Сплав БСуС

Бронза БСуС (БрСу3Н3Ц3С20Ф) — литейная сурьмянистая бронза медно-свинцовой группы с комплексным легированием никелем, цинком и фосфором. Расшифровка обозначения по ГОСТ 493-79: Бр — бронза; Су — сурьма (3–4%); Н — никель (3–4%); Ц — цинк (3–4%); С — свинец (18–22%); Ф — фосфор (0,15–0,30%). Марка относится к классу безоловянных литейных бронз и предназначена исключительно для производства фасонных отливок методом литья в кокиль.

Химический состав бронзы БСуС по ГОСТ 493-79

Нормы химического состава регламентируются ГОСТ 493-79; методы химического анализа — по ГОСТ 15027.0–77…ГОСТ 15027.14–77.

Элемент	Символ	Содержание, %	Статус
Медь	Cu	Основа	Основной компонент
Свинец	Pb	18,0–22,0	Основной компонент
Сурьма	Sb	3,0–4,0	Основной компонент
Никель	Ni	3,0–4,0	Основной компонент
Цинк	Zn	3,0–4,0	Основной компонент
Фосфор	P	0,15–0,30	Основной компонент
Олово	Sn	не более 0,5	Примесь
Железо	Fe	не более 0,3	Примесь
Мышьяк	As	не более 0,1	Примесь
Висмут	Bi	не более 0,025	Примесь
Кремний	Si	не более 0,02	Примесь
Алюминий	Al	не более 0,02	Примесь
Сумма примесей	—	не более 0,9	—

Примечание к ГОСТ 493-79: по требованию потребителя допускается расширенный состав — сурьма 3,4–4,5%, никель 4,5–6,0%, фосфор 0,25–0,40%.

Роль легирующих элементов

Свинец (18–22%) — ключевой функциональный компонент. Он практически не растворяется в медной матрице и при кристаллизации образует обособленные мягкие включения. На рабочей поверхности скольжения эти включения деформируются, покрывая металлическую поверхность тонкой свинцовой плёнкой и выполняя функцию твёрдой смазки. Именно это обеспечивает самосмазываемость и снижение коэффициента трения в паре с закалённым стальным валом.

Сурьма (3–4%) частично растворяется в медной матрице, частично образует интерметаллид Cu₂Sb. Оба эффекта упрочняют матрицу и повышают её твёрдость — компенсируя её снижение, вызванное присутствием большого количества свинца. Никель (3–4%) измельчает зерно, повышает прочность и коррозионную стойкость сплава при воздействии влажных сред. Цинк (3–4%) улучшает жидкотекучесть расплава и способствует более равномерному распределению свинцовых включений при кристаллизации в кокиле. Фосфор (0,15–0,30%) является раскислителем: образуя фосфиды, он снижает окисленность расплава, повышает жидкотекучесть и способствует получению плотных, без газовых пор, отливок.

Механические свойства бронзы БрСу3Н3Ц3С20Ф

Нормируемые значения (ГОСТ 493-79, справочное приложение 1) для отливок в состоянии после литья в кокиль, без термической обработки:

Свойство	Значение
Временное сопротивление разрыву σв	157 МПа (16 кгс/мм²), не менее
Относительное удлинение δ5	2%, не менее
Твёрдость по Бринеллю НВ	65 (637 МПа)

Физические свойства при 20 °С (справочные данные):

Свойство	Значение
Плотность	9,1 г/см³
Коэффициент теплопроводности	54,4 Вт/(м·°С)
Модуль упругости E	0,735·10⁵ МПа (73 500 МПа)

Невысокие σ_в и δ₅ закономерны: присутствие 18–22% свинца разрывает непрерывность медной матрицы, снижая прочность и пластичность. Твёрдость НВ 65 достаточна для работы в узлах трения с умеренными контактными давлениями. Коэффициент теплопроводности — на уровне оловянных бронз и примерно вдвое выше, чем у большинства конструкционных сталей, что обеспечивает эффективный отвод тепла из зоны скольжения.

Антифрикционные свойства и условия применения

БрСу3Н3Ц3С20Ф — типичный представитель высокосвинцовистых бронз для узлов трения скольжения. Принцип антифрикционного действия: при движении вала свинцовые включения, выходящие на поверхность скольжения, пластически деформируются в зазоре и формируют тонкую смазочную прослойку. Это предотвращает прямой металлический контакт и схватывание даже при кратковременном масляном голодании или в режиме граничной смазки.

Наличие никеля и цинка повышает коррозионную стойкость и работоспособность при воздействии влажных сред. Сурьма обеспечивает достаточную твёрдость матрицы для восприятия контактных нагрузок.

Область применения — высокие скорости скольжения при умеренных контактных давлениях и переменном характере нагружения (частые пуски-остановы, знакопеременный момент). При значительных статических нагрузках несущая способность сплава ограничена из-за низкой прочности матрицы — в этих условиях предпочтительны алюминиевые и алюминиево-железистые бронзы.

Типичные изделия: подшипники скольжения, вкладыши, втулки, направляющие в узлах трения машиностроительного оборудования.

Для сравнения свойств с другими антифрикционными материалами с высоким содержанием свинца см. также свинцовые баббиты и бронзу БрОС 10-10.

Литьё в кокиль: металлургические особенности

ГОСТ 493-79 предусматривает для БрСу3Н3Ц3С20Ф единственный метод — литьё в металлическую форму (кокиль). Литьё в песчаную форму стандартом для этой марки не нормировано.

Причина — специфика сплава с 20% свинца. Свинец значительно плотнее меди (11,34 г/см³ против 8,96 г/см³), и при медленном охлаждении в песчаной форме он склонен к гравитационной ликвации: оседает и скапливается в нижней части отливки, создавая крупные неравномерные скопления. В такой отливке антифрикционные свойства существенно различаются от сечения к сечению — верхняя часть подшипника и нижняя будут иметь разный состав и разные характеристики.

Кокиль решает эту проблему за счёт высокой теплопроводности металлической формы: расплав кристаллизуется значительно быстрее, что подавляет гравитационное расслоение и фиксирует мелкие равномерно распределённые свинцовые включения по всему сечению. Итог — однородная антифрикционная структура и стабильные свойства готовой детали. Высокая скорость кристаллизации также формирует мелкое зерно медной матрицы, что дополнительно улучшает механические показатели по сравнению с литьём в песок.

Формы поставки и нормативная документация

Бронза БСуС поставляется в виде чушек — шихтового материала для литейного производства. Каждая партия сопровождается документом о качестве с результатами химического анализа плавки.

Документ	Область применения
ГОСТ 493-79	Марки и химический состав безоловянных литейных бронз; механические свойства отливок
ГОСТ 614-97	Технические условия на литейные бронзы в чушках (шихта)

По ГОСТ 614-97 масса одной чушки — не более 42 кг. Партия формируется из материала одной марки, одной или нескольких плавок.