Brąz to stop na bazie miedzi. Metalami pomocniczymi mogą być nikiel, cynk, cyna, aluminium i inne. W tym artykule rozważymy rodzaje, cechy technologiczne, chemiczne. skład brązu, a także metody jego wytwarzania.
Klasyfikacja
1. Zgodnie ze składem chemicznym metal ten zwykle dzieli się na dwie grupy. Pierwszy to brązy cynowe. W nich głównym pierwiastkiem stopowym jest cyna. Drugi jest bezcynowy. Porozmawiamy o tym bardziej szczegółowo poniżej.
2. Zgodnie z cechami technologicznymi brązu zwyczajowo dzieli się go na odkształcalny i odlewniczy. Te pierwsze są dobrze przetwarzane pod presją. Te ostatnie są używane do odlewów kształtowych.
Ten metal, w porównaniu do mosiądzu, ma znacznie lepsze właściwości przeciwcierne, mechaniczne, a także odporność na korozję. W rzeczywistości brąz jest stopem miedzi i cyny (jako główny pierwiastek pomocniczy). Nikiel i cynk nie są tu głównymi pierwiastkami stopowymi, do tego celu wykorzystywane są takie składniki jak aluminium, cyna, mangan, krzem, ołów, żelazo, beryl, chrom, fosfor, magnez, cyrkon i inne.
Brąz cynowy: Odlewnia
Zastanówmy się, czym jest taki metal. Brąz cynowy (zdjęcie poniżej pokazuje części odlewane) to stop, który ma niższą płynność niż inne typy. Charakteryzuje się jednak znikomym skurczem objętościowym, co umożliwia uzyskanie kształtowych odlewów z brązu. Te właściwości decydują o aktywnym wykorzystaniu brązu w odlewaniu elementów przeciwciernych. Rozważany stop stosuje się również do produkcji armatury przeznaczonej do pracy w środowisku wodnym (w tym w wodzie morskiej) lub w parze wodnej, w olejach i pod wysokim ciśnieniem. Istnieją również tak zwane niestandardowe brązy odlewnicze do odpowiedzialnych celów. Wykorzystywane są w produkcji łożysk, kół zębatych, tulei, części pomp, pierścieni uszczelniających. Te części są zaprojektowane do pracy pod wysokim ciśnieniem, przy dużych prędkościach i niskich obciążeniach.
Ołowiane brązy
Ten podgatunek odlewniczych stopów cyny jest używany do produkcji łożysk, uszczelek i odlewów kształtowych. Takie brązy charakteryzują się niskimi właściwościami mechanicznymi, w wyniku czego w procesie produkcji łożysk i tulei nakłada się je po prostu na stalową podstawę w postaci bardzo cienkiej warstwy. Stopy z dużą zawartością cyny mają wyższe właściwości mechaniczne. Dzięki temu mogą być używane bez stalowego podkładu.
Brąz cynowy: odkształcalny
Stopy przetwarzane pod ciśnieniem zwykle dzieli się na następujące grupy:cynowo-fosforowy, cynowo-cynkowy i cynowo-cynkowo-ołowiowy. Znalazły swoje zastosowanie w przemyśle celulozowo-papierniczym (z nich wykonuje się siatki) oraz w budowie maszyn (produkcja sprężyn, łożysk i części maszyn). Ponadto materiały te wykorzystywane są do produkcji wyrobów bimetalicznych, prętów, taśm, taśm, kół zębatych, kół zębatych, tulei i uszczelek do maszyn wysoko obciążonych, rurek do oprzyrządowania, sprężyn dociskowych. W elektrotechnice powszechne stosowanie brązu (kutego) wynika z jego doskonałych właściwości mechanicznych (wraz z wysokimi właściwościami elektrycznymi). Wykorzystywany jest do produkcji sprężyn przewodzących prąd, złączy wtykowych, styków. W przemyśle chemicznym brązy cynowe wykorzystywane są do produkcji drutu sprężynowego, w mechanice precyzyjnej - okucia, w przemyśle papierniczym - skrobaki, w motoryzacji i traktorach - tuleje i łożyska.
Te stopy mogą być dostarczane w stanie bardzo twardym, twardym, półtwardym i miękkim (wyżarzonym). Brązy cynowe są zwykle obrabiane na zimno (walcowane lub ciągnione). Gorący metal jest tylko prasowany. Pod ciśnieniem brąz doskonale poddaje się obróbce zarówno na zimno, jak i na gorąco.
Brylowy brąz
Jest to stop należący do grupy metali utwardzanych wydzieleniowo. Posiada wysokie właściwości mechaniczne, fizyczne i elastyczne. Brąz berylowy ma wysoki poziom odporności na ciepło, odporność na korozję i wytrzymałość cykliczną. Jest odporny na niskietemperatury, nie magnetyzuje i nie wytwarza iskier przy uderzeniu. Hartowanie brązów berylowych odbywa się w temperaturach 750-790 stopni Celsjusza. Dodatek kob altu, żelaza i niklu przyczynia się do spowolnienia tempa przemian fazowych podczas obróbki cieplnej, co znacznie ułatwia technologię starzenia i hartowania. Ponadto dodatek niklu przyczynia się do wzrostu temperatury rekrystalizacji, a mangan może zastąpić, choć nie całkowicie, drogi beryl. Powyższe cechy brązu umożliwiają wykorzystanie tego stopu do produkcji sprężyn, części sprężyn i membran w przemyśle zegarmistrzowskim.
Stop miedzi i manganu
Ten brąz ma specjalne wysokie właściwości mechaniczne. Jest przetwarzany pod ciśnieniem, zarówno na zimno, jak i na gorąco. Metal ten charakteryzuje się wysoką odpornością na ciepło, a także odpornością na korozję. Stop miedzi z dodatkiem manganu znalazł szerokie zastosowanie w armaturze pieców.
Brąz krzemowy
Jest to stop zawierający nikiel, rzadziej mangan. Taki metal charakteryzuje się ultra wysokimi właściwościami mechanicznymi, przeciwciernymi i elastycznymi. Jednocześnie brąz krzemowy nie traci swojej plastyczności w niskich temperaturach. Stop jest dobrze lutowany, przetwarzany pod ciśnieniem zarówno w wysokich, jak i niskich temperaturach. Przedmiotowy metal nie jest namagnesowany, nie iskrzy po uderzeniu. Wyjaśnia to szerokie zastosowanie brązu (krzemu) w stoczniach morskich do produkcji części przeciwciernych, łożysk, sprężyn,kraty, parowniki, siatki i tuleje prowadzące.
Odlewanie stopów bezcynowych
Ten rodzaj brązu charakteryzuje się dobrymi właściwościami antykorozyjnymi, przeciwciernymi oraz wysoką wytrzymałością. Służą do produkcji części eksploatowanych w szczególnie trudnych warunkach. Należą do nich koła zębate, zawory, tuleje, koła zębate do potężnych turbin i dźwigów, ślimaki współpracujące z częściami ze stali hartowanej, łożyska pracujące pod wysokim ciśnieniem i obciążeniami udarowymi.
Jak zrobić brąz?
Produkcja tego metalu musi odbywać się w specjalnych piecach używanych do wytopu stopów miedzi. Wsad z brązu może być wykonany ze świeżych metali lub z dodatkiem odpadów wtórnych. Proces topienia jest zwykle przeprowadzany pod warstwą topnika lub węgla drzewnego.
Proces wykorzystujący ładunek świeżych metali zachodzi w określonej kolejności. Najpierw wymagana ilość topnika lub węgla drzewnego jest ładowana do silnie nagrzanego pieca. Następnie umieszcza się tam miedź. Po odczekaniu, aż się stopi, zwiększ temperaturę ogrzewania do 1170 stopni. Następnie stop musi zostać odtleniony, do którego dodaje się miedź fosforową. Proces ten można przeprowadzić w dwóch etapach: bezpośrednio w piecu, a następnie w kadzi. W takim przypadku dodatek wprowadza się w równych proporcjach. Następnie do stopu dodaje się niezbędne pierwiastki stopowe podgrzane do 120 stopni. Elementy ogniotrwałe należy wprowadzić w postaci ligatur. Dalej stopiony brąz (fot.,poniżej przedstawia proces wytapiania) miesza się aż do całkowitego rozpuszczenia wszystkich dodanych substancji i podgrzania do żądanej temperatury. Przy wydawaniu powstałego stopu z pieca, przed wylaniem, należy go ostatecznie odtlenić pozostałą częścią (50%) miedzi fosforowej. Ma to na celu uwolnienie brązu z tlenków i zwiększenie płynności stopu.
Wytapianie materiałów pochodzących z recyklingu
Aby uzyskać brąz z metali i odpadów pochodzących z recyklingu, topienie powinno odbywać się w następującej kolejności. Najpierw miedź jest topiona i odtleniana dodatkami fosforu. Następnie do stopionego materiału dodaje się krążące materiały. Następnie metale są całkowicie topione, a pierwiastki stopowe wprowadzane są w odpowiedniej kolejności. W przypadku, gdy wsad składa się z niewielkiej ilości czystej miedzi, konieczne jest najpierw stopienie krążących metali, a następnie dodanie miedzi i pierwiastków stopowych. Topienie odbywa się pod warstwą topnika lub węgla drzewnego.
Po stopieniu mieszaniny i podgrzaniu do wymaganej temperatury, przeprowadza się ostateczne odtlenianie mieszaniny miedzią fosforową. Następnie wytop jest pokrywany na wierzchu kalcynowanym węglem lub wysuszonym topnikiem. Zużycie tych ostatnich wynosi 2-3 procent masy metalu. Ogrzany stop utrzymuje się przez 20-30 minut, okresowo miesza, a następnie oddzielony żużel usuwa się z jego powierzchni. Wszystko, brąz jest gotowy do odlania. W celu lepszego usunięcia żużla do kadzi można dodać piasek kwarcowy, który go zagęszcza. Aby określić, czy brąz jest gotowy do odlewania do form, specjalnytest technologiczny. Pęknięcie takiej próbki musi być jednolite i czyste.
Brąz aluminiowy
Jest to stop miedzi i aluminium jako pierwiastek stopowy. Proces topienia tego metalu różni się znacznie od powyższego, co tłumaczy się właściwościami chemicznymi składnika pomocniczego. Zastanów się, jak zrobić brąz za pomocą składników ze stopu aluminium. Przy wytwarzaniu tego typu stopu z wykorzystaniem we wsadzie materiałów pochodzących z recyklingu nie stosuje się operacji odtleniania składnikami fosforowymi. Wynika to z faktu, że fosfor charakteryzuje się niższym powinowactwem do cząsteczek tlenu niż aluminium. Należy również mieć świadomość, że ten rodzaj brązu jest bardzo wrażliwy na przegrzanie, dlatego temperatura nie powinna przekraczać 1200 stopni. W stanie przegrzanym aluminium utlenia się, a stop brązu nasyca się gazami. Ponadto tlenek powstały podczas topienia tego rodzaju brązu nie jest redukowany przez dodatek odtleniaczy i bardzo trudno jest go usunąć z wytopu. Film tlenkowy ma bardzo wysoką temperaturę topnienia, co znacznie zmniejsza płynność brązu i powoduje odrzucenie. Topienie odbywa się bardzo intensywnie, w górnych granicach temperatur ogrzewania. Ponadto gotowy wytop nie powinien być zatrzymywany w piecu. Podczas topienia brązu aluminiowego zaleca się użycie topnika składającego się z 50% sody kalcynowanej i 50% kriolitu jako warstwy wierzchniej.
Gotowy stop jest rafinowany przed wlaniem do form poprzez wprowadzenie do niego chlorku manganu lubchlorek cynku (0,2-0,4% całkowitej masy wsadu). Po tej procedurze stop należy przechowywać przez pięć minut, aż do całkowitego ustania wydzielania się gazu. Następnie mieszaninę doprowadza się do wymaganej temperatury i wlewa do foremek.
W celu zapobieżenia segregacji w stopionym brązie o wysokiej zawartości zanieczyszczeń ołowiowych (50-60%), zaleca się dodanie 2-2,3% niklu w postaci ligatur miedziowo-niklowych. Lub, jako topniki, konieczne jest użycie soli siarczanowej metali alkalicznych. Nikiel, srebro, mangan, jeśli wchodzą w skład brązu, należy wprowadzić do wytopu przed dodawaniem cyny. Ponadto, aby poprawić jakość powstałego stopu, czasami jest on modyfikowany drobnymi dodatkami na bazie metali ogniotrwałych.
