Aliuminio bronzos liejimo paslaugos

1. Įvadas

Aliuminio bronzos lydinių – vario pagrindu pagamintų medžiagų, kurių sudėtyje yra 5–12 masės % aliuminio – kilmė siekia XX amžiaus pradžios laivyno inžineriją.

Metalurgai pirmiausia pripažino, kad aliuminio pridėjimas prie vario žymiai padidino stiprumą ir atsparumą korozijai, Ypač jūros vandenyje.

Šiandien, aliuminio bronzos liejimas leidžia gaminti kompleksą, didelio našumo komponentai, kurių būtų neįmanoma arba pernelyg brangu apdirbti iš kaltų strypų žaliavų.

Šiame straipsnyje, tyrinėjame lydinių chemiją, liejimo būdai, Mikrostruktūra, savybių, ir realaus pasaulio taikomąsias programas.

Iki galo, suprasite, kodėl aliuminio bronza išlieka pasirinkta medžiaga reikliems jūriniams, pramoninis, ir net aviacijos erdvėje.

2. Lydinio sudėtis & Metalurgija

Aliuminio bronzos išskirtines savybes įgyja kruopščiai subalansuotas vario ir strateginių legiravimo elementų mišinys.

Praktiškai, dauguma komercinių klasių skirstomos į tris pagrindines chemijos rūšis:

Pats aliuminis (5–12 masės %) ištirpsta vario gardelėje, sukuriant α-Cu matricą, kurios takumo stiprumas yra iki 400 MPa – 50 % didesnis nei gryno vario.

Kitas, intermetalinės κ fazės (ponas I, ponas II, ponas III) lydinys atvėsta žemiau ~930 °C.

Šios sunkios, sudėtingi junginiai padidina atsparumą dilimui, tačiau reikalauja griežtos aušinimo greičio kontrolės: aušinimas aukščiau 100 °C/min išlaiko κ nuosėdas žemiau 1 µm,

maksimaliai padidina tvirtumą (Charpy energija ~35 J), o lėtesnis aušinimas sukuria grubias plokštes, kurios gali sutrupinti lydinį.

3. Liejimo procesai

Aliuminio bronzos universalumas daugiausia kyla dėl jos suderinamumo su keliais liejimo būdais.

Kiekvienas procesas turi tam tikrų pranašumų, susijusių su tolerancija, paviršiaus apdaila, poringumo kontrolė, ir ekonominiai partijų dydžiai.

Žemiau, analizuojame penkis dažniausiai pasitaikančius metodus ir pabrėžiame geriausią lydymosi praktiką, pilti, ir formų dizainas.

Investicijų liejimas (Prarastas vaškas)

• Apžvalga: Formos susidaro padengiant vaško raštą keraminėmis srutomis. Po vaško pašalinimo, gautas keraminis apvalkalas fiksuoja sudėtingas detales 0.5 µm Ra.

• Tolerancijos & Baigti: Matmenų tikslumas ± 0.2 mm ir aukščiausios kokybės paviršiaus apdaila (0.5–1.0 µm Ra).
• Partijos dydis & Kaina: Idealiai tinka mažos ir vidutinės apimties bėgimui (10– 1000 vienetų). Vienos dalies kaina svyruoja nuo 100 iki 500 USD, priklausomai nuo sudėtingumo.
• Pagrindiniai svarstymai:

• • Kontroliuokite apvalkalo storį, kad subalansuotumėte stiprumą (išvengiant apvalkalo gedimo) su atsparumu šiluminiam smūgiui.
  • Optimizuokite vaško šalinimo ir perdegimo grafikus, kad išvengtumėte apvalkalo įtrūkimų.

Smėlio liejimas

• Apžvalga: Smėlio formos – paprastai derva surištas silicio dioksidas – siūlo mažas įrankių sąnaudas ir talpina dalis iki kelių tonų.
• Tolerancijos & Baigti: Pasiekia ± 1.0 mm tikslumu ir 3–6 µm Ra po standartinio valymo.
• Partijos dydis & Kaina: Geriausiai tinka dideliems, mažos apimties komponentai (> 50 kg) su mažomis vienos dalies sąnaudomis $50.
• Pagrindiniai svarstymai:

• • Naudokite kontroliuojamą drėgmės kiekį (3–5 %) žaliame smėlyje, kad būtų sumažintas dujų poringumas.
  • Norėdami sumažinti įstrigusių dujų kiekį, naudokite formų ir šerdies angas arba vakuuminio liejimo variantus.

Išcentrinis liejimas

• Apžvalga: Besisukančios formos sukuria išcentrinę jėgą, metalo varymas į plonas dalis ir inkliuzų išspaudimas.
• Tolerancijos & Baigti: Cilindrinės dalys siekia ± 0.5 mm tolerancija; paviršiaus apdaila aplink 1.5 µm Ra.
• Tipiškos programos: Guoliai, įvorės, ir rankovės, kurioms reikalingos beveik beporės mikrostruktūros.

• Pagrindiniai svarstymai:

• • Sureguliuokite sukimosi greitį (200-1500 aps./min) sienelės storiui ir padavimo greičiui kontroliuoti.
  • Įkaitinkite formas iki 250–350 °C, kad sumažintumėte terminį šoką ir įtrūkimus.

Vakuuminis liejimas

• Apžvalga: Išlydyto lydinio traukimas į formas vakuume pašalina ištirpusias dujas ir sumažina susitraukimo poringumą.
• Tolerancijos & Baigti: Palyginti su smėlio liejimu (± 1 mm) bet su žymiai pagerintu vidiniu garsu.
• Partijos dydis & Kaina: Tinka mažo ir vidutinio tūrio kritiniams komponentams; įrankių sąnaudos viršija standartines smėlio formas ~30 %.
• Pagrindiniai svarstymai:

• • Pilant palaikykite žemiau 10⁻² Torr vakuumo lygį.
  • Kruopščiai srautas ir degazavimas – aliuminio bronzos afinitetas deguoniui kitaip gali sukelti oksido įsisavinimą.

Metalo formos (Mirti) Liejimas

• Apžvalga: Nuolatiniai plieniniai arba geležiniai štampai užtikrina greitą ciklą ir puikų pakartojamumą vidutinio ir didelio tūrio detalėms.
• Tolerancijos & Baigti: Pasiekia ± 0.3 mm matmenų tikslumas ir 1–2 µm Ra ant pirmo šūvio paviršių.
• Partijos dydis & Kaina: Ekonomiškas didesnis nei kiekis 5,000 gabalai; štampavimo išlaidos svyruoja nuo $20,000 į $100,000.
• Pagrindiniai svarstymai:

• • Kontroliuokite pelėsių temperatūrą (350–450 °C) subalansuoti sklandumą su kietėjimo laiku.
  • Įdiekite automatinį šratavimą ir šratavimą, kad pašalintumėte štampavimo likučius ir pailgintumėte nuovargio tarnavimo laiką.

Tirpimas & Geriausios praktikos liejimas

Visais būdais, nuoseklus temperatūros valdymas ir lydalo kokybė pasirodyti lemiamas:

• Lydymosi diapazonas: Tarp jų laikykite aliuminio bronzą 1,100 °C ir 1,200 ° C. užtikrinti visišką legiravimo elementų ištirpimą.
• Deoksidacija & Fluxing: Pridėkite patentuotų srautų (Pvz., borakso pagrindu) lydymosi temperatūroje, kad pašalintų oksidus ir sulfidus.
• Degazavimas: Purkšti inertinėmis dujomis (argonas arba azotas) už 3– 5 minutes sumažinti vandenilio poringumą.
• Pilimo temperatūra: Supilkite per siaurą langą 1,100 ± 10 ° C. išvengti terminio šoko pelėsiuose ir sumažinti nuodegų susidarymą.

4. Mikrostruktūra & Terminis apdorojimas

Lietaus aliuminio bronzos eksponatai an α-Cu matrica pabarstytas smulkiais pipirais p (kappa) intermetalinės fazės palei grūdų ribas.

Jei pelėsis greitai atvėsta (> 100 ° C/min), grūdai lieka maži (< 100 µm) o κ nuosėdos išlieka nanoskalės; tai duoda didžiausią stiprumą (~650 MPa UTS) ir kietumas (~35 J Charpy).

Ir atvirkščiai, lėtesnis aušinimas skatina šiurkščias κ plokštes, kurios padidina kietumą, bet sumažina atsparumą smūgiams.

Liejyklos ir galutiniai vartotojai taiko terminį apdorojimą, kad pagerintų savybes:

• Homogenizacija (700 ° C., 4 h): Pašalina cheminę segregaciją, stabilizuojantis κ pasiskirstymą.
• Atkaitinimas (500 ° C., 2 h): Suminkština matricą (iki ~200 HB) kad būtų lengviau apdirbti.
• Amžiaus grūdinimasis (350 ° C., 8 h): Leidžia kontroliuoti κ′ nuosėdų augimą, padidina kietumą iki ~300 HB neprarandant plastiškumo.

5. Mechaninės savybės

Aliuminio bronzos liejinys pranoksta daugelį lydinių tiek stiprumu, tiek atsparumu dilimui:

Nuosavybė	C63000 (As-Cast)	C95400 (Su amžiumi užgrūdintas)
Tempimo stiprumas (UTS)	550– 650 MPa	600-700 MPa
Derliaus stiprumas (0.2% poslinkis)	350– 450 MPa	400– 500 MPa
Pailgėjimas per pertrauką	15– 25 proc.	10– 18 proc.
Kietumas (Brinell, Hb)	180– 240	220–300
Nuovargio ištvermės riba	~280MPa (10⁷ ciklai)	~320MPa (10⁷ ciklai)
Charpy atsparumas smūgiams (V formos įpjova)	≥30J	~20J

Be to, aliuminio bronzos kombainai atsparumas nusidėvėjimui-per dilimui atsparias κ fazes-su didelis kietumas, kurias metalo matricos kompozitai ir nerūdijantis plienas stengiasi suderinti vienu metu.

6. Korozija & Atsparumas erozijai

Jūros vandenyje val 25 ° C., aliuminio bronzos korozijos greitis yra žemiau 0.01 mm per metus, konkuruoja su 316 L Nerūdijantis plienas.

Jo geležies ir nikelio priedai skatina stabilias oksidų plėveles, kurios atstumia chloridus ir sulfidus.

Be to, kietosios κ fazės priešinasi kavitacijos erozija: siurblio sparnuočių bandymai rodo masės nuostolius žemiau 0.5 mg/(cm²·h) net ir po to 100 h kavituojančio srauto.

Rūgščioje (ph 3) aplinka, Aliuminio bronza korozuoja ~0,05 mm per metus – daug mažiau nei įprasti angliniai plienai.

Šie lydiniai taip pat atsparūs srutų erozijai dėl didelio kietumo ir gebėjimo dirbti., todėl jie idealiai tinka kietųjų medžiagų tvarkymas panaudojimas kasybos ir gilinimo srityse.

7. Aliuminio bronzos liejinių privalumai ir trūkumai

Privalumai

Didelis stiprumas ir kietumas

• Aliuminio bronzos liejiniai pasižymi išskirtinėmis mechaninėmis savybėmis, su tempiamasis stipris svyruoja nuo 450 iki 700 MPa
  (Pvz., ZCuAl10Fe3 pasiekia 540 MPa per išcentrinį liejimą) ir kietumo vertės 120–240 HB, priklausomai nuo lydinio sudėties ir terminio apdorojimo.

Puikus Atsparumas korozijai

• Lydiniai kaip C63000 (9–11% Al) ir QAl9-4 demonstruoja puikų atsparumą jūros vandeniui, sūrymas, ir rūgščioje aplinkoje.
  Pavyzdžiui, ZCuAl9Mn2 dėl stabilaus Al₂O3 oksido sluoksnio susidarymo jūros vandenyje išlaiko 0,1–0,3 mm per metus korozijos greitį.

Aukščiausias atsparumas dilimui ir kavitacijai

• Kietųjų intermetalinių fazių buvimas (Pvz., CuAl₂) o legiravimo elementai, tokie kaip Mn ir Fe, padidina atsparumą dilimui.
  CuAl8Fe3 ir ZCuAl10Fe3 yra plačiai naudojami didelio susidėvėjimo komponentuose, tokiuose kaip siurblio sparnuotės ir sliekinės pavaros.
  Be to, CuAl11Ni5Fe4 rodo 50% mažesnė kavitacinė erozija nei 316 l nerūdijančio plieno didelio greičio vandens srovėse.

Šiluminis stabilumas

• Išsaugokite mechanines savybes nuo vidutinės iki aukštos temperatūros (iki 400-500°C), lenkia daugelį įprastų bronzų.

Nekibirkščiuojantis ir nemagnetinis

• Tinka sprogi aplinka pavyzdžiui, atviroje jūroje esančios gręžimo platformos ir grūdų tvarkymo įrenginiai.

Trūkumai

Didelės medžiagų ir gamybos sąnaudos

• Aliuminio bronza yra 2–4x brangesnis už kg nei anglinis plienas dėl legiravimo elementų, tokių kaip Al, kainos, Į, ir Fe.

Sudėtingas apdirbimas ir suvirinimas

• Didelis kietumas (Pvz., ZCuAl9Fe4Ni4Mn2 adresu 180 HB po senėjimo) o prastas šilumos laidumas pagreitina įrankių nusidėvėjimą.
  Suvirinimas yra ypač sunkus dėl aliuminio oksidacija, kuris sudaro tvirtą Al2O3 sluoksnį.
  Specializuota technika, pvz T247 didelio mangano aliuminio bronzos suvirinimo strypai ir išankstinis pašildymas, kad būtų išvengta tokių defektų kaip poringumas ir įtrūkimai.

Šiluminiai apribojimai

• Nors tinka nuo aplinkos iki vidutinės temperatūros (iki 250°C ZCuAl10Fe3), ilgesnis poveikis aukščiau 400° C. sukelia oksidų nuosėdas ir stiprumo sumažėjimą.
  Tai riboja jo naudojimą aukštos temperatūros aplinkoje, palyginti su nikelio lydiniais.

Apdorojimo jautrumas

• Liejimo defektai kaip susitraukimo poringumas ir aliuminio segregacija reikalauja griežtos proceso kontrolės. Pavyzdžiui, ZCuAl9Mn2 reikalavimus 1150–1250°C pylimo temperatūra ir optimizuotas formos išankstinis pašildymas, siekiant sumažinti defektus.

Svoris:

• Tankis (~8,4 g/cm³) viršija aliuminio lydinius, ribojamas naudojimas ten, kur dominuoja lengvas svoris.

8. Aliuminio bronzos liejinių pritaikymas

Aliuminio bronzos liejiniai atlieka pagrindinį vaidmenį visur, kur komponentai turi atlaikyti ekstremalią aplinką, didelės apkrovos, ir agresyvi žiniasklaida. Ypač:

Jūrų aparatūra

• Propeleriai ir vairo dalys: Aliuminio bronzos išskirtinis atsparumas jūros vandens korozijai ir kavitacijai
  todėl tai yra tinkamiausia medžiaga laivų sraigtams ir vairo atramos, kur tarnavimo laikas dažnai viršija 10 metų su minimalia priežiūra.
• Veleno įvorės ir guoliai: Jūros vandeniu tepamose įvorėse ir laivagalio vamzdžių guoliuose,
  Mažas aliuminio bronzos trinties koeficientas ir savaiminio tepimosi savybės sumažina nusidėvėjimą iki 50 % palyginti su tradiciniais žalvario lydiniais.
• Vožtuvų korpusai ir siurblių korpusai: Jūros platformos remiasi aliuminio bronziniais vožtuvais ir siurblių korpusais, kad atlaikytų chloridus ir sulfidus be duobių ar įtempių korozijos įtrūkimų.

Pramoninės mašinos

• Siurblio sparnuotės ir susidėvėjimo žiedai: Cheminių medžiagų ir srutų tvarkymo siurbliuose,
  C95400 klasės liejiniai sparnuotės užtikrina didelį stiprumą (600-700 MPa UTS) ir puikus atsparumas erozijai, pratęsti kapitalinio remonto intervalus 30 %.
• Sliekinės pavaros ir pavarų dėžės: Senėjimo metu grūdinto aliuminio bronzos krumpliaračiai pasižymi paviršiaus kietumu iki 300 HB ir toleruoja dideles smūgines apkrovas,
  todėl jie yra paplitę kasybos ir cemento apdirbimo įrenginiuose.
• Dėvėkite plokštes ir poveržles: Programos, kurioms reikalingas pasikartojantis slankiojantis kontaktas, pvz., hidrauliniai cilindrai ir konvejerio ritinėliai, pasinaudokite aliuminio bronzos kietumo ir tvirtumo deriniu.

Atsiranda & Specializuotas naudojimas

• Aviaciniai guoliai: Pažangūs C63000 guoliai, dažnai derinami su polimeriniais įdėklais arba iš priedų pagamintomis korio struktūromis, palaikyti turbinos velenus esant temperatūrai iki 400 ° C..
• Priedų liejimo hibridai: 3D spausdintų šerdžių ir konformalių aušinimo kanalų integravimas į aliuminio bronzos liejinius
  leidžia greitai sukurti sudėtingų vožtuvų kolektorių ir šilumokaičio komponentų prototipus, sumažinant pristatymo laiką 40 %.

9. Įprastos aliuminio bronzos klasės

Aliuminio bronzos apima vario lydinių šeimą, kurioje aliuminis yra pagrindinis legiravimo elementas.

Žemiau yra keletas plačiausiai naudojamų rūšių, jų vardinės chemijos, skiriamosios savybės, ir tipines programas:

Pažymys (JAV)	Nominali sudėtis (masės %)	Pagrindinės savybės	Tipiškos programos
C63000	C-10A-5NA-5E-5	Puikus jėgos derinys, Tvirtumas, ir atsparumas dėvėjimams; geras atsparumas korozijai ir kavitacijai.	Siurblio sparnuotės, vožtuvai, guoliai, Jūrų įranga
C95400	Cu–10Al–5Fe	Didelis stiprumas ir kietumas (per senėjimą); geras veikimas aukštoje temperatūroje.	Sliekinės pavaros, didelės apkrovos guoliai, garo variklio komponentai
C61400	Cu-11AL-4th-4n	Aukščiausias atsparumas korozijai jūros vandenyje; geras nuovargio stiprumas.	Laivų sraigtai, veleno rankovės, povandeninės jungtys
C62100	Cu-11AL-2NI-2fe	Subalansuotas stiprumas ir lankstumas; geras atsparumas erozijai ir kavitacijai.	Hidraulinio siurblio komponentai, nešioti žiedus, atraminės poveržlės
C63200	Cu-9al-2NI-2For	Didesnis plastiškumas tarp aliuminio bronzų; lengviau apdirbti.	Vožtuvo kūnai, jungiamosios detalės, bendrieji jūriniai liejiniai
C95410	Cu–10Al–5Fe–0,1C	Panašus į C95400, bet su pridėta anglies kietumui; pagerintas guolių veikimas.	Guolių įvorės, dėvėti įklotus, stumdomi elementai

10. Išvada

Aliuminio bronzos liejimas suteikia išskirtinį stiprumo derinį, Tvirtumas, ir atsparumas korozijai / erozijai, kurį gali prilygti keletas kitų lydinių.

Pasirinkus tinkamą chemiją, liejimo būdas, ir terminio apdorojimo grafikas, inžinieriai pasiekia sudėtingų geometrijų su minimaliu apdirbimu.

Žvilgsnis į priekį, vakuuminio ir priedinio liejimo pažanga žada dar geresnę kokybę, sumažėjęs poringumas, ir greitesnis apsisukimas, užtikrinant, kad aliuminio bronza išliktų kertinis aukštos kokybės liejinių komponentų akmuo.

Tai yra puikus pasirinkimas jūsų gamybos poreikiams, jei jums reikia aukštos kokybės aliuminio bronza liejiniai.

Susisiekite su mumis šiandien!

 

DUK

Kas yra aliuminio bronza?

Aliuminio bronza reiškia grupę vario lydinių, kurių pagrindinis legiravimo elementas yra aliuminis, paprastai nuo 5% į 12%.

Jame taip pat gali būti tokių elementų kaip geležis, Nikelis, ir mangano, kad pagerintų specifines savybes, pvz., stiprumą, atsparumas korozijai, ir atsparumas dėvėjimams.

Kodėl verta rinktis aliuminio bronzą, o ne kitus bronzos lydinius?

Aliuminio bronza pasižymi puikiu atsparumu korozijai, ypač jūros vandenyje, ir puikų mechaninį stiprumą, atsparumas nusidėvėjimui, ir nuovargio veikimas.

Dėl šių savybių jis idealiai tinka jūriniam naudojimui, aviacijos ir kosmoso, Cheminis apdorojimas, ir sunkiosios pramonės reikmėms.

Koks atsparus korozijai yra aliuminio bronzos liejimas?

Aliuminio bronza pasižymi išskirtiniu atsparumu jūros vandens korozijai, druskos purškalas, pramoninės atmosferos, ir daug rūgščių.

Stabilaus aliuminio oksido sluoksnio susidarymas (Al₂O3) apsaugo paviršių nuo tolesnio gedimo.

Ar aliuminio bronzą lengva apdirbti?

Aliuminio bronza yra apdirbama, ypač išlietos arba atkaitintos.

Tačiau, grūdintos klasės (kaip su nikeliu ir geležimi) gali būti abrazyvinės ir reikalauja karbido įrankių bei tinkamų apdirbimo parametrų, kad būtų išvengta įrankių nusidėvėjimo.

Ar aliuminio bronza tinka suvirinimui?

Aliuminio bronzą galima suvirinti, bet tam reikia specialių procedūrų. Dujomis ekranuoto lankinio suvirinimo būdai (pvz., GTAW arba MIG) su atitinkamu užpildu dažniausiai naudojami metalai.

Norint išvengti įtrūkimų ir išlaikyti mechanines savybes, gali prireikti išankstinio pašildymo ir terminio apdorojimo po suvirinimo.