Wpływ elementów stopowych na brąz cynowy
Brąz cynowy to stop miedzi, w którym miedź jest elementem podstawowym, a cyną głównym. Istnieje wiele gatunków stopu brązu cyny, które nadają się do stosowania w różnych warunkach pracy. Różnica pomiędzy gatunkami polega na różnej ilości dodanych pierwiastków. Różne ilości dodatków pierwiastków mogą sprawić, że stop brązu cynowego osiągnie różne właściwości i będzie stosowany do różnych wymagań użytkowych. Poniżej przedstawimy szczegółowo wpływ różnych dodatków pierwiastkowych na właściwości użytkowe brązu cynowego.
Fosfor P
1. Zawartość fosforu w brązie cynowym na ogół nie przekracza 0,45%. Gdy zawartość fosforu jest większa niż 0,5%, reakcja eutektyczno-perytektoniczna L+ +Cu3P nastąpi w temperaturze około 637, powodując kruchość na gorąco. Gdy zawartość fosforu w stopie będzie większa niż 0,3%, w organizacji pojawi się eutektyka złożona z miedzi i fosforku miedzi (Cu3P).
2. Fosfor jest skutecznym odtleniaczem stopów miedzi i poprawia płynność brązu cynowego. Wadą jest zwiększenie odwrotnej segregacji wlewka.
3. Wielkość ziarna materiału przed obróbką na zimno i wyżarzanie w niskiej temperaturze (180~300) po obróbce mają ogromny wpływ na właściwości mechaniczne brązu cynowo-fosforowego. Gdy wielkość ziaren jest mała, wytrzymałość, twardość, moduł sprężystości i wytrzymałość zmęczeniowa materiału są wyższe niż w przypadku materiału gruboziarnistego, ale plastyczność jest nieco niższa. 4. Po wyżarzeniu brązu cynowo-fosforowego poddanego obróbce na zimno w temperaturze 200 ~ 260°C przez 1 ~ 2 godziny, jego wytrzymałość, plastyczność, granica sprężystości i moduł sprężystości ulegają poprawie, a także można poprawić stabilność sprężystą.
Cynk Zn
1. Cynk jest jednym z pierwiastków stopowych brązu cynowego, a cynk ma dużą rozpuszczalność w stałym roztworze brązu cynowego. Dlatego brąz przetworzony Cu-Sn-Zn jest jednofazowym roztworem stałym. Zn poprawia płynność stopu, zawęża zakres temperatur krystalizacji i zmniejsza segregację odwrotną, nie ma jednak istotnego wpływu na jego strukturę i właściwości.
2. Zawartość Zn w przetworzonym brązie cynowym na ogół nie przekracza 5%.
Ołów Pb
1. Zawartość Pb w brązie cynowym nie przekracza 5%. Nie jest rozpuszczony w fazie i występuje w stanie wolnym. Jest rozprowadzany pomiędzy dendrytami w postaci czarnych cząstek, ale rozkład jest nierównomierny.
2. Pb może zmniejszyć współczynnik tarcia brązu cynowego, poprawić odporność na zużycie i zwiększyć obrabialność, ale nieznacznie zmniejsza właściwości mechaniczne stopu.
Mangan Mn
1. Mn jest jednym ze szkodliwych zanieczyszczeń brązu cynowego, a jego zawartość powinna być ściśle kontrolowana i nie powinna przekraczać 0,002%. 2. Mangan łatwo utlenia się do tlenków, co zmniejsza płynność stopu, a po zastygnięciu rozprowadza się na granicach ziaren, osłabiając wiązania międzykrystaliczne i zmniejszając wytrzymałość.
Żelazo Fe
Fe jest domieszką brązu cynowego o maksymalnej zawartości 0,05%. Ma wpływ na rozdrobnienie ziaren, opóźnienie procesu rekrystalizacji oraz poprawę wytrzymałości i twardości. Jednakże zawartość nie może przekraczać wartości granicznej, w przeciwnym razie utworzy się zbyt dużo fazy bogatej w żelazo, co zmniejszy odporność na korozję i wydajność procesową stopu.
Aluminium Al, magnez Mg, krzem Si
1. Niewielką ilość można rozpuścić w roztworze stałym, aby poprawić właściwości mechaniczne stopu, ale podczas procesu topienia łatwo jest utlenić, tworząc ogniotrwałe tlenki, zmniejszając w ten sposób płynność i wytrzymałość brązu cynowego.
2. Zawartość glinu w brązie Sn nie powinna być większa niż 0,002%, przy czym należy ściśle kontrolować zawartość Mg, gdyż ich tlenki obniżą wytrzymałość stopu i płynność wytopu . Za granicą opracowano niektóre brązy cynowe zawierające Al i Mg, które mają nie tylko wysoką wytrzymałość, ale także dobrą odporność na korozję. Na przykład stop Cu-5Sn-7Al ma wysoką odporność na korozję i wytrzymałość, a brąz cynowy Cu-5Sn-1Mg ma wytrzymałość 900 MPa i 30 HRC po obróbka starzeniowa i przewodność 30% ~ 35% IACS, którą można wykorzystać do produkcji komponentów o wysokiej wytrzymałości, wysokiej odporności na korozję i dobrej przewodności.
