице стандарта на вид проката |
Алюминиево-железистые бронзы типа БрАЖ9-4 относятся к высокопрочным бронзам: их прочность сопоставима с некоторыми конструкционными сталями (сталь Ст3 имеет σв около 370-490 МПа). При этом сплав сохраняет достаточную пластичность для производства полуфабрикатов методами горячей деформации (прокатка, прессование, ковка).
Прочность
Высокая – σв в горячедеформированном состоянии не менее 500 МПа. Один из лучших показателей среди деформируемых бронз.
Пластичность
Удовлетворительная в горячедеформированном состоянии (δ не менее 20%), снижается при нагартовке.
Твёрдость
Высокая – обеспечивает износостойкость в парах трения. Конкретные нормы HB устанавливаются стандартом на вид проката.
Упругость
Модуль упругости E ≈ 110-120 ГПа (справочные данные для Cu-Al сплавов данной системы).
Коэффициент трения БрАЖ9-4 по стали без смазки – 0,16-0,20, со смазкой – существенно ниже. Это определяет высокую пригодность сплава для антифрикционных применений в паре со стальными валами и осями.
Электропроводность и теплопроводность БрАЖ9-4 ниже, чем у чистой меди, что типично для высоколегированных бронз. Сплав не предназначен для электротехнических применений, требующих высокой проводимости.
Термостойкость и рабочий диапазон температур
БрАЖ9-4 относится к сплавам с повышенной жаропрочностью в сравнении с оловянными бронзами и латунями. Структурная стабильность определяется температурой рекристаллизации и термическими превращениями в системе Cu-Al-Fe.
Сплав сохраняет работоспособность в диапазоне от -196°C до +250°C при нагрузке. При кратковременном воздействии без существенной нагрузки допустимы температуры до 400-450°C, однако длительная эксплуатация при температурах выше 250-300°C приводит к разупрочнению вследствие рекристаллизационных процессов.
В части низких температур алюминиевые бронзы ведут себя принципиально иначе, чем стали: переход в хрупкое состояние («хладноломкость») для сплавов ГЦК-структуры (а большинство однофазных Cu-сплавов кристаллизуются в ГЦК-решётке) не наблюдается. Это делает БрАЖ9-4 пригодным для криогенных применений: детали трубопроводной арматуры, работающей с жидким азотом (-196°C), производятся в том числе из алюминиевых бронз данного типа.
Горячая обработка давлением: оптимальный температурный диапазон прокатки и прессования – 700-850°C. Ковка выполняется при 700-820°C. При температуре выше 900°C и особенно вблизи солидуса (около 1040-1060°C для данного состава) сплав склонен к межзёренному окислению и горячеломкости, поэтому точное соблюдение температурного режима горячей деформации обязательно.
Низкие температуры
Хрупкого перехода нет. Применим вплоть до -196°C (жидкий азот). ГЦК-кристаллическая решётка обеспечивает вязкость при криогенных температурах.
Рабочий максимум
Длительная эксплуатация под нагрузкой – до +250°C. Кратковременно без нагрузки – до +400-450°C.
Горячая деформация
Оптимальный диапазон прокатки и прессования – 700-850°C.
Коррозионная стойкость
Высокая в морской воде, пресной воде, промышленной атмосфере, ряде щелочных и кислотных сред. Стойкость обеспечивается защитной плёнкой Al₂O₃.
Коррозионная стойкость БрАЖ9-4 существенно превосходит показатели оловянных бронз и большинства латуней в условиях контакта с морской водой. Сплав не склонен к обесцинкованию (в нём нет цинка как основного компонента) и устойчив к коррозионному растрескиванию под напряжением в типичных эксплуатационных средах.
Применяемые стандарты и виды проката
ГОСТ 18175-78 устанавливает марки и химический состав деформируемых безоловянных бронз. Требования к конкретным видам полуфабрикатов (форма, размеры, допуски, механические свойства, приёмка) регламентируются отдельными стандартами на виды проката. Ниже перечислены стандарты, распространяющиеся на полуфабрикаты из марки БрАЖ9-4.
| Стандарт | Вид полуфабриката | Применяемость к БрАЖ9-4 |
|---|---|---|
| ГОСТ 18175-78 | Марки и химический состав деформируемых безоловянных бронз | Основной стандарт на марку |
| ГОСТ 1628-78 | Прутки прессованные из бронзы | Прессованные прутки из БрАЖ9-4 |
| ГОСТ 4748-92 | Прутки катаные, тянутые и прессованные из бронзы и латуни | Прутки из БрАЖ9-4 (тянутые, катаные) |
| ГОСТ 1761-92 | Ленты из бронзы и латуни | Ленты из БрАЖ9-4 |
| ГОСТ 2060-2006 | Прутки латунные (для справки – не распространяется на бронзу) | Не применяется |
| ГОСТ 24301-93 | Поковки из цветных металлов и сплавов | Поковки из БрАЖ9-4 (при наличии требований) |
Типовая номенклатура полуфабрикатов из БрАЖ9-4 на рынке:
- Прутки круглые прессованные – диаметры от 20 до 200 мм и более, длина 0,5-3,0 м.
- Прутки круглые тянутые – диаметры от 5 до 50 мм, длина 1,0-6,0 м.
- Прутки шестигранные – под ключ от 10 до 75 мм.
- Ленты – толщина 0,1-2,0 мм, ширина до 600 мм.
- Полосы – толщина 2,0-12,0 мм.
- Трубы прессованные – по согласованию с производителем.
- Поковки и штамповки – по чертежу заказчика.
Для деталей ответственного назначения (судостроение, химическое машиностроение, нефтехимия) нередко требуется дополнительный контроль по ультразвуковому методу и химическому анализу плавки с предоставлением сертификата качества. Уточняйте наличие сертификатов при заказе.
Полный перечень действующих стандартов на цветные металлы и бронзы смотрите в справочнике ГОСТов УРТК.
Области применения
БрАЖ9-4 – один из наиболее широко применяемых сплавов в группе деформируемых безоловянных бронз. Сочетание высокой прочности, твёрдости, износостойкости и коррозионной стойкости делает его востребованным сразу в нескольких отраслях промышленности.
Судостроение
Гребные валы, дейдвудные втулки, подшипники скольжения, детали судовой арматуры, клапаны, штоки, фланцы, работающие в контакте с морской водой. Высокая коррозионная стойкость в солёной воде – определяющий фактор выбора.
Химическое машиностроение
Детали насосов, компрессоров, запорная арматура для агрессивных сред, корпуса клапанов, седла клапанов, втулки штоков в кислотостойком исполнении.
Машиностроение и станкостроение
Втулки, направляющие скольжения, вкладыши подшипников, гайки ходовых винтов, ползуны, копиры. Пара трения «сталь – БрАЖ9-4» хорошо работает при удельных нагрузках до 15-20 МПа.
Нефтяная и нефтехимическая промышленность
Арматура нефтепроводов, бурильное оборудование, детали противопожарной и взрывозащищённой арматуры (бронза не искрит при ударе).
Энергетика
Детали турбин, паровой и гидравлической арматуры, уплотнения, фланцы трубопроводов горячей воды и пара при температурах до 250°C.
Авиационная и ракетная техника
Детали гидравлических систем, направляющие втулки, подшипниковые элементы, работающие при широком диапазоне температур (в том числе при -60°C и ниже).
Важное свойство алюминиевых бронз – отсутствие искрения при ударе по стальным поверхностям. Это делает детали из БрАЖ9-4 незаменимыми во взрывоопасных производствах: нефтехимия, добыча и переработка горючих газов, пороховые производства. Инструмент и арматура из бронзы применяются там, где стальные аналоги создают недопустимый риск воспламенения.
В трибологических (антифрикционных) применениях БрАЖ9-4 предпочтителен перед оловянными бронзами в условиях высоких удельных нагрузок и умеренных скоростей скольжения. При высоких скоростях (v > 5 м/с) и малых нагрузках более выгодны свинцовистые бронзы; при малых скоростях и тяжёлых нагрузках – именно алюминиево-железистые типа БрАЖ9-4.
Полный каталог бронзового проката, включая прутки, ленты и полосы из БрАЖ9-4, доступен в разделе бронзовый прокат.
Свариваемость и термообработка
Алюминиево-железистые бронзы типа БрАЖ9-4 относятся к материалам с ограниченной свариваемостью. Основная сложность сварки обусловлена плотной оксидной плёнкой Al₂O₃ на поверхности, которая обеспечивает коррозионную стойкость сплава, но при этом резко затрудняет сплавление в сварочной зоне и требует специальных технологических мер.
- Оксидная плёнка Al₂O₃ имеет температуру плавления около 2050°C, тогда как сам сплав плавится при 1040-1060°C. Без специальных мер плёнка не разрушается и остаётся в шве в виде включений.
- Предпочтительные методы сварки: аргонодуговая сварка вольфрамовым электродом (ТИГ/GTAW) и плазменная сварка. Применяется переменный ток (AC) или режим с импульсным катодным распылением для разрушения оксидной плёнки.
- При MIG/MAG сварке (полуавтомат) используется инертный защитный газ (аргон или смесь Ar/He).
- Сварочная проволока подбирается аналогичного состава (Cu-Al-Fe) или близких марок. Применение разнородных присадок (например, латунной проволоки) не допускается из-за несовместимости составов и резкого падения механических свойств шва.
- Предварительный подогрев деталей до 150-200°C снижает риск трещинообразования в зоне термического влияния.
- Пайка твёрдыми припоями (серебряными) применима, но требует флюсов, активно растворяющих Al₂O₃.
Газовая сварка (кислородно-ацетиленовая пламенем) для алюминиевых бронз не рекомендуется ввиду значительного угара алюминия и ухудшения состава металла шва.
Нормализация / отжиг
Рекристаллизационный отжиг для снятия наклёпа после холодной деформации: 600-700°C, выдержка 1-2 часа, охлаждение на воздухе или с печью. Применяется для лент, полос, тянутых прутков.
Закалка
Закалка с 850-900°C в воду с последующим низким отпуском (300-400°C) позволяет повысить твёрдость и износостойкость. Применяется для деталей ответственного назначения с высокими требованиями к твёрдости.
Снятие напряжений
После сварки рекомендуется отжиг при 400-500°C для снятия сварочных напряжений, особенно для деталей с жёсткими допусками по деформации.
Обрабатываемость резанием
Обрабатываемость резанием – удовлетворительная. Сплав значительно труднее обрабатывается, чем свинцовистые бронзы и латуни. Используют твердосплавный инструмент при умеренных режимах резания.
Горячая деформируемость БрАЖ9-4 хорошая при соблюдении температурного интервала 700-850°C. Холодная деформация ограничена: сплав с двухфазной структурой (α + β или с κ-фазой) имеет умеренную способность к холодной пластической деформации и требует промежуточных отжигов при значительных степенях деформации (более 30-40%).
Зарубежные аналоги
Для марки БрАЖ9-4 существуют зарубежные сплавы близкого химического состава (система Cu-Al-Fe), которые можно рассматривать как функциональные аналоги. Следует, однако, учитывать, что прямого однозначного соответствия может не быть: зарубежные стандарты часто устанавливают несколько иные диапазоны содержания Al и Fe, а также допускают или нормируют дополнительные легирующие элементы (Mn, Ni), отсутствующие в БрАЖ9-4.
| Страна / регион | Стандарт | Марка / обозначение | Примечание |
|---|---|---|---|
| Германия / ЕС | EN 12163, EN 1652 | CuAl8Fe3 (CW303G) | Ближайший аналог по системе Cu-Al-Fe; Al 7,0-9,0%, Fe 1,5-3,5%. Незначительные отличия в диапазоне Al и Fe. |
| США | ASTM B150 / ASTM B124 | C63000 (UNS) | Al 9,0-11,0%, Fe 2,0-4,0%, Ni 4,0-5,5%. Содержит никель – не является точным аналогом, но близок по Al и Fe. |
| США | ASTM B169 / B124 | C61400 (UNS) | Al 6,0-8,0%, Fe 1,5-3,5%. Несколько ниже содержание Al; функционально близок для ряда применений. |
| Великобритания | BS 2874 | CA104 (AB1) | Al 8,5-10,5%, Fe 2,0-4,0%. Один из наиболее близких по составу зарубежных аналогов. |
| Япония | JIS H3250 | C6161 | Al 8,5-10,5%, Fe 1,5-3,5%. Близкий аналог для деформируемых прутков. |
| Китай | GB/T 5231 | QAl9-4 | Al 8,0-10,0%, Fe 2,0-4,0%. Состав практически идентичен БрАЖ9-4. Наиболее близкий аналог. |
Наиболее прямым аналогом по химическому составу следует считать китайский QAl9-4 (GB/T 5231) и британский CA104 (BS 2874). Для применений в рамках систем международной сертификации (ASME, Lloyd's, DNV) при замене всегда требуется согласование с проектировщиком и органом надзора.
Купить прокат из БрАЖ9-4
Бронзовый прокат из марки БрАЖ9-4 поставляется в виде прессованных и тянутых прутков различных диаметров. Материал сертифицирован по ГОСТ 18175-78, поставляется с документами о качестве (сертификат плавки, паспорт на партию).
Прутки прессованные
Диаметры от 20 до 200 мм и более. Длина прутков 0,5-3,0 м. Используются для точения втулок, вкладышей, направляющих.
Прутки тянутые
Диаметры от 5 до 50 мм. Точная геометрия под чистовое точение. Длина 1,0-6,0 м.
Нестандартные размеры
Полосы, ленты, поковки – по запросу. Возможна порезка в размер по чертежу заказчика.
Документы
Сертификат качества с химическим анализом плавки и механическими свойствами. По запросу – протокол испытаний.
Для получения коммерческого предложения, уточнения наличия нужного сортамента и оформления заказа перейдите в раздел каталога или свяжитесь с менеджером отдела продаж.
Все виды бронзового проката: бронзовый прокат в каталоге УРТК.
Часто задаваемые вопросы
Что означает маркировка «БрАЖ9-4»?
«Бр» – бронза, «А» – алюминий, «Ж» – железо (от слова «железо»), «9» – номинальное содержание алюминия около 9% (фактический диапазон по ГОСТ 18175-78: 8,0-10,0%), «4» – номинальное содержание железа около 4% (фактический диапазон: 2,0-4,0%). Остальное – медь.
Чем БрАЖ9-4 отличается от оловянных бронз (например, БрО5Ц5С5)?
БрАЖ9-4 – безоловянная бронза системы Cu-Al-Fe. В сравнении с оловянными бронзами типа БрО5Ц5С5 она имеет существенно более высокую прочность (σв не менее 500 МПа против 200-250 МПа у оловянно-цинково-свинцовистых бронз), большую твёрдость и износостойкость. Коррозионная стойкость в морской воде также выше. Однако оловянные бронзы лучше обрабатываются резанием (особенно свинцовистые марки) и лучше работают в парах трения при высоких скоростях скольжения и малых нагрузках.
Можно ли заменить БрАЖ9-4 на латунь ЛС59-1?
Нет, прямая замена в большинстве случаев недопустима. Латунь ЛС59-1 имеет значительно меньшую прочность (σв около 400-450 МПа против 500+ МПа у БрАЖ9-4), в разы меньшую твёрдость и существенно худшую коррозионную стойкость в морской воде. Замена возможна только в нагруженных конструкциях с запасом по прочности и в средах, для которых латунь достаточно стойка. Всегда необходимо согласование с проектировщиком.
При каких температурах можно эксплуатировать детали из БрАЖ9-4?
Длительная эксплуатация под нагрузкой допустима до +250°C. Кратковременно без значительных нагрузок – до +400-450°C. При низких температурах хрупкого перехода не наблюдается: сплав работоспособен вплоть до -196°C (жидкий азот), что типично для медных сплавов с ГЦК-кристаллической решёткой.
Хорошо ли обрабатывается БрАЖ9-4 на металлорежущих станках?
Обрабатываемость удовлетворительная, но значительно хуже, чем у свинцовистых бронз и автоматных латуней. Для обработки рекомендуется твердосплавный инструмент (группы ВК или аналоги), умеренные скорости резания, обязательное применение СОЖ. Сплав склонен к налипанию на режущую кромку при работе с острым HSS-инструментом без СОЖ.
Как сваривается БрАЖ9-4?
Сварка возможна, но требует специальных мер из-за плотной оксидной плёнки Al₂O₃. Рекомендуется аргонодуговая сварка (ТИГ) на переменном токе или с импульсным режимом катодного распыления. Присадочная проволока – аналогичного состава (Cu-Al-Fe). Предварительный подогрев 150-200°C снижает риск трещин. Газовая сварка не рекомендуется. После сварки выполняется отжиг при 400-500°C для снятия напряжений.
Какой зарубежный аналог наиболее близок к БрАЖ9-4?
Наиболее близким по химическому составу является китайский QAl9-4 по GB/T 5231 (Al 8,0-10,0%, Fe 2,0-4,0% – практически идентично). Из европейских – британский CA104 (BS 2874) и немецкий CuAl8Fe3 (CW303G по EN). Американский C63000 (UNS) содержит дополнительно никель 4,0-5,5%, поэтому является лишь функциональным аналогом, но не прямым.
Почему в БрАЖ9-4 так строго ограничено содержание свинца и фосфора (не более 0,01% каждого)?
Свинец и фосфор в количестве даже нескольких сотых процента резко снижают горячую пластичность алюминиевых бронз, провоцируя горячеломкость при прокатке, прессовании и ковке. Поскольку БрАЖ9-4 – деформируемый сплав, который обрабатывается в горячем состоянии, превышение этих лимитов приводит к браку при переделе. Ограничение 0,01% – жёсткое технологическое требование.
Искрит ли БрАЖ9-4 при ударе?
Нет. Медные сплавы, включая алюминиевые бронзы, не дают искр при ударе о стальные или каменные поверхности. Это свойство делает детали из БрАЖ9-4 незаменимыми во взрывоопасных производствах: нефтехимия, газопереработка, производство взрывчатых веществ. Инструмент и арматура из бронзы используются там, где стальные аналоги создают риск воспламенения от искры.
Каков основной стандарт на химсостав БрАЖ9-4 и где его найти?
Основной стандарт – ГОСТ 18175-78 «Бронзы безоловянные обрабатываемые давлением. Марки». Он устанавливает марки и химический состав (таблица 1). Нормы механических свойств для конкретных видов полуфабрикатов (прутки, ленты, полосы) содержатся в стандартах на соответствующие виды проката. Перечень стандартов доступен в справочнике ГОСТов.
Бронзовый прокат БрАЖ9-4 – наличие и заказ
УРТК (Уральская торговая компания, Екатеринбург) поставляет прутки прессованные и тянутые из бронзы БрАЖ9-4 по ГОСТ 18175-78. Сертификаты на каждую партию. Порезка в размер, доставка по России.
Посмотреть прокат в каталоге