Алюмініевыя бронзавыя кастынг

1. Уводзіны

Алюмініевыя бронзавыя сплавы — матэрыялы на аснове медзі, якія ўтрымліваюць 5–12 мас.% алюмінію — бяруць пачатак у ваенна-марской тэхніцы пачатку 20-га стагоддзя.

Металургі ўпершыню прызналі, што даданне алюмінію да медзі рэзка павышае трываласць і ўстойлівасць да карозіі, асабліва ў марской вадзе.

Сёння, ліццё з алюмініевай бронзы дазваляе вырабляць комплекс, высокапрадукцыйныя кампаненты, якія было б немагчыма або занадта дорага апрацаваць з каванага прутка.

У гэтым артыкуле, мы даследуем хімію сплаваў, метады ліцця, мікраструктура, ўласцівасці, і рэальныя прыкладанні.

Да канца, вы зразумееце, чаму алюмініевая бронза застаецца матэрыялам выбару для патрабавальных марскіх, індустрыяльны, і нават у аэракасмічных умовах.

2. Склад сплаву & Металургія

Алюмініевая бронза атрымлівае свае выключныя ўласцівасці дзякуючы старанна збалансаванай сумесі медзі і стратэгічных легіруючых элементаў.

На практыцы, большасць камерцыйных гатункаў падпадаюць пад тры асноўныя хімічныя склады:

Сам алюміній (5–12 мас.%) раствараецца ў рашотцы медзі, стварэнне матрыцы α-Cu з мяжой цякучасці да 400 МПа—50 % вышэй, чым чыстая медзь.

Next, інтэрметалідныя κ фазы (Спадар І, Спадар II, пан III) зараджаюцца, калі сплаў астывае ніжэй ~930 °C.

Гэтыя жорсткія, комплексныя злучэнні павышаюць зносаўстойлівасць, але патрабуюць жорсткага кантролю хуткасці астуджэння: астуджэнне вышэй 100 °C/мін падтрымлівае κ ападкаў ніжэй 1 µm,

максімальная трываласць (Энергія Шарпі ~35 Дж), у той час як больш павольнае астуджэнне дае грубыя пласціны, якія могуць выклікаць далікатнасць сплаву.

3. Працэсы ліцця

Універсальнасць алюмініевай бронзы шмат у чым абумоўлена яе сумяшчальнасцю з рознымі метадамі ліцця.

Кожны працэс дае пэўныя перавагі з пункту гледжання допускаў, аздабленне паверхні, кантроль сітаватасці, і эканамічныя памеры партыі.

Ніжэй, мы аналізуем пяць найбольш распаўсюджаных метадаў і вылучаем лепшыя практыкі плаўлення, наліць, і дызайн формы.

Інвестыцыйнае ліццё (Страчаны WAX)

• Агляд: Форма фарміруецца шляхам пакрыцця ахвярнага васковага ўзору керамічнай суспензіяй. Пасля DEWAXING, атрыманая керамічная абалонка фіксуе складаныя дэталі аж да 0.5 мкм Ra.

• Даноснасць & Скончыць: Дакладнасць памераў ± 0.2 мм і вышэйшую аздабленне паверхні (0.5-1,0 мкм Ra).
• Памер партыі & Каштаваць: Ідэальна падыходзіць для невялікіх і сярэдніх серый (10– 1000 шт). Кошт дэталі вагаецца ад 100 да 500 долараў, у залежнасці ад складанасці.
• Асноўныя меркаванні:

• • Кантралюйце таўшчыню абалонкі, каб збалансаваць трываласць (пазбяганне разрыву абалонкі) з устойлівасцю да тэрмічнага ўдару.
  • Аптымізуйце графікі дэпарафінізацыі і выгарання, каб прадухіліць парэпанне абалонкі.

Пясчанае ліццё

• Агляд: Пясочныя формы - як правіла, з дыяксіду смалы - забяспечваюць нізкія выдаткі на інструменты і змяшчаюць дэталі да некалькіх тон.
• Даноснасць & Скончыць: Дасягае ± 1.0 дакладнасць мм і 3–6 мкм Ra пасля стандартнай ачысткі.
• Памер партыі & Каштаваць: Лепшае для вялікіх, кампаненты малога аб'ёму (> 50 кг) з такімі нізкімі выдаткамі на дэталь $50.
• Асноўныя меркаванні:

• • Выкарыстоўвайце кантраляванае ўтрыманне вільгаці (3–5 %) у зялёным пяску, каб мінімізаваць сітаватасць газу.
  • Выкарыстоўвайце форму і стрыжневыя адтуліны або варыянты вакуумнага ліцця, каб паменшыць колькасць газаў, якія затрымліваюцца.

Цэнтрабежнае ліццё

• Агляд: Формы, якія верцяцца, ствараюць цэнтрабежную сілу, збіванне металу на тонкія лісты і выцісканне уключэнняў.
• Даноснасць & Скончыць: Цыліндрычныя часткі дасягаюць ± 0.5 допуск мм; аздабленне паверхні вакол 1.5 мкм Ra.
• Тыповыя прыкладанні: Арыентыроўка, утулкі, і рукавы, якія патрабуюць мікраструктур практычна без пор.

• Асноўныя меркаванні:

• • Адрэгулюйце хуткасці кручэння (200-1500 абаротаў у хвіліну) для кантролю таўшчыні сценак і хуткасці падачы.
  • Папярэдне разагрэйце формы да 250–350 °C, каб паменшыць тэрмічны шок і расколіны.

Вакуумнае ліццё

• Агляд: Уцягванне расплаўленага сплаву ў формы пад вакуумам ліквідуе раствораныя газы і мінімізуе ўсаджвальную сітаватасць.
• Даноснасць & Скончыць: Параўнальна з пясчаным ліццём (± 1 мм) але з прыкметна палепшанай унутранай трываласцю.
• Памер партыі & Каштаваць: Падыходзіць для крытычных кампанентаў малога і сярэдняга аб'ёму; Кошт інструментаў перавышае стандартныя пясчаныя формы на ~30 %.
• Асноўныя меркаванні:

• • Падчас залівання падтрымлівайце ўзровень вакууму ніжэй за 10⁻² Торр.
  • Старанна флюсуйце і дэгазуйце - сродства алюмініевай бронзы да кіслароду можа выклікаць уцягванне аксідаў.

Метал‑форма (Памерці) Ліццё

• Агляд: Пастаянныя сталёвыя або жалезныя штампы забяспечваюць хуткі цыкл і выдатную паўтаральнасць для дэталяў сярэдняга і вялікага аб'ёму.
• Даноснасць & Скончыць: Дасягае ± 0.3 мм дакладнасць памераў і 1–2 мкм Ra на паверхнях першага стрэлу.
• Памер партыі & Каштаваць: Эканамічны вышэй аб'ёмаў 5,000 штук; памерці выдаткі ў дыяпазоне ад $20,000 да $100,000.
• Асноўныя меркаванні:

• • Кантроль тэмпературы формы (350–450 °C) каб збалансаваць цякучасць з часам застывання.
  • Укараніць аўтаматычную дробеструйную апрацоўку і дробеструйную апрацоўку для выдалення рэшткаў штампа і павышэння даўгавечнасці.

Плаўленне & Лепшыя практыкі залівання

Ва ўсіх метадах, паслядоўны кантроль тэмпературы і якасць плаўлення апынуцца вырашальным:

• Дыяпазон плаўлення: Трымайце паміж імі алюмініевую бронзу 1,100 °C і 1,200 ° С забяспечыць поўнае растварэнне легіруючых элементаў.
• Раскісленне & Флюсаванне: Дадайце запатэнтаваныя патокі (e.g., на аснове буры) пры тэмпературы плаўлення для паглынання аксідаў і сульфідаў.
• Дэгазацыя: Барботирование інэртнымі газамі (аргон або азот) на працягу 3– 5 хвілін для памяншэння сітаватасці вадароду.
• Тэмпература налівання: Наліць у вузкім акенцы 1,100 ± 10 ° С каб пазбегнуць цеплавога ўдару ў формах і паменшыць адукацыю шлаку.

4. Мікраструктура & Тэрмічная апрацоўка

Экспанаты з літой алюмініевай бронзы α‑Cu матрыца пасыпаць дробным перцам сп (капа) інтэрметалідныя фазы па межах збожжа.

Калі форма хутка астыне (> 100 °C/min), збожжа застаюцца дробнымі (< 100 µm) а ападкі κ застаюцца нанапамернымі; гэта дае максімальную трываласць (~650 Мпа UTS) і трываласць (~35 Ж Шарпі).

І на карысці, больш павольнае астуджэнне заахвочвае грубыя κ-пласціны, якія павялічваюць цвёрдасць, але зніжаюць ударатрываласць.

Ліцейныя заводы і канчатковыя карыстальнікі прымяняюць тэрмічную апрацоўку для паляпшэння ўласцівасцей:

• Гамагенізацыя (700 ° С, 4 ч): Ліквідуе хімічную сегрэгацыю, стабілізацыя размеркавання κ.
• Адпачынку (500 ° С, 2 ч): Змякчае матрыцу (да ~200 HB) для палягчэння апрацоўкі.
• Ўзроставая загартоўка (350 ° С, 8 ч): Дазваляе кантраляваны рост κ′ ападкаў, павелічэнне цвёрдасці да ~300 HB без шкоды для пластычнасці.

5. Механічныя ўласцівасці

Ліццё з алюмініевай бронзы пераўзыходзіць многія сплавы як па трываласці, так і па зносаўстойлівасці:

Маёмасць	C63000 (У ролях)	C95400 (Загартаваны векам)
Трываласць на расцяжэнне (Ots)	550-650 МПа	600–700 МПа
Сіла выхаду (0.2% зрушэнне)	350–450 МПа	400–500 МПа
Падаўжэнне на перапынку	15–25%	10–18%
Цяжкасць (Брынел, Hb)	180–240	220–300
Мяжа вынослівасці стомленасці	~280 МПа (10⁷ Цыклы)	~320 МПа (10⁷ Цыклы)
Ударная глейкасць па Шарпі (V‑выемка)	≥30 Дж	~20 Дж

Moreover, камбайнаў алюмініевай бронзы насіць супраціў—праз зносаўстойлівыя κ фазы—з высокая трываласць, якія кампазіты з металічнай матрыцай і нержавеючая сталь з цяжкасцю адпавядаюць адначасова.

6. Карозія & Устойлівасць да эрозіі

У марской вадзе ст 25 ° С, алюмініевая бронза дэманструе хуткасць карозіі ніжэй 0.01 мм/год, супернічаючы з 316 L з нержавеючай сталі.

Яго дабаўкі жалеза і нікеля ствараюць стабільныя аксідныя плёнкі, якія адштурхваюць хларыды і сульфіды.

Дадаткова, жорсткія κ фазы супраціўляюцца кавітацыйная эрозія: выпрабаванні працоўных колаў помпаў дэманструюць страты масы пад 0.5 мг/(см²·г) нават пасля 100 ч кавітацыйнага патоку.

У кіслых (ph 3) асяроддзях, алюмініевая бронза падвяргаецца карозіі ~0,05 мм/год - нашмат ніжэй, чым звычайная вугляродзістая сталь.

Гэтыя сплавы таксама супрацьстаяць эрозіі суспензіі дзякуючы іх высокай цвёрдасці і здольнасці да ўмацавання, што робіць іх ідэальнымі для апрацоўка цвёрдых рэчываў прымяненне ў горнай справе і дноуглубительных работах.

7. Перавагі і недахопы алюмініевага бронзавага ліцця

Перавагі

Высокая трываласць і цвёрдасць

• Адліўкі з алюмініевай бронзы дэманструюць выключныя механічныя ўласцівасці, з трываласць на разрыў у межах 450-700 Мпа
  (e.g., ZCuAl10Fe3 дасягае 540 МПа пры цэнтрабежным ліцці) і значэння цвёрдасці 120-240 HB, у залежнасці ад складу сплаву і тэрмічнай апрацоўкі.

Выдатная каразійная ўстойлівасць

• Сплавы як C63000 (9–11% Ал) і QAl9-4 дэманструюць выдатную ўстойлівасць да марской вадзе, расол, і кіслых асяроддзях.
  Напрыклад, ZCuAl9Mn2 падтрымлівае хуткасць карозіі 0,1–0,3 мм/год у марской вадзе за кошт утварэння стабільнага пласта аксіду Al₂O₃.

Найвышэйшая зносаўстойлівасць і ўстойлівасць да кавітацыі

• Наяўнасць цвёрдых інтэрметалідных фаз (e.g., CuAl₂) і легіруючыя элементы, такія як Mn і Fe, павышаюць зносаўстойлівасць.
  CuAl8Fe3 і ZCuAl10Fe3 шырока выкарыстоўваюцца ў зносастойкіх кампанентах, такіх як працоўныя колы помпаў і чарвячныя перадачы.
  Дадаткова, CuAl11Ni5Fe4 паказвае 50% больш нізкая кавітацыйная эрозія, чым з нержавеючай сталі 316L, у бруях вады з высокай хуткасцю.

Цеплавая ўстойлівасць

• Захоўваюць механічныя ўласцівасці пры ад сярэдняй да высокай тэмпературы (да 400-500°C), пераўзыходзячы многія звычайныя бронзы.

Без іскраў і немагнітных

• Падыходзіць для выбухованебяспечныя асяроддзя як марскія буравыя ўстаноўкі і аб'екты для апрацоўкі збожжа.

Недахопы

Высокія матэрыяльныя і вытворчыя выдаткі

• Алюмініевая бронза ёсць 2–4× даражэй за кг, чым вугляродзістая сталь з-за кошту легіруючых элементаў тыпу Ал, У, і Fe.

Складаная апрацоўка і зварка

• Высокая цвёрдасць (e.g., ZCuAl9Fe4Ni4Mn2 каля 180 HB пасля старэння) і дрэнная цеплаправоднасць паскараюць знос інструмента.
  Вінжаванне асабліва цяжка з-за аксідаванне алюмінія, які ўтварае трывалы пласт Al₂O₃.
  Спецыяльныя метады, як Зварныя стрыжні з алюмініевай бронзы T247 з высокім утрыманнем марганца і папярэдні нагрэў патрабуецца, каб пазбегнуць такіх дэфектаў, як сітаватасць і расколіны.

Цеплавыя абмежаванні

• У той час як падыходзіць для тэмператур навакольнага асяроддзя да ўмераных (да 250°C для ZCuAl10Fe3), працяглы ўздзеянне вышэй 400° С прыводзіць да адукацыі аксіду і пагаршэння трываласці.
  Гэта абмяжоўвае яго выкарыстанне ў асяроддзях з высокай тэмпературай у параўнанні са сплавамі на аснове нікеля.

Адчувальнасць апрацоўкі

• Дэфекты ліцця, як Усаджванне сітаватасці і алюмініевая сегрэгацыя патрабуюць строгага кантролю працэсу. Напрыклад, ZCuAl9Mn2 патрабаванні 1150Тэмпература залівання -1250°C і аптымізаваны папярэдні нагрэў формы для мінімізацыі дэфектаў.

Вага:

• Шчыльнасць (~8,4 г/см³) перавышае алюмініевыя сплавы, абмежаванне выкарыстання там, дзе дамінуе лёгкі.

8. Прымяненне адлівак з алюмініевай бронзы

Адліўкі з алюмініевай бронзы выконваюць ключавую ролю ўсюды, дзе кампаненты павінны вытрымліваць экстрэмальныя ўмовы, высокія нагрузкі, і агрэсіўныя СМІ. У прыватнасці:

Марское абсталяванне

• Прапелеры і балончыкі: Выключная ўстойлівасць алюмініевай бронзы да карозіі і кавітацыі ў марской вадзе
  робіць яго абраным матэрыялам для карабельных прапелераў і рулявых лап, дзе тэрмін службы часта перавышае 10 гады з мінімальным абслугоўваннем.
• Ўтулкі і падшыпнікі вала: У змазаных марской вадой ўтулках і падшыпніках кармавых труб,
  нізкі каэфіцыент трэння і самазмазвальныя ўласцівасці алюмініевай бронзы зніжаюць хуткасць зносу да 50 % у параўнанні з традыцыйнымі латуннымі сплавамі.
• Корпуса клапанаў і корпуса помпаў: Афшорныя платформы абапіраюцца на клапаны з алюмініевай бронзы і корпусы помпаў, каб супрацьстаяць хларыдам і сульфідам без кропкавай адукацыі або каразійнага расколіны пад напругай.

Прамысловая тэхніка

• Крыльчаткі помпы і зносныя кольцы: У помпах для апрацоўкі хімікатаў і шламу,
  літыя крыльчаткі маркі C95400 забяспечваюць высокую трываласць (600–700 Мпа UTS) і выдатную ўстойлівасць да эрозіі, павелічэнне міжрэмонтных інтэрвалаў на 30 %.
• Чарвячныя перадачы і каробкі перадач: Загартаваныя алюмініевыя бронзавыя шасцярэнькі маюць цвёрдасць паверхні да 300 НВ і пераносяць вялікія ўдарныя нагрузкі,
  што робіць іх распаўсюджанымі ў горназдабыўным і цэментна-перапрацоўчым абсталяванні.
• Зносныя пласціны і ўпорныя шайбы: Праграмы, якія патрабуюць паўтаральнага слізгальнага кантакту, такія як гідраўлічныя цыліндры і канвеерныя ролікі, карысць ад спалучэння цвёрдасці і трываласці алюмініевай бронзы.

Узнікаючы & Спецыялізаванае выкарыстанне

• Аэракасмічныя падшыпнікі: Удасканаленыя падшыпнікі C63000, часта ў спалучэнні з палімернымі ўкладышамі або сотавымі структурамі, вырабленымі з дадаткаў, падтрымліваць валы турбін пры тэмпературах да 400 ° С.
• Гібрыды адытыўнага ліцця: Інтэграцыя 3D-друкаваных стрыжняў і канформных каналаў астуджэння ў адліўкі з алюмініевай бронзы
  дазваляе хутка ствараць прататыпы складаных клапанных калектараў і кампанентаў цеплаабменніка, скарачэнне часу выканання на 40 %.

9. Агульныя маркі алюмініевай бронзы

Алюмініевыя бронзы ахопліваюць сямейства сплаваў на аснове медзі, у якіх алюміній з'яўляецца асноўным легіруючым элементам.

Ніжэй прыведзены некаторыя з найбольш шырока выкарыстоўваюцца гатункаў, іх намінальны хім, адметныя ўласцівасці, і тыповыя прыкладанні:

Сартаваць (Нас)	Імянны склад (вага%)	Ключавыя ўласцівасці	Тыповыя прыкладанні
C63000	C-10A-5NA-5E-5	Выдатнае спалучэнне трываласці, вынослівасць, і нашэнне супраціву; добрая ўстойлівасць да карозіі і кавітацыі.	Крыльчаткі помпы, клапаны, арыентыроўка, Марскае абсталяванне
C95400	Cu–10Al–5Fe	Высокая трываласць і цвёрдасць (праз узроставую загартоўку); добрыя характарыстыкі пры падвышаных тэмпературах.	Чарвячныя перадачы, падшыпнікі высокай нагрузкі, кампаненты паравога рухавіка
C61400	Cu-11AL-4th-4n	Найвышэйшая ўстойлівасць да карозіі ў марской вадзе; добрая трываласць на стомленасць.	Карабельныя вінты, ўтулкі вала, падводныя злучальнікі
C62100	Cu-11AL-2NI-2fe	Збалансаваная трываласць і пластычнасць; добрая ўстойлівасць да эрозіі і кавітацыі.	Кампаненты гідраўлічнага помпы, насіць кольцы, упорныя шайбы
C63200	Cu-9al-2NI-2For	Больш высокая пластычнасць сярод алюмініевых бронз; прасцей у машыне.	Целы клапана, арматура, агульныя марскія адліўкі
C95410	Cu–10Al–5Fe–0,1C	Падобна C95400, але з даданнем вугляроду для цвёрдасці; палепшаныя характарыстыкі падшыпнікаў.	Утулкі падшыпнікаў, насіць калодкі, рассоўныя элементы

10. Conclusion

Ліццё з алюмініевай бронзы забяспечвае выключнае спалучэнне трываласці, вынослівасць, і ўстойлівасць да карозіі/эрозіі, з якой могуць параўнацца некалькі іншых сплаваў.

Падабраўшы правільную хімію, метад ліцця, і графік тэрмічнай апрацоўкі, інжынеры дасягаюць складанай геаметрыі з мінімальнай дадатковай апрацоўкай.

Зазіраючы наперад, дасягненні ў галіне вакуумнага і адытыўнага ліцця абяцаюць яшчэ лепшую якасць, Зніжаная сітаватасць, і больш хуткі паварот, гарантуючы, што алюмініевая бронза застаецца краевугольным каменем высокапрадукцыйных літых кампанентаў.

Гэтае гэта ідэальны выбар для вашых вытворчых патрэбаў, калі вам патрэбна якасная алюмініевая бронза ліхі.

Звяжыцеся з намі сёння!

 

FAQ

Што такое алюмініевая бронза?

Алюмініевая бронза адносіцца да групы сплаваў на аснове медзі, якія змяшчаюць алюміній у якасці асноўнага легіруючага элемента, Звычайна пачынаецца ад 5% да 12%.

Ён таксама можа ўключаць такія элементы, як жалеза, нік, і марганец для павышэння спецыфічных уласцівасцяў, такіх як трываласць, Каразія супраціву, і нашэнне супраціву.

Навошта выбіраць алюмініевую бронзу перад іншымі бронзавымі сплавамі?

Алюмініевая бронза забяспечвае цудоўную ўстойлівасць да карозіі, асабліва ў марской вадзе, а таксама выдатную механічную трываласць, насіць супраціў, і прадукцыйнасць стомленасці.

Гэтыя ўласцівасці робяць яго ідэальным для марскіх, аэракасмічная, хімічная апрацоўка, і цяжкія прамысловыя прымянення.

Наколькі ўстойлівае да карозіі ліццё з алюмініевай бронзы?

Алюмініевая бронза праяўляе выключную ўстойлівасць да карозіі ў марской вадзе, солевы балончык, прамысловыя атмасферы, і шмат кіслот.

Адукацыя ўстойлівага пласта аксіду алюмінія (Al₂o₃) абараняе паверхню ад далейшай дэградацыі.

Ці лёгка апрацоўваецца алюмініевая бронза?

Алюмініевая бронза паддаецца апрацоўцы, асабліва ў адлітым або отожженном стане.

Аднак, загартаваныя гатункі (як тыя з нікелем і жалезам) можа быць абразіўным і патрабуе цвёрдасплаўных інструментаў і належных параметраў апрацоўкі, каб пазбегнуць зносу інструмента.

Ці прыдатная алюмініевая бронза для зваркі?

Алюмініевую бронзу можна зварваць, але гэта патрабуе асаблівых працэдур. Метады дугавой зваркі ў абароненых газах (напрыклад, GTAW або MIG) з адпаведнымі прысаднымі металамі звычайна выкарыстоўваюцца.

Для прадухілення расколін і захавання механічных уласцівасцей можа спатрэбіцца папярэдні нагрэў і тэрмічная апрацоўка пасля зваркі.