Алюминиевые бронзовые услуги кастинга

1. Введение

Алюминиевые бронзовые сплавы-материалы на основе коппера, содержащие 5–12 мас.%.

Металлургисты впервые признали, что добавление алюминия в медь значительно усилило прочность и коррозионную стойкость, особенно в морской воде.

Сегодня, алюминиевая бронзовая кастинг позволяет производство комплекса, Компоненты с высоким уровнем производительности, которые были бы невозможны или непомерно дорогим для машины от кованого склада.

В этой статье, Мы исследуем химию сплава, Методы кастинга, Микроструктура, характеристики, и реальные приложения.

К концу, Вы поймете, почему алюминиевая бронза остается материалом для требования морской пехоты, промышленный, и даже аэрокосмическая среда.

2. Состав сплава & Металлургия

Алюминиевые бронзы получают свои исключительные свойства из тщательно сбалансированной смесью меди и стратегических сплавок..

На практике, Большинство коммерческих оценок делятся на три основные химические данные:

Сам алюминий (5–12 мас.%) растворяется в медной решетке, Создание матрицы α -CU с силами урожая до 400 MPA - 50 % выше чистой меди.

Следующий, Интерметаллические κ фазы (K я, K II, K III) зародышеобразование, как сплав охлаждается ниже ~ 930 ° C.

Эти жесткие, Сложные соединения повышают устойчивость к износу, но требуют плотного управления охлаждающим: Охлаждение выше 100 ° C/мин сохраняет осадки ниже 1 мкм,

Максимизация прочности (Чарпи Энергия ~ 35 j), в то время как более медленные охлаждения дают грубые пластины, которые могут омрачить сплав.

3. Процессы литья

Универсальность алюминиевой бронзы в значительной степени связана с его совместимостью с множественными методами литья.

Каждый процесс обеспечивает различные преимущества с точки зрения допусков, обработка поверхности, контроль пористости, и размеры экономических партий.

Ниже, Мы анализируем пять наиболее распространенных методов и выделяем лучшие практики плавления, заливка, и дизайн плесени.

Инвестиционное литье (Потерянный)

• Обзор: Формы формируются путем покрытия жертвенного воскового рисунка керамической суспензией. После обезживания, Полученная керамическая оболочка захватывает сложные детали до 0.5 мкм ра.

• Допуски & Заканчивать: Точность размеров ± 0.2 мм и превосходная поверхность (0.5-1,0 мкм РА).
• Размер партии & Расходы: Идеально подходит для малых и средних пробежек (10–1000 штук). Затраты на затраты в диапазоне от 100 до 500 долларов США, в зависимости от сложности.
• Ключевые соображения:

• • Управление толщиной оболочки, чтобы сбалансировать прочность (избегая сбоя раковины) с сопротивлением тепловым шоком.
  • Оптимизируйте графики DeWax и Burn -out, чтобы предотвратить растрескивание раковины.

Литье в песок

• Обзор: Песочные формы - типично -смоляные кремнезема - более низкие расходы на инструмент и размещать детали до нескольких тонн.
• Допуски & Заканчивать: Достигает ± 1.0 Точность мм и 3–6 мкм РА после стандартной очистки.
• Размер партии & Расходы: Лучше всего для больших, Компоненты с низким объемом (> 50 кг) с затратами на личную стоимость $50.
• Ключевые соображения:

• • Используйте контролируемое содержание влаги (3–5 %) в зеленом песке, чтобы минимизировать пористость газа.
  • Используйте форм и основные вентиляционные отверстия или вакуумные варианты литья, чтобы уменьшить захваченные газы.

Центробежный кастинг

• Обзор: Вращающиеся формы генерируют центробежную силу, Вождение металла в тонкие секции и выжимание включений.
• Допуски & Заканчивать: Цилиндрические части достигают ± 0.5 ММ терпимость; Поверхность заканчивается вокруг 1.5 мкм ра.
• Типичные применения: Подшипники, втулки, и рукава, которые требуют практически свободных микроструктур.

• Ключевые соображения:

• • Отрегулируйте скорости вращения (200–1,500 об / мин) управлять толщиной стенки и скорости кормления.
  • Разогрейте формы до 250–350 ° C, чтобы уменьшить тепловой удар и растрескивание.

Вакуумное литье

• Обзор: Затягивание расплавленного сплава в формы в вакууме устраняет растворенные газы и сводит к минимуму пористость усадки.
• Допуски & Заканчивать: Сравнимо с литьем песка (± 1 мм) но с заметно улучшенной внутренней обоснованностью.
• Размер партии & Расходы: Подходит для критических компонентов с мелким и средним объемом; Затраты на инструмент превышают стандартные песочные формы на ~ 30 %.
• Ключевые соображения:

• • Поддерживайте уровни вакуума ниже 10⁻² Торр во время залив.
  • Поток и Дега тщательно - алюминиевая бронза с аффинностью к кислороду в противном случае может генерировать увлечение оксидом.

Металлический лист (Умирать) Кастинг

• Обзор: Постоянная сталь или железо, позволяя быстро ездить на велосипеде и превосходную повторяемость для деталей с серединой до большого объема.
• Допуски & Заканчивать: Достигает ± 0.3 Точность размеров MM и RA 1–2 мкм на поверхностях первого установки.
• Размер партии & Расходы: Экономичный выше объемов 5,000 куски; затраты на смерть варьируются от $20,000 к $100,000.
• Ключевые соображения:

• • Контроль температуры плесени (350–450 ° C.) сбалансировать текучесть с временем затвердевания.
  • Реализуйте автоматическое выстрел и выстрел, чтобы удалить остатки выпуска и улучшить усталостную жизнь.

плавление & Заливать лучшие практики

Во всех методах, последовательный контроль температуры и качество таяния оказывать решающее значение:

• Диапазон плавления: Держать алюминиевую бронзу между 1,100 ° C и 1,200 °С Чтобы обеспечить полное распад легирующих элементов.
• Де -окисление & Поток: Добавьте запатентованные потоки (например, на основе буры) При температуре расплава до оксидов и сульфидов.
• Дегазация: Появка с инертными газами (аргон или азот) для 3–5 минут Чтобы уменьшить пористость водорода.
• Температура заливки: Вылить в узкое окно 1,100 ± 10 °С Чтобы избежать теплового шока в формах и уменьшить образование Dross.

4. Микроструктура & Термическая обработка

Алюминиевая бронза с алюминиевой α - матрица Cu усыпанный тонким k (каппа) Интерметаллические фазы по границам зерна.

Если плесень быстро охлаждается (> 100 ° C/мин), зерна остаются небольшими (< 100 мкм) и κ осадки остаются наноразмерными; Это дает пиковую силу (~ 650 МПа UTS) и прочность (~ 35 J Charpy).

Наоборот, более медленное охлаждение поощряет грубые κ пластины, которые повышают твердость, но снижают ударов от удара.

Файси и конечные пользователи применяют теплообразные обработки, чтобы уточнить свойства:

• Гомогенизация (700 °С, 4 час): Устраняет химическую сегрегацию, Стабилизация распределения κ.
• Отжиг (500 °С, 2 час): Смягчает матрицу (до ~ 200 HB) Для облегчения обработки.
• Возрастное упрочнение (350 °С, 8 час): Позволяет контролировать рост κ 'осадков, Увеличение твердости до ~ 300 HB без жертвы пластичности.

5. Механические свойства

Алюминиевая бронзовая литье превосходит много сплавов как по силе, так и износостойкости:

Свойство	C63000 (Ассист)	C95400 (Возраст)
Предел прочности (ОТС)	550–650MPA	600–700MPA
Предел текучести (0.2% компенсировать)	350–450MPA	400–500MPA
Удлинение при разрыве	15–25%	10–18%
Твердость (Бринелл, полупансион)	180–240	220–300
Утолочная предел выносливости	~ 280 МПа (10⁷ Циклы)	~ 320 МПа (10⁷ Циклы)
Чарпи воздействие выносливости (V -Notch)	≥30J	~ 20J

Более того, Алюминиевая бронза сочетает в себе износостойкость- через истирающие κ -фазы - с Высокая прочность, Какие металлические композиты и нержавеющие стали изо всех сил пытаются совпадать одновременно.

6. Коррозия & Эрозионное сопротивление

В морской воде в 25 °С, алюминиевая бронза демонстрирует скорость коррозии ниже 0.01 мм/год, конкуренция 316 л нержавеющая сталь.

Его Дополнения железа и никеля содействовать стабильным оксидным пленкам, которые отталкивают хлориды и сульфиды.

Кроме того, твердые κ фазы сопротивляются кавитационная эрозия: Тесты на насосных побочных устройствах демонстрируют потери массы под 0.5 мг/(CM² · H.) даже после 100 H кавитационного потока.

В кислых (pH 3) окружающая среда, Алюминиевый бронзовый коррозы со скоростью ~ 0,05 мм/год - на более низкий уровень, чем типичные углеродистые стали.

Эти сплавы также сопротивляются эрозии раствор, сделать их идеальными для твердые вещества приложения в добыче и дноуглубительных работах.

7. Преимущества и недостатки алюминиевых бронзовых отливок

Преимущества

Высокая сила и твердость

• Алюминиевые бронзовые отливки демонстрируют исключительные механические свойства, с Сильные стороны растягивания в диапазоне от 450 до 700 МПа
  (например, Zcual10fe3 достигает 540 MPA через центробежную лить) и Значения твердости 120–240 HB, в зависимости от состава сплава и термообработки.

Отличная коррозионная стойкость

• Сплавы типа C63000 (9–11% Al) и Калк1-4 продемонстрировать превосходное сопротивление морской воде, рассол, и кислотная среда.
  Например, Zcual9mn2 Поддерживает скорость коррозии 0,1–0,3 мм/год в морской воде из -за образования стабильного слоя оксида al₂o₃.

Превосходный износ и сопротивление кавитации

• Наличие твердых интерметаллических фаз (например, Который) и легирующие элементы, такие как Mn и Fe, повышают устойчивость к износу.
  Cual8fe3 и Zcual10fe3 широко используются в компонентах с высоким содержанием ночей.
  Кроме того, Que11n5fe4 шоу 50% Нижняя эрозия кавитации, чем 316L из нержавеющей стали в высокоскоростных водяных струях.

Термическая стабильность

• Сохранять механические свойства в от умеренных до высоких температур (до 400–500 ° C.), опережать многие обычные бронзы.

Не подготовка и немагнитный

• Подходит для взрывная среда как оффшорные буровые установки и оборудование для обработки зерна.

Недостатки

Высокие материалы и производственные затраты

• Алюминиевая бронза есть 2–4 × дороже на кг, чем углеродистая сталь Из -за стоимости легирующих элементов, таких как AL, В, и fe.

Сложная обработка и сварка

• Высокая твердость (например, Zcual9fe4ni4mn2 в 180 HB после старения) и плохая теплопроводности ускоряет износ инструмента.
  Сварка особенно сложно из -за Окисление алюминия, который образует цепкий слой al₂o₃.
  Специализированные методы, как T247 с высоким манганским алюминиевым бронзовыми стержнями и предварительное нагревание необходимы, чтобы избежать дефектов, таких как пористость и растрескивание.

Тепловые ограничения

• Подходит для температуры окружающей среды до умеренной (до 250 ° C для Zcual10fe3), Длительное воздействие выше 400°С приводит к масштабированию оксида и деградации прочности.
  Это ограничивает его использование в высокотемпературных средах по сравнению с сплавами на основе никеля.

Чувствительность обработки

• Кастинг дефектов, как пористость усадки и алюминиевая сегрегация Требовать строгого управления процессом. Например, Zcual9mn2 требование 1150–1250 ° C температуры заливки и оптимизированное предварительное нагревание плесени, чтобы минимизировать дефекты.

Масса:

• Плотность (~ 8,4 г/см=) превышает алюминиевые сплавы, Ограничение использования, где доминирует легкий вес.

8. Применение алюминиевых бронзовых отливок

Алюминиевые бронзовые отливки выполняют ключевую роль везде, где компоненты должны выдержать экстремальные среды, Высокие нагрузки, и агрессивные СМИ. В частности:

Морское оборудование

• Пропеллеры и акции руля: Исключительная устойчивость алюминиевой бронзы к коррозии и кавитации морской воды
  делает его материалом для пропеллеров и акций руля, где часто превышают срок службы обслуживания 10 лет с минимальным обслуживанием.
• Рукава и подшипники: В лоськах с морской водой и строгими подшипниками трубки,
  Низкий коэффициент трения алюминиевой бронзы и самостоятельные свойства снижают скорость износа до до тех пор, чтобы 50 % по сравнению с традиционными медными сплавами.
• Клапанные тела и корпусы насоса: Оффшорные платформы полагаются на алюминиевые бронзовые клапаны и тела накачки, чтобы выдерживать хлориды и сульфиды без ячейки или трещин в коррозии..

Промышленное оборудование

• Насос: В химических и суспензионных насосах,
  Литые побочные колеса в классе C95400 обеспечивают оба высокую прочность (600–700 MPA UTS) и выдающаяся эрозионная стойкость, расширение интервалов капитального ремонта 30 %.
• Червячные шестерни и коробки передач: Алюминиевые бронзовые шестерни с возрастом демонстрируют твердость поверхности до 300 HB и переносить тяжелые ударные нагрузки,
  Сделать их распространенными в оборудовании для добычи и цементной обработки.
• Носить тарелки и упорные шайбы: Приложения, требующие повторяющегося скользящего контакта, такие как гидравлические цилиндры и конвейерные ролики, Воспользуйтесь из комбинации твердости и выносливости алюминиевой бронзы.

Появляется & Специализированное использование

• Аэрокосмические подшипники: Усовершенствованные подшипники C63000, часто в сочетании с полимерными вкладышами или аддитивными соты, Поддерживать турбинные валы при температуре до 400 °С.
• Аддитивные гибриды: Интеграция 3D -отпечатки ядра и конформные охлаждающие каналы в алюминиевые бронзовые отливки
  Включает быстрое прототипирование сложных коллекторов клапанов и компонентов тепла -эксхалера, сокращение времени заказа 40 %.

9. Общие алюминиевые бронзовые оценки

Алюминиевые бронзы охватывают семейство сплавов на основе меди, в которых алюминий является основным легированным элементом.

Ниже приведены некоторые из наиболее широко используемых оценок, их номинальная химическая связь, отличительные свойства, и типичные приложения:

Оценка (НАС)	Номинальная композиция (wt%)	Ключевые свойства	Типичные применения
C63000	C-10A-5NA-5E-5	Отличное сочетание силы, прочность, и износостойкость; Хорошая коррозия и сопротивление кавитации.	Насосные буйства, клапаны, подшипники, морское оборудование
C95400	С - 10al -5fe	Высокая прочность и твердость (Через возраст); Хорошая производительность повышенной температуры.	Червячные шестерни, подшипники высокой загрузки, Парово -двигательные компоненты
C61400	CU-11AL-4th-4N	Превосходная коррозионная стойкость в морской воде; Хорошая сила усталости.	Корабль пропеллеров, рукава вала, Подводные разъемы
C62100	CU-11AL-2NI-2FE	Сбалансированная сила и пластичность; Хорошее сопротивление эрозии и кавитации.	Компоненты гидравлического насоса, носить кольца, упорные шайбы
C63200	CU-9AL-2NI-2FOR	Более высокая пластичность среди алюминиевых бронз; легче в машине.	Клапанские тела, арматура, Общие морские отливки
C95410	С -10AL -5FE -0.1C	Подобно C95400, но с добавленным углеродом для твердости; Улучшенная производительность подшипника.	Подшипники, носить прокладки, скользящие элементы

10. Заключение

Алюминиевая бронзовая кастинг обеспечивает исключительное сочетание силы, прочность, и устойчивость к коррозии/эрозии, с которой могут соответствовать немногие другие сплавы.

Выбирая правильную химию, метод кастинга, и график термообработки, Инженеры достигают сложной геометрии с минимальным пост -махинацией.

Заглядывая в будущее, Достижения в области вакуумного и аддитивного кастинга. Еще лучшее качество, уменьшенная пористость, и более быстрый поворот, Обеспечение алюминиевой бронзы остается краеугольным камнем компонентов с высокой промежуткой.

ЭТОТ Идеальный выбор для ваших производственных потребностей, если вам нужно высококачественное алюминиевая бронза отливки.

Свяжитесь с нами сегодня!

 

Часто задаваемые вопросы

Что такое алюминиевая бронза?

Алюминиевая бронза относится к группе сплавов на основе меди, которые содержат алюминий в качестве основного легированного элемента, обычно варьируется от 5% к 12%.

Это также может включать в себя такие элементы, как железо, никель, и марганец для улучшения определенных свойств, таких как сила, коррозионная стойкость, и износостойкость.

Почему выбирают алюминиевую бронзу над другими бронзовыми сплавами?

Алюминиевая бронза обеспечивает превосходную коррозионную стойкость, особенно в морской воде, а также с превосходной механической прочностью, износостойкость, и усталостная производительность.

Эти свойства делают его идеальным для морских, аэрокосмический, химическая обработка, и тяжелые промышленные применения.

Насколько устойчивым к коррозии алюминиевый бронзовый кастинг?

Алюминиевая бронза демонстрирует исключительную устойчивость к коррозии в морской воде, соленый спрей, Промышленные атмосферы, и много кислот.

Образование стабильного слоя оксида алюминия (Al₂o₃) защищает поверхность от дальнейшего ухудшения.

Является ли алюминиевая бронза легкая в машине?

Алюминиевая бронза, Особенно в условиях как CAST или ANEALED.

Однако, закаленные оценки (Как те, у кого никель и железо) может быть абразивным и требовать карбидных инструментов и правильных параметров обработки, чтобы избежать износа инструмента.

Подходит ли алюминиевая бронза для сварки?

Алюминиевая бронза может быть сварена, но это требует специальных процедур. Методы сварки дуги с газом (такие как gtaw или mig) с соответствующими металлами наполнителя обычно используются.

Предварительное нагревание и тепловая обработка после почетного..