ブロンズの融点は何ですか？

1. 導入

ブロンズの融点 冶金の重要な概念です, 製造, とデザイン.

純粋な金属とは異なります, ブロンズはです 合金 - 主に銅とブリキの, 多くの現代のブロンズにはアルミニウムが含まれています, シリコン, ニッケル, またはリン.

結果として, ブロンズは1つの温度で鋭く溶けませんが、代わりに ソリッドの間のどろどろのゾーン (融解の開始) と液体 (完全に溶けます).

この区別は、ファウンドリエンジニアにとって重要です, 溶接機, 正確な温度制御に依存して音を確保する材料デザイナー, 欠陥のないコンポーネント.

2. ブロンズとは何ですか?

ブロンズ aです 銅ベースの合金 どの銅 (cu) 主成分とスズです (sn) 伝統的に主要な合金要素です.

純粋な金属とは異なります, ブロンズはです エンジニアリング材料 - 機械的, サーマル, 化学的性質は、組成と処理を調整することで調整できます.

現代のブロンズにはアルミニウムも含まれている場合があります, シリコン, リン, ニッケル, 亜鉛, または、特定のパフォーマンス特性を達成するためにつながります.

歴史的視点

ブロンズは、人間によって開発された最も初期の合金の1つです, にさかのぼる 青銅器時代 (頃 3300 BCE).

銅へのスズの導入は、より硬くなりました, 純粋な銅よりも耐久性のある材料, の進歩を可能にします ツール, 兵器, 美術, およびアーキテクチャ.

今日, ブロンズは、伝統的な芸術的アプリケーションの両方で不可欠です (彫刻, 鐘) および高度なエンジニアリング (航空宇宙, 海兵隊, およびエネルギーシステム).

青銅合金の分類

ブロンズは単一の合金ではなく、a 銅合金の家族 二次要素によって分類されます:

• ティンブロンズ - Cu – Sn合金 (通常、5〜20％SN), 強さのために評価されています, 耐摩耗性, およびベアリング特性.
• 蛍光体ブロンズ - リンを少し加えたティンブロンズ (0.01–0.5％), 疲労抵抗と耐食性の改善.
• アルミニウムブロンズ - Cu – Al合金 (5–12％al, 多くの場合、FeまたはNiで), 優れた強度と海洋腐食抵抗を提供します.
• シリコンブロンズ - 合金で (2–4％および), 腐食抵抗と優れたキャスティブ性と溶接性を組み合わせます.
• リードブロンズ - Cu – Sn – Pb合金, 鉛が機械加工性とベアリング特性を改善する場合.
• ニッケルアルミニウムブロンズ - 優れた海水抵抗を持つCu – Al – Ni合金, 造船でよく使用されます.

ブロンズの重要な特性

• 機械: 銅よりも高い強度と硬度, 耐摩耗性が良好です.
• サーマル: 高い熱伝導率, しかし、合金のために純粋な銅よりも低い.
• 化学薬品: 優れた腐食抵抗, 特に海水に対して, 青銅は海洋および化学産業で不可欠なものにします.
• 音響: 明確な共鳴特性, 楽器で使用されます, 鐘, とゴング.

3. 合金の融解挙動 - ソリッドと液体

合金用, 融解はaで発生します 温度間隔:

• ソリッド温度: 融解が始まる最低温度.
• 液体温度: 合金が完全に液体になる温度.
• 凍結範囲 (どろどろのゾーン): 固体と液体の両方が共存するソリッドと液体の間の間隔.

4. ブロンズファミリーによる典型的な融解範囲

ブロンズは単一の合金ではなく、 銅ベースの合金, その融解挙動は、合金要素とその比率によって大きく異なります.

鋭い融点の代わりに (純粋な金属に見られるように), ブロンズはaを示します 融解範囲, で定義されています ソリッド (融解が始まる場所) そして 液体 (それが完全に溶融する場所).

以下の表は、主要な青銅器家族の典型的な融解範囲をまとめたものです:

5. 組成と合金の要素が融解範囲にどのように影響するか

ブロンズの融解範囲は、そのによって根本的に制御されています 化学組成.

純粋な銅が溶けます 1,085 °C (1,985 °F), しかし、スズなどの要素を合金化する場合, アルミニウム, シリコン, リン, ニッケル, またはリードが導入されます, 融解挙動は大幅にシフトします.

これらの要素も 低下または上げます 銅との相互作用に応じて、ソリッドと液体の温度.

主要な合金要素の効果

合金化相互作用と微細構造効果

• 共受層形成 (Cu-Sn, CU -PB): 融点が大幅に低下します, その結果、より広い融解範囲が生じます.
• 金属間化合物 (と -, それで): 融解温度を上げ、より強くなります, より安定した合金.
• 固形溶液の強化 ( - そして, それで): 延性と腐食抵抗を改善しながら、比較的高い融解範囲を保持します.

6. 微細構造と処理効果

化学組成は、青銅の融解行動を決定する上で支配的な要因ですが, 微細構造状態 そして 処理履歴 また、微妙でありながら重要な役割を果たします.

これらの要因は、合金が固体から液体への遷移が均一にどの程度均一に移行し、有効なソリッドまたは液体ポイントを数十度シフトできるかに影響します.

微細構造状態: 穀物のサイズと位相分布

• 穀物サイズ: 細粒の青銅 (粒径 <10 μm) 一般に、粗粒の青銅よりも5〜10°C低いソリッド温度を示します (>50 μm).
  これは、細い穀物がより多くの粒界領域を導入するためです, ここで、原子拡散は局所融解を加速します.
• 位相分離: 多相合金 (例えば。, C61400などのA+Bブロンズ), 不均一相分布は、局所的な融解挙動を作成します.
  β相領域は、〜1,050°Cで融解し始める可能性があります, 一方、α相領域は〜1,130°Cまで持続します. これにより、有効な融解範囲が10〜20°Cを広げます.
• 実用的な例: 冷たい蛍光銅 (C52100) 通常、キャストとしてのアシュストよりも細かい穀物を発達させます.
  アニーリング中, コールドワークのC52100は、近くのソリッドを示しています 930 °C, 鋳造材料の〜950°Cと比較 - 初期の融解を避けるために温度制御をより厳しく再追跡する.

処理履歴: 熱サイクルと合金分解

• スズ蒸発 (溶接/鋳造): 〜1,100°Cを超える長期暴露は、徐々にスズを蒸発させる可能性があります, 沸点が高いにもかかわらず (2,270 °C).
  例えば, 加熱C92200ブロンズ (10% sn) で 1,200 °Cで1時間、SNコンテンツを1〜2％減らすことができます, 液体を〜1,020°Cから〜1,030°Cにシフトする.
• 熱処理 (アニーリング/均質化): 600〜800°Cでのアニーリングブロンズ (Solidusの下) 拡散を促進し、微小分泌を減らします.
  これにより、融解間隔が5〜15°Cを狭めます. 例えば, C92700 (15% sn) アニールされた 700 °Cは、880〜1,030°Cの融解範囲を示しています, As-Cast状態の880〜1,050°Cと比較してください.
• キャスティング率: 迅速な固化 (例えば。, 寒いキャスト) より細かい樹状突起とより均一な位相分布を生成します, 早期の局所融解の可能性を減らす.
  遅い冷却により、分離が強化されます, 融解間隔を拡大します.

7. 青銅の融点の産業製造の意味

ブロンズの融解範囲の正確な制御はです 交渉不可 製造業.

さえ 10 °C偏差 目標処理温度から収量を半分に減らすことができます, 不完全なカビの詰め物のいずれか, 合金要素の蒸発, または微細構造損傷.

3つの最も敏感な操作 - 鋳造, 溶接, 熱処理 - ソリッドリキドゥスウィンドウの正確な知識について重く.

鋳造: 流動性と合金の完全性のバランス

キャスティングで, ブロンズは、その液体の上に加熱する必要があります 50–100°C カビの充填に十分な流動性を達成するため, 過度の過熱を避けながら、酸化を促進します (ドロスフォーメーション) または鉛やスズなどの揮発性合金要素の蒸発.

クリティカルコントロール: リードブロンズC90700用, 以下に注ぎます 950 °Cの結果 ミス (埋め立ての空洞), 上記で 1,050 °C鉛の蒸発が超えています 1%, 機密性を低下させ、ガス気孔率を生成します.

溶接: 融解と合金の劣化を避けます

ブロンズ溶接には、液体の融解を防ぐためにLiquidus以下の温度が必要です, ベース合金よりも低い融解範囲のフィラー金属を使用する.

• ティグ溶接 (海洋プロペラ): C92200ベースメタルを使用します (10% sn, 920–1020°C融解範囲) C93200フィラー付き (5% sn, 880–980°C融解範囲).
  200〜300°Cに予熱し、溶接プール温度を900〜950°Cに維持します (フィラー液体とベースソリッドの間) 融合欠陥を避けるため.
• ろう付け (電気コネクタ): 銅 - リンフィラーを使用します (5％pでp, 714〜800°Cでの融解) C51000蛍光銅 (970–1070°C融解範囲).
  750〜800°Cに加熱します。燃焼は溶けていますが、ベースメタルは固体のままです, 歪みを防ぎます.

障害モード: TIG溶接中のC92200の過熱 (温度 >1020°C) スズの蒸発を引き起こします (2% SNの損失), 引張強度を減らす 25% 海水の腐食感受性の増加.

熱処理: 溶けることなく強化します

熱処理温度は厳密に制限されています ソリッドの下 部分融解と微細構造的損傷を避けるため:

• ソリューションアニーリング (アルミブロンズ): C63000 (15% アル, 1080–1200°C融解範囲) β相をα相に溶解するために、800〜900°Cでアニールされます, 延性の向上 (伸びはから増加します 10% に 30%).
• エージング (リン青銅): C52100 (0.3% p) 400〜500°Cで熟成されます (930°Cのソリッドをかなり下回っています) cu₃pを沈殿させる, からの引張強度の増加 450 mpa to 550 MPA.

8. ブロンズの融解範囲のテスト方法

ブロンズの融解範囲の正確な測定には、精度とサンプルサイズに合わせて調整された実験室または産業技術が必要です.

微分走査熱量測定 (DSC)

• 原理: 10°C/minで加熱されると、5〜10 mgの青銅サンプルの内/出力を測定します.
  ソリッドは、吸熱熱吸収の開始として検出されます; Liquidusは吸熱の終わりです.
• 精度: 固体 /液体の場合は±1-2°100; 新しいブロンズ合金を特徴付けるのに理想的です (例えば。, 飲料水備品用の低リードグレード) ASTM B505へのコンプライアンスを検証します.
• 例: C61400のDSC分析 (10% アル) 1050°Cのソリッドと1130°CのLiquidusを確認します。.

高温融解装置

• 原理: 1〜5 gのブロンズサンプルは、サンプルに直接熱電対を挿入したグラファイトのるつぼで加熱されます.
  ソリッドスは、最初の液体が形成されるときの温度です; Liquidusは、サンプルが完全に溶融している場合です.
• 精度: ±5〜10°C; 産業品質管理に適しています (例えば。, ベアリングの鉛ブロンズのバッチの一貫性の検証).
• アドバンテージ: 実際の鋳造条件をシミュレートします, DSCが見逃す可能性のある不純物効果を考慮しています.

熱重量分析 (TGA)

• 原理: 加熱中の青銅サンプルの質量損失を測定します.
  ブリキまたは鉛の気化により、沸点を超える大量損失が発生します, しかし、融解の開始は微妙な質量変化によって示されます (表面酸化による) ソリッドと一致します.
• 精度: ソリッドの場合は±3〜5°C; DSCとともに溶融範囲データを通過するためによく使用されます.
• 応用: ハイティンブロンズでのブリキ蒸発の研究 (C92700) キャストホールドタイムを最適化するため (SNの損失を最小化します <0.5%).

9. ブロンズの融点に関する一般的な誤解

その産業的重要性にもかかわらず, ブロンズの融解行動はしばしば誤解されています. 以下は重要な説明です:

「ブロンズには、純粋な銅のような固定融点があります。」

間違い: 純粋な銅は1083°Cで溶けます (修理済み), しかし、青銅（合金）には融解範囲があります.

例えば, C92200ティンブロンズは920°Cから1020°Cの間で溶けます, 単一の温度ではありません.

「ブリキを追加すると、ブロンズの融解範囲が常に低下します。」

部分的に真: 缶コンテンツまで 15% 融解範囲を下げます (1083°Cから純粋なCuの場合は880〜1050°Cの場合 15% sn), しかし、上記 15% sn, 脆性Δ相 (cu₃sn) フォーム, 融解範囲を拡大し、液体をわずかに上げます.

「鉛は、ブロンズの融解範囲を下げるのに常に有益です。」

間違い: リードは融解範囲を下げますが、高温の短さを引き起こします (高温での脆性) もし >5% PB.

ハイリードブロンズ (C90700, 5% PB) 高熱アプリケーションでは使用できません (例えば。, 炉部品) クラッキングリスクのため.

「すべてのブロンズは、融解範囲に加熱すると溶接可能です。」

間違い: 液体の上に青銅を溶接すると、ベースメタルの融解と合金要素の損失が発生します (スズ蒸発).

ブロンズには、融合欠陥を避けるために、ベース合金よりも低い融解範囲のフィラー金属が必要です.

10. 品質, 欠陥, および緩和

The ブロンズの融解挙動 製品品質の重要な決定要因です.

定義されたソリューデ - リキドゥスウィンドウからの小さな偏差でさえ、機械的性能を損なう冶金上の欠陥を引き起こす可能性があります, 耐食性, および寸法の安定性.

融解範囲に関連する一般的な欠陥

分離と微細構造の不均一性

• 原因: ゆっくりと冷却または広い融解範囲 (例えば。, 高SNブロンズ) 穀物の境界でスズまたは鉛の分離につながる.
• インパクト: 靭性の低下, 顆粒間腐食感受性.
• 例: C92700で (15% sn), 過剰なβ相分離は、衝撃耐性を〜30％低下させる.

ガスの多孔性と収縮空洞

• 原因: 上記の推奨スーパーヒートを注ぐ (> 液体 + 100 °C) 酸化とガス吸収を増加させます.
• インパクト: 気孔率は疲労の寿命を減らします 40%.
• 例: Leaded Bronze C90700は、注ぐとボイドを開発します >1,080 鉛蒸発による°C.

ホットクラッキング (固化亀裂)

• 原因: 一部の合金の狭い凝固範囲 (例えば。, と - ブロンズ) 冷却中に熱応力を起こしやすくします.
• インパクト: 亀裂は穀物の境界で始まります, 構造的完全性の妥協.

要素の損失の過熱および合金化

• 原因: 拡張された露出 >1,100 °Cはスズの蒸発を引き起こします (1時間あたり〜1〜2％) そして、リードブロンズのリード損失.
• インパクト: 強度が低い, 機械加工性が悪い, そして、脆弱性を高めました.

重要なポイント:

ブロンズ製造のほとんどの品質障害は、合金の選択からではなく、 融解中および注入中の不適切な温度制御.

組み合わせて 厳密な熱管理, 合金の最適化, そして 高度な検査技術, 欠陥率は以上減少させることができます 70%.

11. 将来の傾向: 低リードおよび添加剤の製造

ブロンズ技術は環境規制と高度な製造ニーズを満たすために進化しています, 最前線での溶融範囲の考慮事項:

低リードと鉛のない青銅

• ドライバ: 環境規制 (例えば。, カリフォルニアの提案 65, 私はrohs) 飲料水の備品と食品接触表面の鉛を制限します.
• 融解範囲の課題: リードをビスマスに置き換えます (bi) またはシリコン (そして) 融解範囲を再最適化する必要があります。 1% bi, しかし、過剰なBIは脆性を引き起こします.
• 解決: C90800 (-10％SN-2％BIで) 920〜1000°Cの融解範囲があります, 一致するのは、リードフリーの基準を満たしている間、青銅のキャスティブをリードしました.

添加剤の製造 (3D 印刷)

• ドライバ: 複雑なジオメトリ (例えば。, カスタムベアリング) 伝統的なキャスティングは達成できません.
• 融解範囲の課題: パウダーベッドフュージョン (PBF) レーザー温度の正確な制御が必要です (完全な融解のためにLiquidusの上, 焼結のために).
• 解決: C52100蛍光銅PBFの場合, 1050〜1100°Cのレーザー温度を使用します (液体 + 20–70°C) スズの蒸発なしで層結合を確保するため.

12. 結論

The 融点 ブロンズの として最もよく理解されています ソリッドと液体の温度で定義された融解範囲.

この範囲は、合金組成の影響を受けます, 微細構造, と不純物, ブロンズの様子を直接支配します キャスト, 溶接, そして熱処理されました.

融解と注ぎの温度を慎重に制御すると、欠陥のないコンポーネントが保証されます, サービスの寿命を延ばします, コストを削減します.

位相図の知識を実用的な鋳造体験と統合することにより, エンジニアとメーカーは、生産のリスクを最小限に抑えながら、ブロンズの汎用性を完全に活用できます.

FAQ

海洋プロペラで使用されるブロンズの融解範囲は何ですか?

海洋プロペラは通常、C92200海軍スズブロンズを使用します (10% sn) またはC61400中アルミニウムブロンズ (10% アル).

C92200は920〜1020°Cで溶けます, C61400は1050〜1130°Cで溶けます. 高温での強度が高いため、より大きなプロペラにはアルミニウムブロンズが好まれます.

リードコンテンツはブロンズの融解範囲にどのように影響しますか?

鉛は融点抑制剤として機能します 1% 鉛の増加により、Liquidusは〜15°C低下します.

例えば, C90300 (2% PB) 液体液体100があります, C90700 (5% PB) 980°100の液体があります.

しかし, 鉛 >5% 熱い短さを引き起こします, 高温で青銅を脆くする.

鋼と同じ温度で青銅を溶接できますか?

いいえ. 鋼鉄 (例えば。, A36) 1425–1538°Cで溶けます, ブロンズよりもはるかに高い.

溶接C92200スズブロンズには、最高温度950°Cが必要です (1020°100の条件下) ブリキの蒸発とベースメタル融解を避けるため.

スチール溶接温度を使用すると、青銅が破壊されます.

鋳造所のブロンズの融解範囲を測定するにはどうすればよいですか?

グラファイトのるつぼとKタイプの熱電対を備えた高温融解装置を使用します.

熱a 5 Gブロンズサンプル5°C/分, 最初の液体が形成されたときの温度を記録します (ソリッド) サンプルが完全に溶融している場合 (液体).

この方法には±5〜10°Cの精度があります, バッチ品質制御には十分です.

なぜアルミブロンズはティンブロンズよりも融解範囲が高いのですか?

アルミニウムは、高融合金属間化合物を形成します (例えば。, cu₃al, 1037°Cでの融解) 銅で, SolidusとLiquidusを上げます.

錫, 対照的に, 銅でより延性のある固形溶液を形成します, 原子結合を破壊し、融解範囲を下げる. 例えば, 10% ブロンズのアルは、液体を〜100°C対隆起させます. 10% sn.