บรอนซ์เป็นโลหะผสมที่มีพื้นฐานมาจากทองแดง โลหะเสริมอาจเป็นนิกเกิล สังกะสี ดีบุก อะลูมิเนียม และอื่นๆ ในบทความนี้เราจะพิจารณาประเภท คุณสมบัติทางเทคโนโลยี สารเคมี องค์ประกอบของบรอนซ์ตลอดจนวิธีการผลิต
การจำแนก
1. ตามองค์ประกอบทางเคมี โลหะนี้มักจะแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม อย่างแรกคือสีบรอนซ์ดีบุก ดีบุกเป็นองค์ประกอบหลักของการผสม ประการที่สองคือ tinless เราจะพูดถึงรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่าง
2. ตามคุณสมบัติทางเทคโนโลยีของบรอนซ์ เป็นเรื่องปกติที่จะแบ่งออกเป็นแบบเปลี่ยนรูปและแบบหล่อ อดีตได้รับการประมวลผลอย่างดีภายใต้ความกดดัน ส่วนหลังใช้สำหรับหล่อขึ้นรูป
โลหะนี้ เมื่อเทียบกับทองเหลือง มีคุณสมบัติต้านการเสียดสี สมบัติเชิงกล และความต้านทานการกัดกร่อนได้ดีกว่ามาก อันที่จริง ทองแดงเป็นโลหะผสมของทองแดงและดีบุก (เป็นองค์ประกอบเสริมหลัก) นิกเกิลและสังกะสีไม่ใช่องค์ประกอบหลักในการผสมที่นี่ ด้วยเหตุนี้จึงใช้ส่วนประกอบต่างๆ เช่น อลูมิเนียม ดีบุก แมงกานีส ซิลิคอน ตะกั่ว เหล็ก เบริลเลียม โครเมียม ฟอสฟอรัส แมกนีเซียม เซอร์โคเนียม และอื่นๆ
ดีบุกทองแดง: โรงหล่อ
มาดูกันว่าโลหะนั้นคืออะไร ดีบุกบรอนซ์ (ภาพด้านล่างแสดงชิ้นส่วนหล่อ) เป็นโลหะผสมที่มีความลื่นไหลต่ำกว่าชนิดอื่นๆ อย่างไรก็ตาม มีการหดตัวเชิงปริมาตรเพียงเล็กน้อย ซึ่งทำให้สามารถหล่อขึ้นรูปด้วยทองแดงได้ คุณสมบัติเหล่านี้เป็นตัวกำหนดการใช้งานของบรอนซ์ในการหล่อชิ้นส่วนต้านการเสียดสี นอกจากนี้ โลหะผสมที่พิจารณาแล้วยังใช้ในการผลิตอุปกรณ์ฟิตติ้งสำหรับใช้งานในตัวกลางที่เป็นน้ำ (รวมถึงน้ำทะเล) หรือในไอน้ำ ในน้ำมัน และภายใต้แรงดันสูง นอกจากนี้ยังมีสิ่งที่เรียกว่าทองแดงหล่อที่ไม่ได้มาตรฐานเพื่อจุดประสงค์ที่รับผิดชอบ ใช้ในการผลิตตลับลูกปืน เกียร์ บูช ชิ้นส่วนปั๊ม แหวนซีล ชิ้นส่วนเหล่านี้ได้รับการออกแบบให้ทำงานภายใต้แรงดันสูง ความเร็วสูง และโหลดต่ำ
ทองแดงตะกั่ว
โลหะผสมดีบุกของโรงหล่อชนิดย่อยนี้ใช้ในการผลิตตลับลูกปืน ซีล และการหล่อขึ้นรูป บรอนซ์ดังกล่าวมีลักษณะเฉพาะด้วยคุณสมบัติเชิงกลต่ำ อันเป็นผลมาจากกระบวนการผลิตตลับลูกปืนและบุชชิ่ง พวกมันถูกนำไปใช้กับฐานเหล็กในรูปแบบของชั้นที่บางมาก โลหะผสมที่มีปริมาณดีบุกสูงมีคุณสมบัติทางกลสูงกว่า ดังนั้นจึงสามารถใช้ได้โดยไม่ต้องมีฐานเหล็ก
ดีบุกบรอนซ์: พิการได้
โลหะผสมที่ผ่านกรรมวิธีอัดมักจะแบ่งออกเป็นกลุ่มต่างๆ ดังต่อไปนี้:ดีบุก-ฟอสฟอรัส ดีบุก-สังกะสี และดีบุก-สังกะสี-ตะกั่ว พวกเขาพบการใช้งานในอุตสาหกรรมเยื่อและกระดาษ (ทำจากตาข่าย) และวิศวกรรมเครื่องกล (การผลิตสปริง ตลับลูกปืน และชิ้นส่วนเครื่องจักร) นอกจากนี้ วัสดุเหล่านี้ใช้ในการผลิตผลิตภัณฑ์ bimetallic, แท่ง, เทป, แถบ, เกียร์, เกียร์, บูชและปะเก็นสำหรับเครื่องจักรที่มีโหลดสูง, ท่อสำหรับเครื่องมือวัด, สปริงแรงดัน ในทางวิศวกรรมไฟฟ้า การใช้ทองสัมฤทธิ์อย่างแพร่หลาย (ดัด) เกิดจากคุณสมบัติทางกลที่ยอดเยี่ยม (พร้อมกับคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่สูง) ใช้ในการผลิตสปริงพาหะกระแสไฟ, ปลั๊กคอนเนคเตอร์, หน้าสัมผัส ในอุตสาหกรรมเคมี ใช้ทองแดงดีบุกในการผลิตลวดสปริง ในกลไกที่แม่นยำ - อุปกรณ์ ในอุตสาหกรรมกระดาษ - เครื่องขูด ในอุตสาหกรรมยานยนต์และรถแทรกเตอร์ - บูชและแบริ่ง
โลหะผสมเหล่านี้มีจำหน่ายในสภาพแข็งพิเศษ แข็ง กึ่งแข็ง และอ่อน (อบอ่อน) ทองแดงดีบุกมักเป็นงานเย็น (รีดหรือดึง) โลหะร้อนถูกกดเท่านั้น ภายใต้แรงกดดัน บรอนซ์ก็ทำงานได้ดีทั้งเย็นและร้อน
เบริลเลียมบรอนซ์
นี่คือโลหะผสมที่อยู่ในกลุ่มของโลหะชุบแข็งที่ตกตะกอน มีคุณสมบัติทางกล ทางกายภาพ และยืดหยุ่นสูง เบริลเลียมบรอนซ์มีความทนทานต่อความร้อน ความต้านทานการกัดกร่อน และความแข็งแรงของวัฏจักรในระดับสูง ทนต่อการตกต่ำอุณหภูมิไม่เป็นแม่เหล็กและไม่ทำให้เกิดประกายไฟเมื่อถูกกระแทก เบริลเลียมบรอนซ์ชุบแข็งที่อุณหภูมิ 750-790 องศาเซลเซียส การเติมโคบอลต์ เหล็ก และนิกเกิลช่วยชะลออัตราการเปลี่ยนเฟสระหว่างการอบชุบด้วยความร้อน ซึ่งช่วยให้เทคโนโลยีการเสื่อมสภาพและการชุบแข็งเป็นไปอย่างสะดวก นอกจากนี้ การเติมนิกเกิลยังช่วยเพิ่มอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ และแมงกานีสสามารถทดแทนได้ แม้ว่าเบริลเลียมจะมีราคาแพงไม่ทั้งหมด คุณสมบัติของบรอนซ์ด้านบนทำให้สามารถใช้โลหะผสมนี้ในการผลิตสปริง ชิ้นส่วนสปริง และเมมเบรนในอุตสาหกรรมนาฬิกาได้
โลหะผสมของทองแดงและแมงกานีส
บรอนซ์นี้มีคุณสมบัติเชิงกลสูงเป็นพิเศษ มันถูกประมวลผลด้วยแรงดันทั้งแบบเย็นและแบบร้อน โลหะชนิดนี้มีความต้านทานความร้อนสูงและทนต่อการกัดกร่อน โลหะผสมของทองแดงที่มีการเติมแมงกานีสได้พบการใช้งานที่กว้างขวางในข้อต่อเตาเผา
ซิลิคอนบรอนซ์
นี่คือโลหะผสมที่มีนิกเกิลและมักเป็นแมงกานีส โลหะดังกล่าวมีคุณสมบัติทางกลสูงพิเศษ ต้านแรงเสียดทานและยืดหยุ่น ในเวลาเดียวกัน ซิลิกอนบรอนซ์จะไม่สูญเสียความเป็นพลาสติกที่อุณหภูมิต่ำ โลหะผสมบัดกรีอย่างดี ผ่านกรรมวิธีด้วยแรงดันที่อุณหภูมิสูงและต่ำ โลหะที่เป็นปัญหาไม่เป็นแม่เหล็ก ไม่เกิดประกายไฟเมื่อถูกกระแทก สิ่งนี้อธิบายการใช้อย่างแพร่หลายของบรอนซ์ (ซิลิกอน) ในการต่อเรือทางทะเล ในการผลิตชิ้นส่วนต้านการเสียดสี แบริ่ง สปริงตะแกรง เครื่องระเหย ตาข่าย และบูชไกด์
หล่อโลหะผสมดีบุก
บรอนซ์ประเภทนี้มีลักษณะการกัดกร่อนที่ดี มีคุณสมบัติต้านการเสียดสี และมีความแข็งแรงสูง ใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่ทำงานในสภาวะที่ยากลำบากโดยเฉพาะ ซึ่งรวมถึงเฟือง วาล์ว บูช เฟืองสำหรับกังหันและเครนอันทรงพลัง ตัวหนอนที่ทำงานควบคู่กับชิ้นส่วนเหล็กชุบแข็ง ตลับลูกปืนที่ทำงานภายใต้แรงดันสูงและแรงกระแทก
วิธีทำทองแดง
การผลิตโลหะนี้จะต้องดำเนินการในเตาเผาพิเศษที่ใช้สำหรับการถลุงโลหะผสมทองแดง ประจุทองแดงสามารถทำจากโลหะสดหรือด้วยการเพิ่มของเสียทุติยภูมิ กระบวนการหลอมมักจะดำเนินการภายใต้ชั้นของฟลักซ์หรือถ่านกัมมันต์
กระบวนการที่ใช้ประจุโลหะสดเกิดขึ้นในลำดับที่แน่นอน ขั้นแรก โหลดฟลักซ์หรือถ่านในปริมาณที่ต้องการลงในเตาเผาที่มีความร้อนสูง จากนั้นวางทองแดงไว้ที่นั่น หลังจากรอให้ละลาย ให้เพิ่มอุณหภูมิความร้อนเป็น 1170 องศา หลังจากนั้นจะต้องทำการหลอมละลายซึ่งจะมีการเติมทองแดงฟอสฟอรัส กระบวนการนี้สามารถทำได้ในสองขั้นตอน: โดยตรงในเตาเผาและจากนั้นในทัพพี ในกรณีนี้ สารเติมแต่งถูกนำมาใช้ในสัดส่วนที่เท่ากัน ถัดไป เพิ่มองค์ประกอบการผสมที่จำเป็นซึ่งให้ความร้อนถึง 120 องศาในการหลอม ส่วนประกอบทนไฟควรนำมาใช้ในรูปแบบของสายรัด บรอนซ์หลอมเหลวเพิ่มเติม (ภาพถ่าย,ด้านล่าง สาธิตกระบวนการหลอม) กวนจนสารที่เติมทั้งหมดละลายจนหมดและให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ต้องการ เมื่อนำโลหะผสมออกจากเตาหลอม ก่อนเทจะต้องถูกกำจัดออกซิไดซ์ด้วยทองแดงฟอสฟอรัสที่เหลือ (50%) ในท้ายที่สุด สิ่งนี้ทำเพื่อปลดปล่อยทองแดงออกจากออกไซด์และเพิ่มความลื่นไหลของการหลอมเหลว
ถลุงจากวัสดุรีไซเคิล
การทำทองแดงโดยใช้โลหะรีไซเคิลและของเสีย ควรทำการหลอมตามลำดับต่อไปนี้ อย่างแรก ทองแดงถูกหลอมและขจัดออกซิไดซ์ด้วยสารเติมฟอสฟอรัส จากนั้นวัสดุหมุนเวียนจะถูกเติมลงในวัสดุหลอมเหลว หลังจากนั้น โลหะจะละลายอย่างสมบูรณ์และนำองค์ประกอบโลหะผสมมาใช้ในลำดับที่เหมาะสม ในกรณีที่ประจุประกอบด้วยทองแดงบริสุทธิ์จำนวนเล็กน้อย จำเป็นต้องหลอมโลหะที่หมุนเวียนก่อน แล้วจึงเพิ่มทองแดงและธาตุผสม การหลอมจะดำเนินการภายใต้ชั้นของฟลักซ์หรือถ่านกัมมันต์
หลังจากละลายส่วนผสมและให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ต้องการ จะทำการล้างออกซิเดชันขั้นสุดท้ายของส่วนผสมกับทองแดงฟอสฟอรัส ถัดไป ละลายถูกปกคลุมด้วยถ่านหินเผาหรือฟลักซ์แห้ง การบริโภคของหลังคือ 2-3 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนักของโลหะ ละลายด้วยความร้อนจะถูกเก็บไว้เป็นเวลา 20-30 นาทีกวนเป็นระยะ ๆ จากนั้นตะกรันที่แยกจากกันจะถูกลบออกจากพื้นผิว ทุกอย่างบรอนซ์พร้อมสำหรับการหล่อ เพื่อการกำจัดตะกรันที่ดีขึ้น คุณสามารถเพิ่มทรายควอทซ์ลงในทัพพี ซึ่งจะทำให้มันข้นขึ้น เพื่อตรวจสอบว่าทองแดงพร้อมสำหรับการหล่อเป็นแม่พิมพ์พิเศษการทดสอบทางเทคโนโลยี การแตกหักของตัวอย่างดังกล่าวจะต้องสม่ำเสมอและสะอาด
อลูมิเนียมบรอนซ์
เป็นโลหะผสมของทองแดงและอลูมิเนียมเป็นองค์ประกอบโลหะผสม กระบวนการหลอมของโลหะนี้แตกต่างอย่างมากจากข้างต้น ซึ่งอธิบายได้จากลักษณะทางเคมีของส่วนประกอบเสริม พิจารณาวิธีทำบรอนซ์โดยใช้ส่วนประกอบที่เป็นอลูมิเนียมอัลลอยด์ ในการผลิตโลหะผสมประเภทนี้โดยใช้วัสดุรีไซเคิลในประจุ จะไม่มีการใช้การดำเนินการสำหรับการกำจัดออกซิเดชันด้วยส่วนประกอบฟอสฟอรัส นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าฟอสฟอรัสมีความสัมพันธ์กับโมเลกุลออกซิเจนต่ำกว่าอลูมิเนียม คุณควรทราบด้วยว่าบรอนซ์ประเภทนี้ไวต่อความร้อนสูงเกินไป ดังนั้นอุณหภูมิไม่ควรเกิน 1200 องศา ในสภาวะที่ร้อนจัด อะลูมิเนียมจะถูกออกซิไดซ์ และโลหะผสมทองแดงจะอิ่มตัวด้วยก๊าซ นอกจากนี้ ออกไซด์ที่เกิดขึ้นระหว่างการหลอมของทองแดงชนิดนี้จะไม่ลดลงด้วยการเติมสารขจัดออกซิไดซ์ และเป็นการยากมากที่จะขจัดออกจากการหลอม ฟิล์มออกไซด์มีจุดหลอมเหลวสูงมาก ซึ่งช่วยลดความลื่นไหลของทองแดงได้มากและทำให้เกิดการปฏิเสธ การหลอมจะดำเนินการอย่างเข้มข้นที่อุณหภูมิความร้อนสูงสุด นอกจากนี้ไม่ควรเก็บของเหลวที่หลอมเสร็จแล้วไว้ในเตาเผา เมื่อหลอมอลูมิเนียมบรอนซ์ แนะนำให้ใช้ฟลักซ์ที่เป็นโซดาแอช 50% และไครโอไลต์ 50% เป็นชั้นปิด
ละลายสำเร็จรูปก่อนเทลงในแม่พิมพ์โดยใส่แมงกานีสคลอไรด์ลงไปหรือซิงค์คลอไรด์ (0.2-0.4% ของมวลรวมของประจุ) หลังจากขั้นตอนนี้ โลหะผสมควรถูกเก็บไว้เป็นเวลาห้านาทีจนกระทั่งสิ้นสุดการวิวัฒนาการของก๊าซโดยสมบูรณ์ หลังจากนั้นนำส่วนผสมไปตั้งอุณหภูมิที่ต้องการและเทลงในแม่พิมพ์
เพื่อป้องกันไม่ให้ทองสัมฤทธิ์หลอมละลายที่มีสารตะกั่วเจือปนในปริมาณสูง (50-60%) ขอแนะนำให้เติมนิกเกิล 2-2.3% ในรูปของสายรัดทองแดง-นิกเกิล หรือเป็นฟลักซ์ จำเป็นต้องใช้เกลือซัลเฟตของโลหะอัลคาไล นิกเกิล เงิน แมงกานีส หากเป็นส่วนหนึ่งของบรอนซ์ ควรนำเข้าไปในส่วนที่หลอมเหลวก่อนขั้นตอนการเติมดีบุก นอกจากนี้ เพื่อปรับปรุงคุณภาพของโลหะผสมที่เกิดขึ้น บางครั้งมีการดัดแปลงด้วยสารเติมแต่งเล็กน้อยตามโลหะทนไฟ