Висмутовая бронза
Висмутовая бронза или висмутовая латунь — это медный сплав , который обычно содержит 1–3% висмута по весу, хотя некоторые сплавы содержат более 6% Bi. Этот бронзовый сплав очень устойчив к коррозии , что делает его пригодным для использования в таких средах, как океан. Висмутовые бронзы и латуни более податливы , теплопроводны и лучше полируются, чем обычные латуни. Чаще всего эти металлы применяются в промышленности в качестве подшипников, однако с конца девятнадцатого века этот материал использовался в качестве кухонной посуды и зеркал. Висмутовая бронза также была найдена в церемониальных ножах инков в Мачу-Пикчу . [1] В последнее время усилилось требование замены опасных металлов, и вместе с этим висмутовая бронза продается как экологически чистая альтернатива подшипникам и втулкам из свинцовистой бронзы.
История
[ редактировать ]Самый ранний известный артефакт, содержащий висмутовую бронзу, — это нож инков из Перу, найденный в 1912 году и, вероятно, датируемый 15 веком. Был ли этот сплав выбран из-за металлургических свойств, облегчающих литье, или из-за его более белого и блестящего покрытия, остается только предполагать. Маловероятно, что включение висмута было случайным, как, вероятно, было в случае с большинством других ранних бронз, содержащих висмут, что делает это самым ранним свидетельством преднамеренного добавления висмута в сплав. [1] Висмутовая бронза была заново открыта в 1880-х годах Джеймсом Вебстером для изготовления телеграфных проводов. Вебстер разработал два сплава висмут-олово-бронза. Один сплав был разработан как ранняя попытка производства устойчивой к коррозии бронзы и был описан как «твердый, прочный и звучный». Вебстер также отметил, что этот конкретный сплав также хорошо подходит для фортепианных проводов. Другой ранний сплав Вебстера был описан как «прочный и яркий» и позже использовался в кухонной посуде из-за его блеска и медленного потускнения. Способность этого конкретного сплава удерживать полировку сделала его полезным также в качестве светоотражателя или зеркального материала, для чего он продолжал использоваться до двадцатого века. [2] [3]
В 1990-х годах производитель автозапчастей Federal Mogul начал разработку висмутовой бронзы в качестве альтернативы свинцовосодержащим бронзам из-за растущего давления на удаление свинца как в потребительских, так и в промышленных целях. Висмут является нетоксичным тяжелым металлом, и поскольку такие законы, как Закон ЕС об ограничении использования опасных веществ или Американский закон о сокращении содержания свинца в питьевой воде, продолжают регулировать количество свинца, которое может находиться в продукте или окружающей среде, становится все более бессвинцовым. Были разработаны альтернативные материалы, которые сохраняют свойства своих предшественников, не содержащих свинца . Висмут является особенно подходящей заменой подшипникам из свинцово-свинцовистой бронзы, поскольку, как и свинец, висмут нерастворим в меди и образует аналогичные микроглобулы, имитирующие свинец. [4]
Характеристики
[ редактировать ]Структура
[ редактировать ]Современная «висмутовая бронза» технически не является ни сплавом, ни бронзой, а представляет собой композитный материал, содержащий латунь и висмут (хотя некоторые бронзы все еще используются). Поскольку висмут, как и свинец, нерастворим в меди, он существует в виде дискретных микроглобул висмута внутри границ зерен сплава, которые ведут себя как частицы висмута. Эти частицы легко деформируются внутри кристаллической структуры и по поверхности металла, действуя как твердая смазка с низким сдвигом в случаях недостаточной смазки. Селен добавляют в красные медно-висмутовые сплавы, поскольку он усиливает свойства висмута материала. Поскольку жидкий висмут может привести к охрупчиванию сплава, необходимо соблюдать осторожность при переработке и вторичной переработке этих материалов. [5] [6] [7]
Характеристики
[ редактировать ]Современные висмутовые бронзы, представленные на рынке, обладают свойствами, аналогичными свинцовым бронзам, и многие из них имеют почти идентичные механические свойства с обычными свинцовыми сплавами, такие как обрабатываемость и высокая теплопроводность. [8] Они также обладают высокой смазывающей способностью , что делает их идеальными для наружных слоев деталей машин, подверженных износу, таких как подшипники и автоматы перекоса . [9] Висмут-оловянная бронза не подвержена коррозии в воде; предварительно висмут нелегко окисляется .
Используемый в кранах, компонентах насосов, трубопроводной арматуре, сантехнических изделиях, рабочих колесах водяных насосов, корпусах и небольших шестернях, сплав C89835 висмут-оловянная бронза имеет плотность 0,321 фунта на дюйм. 3 , [10] в то время как сплав C89844 (который используется для изготовления фитингов или клапанов для питьевой воды) имеет плотность 0,31 фунта на дюйм. 3 . [11]
Приложения
[ редактировать ]Первоначально висмутово-оловянная бронза была разработана для телеграфных проводов. Однако в конце девятнадцатого и начале двадцатого века бронза стала чаще использоваться в зеркалах, отражателях, кухонной утвари и фортепианных проводах. В первой половине двадцатого века он вышел из общего употребления. [3]
Современные сплавы висмутовой бронзы продаются как экологически чистая альтернатива свинцу, которую часто предпочитают менее дорогим свинцовым бронзам из-за экологических норм. [12] Они встречаются в качестве поверхностного слоя на автомобильных или механических компонентах, которые подвергаются сильному износу, таких как гидравлические поршневые насосы. Эти сплавы также широко используются в подшипниках или втулках трибологических систем. Также производится сантехническая арматура из висмут-бронзы.
Обработка
[ редактировать ]Кастинг
[ редактировать ]
из бессвинцовой висмутовой бронзы Отливки производятся в замороженных формах. Характеристики песка используются для увеличения скорости охлаждения бронзовых отливок, поскольку частицы песка имеют более высокую теплопроводность , больший размер зерна и сферическую форму. Форма имеет высокий охлаждающий потенциал. Когда форма замерзает, лед у поверхности сжимается до расплавленного металла и немедленно тает.
Экструдирование и отжиг
[ редактировать ]Другой способ обработки висмутовой латуни включает в себя экструзионную обработку латунного стержня для придания материалу желаемой формы. Затем материал отжигают , чтобы снять напряжение, вызванное механической обработкой. Материал отжигается при определенной температуре и времени отжига в зависимости от состава материала. Время выбрано так, чтобы ограничить диффузионное движение висмута. Это уменьшает растрескивание крепежа. [13]
- Алюминиевая матрица для горячей экструзии. Аналогично латунным штампам для экструзии.
-
Лицевая сторона четырех семейного штампа. Для справки: диаметр матрицы составляет 228 мм (9,0 дюйма). -
Крупный план формы, вырезанной в штампе. Обратите внимание, что стены нарисованы с уклоном и толщина задней стенки варьируется. -
Задняя сторона штампа. Толщина стенки экструзии составляет 3 мм (0,12 дюйма).
Распыление воды
[ редактировать ]Распыление воды под высоким давлением — это метод обработки висмутовой латуни. Это способ быстрого затвердевания металлического сплава . Жидкий металл диспергируется на капли под действием струй воды под высоким давлением. Это недорогой процесс распределения мелких частиц в порошках железа , нержавеющей стали и низколегированных металлов. Это способ быстрого затвердевания металлического сплава. Ограничением распыления воды является чистота порошка. Для металлов, склонных к окислению , это серьезная проблема. [14]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Гордон, Роберт Б.; Ратледж, Джон В. (1984). «Висмутовая бронза из Мачу-Пикчу, Перу». Наука . 223 (4636). Американская ассоциация содействия развитию науки: 585–586. Бибкод : 1984Sci...223..585G . дои : 10.1126/science.223.4636.585 . JSTOR 1692247 . ПМИД 17749940 . S2CID 206572055 .
- ^ Материалы машиностроения . Джон Уайли и сыновья. 1890 год . Проверено 13 апреля 2013 г.
- ^ Jump up to: а б «Формулы, рецепты и процессы Хенли двадцатого века» . Издательская компания Нормана В. Хенли. 1916 год . Проверено 6 мая 2013 г.
- ^ Веттерик; и др. (2010). «НОВЫЕ ПОДШИПНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ БЕЗСВИНЦОВОЙ БРОНЗЫ, ПРОИЗВОДИМЫЕ МЕТОДОМ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ» (PDF) . МПИФ. п. 2 . Проверено 13 апреля 2013 г.
- ^ «Новые подшипниковые материалы из бессвинцовой бронзы, полученные методом порошковой металлургии» (PDF) . Mpif.org . Проверено 26 ноября 2013 г.
- ^ «Ресурсы: Стандарты и свойства — Микроструктуры меди и медных сплавов: свинцовые латуни» . Медь.орг. 25 августа 2010 г. Проверено 26 ноября 2013 г.
- ^ Дэвис, Джозеф Р. (январь 2001 г.). Медь и медные сплавы — Google Книги . АСМ Интернешнл. ISBN 9780871707260 . Проверено 26 ноября 2013 г.
- ^ «Бронзовые слитки: бессвинцовая бронза и бронза непрерывного литья» . Reliablebronze.com . Проверено 26 ноября 2013 г.
- ^ «Бессвинцовые покрытия на основе меди с висмутом для автоматов перекоса компрессоров» . Osdir.com. Архивировано из оригинала 30 июня 2013 г. Проверено 26 ноября 2013 г.
- ^ «Безсвинцовая замена C89835 для C932, C836, C844» . CONCAST METAL PRODUCTS CO. nd
- ^ «Безсвинцовая замена C89844 для C844» . CONCAST METAL PRODUCTS CO. nd
- ^ «Сантехнические сплавы в потоке металлолома» . Медь.орг. Архивировано из оригинала 22 мая 2013 г. Проверено 6 мая 2013 г.
- ^ «Патент US8211250 — Способ обработки изделия из висмутовой латуни — Google Patents» . Проверено 26 ноября 2013 г.
- ^ Yefimov, N. A. (2009-02-24). Handbook of Non-Ferrous Metal Powders: Technologies and Applications - Oleg D Neikov, Stanislav Naboychenko, Irina B Mourachova, Victor G Gopienko, Irina V Frishberg, Dina V Lotsko - Google Books . Elsevier. ISBN 9780080559407 . Проверено 26 ноября 2013 г.