청동의 녹는 점은 무엇입니까?

1. 소개

청동의 녹는 점 야금의 핵심 개념입니다, 조작, 그리고 디자인.

순수한 금속과 달리, 청동은 an입니다 합금 - 주로 구리와 주석, 많은 현대식 브론즈에는 알루미늄이 포함되어 있습니다, 규소, 니켈, 또는 인.

결과적으로, 청동은 한 온도에서 급격히 녹지 않고 대신 Solidus 사이의 칙칙한 구역 (녹는 시작) 그리고 액체 (완전히 녹은).

이 차이는 파운드리 엔지니어에게 중요합니다, 용접기, 그리고 정밀한 온도 제어에 의존하여 소리를 보장하는 재료 설계자, 결함없는 구성 요소.

2. 청동은 무엇입니까??

청동 a 구리 기반 합금 구리 (Cu) 주요 구성 요소와 주석입니다 (Sn) 전통적으로 주요 합금 요소입니다.

순수한 금속과 달리, 청동은 an입니다 엔지니어링 된 재료- 기계적, 열의, 화학적 특성은 구성 및 처리를 조정하여 조정할 수 있습니다..

현대식 브론즈에는 알루미늄이 포함될 수 있습니다, 규소, 인, 니켈, 아연, 또는 특정 성능 특성을 달성하게됩니다.

역사적 관점

청동은 인간이 개발 한 최초의 합금 중 하나입니다., 다시 데이트 청동기 시대 (...경 3300 BCE).

깡통을 구리로 도입하면 더 어려워졌습니다, 순수한 구리보다 내구성이 뛰어납니다, 발전 가능성 도구, 무기, 미술, 그리고 건축.

오늘, 청동은 전통적인 예술적 응용 분야에서 필수적입니다 (조각품, 종) 고급 엔지니어링 (항공우주, 선박, 및 에너지 시스템).

청동 합금의 분류

청동은 단일 합금이 아니라 a 구리 합금 제품군 2 차 요소로 분류됩니다:

• 주석 브론즈 - Cu -SN 합금 (일반적으로 5–20% SN), 힘을 위해 가치가 있습니다, 내마모성, 그리고 베어링 특성.
• 인형 브론즈 - 인의 작은 첨가물이있는 주석 브론즈 (0.01–0.5%), 피로 저항성 및 부식 저항 향상.
• 알루미늄 브론즈 - CU – AL 합금 (5–12% al, 종종 Fe 또는 Ni와 함께), 탁월한 힘과 해양 부식 저항성을 제공합니다.
• 실리콘 브론즈 - 합금으로 (2–4% 및), 부식성과 우수한 주파수 및 용접 성을 결합합니다.
• 리드 브론즈 - Cu – SN – PB 합금, 리드는 가공성 및 베어링 특성을 향상시킵니다.
• 니켈-알루미늄 브론즈 - 우수한 해수 저항성이있는 Cu – Al -Ni 합금, 조선에 종종 사용됩니다.

청동의 주요 특성

• 기계적: 구리보다 더 높은 강도와 ​​경도, 내마모성이 양호합니다.
• 열의: 높은 열전도율, 그러나 합금으로 인해 순수한 구리보다 낮습니다.
• 화학적인: 탁월한 부식 저항, 특히 해수에 대해, 해양 및 화학 산업에서 청동을 필수 불가능하게 만듭니다.
• 음향학: 뚜렷한 공명 속성, 악기에 사용됩니다, 종, 그리고 gongs.

3. 합금의 용융 거동 - Solidus 및 Liquidus

합금 용, 용융은 a 온도 간격:

• 고체 온도: 용융이 시작되는 최저 온도.
• 액체 온도: 합금이 완전히 액체가되는 온도.
• 동결 범위 (칙칙한 구역): 고체와 액체가 모두 공존하는 Solidus와 Liquidus 사이의 간격.

4. 브론즈 패밀리의 전형적인 용융 범위

청동은 단일 합금이 아니라 가족이기 때문에 구리 기반 합금, 녹는 거동은 합금 요소와 비율에 따라 크게 다릅니다..

날카로운 녹는 점 대신 (순수한 금속에서 볼 수 있듯이), 청동 전시회 a 용융 범위, 정의 solidus (녹는 곳) 그리고 액체 (그것이 완전히 녹는 곳).

아래 표는 주요 청동 가구의 전형적인 용융 범위를 요약합니다.:

5. 구성과 합금 요소가 녹는 범위에 영향을 미칩니다

청동의 용융 범위는 기본적으로 그에 의해 제어됩니다. 화학 성분.

순수한 구리가 녹습니다 1,085 ° C (1,985 ° F), 그러나 주석과 같은 합금 요소, 알류미늄, 규소, 인, 니켈, 또는 리드가 소개됩니다, 녹는 거동이 크게 이동합니다.

이 요소들도 낮거나 높이 구리와의 상호 작용에 따라 Solidus 및 Liquidus 온도.

주요 합금 요소의 효과

합금 상호 작용 및 미세 구조 효과

• 공허 형성 (CU-SN, Cu -PB): 용융점을 크게 낮 춥니 다, 더 넓은 용융 범위를 초래합니다.
• 금속 간 화합물 (와 함께 -, 그것으로): 용융 온도를 높이고 더 강하게 만듭니다, 더 안정적인 합금.
• 견고한 용액 강화 (-그리고 -그리고, 그것으로): 연성 및 부식성을 향상시키면서 비교적 높은 용융 범위를 유지합니다..

6. 미세 구조 및 처리 효과

화학 성분은 청동의 녹는 거동을 결정하는 데있어 지배적 인 요소입니다., 미세 구조 상태 그리고 처리 이력 또한 미묘하면서도 중요한 역할을합니다.

이러한 요인은 고체에서 액체로 합금이 얼마나 균일하게 전이되는지에 영향을 미치며 수십 각도로 효과적인 고체 또는 액체 포인트를 이동할 수 있습니다..

미세 구조 상태: 입자 크기 및 위상 분포

• 곡물 크기: 세밀한 청동 (곡물 직경 <10 μm) 일반적으로 거친 입자 청동보다 ~ 5–10 ° C의 고체 온도를 나타냅니다. (>50 μm).
  미세한 곡물이 더 많은 입자 경계 영역을 소개하기 때문입니다., 원자 확산이 국소 용융을 가속화하는 곳.
• 위상 분리: 다상 합금에서 (예를 들어, C61400과 같은 A+B 청동), 비 균일 위상 분포는 국소 용융 거동을 생성합니다.
  β- 상 영역은 ~ 1,050 ℃에서 녹기 시작할 수있다, α- 상 영역은 ~ 1,130 ° C까지 지속됩니다. 이것은 유효 용융 범위를 10-20 ° C로 넓 힙니다.
• 실용적인 예: 냉간 인형 청동 (C52100) 일반적으로 캐스트 대응보다 더 미세한 곡물을 개발합니다.
  어닐링하는 동안, 냉간 작업 C52100은 근처에있는 solidus를 보여줍니다 930 ° C, 캐스트 재료의 ~ 950 ° C와 비교 - 초기 용융을 피하기 위해 더 엄격한 온도 제어를 요구합니다..

처리 이력: 열 사이클 및 합금 분해

• 주석 기화 (용접/주조): ~ 1,100 ° C 이상의 장기 노출은 점차 주석을 기화시킬 수 있습니다, 높은 끓는점에도 불구하고 (2,270 ° C).
  예를 들어, 가열 C92200 청동 (10% Sn) ~에 1,200 1 시간 동안 ° C는 SN 함량을 1–2% 줄일 수 있습니다., 액체를 ~ 1,020 ° C에서 ~ 1,030 ° C로 위로 이동.
• 열처리 (어닐링/균질화): 600–800 ° C에서 어닐링 청동 (solidus 아래) 확산을 촉진하고 미세 분리를 감소시킵니다.
  이것은 용융 간격을 5-15 ° C로 좁 힙니다. 예를 들어, C92700 (15% Sn) 어닐링 700 ° C는 880–1,030 ° C의 용융 범위를 나타냅니다, AS- 캐스트 상태에서 880–1,050 ° C와 비교합니다.
• 캐스팅 속도: 빠른 응고 (예를 들어, 냉기 캐스팅) 더 미세한 수상 돌기와보다 균일 한 상 분포를 생성합니다, 조기 지역 용융 가능성을 줄입니다.
  느린 냉각은 분리를 향상시킵니다, 용융 간격을 넓 힙니다.

7. 청동의 융점의 산업 제조 영향

Bronze의 녹는 범위를 정확하게 제어합니다 협상 불가능합니다 제조 중.

조차도 10 ° C 편차 대상 처리 온도에서 수율을 반으로 줄일 수 있습니다., 불완전한 금형 충전을 통해, 합금 요소의 기화, 또는 미세 구조적 손상.

가장 민감한 세 가지 작업 -주조, 용접, 열처리- Solidus -Liquidus 창에 대한 정확한 지식에 크게.

주조: 유동성 균형 및 합금 무결성

캐스팅에서, 청동은 액체 위로 가열되어야합니다 50–100 ° C 곰팡이 충전에 충분한 유동성을 달성합니다, 과도한 과열을 피하면서 산화를 가속화합니다 (드 로스 형성) 또는 납 및 주석과 같은 휘발성 합금 요소의 기화.

비판적 제어: 리드 브론즈 C90700 용, 아래에 쏟아져 950 ° C가 발생합니다 오도 (채워지지 않은 구멍), 위의 동안 1,050 ° C 리드 기화가 초과됩니다 1%, 가공성을 저하시키고 가스 다공성을 생성합니다.

용접: 용융 및 합금 분해 방지

청동 용접은 기본 금속 용융을 방지하기 위해 액체 아래의 온도가 필요합니다., 베이스 합금보다 녹는 범위가 낮은 필러 금속 사용.

• TIG 용접 (해양 프로펠러): C92200 기본 금속을 사용하십시오 (10% Sn, 920–1020 ° C 용융 범위) C93200 필러 (5% Sn, 880–980 ° C 용융 범위).
  200–300 ° C로 예열하고 900–950 ° C에서 용접 풀 온도를 유지하십시오. (필러 액체와베이스 solidus 사이) 융합 결함을 피하기 위해.
• 브레이징 (전기 커넥터): 구리-인구 필러를 사용하십시오 (-5% p, 714–800 ° C에서 용융) C51000 형광체 청동 (970–1070 ° C 용융 범위).
  750–800 ° C 로의 가열 - 필러는 녹지 않고 기본 금속은 고체 상태로 유지됩니다, 왜곡 방지.

실패 모드: TIG 용접 중에 C92200 과열 (온도 >1020° C) 주석 기화를 유발합니다 (2% SN 손실), 인장 강도 감소 25% 해수의 부식 감수성 증가.

열처리: 녹지 않고 강화

열처리 온도는 엄격하게 제한됩니다 solidus 아래 부분 용융 및 미세 구조 손상을 피하기 위해:

• 솔루션 어닐링 (알루미늄 청동): C63000 (15% 알, 1080–1200 ° C 용융 범위) β- 상을 α- 상으로 용해시키기 위해 800-900 ℃에서 어닐링됩니다, 연성 개선 (신장이 증가합니다 10% 에게 30%).
• 노화 (형광 청동): C52100 (0.3% 피) 400–500 ° C에서 노화됩니다 (930 ° C Solidus보다 훨씬 낮습니다) cu cp를 침전시키기 위해, 인장 강도 증가 450 MPA 550 MPA.

8. 청동의 용융 범위에 대한 테스트 방법

Bronze의 녹는 범위의 정확한 측정에는 정밀 및 샘플 크기에 맞게 조정 된 실험실 또는 산업 기술이 필요합니다..

차동 스캐닝 열량 측정 (DSC)

• 원칙: 5-10mg 청동 샘플이 10 ° C/분에서 가열함에 따라 5-10mg 청동 샘플로의 열 흐름을 측정합니다..
  Solidus는 흡열 열 흡수의 시작으로 감지됩니다.; 액체는 흡열의 끝입니다.
• 정도: 고체 / 액체의 경우 ± 1-2 ° 100; 새로운 청동 합금을 특성화하는 데 이상적입니다 (예를 들어, 식수 비품을위한 저평가 등급) ASTM B505 준수 여부를 확인합니다.
• 예: C61400의 DSC 분석 (10% 알) 1050 ° C의 고체와 1130 ° C의 액체를 확인합니다..

고온 용융 장치

• 원칙: 1-5 g 청동 샘플은 샘플에 직접 삽입 된 열전대를 사용하여 흑연 도가니에서 가열됩니다..
  Solidus는 첫 번째 액체가 형성되는 온도입니다.; 액체는 샘플이 완전히 녹을 때입니다.
• 정도: ± 5–10 ° C; 산업 품질 관리에 적합합니다 (예를 들어, 베어링에 대한 리드 브론즈의 배치 일관성 확인).
• 이점: 실제 캐스팅 조건을 시뮬레이션합니다, DSC가 놓칠 수있는 불순물 효과를 설명합니다.

열중 측정 분석 (TGA)

• 원칙: 가열 중 청동 샘플의 질량 손실을 측정합니다.
  주석 또는 납 기화는 끓는점 이상의 질량 손실을 유발합니다., 그러나 용융의 시작은 미묘한 질량 변화로 표시됩니다. (표면 산화로 인해) Solidus와 일치합니다.
• 정도: Solidus의 경우 ± 3–5 ° C; 종종 DSC와 함께 용융 범위 데이터를 교차 검증하는 데 사용됩니다.
• 애플리케이션: 하이 틴 브론즈에서 주석 기화학 연구 (C92700) 주조 시간을 최적화합니다 (SN 손실을 최소화합니다 <0.5%).

9. Bronze의 녹는 점에 대한 일반적인 오해

산업적 중요성에도 불구하고, Bronze의 녹는 행동은 종종 오해됩니다. 다음은 주요 설명입니다:

"Bronze는 순수한 구리와 같은 고정 된 융점이 있습니다."

거짓: 순수한 구리는 1083 ° C에서 녹습니다 (결정된), 그러나 청동 (합금)은 녹는 범위입니다.

예를 들어, C92200 주석 청동은 920 ° C와 1020 ° C 사이에서 용융됩니다, 단일 온도가 아닙니다.

"더 많은 주석을 추가하면 항상 Bronze의 녹는 범위가 낮아집니다."

부분적으로 사실: 주석 콘텐츠까지 15% 용융 범위를 낮 춥니 다 (순수한 Cu의 경우 1083 ° C에서 880–1050 ° C 15% Sn), 그러나 위 15% Sn, 취성 Δ 상 (Cu₃sn) 형태, 용융 범위를 넓히고 액체를 약간 높이십시오.

"리드는 항상 Bronze의 녹는 범위를 낮추는 데 도움이됩니다."

거짓: 리드는 용융 범위를 낮추지 만 부족한 부족을 유발합니다 (높은 온도에서의 브리티 니스) 만약에 >5% PB.

하이 리드 브론즈 (C90700, 5% PB) 고열 애플리케이션에서는 사용할 수 없습니다 (예를 들어, 용광로 부품) 균열 위험으로 인해.

"모든 청동은 용융 범위로 가열되면 용접 할 수 있습니다."

거짓: 액체 위의 용접 청동은 기본 금속 용융 및 합금 요소 손실을 유발합니다. (주석 기화).

청동은 융합 결함을 피하기 위해베이스 합금보다 녹는 범위가 낮은 필러 금속이 필요합니다..

10. 품질, 결함, 그리고 완화

그만큼 청동의 녹는 거동 제품 품질의 중요한 결정 요인입니다.

정의 된 solidus -liquidus 창에서 작은 편차조차도 기계적 성능을 손상시키는 야금 결함을 유발할 수 있습니다., 부식 저항, 및 치수 안정성.

용융 범위와 관련된 일반적인 결함

분리 및 미세 구조 불균일성

• 원인: 느린 냉각 또는 넓은 용융 범위 (예를 들어, High-SN Bronzes) 주석 또는 곡물 경계에서 납을 분리시킵니다..
• 영향: 강인성 감소, 변형 내 부식 감수성.
• 예: C92700에서 (15% Sn), 과도한 β- 위상 분리는 충격 저항을 ~ 30% 낮추는다.

가스 다공성 및 수축 공동

• 원인: 위에 쏟아지는 슈퍼 하이트 (> 액체 + 100 ° C) 산화 및 가스 흡수를 증가시킵니다.
• 영향: 다공성은 피로 수명을 최대로 줄입니다 40%.
• 예: Leaded Bronze C90700은 쏟아지면 공극을 개발합니다 >1,080 납 기화로 인한 ° C.

뜨거운 크래킹 (응고 크래킹)

• 원인: 일부 합금에서는 좁은 응고 범위가 있습니다 (예를 들어, 브론즈와 함께) 냉각 중에 열 응력이 발생하기 쉽습니다.
• 영향: 균열은 입자 경계에서 시작됩니다, 구조적 무결성을 손상시킵니다.

과열 및 합금 요소 손실

• 원인: 연장 된 노출 >1,100 ° C는 주석 기화를 유발합니다 (시간당 ~ 1–2%) 리드 브론즈의 리드 손실.
• 영향: 더 낮은 강도, 가공 가능성이 좋지 않습니다, 그리고 Brittleness가 증가했습니다.

주요 테이크 아웃:

청동 제조의 대부분의 품질 고장은 합금 선택이 아니라 녹고 쏟아지는 동안 부적절한 온도 제어.

결합하여 엄격한 열 관리, 합금 최적화, 그리고 고급 검사 기술, 결함 속도는 더 이상 감소 할 수 있습니다 70%.

11. 미래의 트렌드: 저 레드 및 첨가제 제조

청동 기술은 환경 규제 및 고급 제조 요구를 충족시키기 위해 발전하고 있습니다., 최전선에서 녹는 범위 고려 사항:

저평가 및 무연 청동

• 운전사: 환경 규정 (예를 들어, 캘리포니아 제안 65, 나는 로스) 식수 비품 및 식품 접촉 표면의 납을 제한합니다.
• 녹는 범위 도전: 리드를 Bismuth로 대체합니다 (바이) 또는 실리콘 (그리고) 녹는 범위를 다시 정화시키는 것이 필요합니다 - Bismuth는 액체를 ~ 10 ° C로 낮추겠습니다. 1% 바이, 그러나 과도한 bi는 Brittleness를 유발합니다.
• 해결책: C90800 (10% Sn-2% Bi) 920–1000 ° C 용융 범위가 있습니다, 무연 표준을 충족하면서 Bronze의 주조를 일치 시켰습니다.

첨가제 제조 (3D 인쇄)

• 운전사: 복잡한 기하학 (예를 들어, 맞춤형 베어링) 그 전통적인 캐스팅은 달성 할 수 없습니다.
• 녹는 범위 도전: 분말 침대 융합 (PBF) 레이저 온도의 정확한 제어가 필요합니다 (완전 용융을위한 액체 위, 소결을 위해 아래).
• 해결책: C52100 Phosphor Bronze PBF의 경우, 1050–1100 ° C의 레이저 온도를 사용하십시오 (액체 + 20–70 ° C) 주석 기화없이 층 결합을 보장합니다.

12. 결론

그만큼 녹는 점 청동의 가장 잘 이해됩니다 고체 및 액체 온도에 의해 정의 된 용융 범위.

이 범위는 합금 조성의 영향을받습니다, 미세 구조, 그리고 불순물, 그리고 청동이 얼마나 직접적으로 지배합니다 깁스, 용접, 열처리.

녹고 쏟아지는 온도를 신중하게 제어하면 결함이없는 구성 요소가, 서비스 수명을 연장합니다, 비용을 줄입니다.

단계 다이어그램 지식을 실용적인 파운드리 경험과 통합함으로써, 엔지니어와 제조업체는 청동의 다양성을 완전히 활용하면서 생산 위험을 최소화 할 수 있습니다..

FAQ

해양 프로펠러에 사용되는 청동의 용융 범위는 무엇입니까??

해양 프로펠러는 일반적으로 C92200 Naval Tin Bronze를 사용합니다 (10% Sn) 또는 C61400 중간 알루미늄 청동 (10% 알).

C92200은 920–1020 ° C에서 용융됩니다, C61400은 1050–1130 ° C에서 녹습니다. 고온에서의 강도가 높기 때문에 더 큰 프로펠러의 알루미늄 청동이 선호됩니다..

리드 컨텐츠가 청동의 녹는 범위에 어떤 영향을 미칩니 까?

리드는 용융점 우울제 (각각) 역할을합니다 1% 리드의 증가는 액체를 ~ 15 ° C로 낮 춥니 다.

예를 들어, C90300 (2% PB) 액체 액체 100이 있습니다, C90700 (5% PB) 액체는 980 ° 100입니다.

하지만, 선두 >5% 뜨거운 부족을 유발합니다, 고온에서 청동이 부서지기 쉬워집니다.

강철과 같은 온도로 청동을 용접 할 수 있습니까??

아니요. 강철 (예를 들어, A36) 1425–1538 ° C에서 녹습니다, 청동보다 훨씬 높습니다.

용접 C92200 주석 청동은 최대 950 ° C의 최대 온도가 필요합니다. (1020 ° 100 조건 아래) 주석 기화 및 기본 금속 용융을 피하기 위해.

강철 용접 온도를 사용하면 청동이 파괴됩니다.

파운드리에서 청동의 용융 범위를 어떻게 측정합니까??

흑연 도가니와 K 형 열전대와 함께 고온 용융 장치를 사용하십시오..

열 a 5 5 ° C/분에서 G 브론즈 샘플, 첫 번째 액체가 형성 될 때 온도를 기록합니다 (solidus) 그리고 샘플이 완전히 녹을 때 (액체).

이 방법은 ± 5–10 ° C 정밀도를 가지고 있습니다, 배치 품질 관리에 충분합니다.

알루미늄 청동이 왜 주석 동메달보다 녹는 범위가 더 높습니까??

알루미늄은 높은 금속 간 화합물을 형성합니다 (예를 들어, cu₃al, 1037 ° C에서 용융) 구리로, Solidus와 Liquidus를 높입니다.

주석, 대조적으로, 구리로보다 연성 고체 용액을 형성합니다, 원자 결합을 방해하고 용융 범위를 낮추는 것. 예를 들어, 10% Bronze in Bronze는 액체를 ~ 100 ° C vs로 올립니다. 10% Sn.