Сплав БрАЖН10-4-4

БрАЖН10-4-4 — безоловянная алюминиево-железоникелевая бронза, обрабатываемая давлением. Относится к классу термически упрочняемых медных сплавов. Отличается высокой прочностью, коррозионной стойкостью в агрессивных средах, хорошей кавитационной и эрозионной стойкостью, а также способностью сохранять механические свойства при повышенных рабочих температурах.

Расшифровка марки и другие обозначения

Маркировка отражает систему легирования: Бр — бронза, А — алюминий (~10 %), Ж — железо (~4 %), Н — никель (~4 %).

Альтернативные обозначения одного и того же сплава:

• БрА10Ж4Н4 (устаревшее обозначение по старому ГОСТ);
• CuAl10Fe4Ni4 (обозначение по химическому составу);
• BrAZhN10-4-4 (транслитерация для международной переписки).

Нормативная документация

• ГОСТ 18175-78 — «Бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением. Марки». Основной документ, устанавливающий химический состав сплава.
• ГОСТ 1628-78 (актуализирован как ГОСТ 1628-2019) — «Прутки бронзовые. Технические условия». Распространяется на прессованные, горячекатаные и тянутые прутки из БрАЖН10-4-4 диаметром 20–160 мм.
• ГОСТ 1208-90 (актуализирован как ГОСТ 1208-2014) — «Трубы бронзовые прессованные. Технические условия». Распространяется на трубы из БрАЖН10-4-4 и БрАЖМц10-3-1,5 наружным диаметром 42–280 мм.

Химический состав по ГОСТ 18175-78

Элемент	Содержание, %
Cu (медь)	77,4–83,5 (основа)
Al (алюминий)	9,5–11,0
Fe (железо)	3,5–5,5
Ni (никель)	3,5–5,5
Mn (марганец)	до 0,3
Si (кремний)	до 0,1
Zn (цинк)	до 0,3
Sn (олово)	до 0,1
Pb (свинец)	до 0,02
P (фосфор)	до 0,01
Примесей суммарно	не более 0,6

Примечание по ГОСТ 18175-78: при массовой доле Al выше 11,0 % массовая доля Fe и Ni должна составлять не менее 4,0 % каждого. Максимально допустимое содержание Al — 11,5 %.

Роль легирующих элементов

Алюминий формирует основу свойств сплава: обеспечивает высокую прочность, жидкотекучесть при литье и стойкость к окислению. При содержании алюминия выше 11 % без соответствующего повышения доли железа и никеля происходит образование нежелательной хрупкой γ₂-фазы, что ухудшает пластичность и коррозионную стойкость — именно поэтому ГОСТ 18175-78 ограничивает верхний предел и вводит условие по Fe и Ni.

Железо измельчает зерно, подавляет склонность алюминиевых бронз к хрупкости при горячей обработке и повышает прочность за счёт дисперсионного упрочнения.

Никель — ключевой элемент, отличающий БрАЖН10-4-4 от более простых алюминиевых бронз. Никель расширяет область β-фазы, делает сплав термически упрочняемым, повышает коррозионную стойкость в морской воде и агрессивных средах, улучшает антифрикционные характеристики и снижает скорость ползучести при повышенных температурах.

Механические свойства при температуре 20 °С

Прутки прессованные круглые, диаметр 20–160 мм (ГОСТ 1628-78)

Параметр	Значение
Предел прочности при растяжении, σв	не менее 640 МПа
Относительное удлинение, δ	не менее 4 %
Твёрдость	HB 170–220

Трубы прессованные, наружный диаметр 42–280 мм (ГОСТ 1208-2014)

Параметр	Значение
Предел прочности при растяжении, σв	не менее 640 МПа
Относительное удлинение, δ	не менее 5 %
Твёрдость	HB 170–220

Физические свойства

Параметр	Значение
Плотность	7700 кг/м³ (7,7 г/см³)
Модуль упругости (E)	1,15 × 10⁵ МПа (115 ГПа)
Коэффициент теплопроводности (λ)	80 Вт/(м·К)
Коэффициент линейного теплового расширения (при 100 °С)	17,2 × 10⁻⁶ 1/°С
Удельное электрическое сопротивление (ρ)	0,19 мкОм·м (190 нОм·м)
Коэффициент трения (со смазкой)	0,011
Коэффициент трения (без смазки)	0,23

Примечание: плотность 7700 кг/м³ установлена ГОСТ 1628-78 для расчёта теоретической массы прутков.

Технологические параметры

Параметр	Значение
Температура плавления	~1084 °С
Температура горячей обработки давлением	800–900 °С
Температура отжига	700–750 °С
Температура закалки	~980 °С (охлаждение в воде)
Температура старения после закалки	~400 °С

Термическое упрочнение

В отличие от большинства алюминиевых бронз (например, БрАЖ9-4), которые не поддаются термическому упрочнению, БрАЖН10-4-4 является термически упрочняемым сплавом. Механизм упрочнения основан на мартенситном превращении при закалке с ~980 °С с последующим искусственным старением при ~400 °С. Термообработка существенно повышает твёрдость и предел прочности, а также улучшает антифрикционные характеристики по сравнению с состоянием после прессования.

Технологические особенности обработки

Горячая деформация — основной метод производства полуфабрикатов. Прутки и трубы из БрАЖН10-4-4 изготавливают прессованием и горячей прокаткой в диапазоне 800–900 °С. Сплав хорошо заполняет форму при прессовании.

Холодная деформация практически неприменима: сплав плохо поддаётся обработке давлением в холодном состоянии. Это обусловлено высоким содержанием алюминия и многофазной структурой.

Механическая обработка (токарная, фрезерная, сверление) выполнима на стандартном оборудовании. Сплав удовлетворительно обрабатывается резанием, хотя уступает по этому показателю оловянным бронзам.

Сварка возможна аргонодуговым методом. Газовая и ручная дуговая сварка не рекомендуются из-за риска пористости и нестабильного качества шва.

Область применения сплава БрАЖН10-4-4

Сочетание коррозионной стойкости, высокой прочности и антифрикционных свойств определяет применение БрАЖН10-4-4 в следующих областях:

• Химическое оборудование: трубные доски конденсаторов, корпуса и крышки аппаратов, трубопроводная арматура для работы в разбавленных кислотах и щелочных средах.
• Детали трения: втулки скольжения, вкладыши подшипников, седла клапанов — в узлах с повышенными нагрузками и рабочими температурами.
• Насосное и компрессорное оборудование: рабочие колёса, крыльчатки, направляющие аппараты — благодаря высокой кавитационной стойкости.
• Судостроение: детали, контактирующие с морской водой — в силу высокой стойкости к биообрастанию и хлоридной коррозии.
• Нефтехимическая промышленность: шаровые и клиновые краны, фитинги, фланцы для агрессивных сред при повышенных температурах.
• Поковки: заготовки для деталей сложной формы, требующих высоких механических свойств.

По эрозионной стойкости БрАЖН10-4-4 в 2–3 раза превосходит нержавеющие стали аустенитного класса, что делает её предпочтительным материалом в условиях кавитации и высокоскоростных агрессивных потоков.

Зарубежные аналоги

Страна / система	Обозначение
США (UNS)	C63000
ЕС (EN)	CuAl10Ni5Fe4
Германия (DIN)	CuAl10Ni5Fe4
Великобритания (BS)	CA104
Япония (JIS)	C6301
Бельгия (NBN)	2.0966
Чехия	423047

Внимание: аналоги приведены как ближайшие по составу. Прямая взаимозаменяемость требует сравнения конкретных нормативных требований по механическим свойствам и допускам.

Формы поставки

Сплав БрАЖН10-4-4 поставляется в следующих формах проката:

• Прутки круглые прессованные и горячекатаные — диаметр 20–160 мм, по ГОСТ 1628-78 / ГОСТ 1628-2019;
• Трубы прессованные — наружный диаметр 42–280 мм, по ГОСТ 1208-90 / ГОСТ 1208-2014;
• Поковки и заготовки — по согласованию, из прессованного полуфабриката.

Запрашивайте наличие и условия поставки по e-mail.