Tin bronz je dobre známa a široko používaná zliatina v rôznych odvetviach kvôli svojim vynikajúcim mechanickým vlastnostiam, odolnosti proti korózii a estetickej príťažlivosti. Ako dodávateľ plechového bronzu som mal tú česť úzko spolupracovať s týmto pozoruhodným materiálom a porozumieť jej zložitosti. V tomto blogu sa ponorím do mikroštruktúry cínu bronzu, skúmam jeho komponenty, formovacie procesy a ako tieto aspekty ovplyvňujú jeho vlastnosti a aplikácie.
Komponenty plechového bronzu
Tin bronz je predovšetkým zliatinou zložená z meďnatého (Cu) a Tin (SN). Typické zloženie cínového bronzu sa môže meniť, ale všeobecne sa obsah CIN sa pohybuje od 3% do 14%. Ďalšie prvky môžu byť prítomné aj v malých množstvách na zlepšenie konkrétnych vlastností. Napríklad fosfor (P) sa často pridáva do stopových množstiev (až 0,5%), aby sa zlepšila plynulosť roztavenej zliatiny počas odliatkov a zvýšila svoju pevnosť a tvrdosť. Môže sa pridať zinok (Zn), aby sa znížili náklady a zlepšili machináovateľnosť zliatiny.
Meď tvorí základnú kovovú maticu zliatiny. Meď je známa svojou vysokou elektrickou a tepelnou vodivosťou, dobrou ťažnosťou a koróznou rezistenciou. Na druhej strane má pocit významný vplyv na vlastnosti zliatiny. Keď sa cín rozpustí v medi, tvorí tuhé roztok, ktorý posilňuje zliatinu procesom nazývaným pevné - posilňovanie roztoku. Ako sa zvyšuje obsah cínu, zvyšuje sa aj sila a tvrdosť zliatiny, ale zároveň sa môže znížiť ťažnosť.
Tvorba mikroštruktúry
Mikroštruktúra cínu bronzu sa tvorí počas procesu tuhnutia, keď sa roztavená zliatina ochladzuje z kvapalného stavu do tuhého stavu. Proces tuhnutia možno rozdeliť do dvoch hlavných štádií: nukleacia a rast.
Nukleácia
Nukleácia je počiatočná fáza, v ktorej sa v roztavenej zliatine tvoria malé tuhé častice nazývané jadrá. Tieto jadrá pôsobia ako východiskové body pre rast tuhej fázy. V cínovom bronze sa môže vyskytnúť nukleacia homogénne alebo heterogénne. Homogénna nukleacia sa vyskytuje, keď sa jadrá spontánne tvoria v roztavenej zliatine bez prítomnosti cudzích častíc. Tento proces si však vyžaduje vysoký stupeň podčiarknutia (ochladenie zliatiny pod jej rovnovážnym bodom topenia) a v praktických aplikáciách je relatívne zriedkavý.
Heterogénna nukleácia je častejšia. Vyskytuje sa na povrchu cudzích častíc, ako sú nečistoty alebo steny plesní. Tieto cudzie častice poskytujú povrch pre atómy v roztavenej zliatine, na ktoré sa má pripevniť, čím sa zníži energetická bariéra nukleácie. Výsledkom je, že nukleacia sa môže vyskytnúť pri nižšom stupni podčiarknutia.
Rast
Po vytvorení jadier začnú rásť, keď sa k nim pripája viac atómov z roztavenej zliatiny. Rast tuhej fázy sa môže vyskytnúť v rôznych smeroch v závislosti od teplotného gradientu a zloženia zliatiny. V cínovom bronze je rast tuhej fázy často dendritický. Dendrity sú štruktúry podobné stromom, ktoré sa tvoria ako tuhá fáza rastie do roztavenej zliatiny. Primárne ramená dendritu rastú v smere maximálneho teplotného gradientu a sekundárne a terciárne dendritové ramená vetvy z primárnych ramien.
Ako proces tuhnutia pokračuje, dendrity rastú a nakoniec narážajú na seba, čím vyplnia celý objem zliatiny. Konečná mikroštruktúra zliatiny je určená veľkosťou, tvarom a distribúciou dendritov, ako aj prítomnosťou iných fáz.
Fázy v mikroštruktúre plechovky
Mikroštruktúra cínu bronzu môže obsahovať niekoľko rôznych fáz v závislosti od zloženia a rýchlosti chladenia.
Alfa fáza
Alfa fáza je tuhý roztok Tin v meďi. Má kubickú (FCC) kryštálovú štruktúru zameranú na tvár, ktorá je charakteristická pre čistú meď. Fáza alfa je relatívne mäkká a ťažná a poskytuje zliatine dobrú formovateľnosť. V cínovom bronze s nízkym obsahom TIN (menej ako asi 5%) mikroštruktúra pozostáva hlavne z alfa fázy.
Delta fáza
Keď sa obsah CIN sa zvyšuje nad určitú úroveň (zvyčajne okolo 11 - 14%), môže sa tvoriť nová fáza nazývaná fáza delta. Fáza delta je intermetalická zlúčenina s komplexnou kryštálovou štruktúrou. Je tvrdý a krehký a môže znížiť ťažnosť zliatiny. Tvorba fázy delty je ovplyvnená rýchlosťou chladenia. Pomalšia rýchlosť chladenia podporuje tvorbu fázy delty, zatiaľ čo rýchlejšia rýchlosť chladenia môže potlačiť jeho tvorbu.
Fáza epsilonu
V niektorých plechových bronzoch, najmä tých, ktoré majú vysoký obsah CIN a pridanie ďalších prvkov, môže byť prítomná aj fáza Epsilon. Epsilonská fáza je ďalšia intermetalická zlúčenina, ktorá môže ďalej ovplyvniť vlastnosti zliatiny.
Vplyv mikroštruktúry na vlastnosti
Mikroštruktúra cínového bronzu má hlboký vplyv na jeho mechanické, fyzikálne a chemické vlastnosti.
Mechanické vlastnosti
Sila a tvrdosť cínového bronzu úzko súvisia s jej mikroštruktúrou. Ako už bolo spomenuté, posilnenie tuhého roztoku pomocou cínu vo fáze alfa zvyšuje pevnosť zliatiny. Prítomnosť delta fázy alebo iných intermetalických zlúčenín môže ďalej zvýšiť silu a tvrdosť, ale na úkor ťažnosti. Napríklad cínový bronz s vysokým obsahom cínu a značné množstvo fázy delta bude veľmi tvrdá a silná, ale môže byť ťažké ho vytvoriť.
Duklinnosť cínového bronzu je určená hlavne množstvom a distribúciou alfa fázy. Mikroštruktúra s veľkým množstvom alfa fázy bude mať lepšiu ťažnosť, čo umožní deformovať zliatinu bez praskania.
Odpor
Jeho mikroštruktúra je ovplyvnená aj odolnosť proti korózii cínového bronzu. Fáza alfa má dobrú odolnosť proti korózii v dôsledku tvorby ochrannej oxidovej vrstvy na jej povrchu. Prítomnosť iných fáz, ako je fáza delty, však môže znížiť rezistenciu na koróziu. Fáza delta je náchylnejšia na koróziu a môže pôsobiť ako katóda v galvanickej bunke, ktorá urýchľuje koróziu alfa fázy.
Odpor
Odolnosť medzi plechovou bronzou súvisí s jeho tvrdosťou a mikroštruktúrou. Tvrdšia zliatina s jemnou mikroštruktúrou má vo všeobecnosti lepšiu odolnosť proti opotrebeniu. Prítomnosť tvrdých intermetalických zlúčenín môže tiež zlepšiť odolnosť proti opotrebeniu poskytnutím odolnejšieho povrchu na kĺzanie alebo abrazívne opotrebenie.
Aplikácie cínu bronzu založené na mikroštruktúre
Unikátna mikroštruktúra a vlastnosti cínového bronzu sú vhodné pre širokú škálu aplikácií.
Žiadosť
Tin bronz sa široko používa v ložiskových aplikáciách kvôli vynikajúcemu odporu opotrebenia a nízkym koeficientom trenia. Kombinácia tvrdých intermetalických fáz a fázy mäkkej alfa poskytuje samo -mazací účinok, ktorý znižuje opotrebenie medzi ložiskom a hriadeľom. NapríkladSAE 660 bronzje populárna zliatina plecových bronzov pre ložiská. Má dobre vyváženú mikroštruktúru, ktorá poskytuje dobrú pevnosť, tvrdosť a odolnosť proti opotrebeniu.
Architektonické aplikácie
V architektonickom priemysle sa Tin Bronze používa na dekoratívne účely vďaka svojmu atraktívnemu vzhľadu a odporu korózii.Bronzová doskaMôže byť použitý na opláštenie, strešné krytiny a ďalšie architektonické prvky. Fáza alfa v mikroštruktúre poskytuje zliatine dobrú formovateľnosť, čo jej umožňuje ľahko vyrobiť do rôznych tvarov.
Elektrické aplikácie
Tin bronz sa používa aj v elektrických aplikáciách, ako sú elektrické konektory a spínače. Vysoká elektrická vodivosť alfa fázy v kombinácii s dobrými mechanickými vlastnosťami zliatiny ju robí vhodnou pre tieto aplikácie.Bronzový guľatý barMôže sa použiť na výrobu elektrických komponentov s vysokou presnosťou.
Záver
Záverom je, že mikroštruktúra cínového bronzu je komplexnou a fascinujúcou témou. Vytvára sa počas procesu tuhnutia a je ovplyvňovaná zložením, rýchlosťou chladenia a ďalšími faktormi. Mikroštruktúra Tin bronzu, ktorá obsahuje rôzne fázy, ako je alfa fáza, delta fáza a fáza Epsilon, má významný vplyv na jeho mechanické, fyzikálne a chemické vlastnosti. Tieto vlastnosti zase určujú vhodnosť cínového bronzu pre rôzne aplikácie.
Ako dodávateľ plechového bronzu chápem dôležitosť mikroštruktúry pri určovaní kvality a výkonu zliatiny. Starostlivo riadime parametre zloženia a spracovania, aby sme zaistili, že naše výrobky z plechového bronzu majú požadovanú mikroštruktúru a vlastnosti. Ak máte záujem o nákup produktov Tin Bronz pre vašu konkrétnu aplikáciu, neváhajte nás kontaktovať a požiadajte o ďalšie informácie a prediskutujte svoje požiadavky.
Odkazy
- Davis, Jr (ed.). (2001). Zliatiny medi a medi. ASM International.
- Askeland, Dr., & Phule, PP (2011). Veda a inžinierstvo materiálov. Cengage Learning.
- Doherty, Rd, Hughes, DA, Humphreys, FJ a Juul Jensen, D. (1997). Rekryštalizácia a súvisiace javy žíhania. Elsevier.