1. Įvadas
Bronzos liejiniai išlieka pagrindine jūrinių medžiagų klase, energija, pramoninis, ir paveldo inžinerijos sektorius, nes jie derinami atsparumas korozijai, nusidėvėjimo efektyvumas, atsparumas dilimui ir geras išmetimas.
„Bronza“ yra plati šeima (Vario + kitų elementų nei cinkas), ne vienas lydinys – o bronzos klasės ir liejimo metodo pasirinkimas tiesiogiai valdo komponentų tarnavimo laiką, techninės priežiūros sąnaudos ir gamybos pajėgumas.
Šiame straipsnyje apžvelgiama labiausiai paplitusios bronzos rūšys, naudojamos liejant, paaiškina, kodėl jie buvo pasirinkti, pateikia reprezentatyvius duomenis, ir pateikia praktines specifikacijos ir pasirinkimo gaires.
2. Kas yra liejama bronza?
Lieta bronza reiškia vario lydinių šeimą, skirtą gamybai liejant (pavyzdžiui, smėlio, investicija, mirti, arba išcentrinis liejimas) ir sukietėjo į beveik tinklo formos komponentus.
Tradiciškai, „bronza“ reiškia vario ir alavo lydinius (tin bronzes), tačiau šiuolaikinė praktika apima kitas pagrindines legiravimo sistemas, ypač aliuminio bronzos, silicio bronzos, fosforo (skarda) bronzos, ir švino (guolis) bronzos — kiekvienas sukurtas pagal specifinius metalurgijos ir aptarnavimo reikalavimus.
Atitinkami gaminio ir liejimo reikalavimai yra nustatyti pramonės standartuose (pavyzdžiui, bendros lietinio vario lydinių specifikacijos) ir nacionaliniuose standartuose, naudojamuose pirkimams ir kokybei užtikrinti.
Pagrindinės bronzos liejimo savybės
Plačiai paplitęs bronzos naudojimas liejant atsiranda dėl unikalaus jos savybių derinio, kurios yra pranašesnės už daugelį kitų lietų metalų (Pvz., ketaus, išlietas aliuminis) pagal konkrečius scenarijus.
Pagrindinės pagrindinės charakteristikos apima:
Puikus Castability:
Bronza turi žemą lydymosi temperatūrą (paprastai 900–1100 ℃, žemesnė nei plieno ir ketaus) ir geras sklandumas išlydytoje būsenoje, leidžiantis užpildyti sudėtingas formos ertmes dideliu matmenų tikslumu.
Daugumą bronzos rūšių galima išlieti į plonasienes detales (minimalus sienelės storis 2–3 mm) ir įmantrios formos (Pvz., krumpliaračių dantys, vožtuvo kūnai) be defektų, tokių kaip susitraukimas, poringumas, Arba šalta uždaroma.
Aukščiausias atsparumas dilimui:
Kietųjų intermetalinių fazių buvimas (Pvz., Cu3Sn alavo bronzoje, Al₂Cu aliuminio bronzoje) o lydiniui būdingas plastiškumas užtikrina puikų atsparumą dilimui,
todėl išlieta bronza idealiai tinka frikciniams komponentams (Pvz., guoliai, įvorės, pavaros) kurie veikia esant didelei apkrovai ir mažam greičiui.
Geras Atsparumas korozijai:
Bronza sudaro tankią, ant jo paviršiaus prilipusi oksido plėvelė, užtikrinanti apsaugą nuo atmosferos, vandeninis, ir cheminė korozija.
Pavyzdžiui, skirtingos klasės pasižymi skirtingu atsparumu korozijai, aliuminio bronza yra labai atspari jūrinei korozijai, o švino bronza tinka rūgščiai aplinkai.
Subalansuotos mechaninės savybės:
Lietos bronzos rūšys yra nuo kaliosios, mažo stiprumo veislės (Pvz., švino alavo bronza) iki didelio stiprumo, dilimui atsparūs lydiniai (Pvz., aliuminio bronza),
kurių tempiamasis stipris svyruoja nuo 200 MPa iki 800 MPa ir pailgėjimas nuo 5% į 40%.
Geras apdirbamumas:
Dauguma liejamos bronzos markių (ypač švinuota bronza) turi puikų apdirbamumą, leidžianti lengvai pasukti, frezavimas, gręžimas, ir poliravimas, kad būtų pasiekta aukšta paviršiaus apdaila (Ra ≤ 0.8 μm) ir matmenų tikslumas.
3. Įprastos bronzos klasės: Išsami analizė
Bronzos laipsniai daugiausia pagrįsti ASTM standartai, su GB/T ir ISO specifikacijomis, suteikiančiomis lygiavertes klasifikacijas.
Šios markės skirstomos į kategorijas pagal pagrindinį legiravimo elementą: skarda, aliuminis, Silicis, švino, ir nikelio.
Kiekviena kategorija siūlo skirtingus mechaninis, korozija, ir liejimo charakteristikos, pritaikyti įvairioms pramonės reikmėms.
Alavo bronza (Cu-Sn lydiniai): Tradicinis ir universalus
Alavo bronza yra seniausia ir plačiausiai naudojama lietinė bronza, su alavas kaip pagrindinis legiravimo elementas. Tai(Skardos) pagerina išliejamumas, atsparumas nusidėvėjimui, ir atsparumas korozijai, o varis suteikia ausmingumas ir tvirtumas.
Alavo kiekis paprastai svyruoja 5–15 masės %-apatinė skarda (5-8%) padidina lankstumą, kol aukštesnė skarda (10– 15 proc.) padidina kietumą ir atsparumą dilimui.
Bendri pažymiai: ASTM B22 (C90300, C90500), GB/T 1176 (ZCuSn5Pb5Zn5, ZCuSn10Pb1), ISO 4281 (CuSn6, CuSn10).
Pagrindiniai alavo bronzos laipsniai liejimui
ZCuSn5Pb5Zn5 (GB/T 1176) / C90300 (ASTM B22)
- Cheminė sudėtis (wt%): Cu 84–86, Sn 4–6, Pb 4–6, Zn 4–6, Priemaišos ≤0,5
- Metalurginės charakteristikos: Hipoeutektinis α-Cu + eutektinis (α-Cu + Cu₃Sn); Pb ir Zn gerėja Aparatas, Sn sustiprina atsparumas nusidėvėjimui
- Mechaninės savybės (Kaip aktorius): Tempimas ≥200 MPa, Išeiga ≥90 MPa, Pailgėjimas ≥10 %, Kietumas ≥60 HB
- Atsparumas korozijai: Geras atsparumas atmosferai ir gėlam vandeniui; vidutinis atsparumas jūros vandeniui / rūgštims
- Liejamumas: Puikus sklandumas; tinka vidutinio sudėtingumo detalių smėlio ir investiciniam liejimui
- Tipiškos programos: Guoliai, įvorės, pavaros, vožtuvo kūnai, siurblio sparnuotės, dekoratyviniai liejiniai
ZCuSn10Pb1 (GB/T 1176) / C90500 (ASTM B22)
- Cheminė sudėtis (wt%): Cu 88–90, Sn 9–11, Pb 0,5–1,5, Priemaišos ≤0,5
- Metalurginės charakteristikos: Beveik eutektinis α-Cu + smulkios Cu₃Sn nuosėdos; didesnis Sn gerėja kietumas ir atsparumas dilimui, Pb gerėja Aparatas
- Mechaninės savybės (Kaip aktorius): Tempimas ≥240 MPa, Išeiga ≥100 MPa, pailgėjimas ≥8 %, Kietumas ≥70 HB
- Atsparumas korozijai: Geresnis už ZCuSn5Pb5Zn5; atsparus jūros vandeniui, garas, ir švelnios cheminės medžiagos
- Liejamumas: Geras sklandumas; tinka didelio tikslumo plonasieniams liejiniams
- Tipiškos programos: Didelės apkrovos guoliai, sliekinės pavaros, jūrinio siurblio komponentai, garo vožtuvai, tikslios automobilių/jūrų dalys
Aliuminio bronza (Cu-Al lydiniai): Didelis stiprumas ir atsparumas korozijai
Aliuminio bronzos sudėtyje yra 5-12% Al, formavimas kieti intermetalai (Al₂Cu, Cu3Al) kurie sustiprina stiprybė, kietumas, ir atsparumas korozijai.
Puikiai tinka Jūrų, aukšta temperatūra, ir daug dėvinčios aplinkos.
Bendri pažymiai: ASTM B148 (C95400, C95500), GB/T 1176 (ZCuAl10Fe3, ZCuAl10Fe5Ni5), ISO 4281 (CuAl10Fe3, CuAl10Ni5Fe4).
Pagrindiniai aliuminio bronzos laipsniai liejimui
ZCuAl10Fe3 (GB/T 1176) / C95400 (ASTM B148)
- Cheminė sudėtis (wt%): Cu 86–89, Al 9–11, Fe 2–4, Priemaišos ≤0,5
- Metalurginės charakteristikos: Dviejų fazių α + b; Fe sudaro Fe-Al intermetalinius junginius; b → a + γ₂ transformacija sukuria kietas, atspari dilimui mikrostruktūra
- Mechaninės savybės (Kaip aktorius): Tempimas ≥500 MPa, Išeiga ≥200 MPa, Pailgėjimas ≥15 %, Kietumas ≥150 HB
- Atsparumas korozijai: Puikiai tinka jūros vandenyje, jūrinės atmosferos, rūgštys; Paviršiaus Al₂O3 plėvelė apsaugo nuo oksidacijos
- Liejamumas: Gerai; reikia 1100–1150°C; tinka smėliui, investicija, didelių dalių išcentrinis liejimas
- Tipiškos programos: Jūrų sraigtai, laivo armatūra, ofšoriniai komponentai, siurblio korpusai, nusidėvėjimui atsparios pavaros
ZCuAl10Fe5Ni5 (GB/T 1176) / C95500 (ASTM B148)
- Cheminė sudėtis (wt%): Cu 76–81, Al 9–11, Fe 4–6, 4–6, Priemaišos ≤0,5
- Metalurginės charakteristikos: Daugiafazis α + b + Fe-Al + Ni-Al intermetaliniai elementai; Ni pagerina stiprybė, Tvirtumas, atsparumas korozijai
- Mechaninės savybės (Kaip aktorius): Tempimas ≥600 MPa, Išeiga ≥250 MPa, Pailgėjimas ≥12 %, Kietumas ≥180 HB
- Atsparumas korozijai: Geresnis už ZCuAl10Fe3; puikus jūros vanduo, garas, ir cheminis atsparumas
- Liejamumas: Gerai; tinka dideliems, didelio stiprumo kompleksiniai komponentai
- Tipiškos programos: Dideli jūriniai sraigtai, jūrinė nafta & dujų įranga, aukšto slėgio vožtuvai, sunkiasvorių pavarų dėžių
Silicio bronza (Cu-Si lydiniai): Didelis plastiškumas ir elektros laidumas
Silicio bronzos sudėtyje yra 1-4% Taip, siūlymas Puikus lankstumas, atsparumas korozijai, ir elektros laidumas (30–40 % IACS). Tinka elektrinis, Jūrų, ir dekoratyviniai pritaikymai.
Bendri pažymiai: ASTM B22 (C65500, C65800), GB/T 1176 (ZCuSi3Mn1, ZCuSi10P1), ISO 4281 (CuSi3Mn, CuSi10P).
Pagrindiniai silicio bronzos laipsniai liejimui
ZCuSi3Mn1 (GB/T 1176) / C65500 (ASTM B22)
- Cheminė sudėtis (wt%): Cu 94–96, Ir 2,5–3,5, Mn 0,5–1,5, Priemaišos ≤0,5
- Metalurginės charakteristikos: Hipoeutektinis α-Cu + pabaiga Taip; Mn rafinuoja grūdus, gerina jėgą
- Mechaninės savybės (Kaip aktorius): Tempimas ≥280 MPa, Išeiga ≥110 MPa, Pailgėjimas ≥20 %, Kietumas ≥80 HB
- Atsparumas korozijai: Gera atmosferoje, gėlo vandens, švelnios cheminės medžiagos
- Liejamumas: Puiku; tinka kompleksinės formos, didelio lankstumo komponentai
- Tipiškos programos: Elektros jungtys, jungikliai, dekoratyviniai liejiniai, Jūrų įranga, mažos pavaros
ZCuSi10P1 (GB/T 1176) / C65800 (ASTM B22)
- Cheminė sudėtis (wt%): Cu 88–90, Ir 9-11 val, P 0,2–0,4, Priemaišos ≤0,5
- Metalurginės charakteristikos: Beveik eutektinis α-Cu + Ir; P sustiprina išliejamumas, mikrostruktūros tobulinimas
- Mechaninės savybės (Kaip aktorius): Tempimas ≥350 MPa, Išeiga ≥140 MPa, Pailgėjimas ≥12 %, Kietumas ≥100 HB
- Atsparumas korozijai: Geresnis už ZCuSi3Mn1; atsparus jūros vandeniui, garas, rūgštys
- Liejamumas: Gerai; tinka plonasieniams, preciziniai liejiniai
- Tipiškos programos: Vožtuvai, Siurbliai, Jūrų komponentai, elektros gnybtai, tikslios automobilių/elektroninės dalys
Švino bronza (Cu-Sn-Pb lydiniai): Puikus apdirbamumas ir tepimas
Sudėtyje yra švino bronzos 5-20% Pb ir 2–10 % Sn. Pb egzistuoja kaip diskrečiųjų dalelių stiprinimas Aparatas, teplumas, ir atsparumas dėvėjimams.
Tinka guoliai, įvorės, ir mažos trinties komponentai.
Bendri pažymiai: ASTM B22 (C93200, C93700), GB/T 1176 (ZCuSn10Pb5, ZCuSn5Pb15Zn5), ISO 4281 (CuSn10Pb5, CuSn5Pb15Zn5).
Pagrindiniai švino bronzos laipsniai liejimui
ZCuSn10Pb5 (GB/T 1176) / C93200 (ASTM B22)
- Cheminė sudėtis (wt%): Cu 83–85, Sn 9–11, Pb 4–6, Priemaišos ≤0,5
- Metalurginės charakteristikos: Hipoeutektinis α-Cu + Cu₃Sn + Pb dalelės; Pb sumažina trintį
- Mechaninės savybės (Kaip aktorius): Tempimas ≥220 MPa, Išeiga ≥100 MPa, pailgėjimas ≥8 %, Kietumas ≥65 HB
- Atsparumas korozijai: Gera atmosfera ir gėlas vanduo; vidutinis atsparumas jūros vandeniui / rūgštims
- Liejamumas: Puikus sklandumas; tinka mažiems/vidutiniams, labai apdirbami komponentai
- Tipiškos programos: Guoliai, įvorės, pavaros, sliekiniai ratai, siurblio komponentai
ZCuSn5Pb15Zn5 (GB/T 1176) / C93700 (ASTM B22)
- Cheminė sudėtis (wt%): Cu 73–75, Sn 4–6, Pb 14–16, Zn 4–6, Priemaišos ≤0,5
- Metalurginės charakteristikos: Hipoeutektinis α-Cu + Cu₃Sn + Pb + Zn turtingos fazės; didelis Pb pagerina Aparatas
- Mechaninės savybės (Kaip aktorius): Tempimas ≥180 MPa, Išeiga ≥80 MPa, Pailgėjimas ≥5 %, Kietumas ≥55 HB
- Atsparumas korozijai: Vidutinis; tinka sausai / suteptai aplinkai
- Liejamumas: Puikus sklandumas; tinka sudėtingoms dalims, kurioms reikia daug apdirbimo
- Tipiškos programos: Vožtuvo kūnai, pavarų stebulės, mažos apkrovos įvorės, dekoratyviniai liejiniai
Nikelio bronza (Cu-Ni lydiniai): Aukščiausias atsparumas korozijai ir tvirtumas
Nikelio bronza (vario nikelio) yra 10– 30 proc. Ni pagerina atsparumas korozijai, Tvirtumas, ir stabilumas aukštoje temperatūroje.
Idealiai tinka jūrinėms ir aukštos temperatūros programoms, priešinasi jūros vanduo ir biologinis užteršimas.
Bendri pažymiai: ASTM B148 (C96200, C96400), GB/T 1176 (ZCuNi10Fe1Mn1, ZCuNi30Fe1Mn1), ISO 4281 (CuNi10Fe1Mn, CuNi30Fe1Mn).
Pagrindiniai nikelio bronzos laipsniai liejimui
ZCuNi10Fe1Mn1 (GB/T 1176) / C96200 (ASTM B148)
- Cheminė sudėtis (wt%): Cu 86–88, 9–11 val, Fe 0,5–1,5, Mn 0,5–1,5, Priemaišos ≤0,5
- Metalurginės charakteristikos: Vienas kietas α-Cu tirpalas; Fe ir Mn rafinuoja grūdus, pagerinti stiprumą
- Mechaninės savybės (Kaip aktorius): Tempimas ≥350 MPa, Išeiga ≥150 MPa, Pailgėjimas ≥20 %, Kietumas ≥100 HB
- Atsparumas korozijai: Puikiai tinka jūros vandenyje, jūrinės atmosferos, biologinis užterštumas; tinka ilgalaikei jūrų tarnybai
- Liejamumas: Geras sklandumas; tinka jūrinių komponentų smėlio ir investiciniam liejimui
- Tipiškos programos: Jūriniai vožtuvai, siurblio korpusai, laivo korpuso detalės, jūrinės platformos komponentai
ZCuNi30Fe1Mn1 (GB/T 1176) / C96400 (ASTM B148)
- Cheminė sudėtis (wt%): Cu 67–69, 29-31 val, Fe 0,5–1,5, Mn 0,5–1,5, Priemaišos ≤0,5
- Metalurginės charakteristikos: Vienas kietas α-Cu tirpalas; didesnis Ni pagerina koroziją ir terminį stabilumą
- Mechaninės savybės (Kaip aktorius): Tempimas ≥400 MPa, Išeiga ≥180 MPa, Pailgėjimas ≥18 %, Kietumas ≥120 HB
- Atsparumas korozijai: Geresnis nei C96200; puikus atsparumas jūros vandeniui, aukštos temperatūros garai, ir agresyvios cheminės medžiagos
- Liejamumas: Geras sklandumas; tinka dideliems, korozijai atsparūs komponentai
- Tipiškos programos: Dideli jūriniai sraigtai, jūrinė nafta & dujų įranga, aukštos temperatūros vožtuvai, Cheminio perdirbimo įranga
4. Lietos bronzos liejimo procesai
Liejimo metodas yra vienas iš svarbiausių bronzinio komponento dizaino sprendimų.
Procesas kontroliuoja vidinį patikimumą, Mikrostruktūra, pasiekiama geometrija, paviršiaus apdaila, matmenų tolerancija, kaina ir reikalingi po liejimo darbai (terminis apdorojimas, apdirbimas, Ndt).
Smėlio liejimas (žalias smėlis / surišta derva)
Kas tai yra: Išlydyta bronza pilama į smėlio formą (laisvi arba chemiškai surišti).
Stiprybės: Maža įrankių kaina, lankstus didelėms ir sudėtingoms formoms, ekonomiškas mažoms ir vidutinėms gamybos apimtims ir didelėms dalims (siurblio kūnai, vožtuvų korpusai).
Apribojimai: Šiurkštesnė paviršiaus apdaila, platesni matmenų nuokrypiai, didesnė dujų susidarymo ir susitraukimo poringumo rizika, jei tvoros / padavimas nėra optimizuotas.
Tipiška paviršiaus apdaila & Tolerancijos: Ra ≈ 6-25 µm (priklausomai nuo smėlio rūšies); tolerancijos paprastai ± 0,5–3 mm vidutinio dydžio funkcijoms (priklauso nuo pjūvio ir geometrijos).
Geriausia: Dideli aliuminio-bronzos siurblių korpusai, švinuotos guolių movos, konstrukcinė aparatūra.
Pagrindiniai valdikliai: švarus lydalas (srautas / degazavimas), Kontroliuojama liejimo temperatūra (skystis + 30–150 °C kaip bendrą gairę), gerai suprojektuota užtvarų / stovų sistema kryptiniam kietėjimui, pelėsių/dėžutės vėdinimas, kad būtų išvengta dujų įstrigimo.
Išcentrinis liejimas (rotacinis)
Kas tai yra: Išlydytas metalas pilamas į besisukančią formą; išcentrinė jėga paskirsto metalą ir skatina kryptingą kietėjimą iš išorės. Įprasta vamzdinėms ir žiedinėms dalims (sparnuotojai, rankovėmis, Lineriai).
Stiprybės: Didelis tankis, mažas poringumas, palankus krypties kietėjimas (geras maitinimas), puikios mechaninės savybės ir paviršiaus apdaila cilindrinėms geometrijoms. Puikus pasirinkimas aliuminio bronzai ir didelio vientisumo susidėvinčioms dalims.
Apribojimai: Geometrija apsiriboja ašies simetriniais komponentais arba segmentais; įrankių kaina nedidelė.
Tipiška paviršiaus apdaila & Tolerancijos: Ra ≈ 1–6 µm; griežtesni radialiniai koncentriniai nuokrypiai, palyginti su smėlio liejimu.
Geriausia: Darbaračiai, įvorės, rankovėmis, siurblio įdėklai – ypač Aliuminio bronza (Pvz., C95400).
Pagrindiniai valdikliai: sukimosi greičio ir išpylimo greičio valdymas, Formą pašildykite iki nurodytos temperatūros, kad neužšaltų, filtrų naudojimas ir degazavimas, siekiant sumažinti inkliuzus, kruopšti pylimo temperatūros kontrolė, kad būtų išvengta šlako įstrigimo.
Investicijų liejimas (Pamiršta vaškas)
Kas tai yra: Vaško raštas padengtas ugniai atspariomis srutomis; po perdegimo ertmė užpildoma išlydyta bronza.
Stiprybės: Puiki paviršiaus apdaila, plonasienės galimybė, smulkios detalės ir artimas matmenų tolerancija – idealiai tinka mažiems, Sudėtingos dalys, architektūrinė įranga, tikslūs vožtuvų komponentai ir mažos sparnuotės.
Apribojimai: Didesnė vieneto kaina mažiems kiekiams (bet ekonomiškas esant vidutiniam kiekiui sudėtingoms dalims); vaško įrankių ir keramikos apvalkalo pristatymo laikas.
Tipiška paviršiaus apdaila & Tolerancijos: Ra ≈ 0.4–1,6 µm pasiekiamas; tolerancijos paprastai ±0,05–0,5 mm priklausomai nuo dydžio.
Geriausia: Fosforo ir silicio bronzos preciziniai liejiniai, maži dekoratyviniai arba hidrauliniai komponentai.
Pagrindiniai valdikliai: švaraus modelio ir apvalkalo paruošimas, kontroliuojamas perdegimas, kad būtų išvengta apvalkalo įtrūkimų, optimizuota išpylimo temperatūra, kad atitiktų apvalkalo chemiją, streso pašalinimas po gimdymo.
Nuolatinis pelėsis (gravitacijos mirtis) ir žemo slėgio liejimas
Kas tai yra: Pilama išlydyta bronza (gravitacija) arba priverstinai (žemas slėgis) į metalinę formą (nuolatiniai plieno arba grafito štampai).
Stiprybės: Gera paviršiaus apdaila ir pakartojamumas, santykinai greitas ciklo laikas vidutiniams tūriams, geresnės mechaninės savybės nei liejant smėliu dėl greitesnio aušinimo ir rafinuotos mikrostruktūros.
Apribojimai: Formos kaina ir ribotas geometrijos sudėtingumas (būtini grimzlės kampai ir atskyrimo linijos). Ne toks lankstus kaip dideliems, vienkartinės dalys.
Tipiška paviršiaus apdaila & Tolerancijos: Ra ≈ 1.6–6,3 µm; leistinos nuokrypos griežtesnės nei liejant smėliu, dažnai ± 0,1–0,5 mm priklausomai nuo funkcijos dydžio.
Geriausia: Vidutinio tūrio pakartojamų dalių serijos, kai norima pagerinti mikrostruktūrą (kai kurios įvorės, korpusai).
Pagrindiniai valdikliai: pelėsių temperatūros kontrolė, dangos pasirinkimas, siekiant kontroliuoti šilumos ištraukimą ir išvengti sukibimo, Pelėsio ventiliacija.
5. Lietos bronzos terminis apdorojimas ir paviršiaus apsauga
Šiame skyriuje aprašomos tikslingos terminio apdorojimo ir paviršiaus inžinerijos galimybės, kurias liejyklos ir dizaineriai naudoja mikrostruktūrai stabilizuoti., suderinti mechaninį elgesį, ir prailginti bronzinių elementų tarnavimo laiką.
Terminis apdorojimas
Daugelis bronzos rūšių yra tinkamos eksploatuoti ir nereikalauja grūdinimo.
Nepaisant to, kontroliuojami šiluminiai ciklai naudojami reguliariai (a) pašalinti liekamuosius įtempius, atsirandančius kietėjimo ir apdirbimo metu, (b) homogenizuoja cheminę segregaciją ir patobulina mikrostruktūrą, ir (c) padidinti stiprumą arba kietumą, kai tai leidžia lydinio chemija.
Pagrindiniai terminio apdorojimo tikslai ir tipinė praktika yra apibendrinti toliau.
Atkaitinimas nuo streso (rutina daugumai liejinių).
- Tikslas: sumažinti liejimo ir apdirbimo įtempius, sumažinti iškraipymus vėlesnio apdirbimo metu ir sumažinti įtempių korozijos / įtrūkimų riziką eksploatacijos metu.
- Tipiška praktika: pašildykite iki vidutinės temperatūros (dažnai ~250–450 °C priklausomai nuo lydinio ir profilio storio), palaikykite proporcingą sekcijos dydžiui, tada lėtai atvėsinkite.
Tai mažos rizikos operacija, rekomenduojama beveik visiems bronzos liejiniams prieš intensyvų apdirbimą.
Pilnas atkaitinimas / homogenizacija (pagerinti lankstumą ir pašalinti segregaciją).
- Tikslas: suminkštinti liejinį, rupina ir sferoidizuoja trapias fazes, ir homogenizuoja tarpdendritinę segregaciją, atsirandančią dėl lėto kietėjimo.
- Tipiška praktika: atkaitinimo temperatūra skiriasi priklausomai nuo šeimos – dažniausiai šalyje ~400–700 °C juosta daugeliui alavo/švino ir fosforinės bronzos; aliuminio bronzai dažnai reikia aukštesnės tirpimo temperatūros (žr. žemiau).
Aušinimas paprastai yra kontroliuojamas (krosnis arba oras vėsinamas) pagal lydinio nurodymus.
Gydymas tirpalu + gesinti (naudojami pasirinktinai, daugiausia kai kurioms aliuminio ir nikelio bronzoms).
- Tikslas: ištirpsta segregacija ir kietėjimo metu susidarę tirpūs intermetalai, sukuria vienodesnę mikrostruktūrą, kurią vėliau galima sendinti arba grūdinti, kad būtų pagerintas stiprumas / kietumas.
- Tipiška praktika: tam tikroms aliuminio bronzoms, tirpalo terminis apdorojimas atliekamas aukštesnėje temperatūroje (dažniausiai ~850–950 °C diapazonas daugeliui Cu-Al lydinių), Po to greitai vėsina (vandens ar priverstinio oro) išlaikyti persotintą matricą.
Tikslios temperatūros ir gesinimo terpės priklauso nuo lydinio chemijos ir sekcijos dydžio.
Amžiaus grūdinimas / grūdinimas (kai taikoma).
- Tikslas: sukurti kritulių arba užsakymo reakcijas, kurios padidina išeigą ir tempimo stiprumą (kai kurios aliuminio bronzos ir specializuotos vario-nikelio bronzos reaguoja į senėjimą).
- Tipiška praktika: po ištirpinimo ir gesinimo, tarpinis sendinimo/grūdinimo etapas ~200–500 °C tam tikrą laiką naudojamas norint pasiekti norimą stiprumo/plastiškumo balansą.
Senėjimo langas ir reakcija labai priklauso nuo lydinio.
Paviršiaus apsauga
Bronzos lydiniai paprastai sukuria prilipusias oksido plėveles, kurios suteikia pradinį atsparumą korozijai, bet agresyvios žiniasklaidos poveikis (chlorido turintis jūros vanduo, rūgščių procesų srautai, Abrazyvinės srutos) dažnai reikalauja papildomos paviršiaus inžinerijos.
Tikslas gali būti estetinis (išsaugoti apdailą), prevencinės (atidėti aktyvios korozijos pradžią) arba funkcionalus (pagerinti nusidėvėjimą, sumažinti trintį).
- Pasyvavimas: Paviršius apdorojamas azoto arba citrinos rūgštimi, kad sutirštėtų oksido plėvelė, padidina atsparumą korozijai.
Šis metodas dažniausiai naudojamas aliuminio bronzos ir nikelio bronzos komponentams. - Elektropliacija: Užtepkite ploną tauriojo metalo sluoksnį (Pvz., chromo, Nikelis) prie paviršiaus, kad pagerintų atsparumą korozijai ir estetiką.
Šis metodas naudojamas dekoratyviniams liejiniams ir didelio atsparumo korozijai komponentams. - Dažymas / dengimas: Epoksidinės arba poliuretano dangos padengimas bronzos apsaugai nuo korozinių medžiagų. Šis metodas naudojamas lauko ir cheminio apdorojimo komponentams.
- Karštas cinkavimas: Paviršiaus padengimas cinko sluoksniu, siekiant pagerinti atsparumą korozijai. Šis metodas naudojamas dideliems bronziniams komponentams (Pvz., jūrinės detalės) atšiaurioje aplinkoje.
6. Atrankos kriterijai įprastoms bronzos klasėms
Renkantis bronzos rūšį liejimui, Įvertinkite toliau nurodytus veiksnius ir susiaurinkite iki atitinkančių šeimų/klasių:
- Aptarnavimo aplinka: Jūros vanduo, gėlo vandens, rūgštys, šarminis, angliavandeniliai. (Jūros vanduo → aliuminio bronza; rūgštys → daug nikelio turinčios bronzos arba specialūs lydiniai.)
- Mechaniniai reikalavimai: statinė apkrova, nuovargio ciklai, smūgis – aliuminio bronzos didelėms apkrovoms; fosforinės bronzos nuovargiui/pavasariniam elgesiui.
- Tribologija: slydimo greitis, tepimas, Priešingo paviršiaus medžiaga – švininė guolių bronza, užtikrinanti prisitaikymą; aliuminio bronzos, skirtos didelei apkrovai ir abrazyviniam naudojimui.
- Liejimo proceso apribojimai: pasiekiamas tankis, tolerancija ir formos sudėtingumas.
- Aparatas & antrinės operacijos: švino bronzos lengvam apdirbimui; fosforo bronzos vidutiniam apdirbimui; aliuminio bronzos sunkesniam apdirbimui ir terminiam apdorojimui.
- Reguliavimo / sveikatos problemos: švino lydiniai yra susiję su aplinkos ir sveikatos apsauga; turi būti suplanuotas šalinimas ir darbuotojų apsauga.
- Kaina & gyvavimo ciklas: apima ne tik medžiagų sąnaudas, bet ir numatomą tarnavimo laiką, prastovų ir priežiūros išlaidos.
7. Įprastų bronzos klasių pliusai ir trūkumai
Aliuminio bronza (C95400 šeima)
Argumentai: Labai didelis stiprumas, puikus atsparumas jūros vandeniui / kavitacijai / erozijai, geras atsparumas dilimui.
Trūkumai: Brangiau, sunkiau mašinoje, reikalauja geros liejybos praktikos, kad būtų išvengta segregacijos.
Fosforo bronza (C51000 šeima)
Argumentai: Geras atsparumas dilimui ir nuovargiui, geras apdirbamumas (giminaitis), geras atsparumas korozijai daugelyje aplinkų.
Trūkumai: Ne tokia tvirta kaip didelio Al bronzos, skirtos dideliam dėvėjimuisi; alavo kiekis gali padidinti išlaidas.
Silicio bronza
Argumentai: Geras atsparumas korozijai, lankstumas ir apdaila; puikiai tinka investiciniams liejiniams.
Trūkumai: Mažesnis stiprumas nei aliuminio bronzos; mažiau tinka intensyviam dėvėjimui.
Švino / turintys bronzas (C93200 šeima)
Argumentai: Puikus apdirbamumas, geras guolių įterpimas ir pritaikymas.
Trūkumai: Švino turinys kelia aplinkos / sveikatos problemų; žemesnio stiprumo ir aukštesnės temperatūros ribos.
Specialios bronzos
Argumentai: Agresyvioms cheminėms medžiagoms ar aukštai temperatūrai pritaikyti sprendimai.
Trūkumai: Didesnės išlaidos, mažiau standartizuota; reikalauja kruopštaus tiekėjo kvalifikacijos.
8. Lietos bronzos pritaikymas pramonėje
Pavyzdžiai, kai išlieta bronza suteikia unikalią vertę:
- Jūrų / jūroje: siurblio sparnuotės, propelerio komponentai, jūros vožtuvai (aliuminio bronzos).
- Galia & energija: turbinos sandarikliai, guoliai, vožtuvų dalys (fosforo ir aliuminio bronzos).
- Naftos chemija / Cheminė: sudrėkinti komponentai, šilumokaičių jungiamosios detalės (silicio ir specialios bronzos).
- Pramoninės mašinos: įvorės, Dėvėkite plokšteles, patvarios rankovės (guolių bronzos ir aliuminio bronzos).
- Paveldas / architektūra: dekoratyviniai liejiniai ir statulos (silicio ir fosforo bronzos).
- Automobiliai / automobilių sportas: maži tikslūs komponentai senoviniuose arba specializuotuose įrenginiuose (fosforo arba silicio bronzos).
9. Išvados
Bendras aktorius bronza pažymiai, įskaitant alavo bronzą, aliuminio bronza, silicio bronza, švino bronza, ir nikelio bronza, yra universalios medžiagos, pasižyminčios unikaliomis savybėmis, pritaikytos įvairiems liejimo darbams.
Kiekviena klasė turi skirtingą cheminę sudėtį, metalurginės savybės, atrankos pasirodymas, ir korozijos elgesį, todėl jie tinka konkrečioms paslaugų aplinkoms – nuo bendrų pramoninių mašinų iki atšiaurių jūrų ir chemijos reikmenų.
Sėkmingo bronzos liejimo raktas yra tinkamos rūšies parinkimas pagal taikymo reikalavimus, optimizuoti liejimo procesus, siekiant sumažinti defektus, ir atitinkamų terminio apdorojimo ir paviršiaus apsaugos priemonių įgyvendinimas, siekiant pailginti tarnavimo laiką.
Nors bronzos išankstinės išlaidos yra didesnės nei ketaus ir aliuminio lydinio, ilgas jo tarnavimo laikas, puikus pasirodymas, Dėl didelio perdirbimo galimybių jis yra ekonomiškas ir tvarus pasirinkimas ilgalaikėje perspektyvoje.
DUK
Kokia tvirtiausia bronzos lieja, tinkanti didelei apkrovai ir susidėvėjimui?
Aukšto aliuminio bronzos (tipiškas UNS C95400 šeima) derinti didelį tempimo stiprumą (tipiniai metimų diapazonai ~400–800 MPa) ir kietumas (~120–250 HB) pasižymi puikiu atsparumu erozijai ir kavitacijai,
todėl jie yra tinkamiausias pasirinkimas sunkiųjų siurblių sparnuotėms ir jūros vandens aptarnavimui.
Kuri bronzos klasė yra geriausia slydimo guoliams?
Švinuotų guolių bronzos (Pvz., UNS C93200 šeima) arba specifiniai fosforinės bronzos guolių lydiniai yra optimizuoti įterpimui, atitiktis ir tepalo išlaikymas.
Jie užtikrina gerą apdirbamumą ir priimtiną tvirtumą suteptų sistemų kakliukų guoliais.
Ar bronzos liejinius paprastai reikia termiškai apdoroti?
Daugelis bronzos liejinių yra tinkami kaip liejiniai po įtampos pašalinimo.
Tačiau, tikslinės terminės procedūros (streso mažinimo atkaitinimas, homogenizacija, arba tam tikram aliuminio bronzos tirpalui + senėjimas) yra naudojami, kai pagerinamas plastiškumas, reikalinga homogenizuota chemija arba didesnis stiprumas.
Laikykitės konkrečių lydinių nurodymų.
Kaip sumažinti bronzos liejinių poringumą ir susitraukimą?
Naudokite švaraus lydymosi praktiką (srautas, Degazavimas, keraminis filtravimas), projektinis sklendimas ir pakėlimas kryptiniam kietėjimui, kontroliuoti perkaitimo pylimą,
apsvarstykite išcentrinį vamzdinių dalių liejimą, ir įtraukti atitinkamą šaldymą arba izoliaciją, kad būtų galima kontroliuoti kietėjimo kelius.
Ar aliuminio bronzos yra geresnės jūros vandenyje nei fosforinės bronzos?
Taip – aliuminio bronzos sukuria stabilią aliuminio oksido paviršiaus plėvelę ir paprastai yra atsparesnės jūros vandens korozijai, kavitacija ir erozija nei alavo/fosforo bronzos, todėl jiems pirmenybė teikiama jūrinei įrangai ir siurblio komponentams.
Galima išlieti bronzą suvirinti ir taisyti?
Daugelis gali, bet praktika skiriasi priklausomai nuo šeimos. Aliuminio bronzai paprastai reikia tinkamų užpildų, iš anksto pašildykite ir po suvirinimo, kad išvengtumėte įtrūkimų ir išsaugotumėte atsparumą korozijai.
Fosforo ir silicio bronzos suvirina lengviau. Visada naudokite kvalifikuotas suvirinimo procedūras ir bandomąjį remontą.
Ar bronzos liejinius galima perdirbti?
Taip. Vario pagrindo lydiniai (įskaitant bronzas) yra labai perdirbami; laužas grąžina didelę lydinio vertę, o perdirbimas yra įprastas atsakingose liejyklų tiekimo grandinėse.
Stebėkite perdirbtą turinį ir sugadintus elementus, jei sudėties kontrolė yra labai svarbi.
