Шта је тачка топљења бронзе?

1. Увођење

Тачка топљења бронзе је кључни концепт у металургији, производња, и дизајн.

За разлику од чистих метала, Бронза је ан легура - пре свега од бакра и калаја, Иако многи модерне бронзе укључују алуминијум, силицијум, никл, или фосфор.

Као резултат, Бронза се не растопи нагло на једној температури, већ уместо тога пролази кроз кашаска зона између солидуса (Почетак топљења) и течност (потпуно се растао).

Ова разлика је критична за инжењере лијева, заваривачи, и дизајнери материјала који се ослањају на прецизну контролу температуре да би се осигурало звук, Компоненте без оштећења.

2. Шта је бронзана?

Бронза је а легура на бази бакра у којем бакру (Цу) је главна компонента и калај (Сн) Традиционално је примарни легирајући елемент.

За разлику од чистих метала, Бронза је ан Инжењерски материјал-Ити механички, термички, и хемијска својства могу се прилагодити подешавањем састава и обраде.

Савремени бронзе такође могу да садрже алуминијум, силицијум, фосфор, никл, цинка, или доводе до постизања специфичних карактеристика перформанси.

Историјска перспектива

Бронза је једно од најранијих легура које су развили људи, датирање назад назад Бронзано доба (оковратник 3300 Преступник).

Увођење калаја у бакар створен је теже, Издржљивији материјал од чистог бакра, Омогућавање унапређења у алата, оружје, уметност, и архитектура.

Данас, Бронза остаје неопходна у обе традиционалне уметничке апликације (скулптура, звона) и напредни инжењеринг (ваздухопловство, маринац, и енергетски системи).

Класификација легура бронзана

Бронза није јединствена легура, већ Породица легура бакра категорисали су њихови секундарни елементи:

• Тин Бронзес - Цу-Сн легуре (обично 5-20% сн), вредновано за снагу, отпорност на хабање, и носећи својства.
• Фосфор Бронзес - лимене бронзе са малим додацима фосфора (0.01-0,5%), Побољшање отпорности на умора и отпорност на корозију.
• Алуминијумске бронзе - Цу-ал легуре (5-12% ал, често са ФЕ или НИ), Нудећи одличну отпорност на снагу и морске корозије.
• Силицон Бронзес - са легурама (2-4% и), Комбиновање отпорности на корозију са добрим капитаљивошћу и заваривањем.
• Леадед Бронзес - Цу-сн-пб легуре, Тамо где олово побољшава израду и својства лежаја.
• Никл-алуминијумске бронзе - Цу-ал-ни легуре са врхунском отпором на морској води, често се користи у бродоградњи.

Кључна својства бронзе

• Механички: Већа снага и тврдоћа од бакра, са добрим отпором на хабање.
• Термички: Висока топлотна проводљивост, али нижи од чистог бакра због легирања.
• Хемијски: Одлична отпорност на корозију, посебно против морске воде, прављење бронза неопходних у маринској и хемијској индустрији.
• Акустичан: ДИСТИНЦТ Својства резонанције, користи се у музичким инструментима, звона, и гонгови.

3. Топљење понашања легура - солидус и ликвида

За легуре, топљење се догађа преко а Температурни интервал:

• Температура солидуса: Најнижа температура у којој се толтипи.
• Температура течности: Температура на којој легура постаје потпуно течно.
• Асортиман замрзавања (Кашаска зона): Интервал између солидуса и ликвида у којима је чврст и течни коегзисти.

4. Типично топљење рах од стране Бронзе породице

Јер бронза није јединствена легура, већ породица легуре на бази бакра, Њено понашање топљења широко зависи од легираних елемената и њихових пропорција.

Уместо оштрог топљења (Као што се види у чистим металима), Бронза показује а опсег топљења, дефинисано од стране солидус (где почиње топљење) и тхе тхе течност (где се постаје потпуно растопљено).

Табела испод резимира типично топљење распона за главне бронзане породице:

5. Како композиција и легирски елементи утичу на домет топљења

Распон топљења бронзе у основи је контролисан његовим хемијски састав.

Чисти бакар се топи 1,085 ° Ц (1,985 ° Ф), Али када легирајући елементи као што су лименке, алуминијум, силицијум, фосфор, никл, или се уводе олово, понашање топљења значајно се смјести.

Ови елементи нижи или подићи температуре солидуса и ликвида у зависности од њихове интеракције са бакарним.

Утицај главних алегалних елемената

Легирајуће интеракције и микроструктурне ефекте

• Еутектичка формација (Цу-сн, Цу -ПБ): Значајно смањује тачку топљења, резултирајући ширим раскидама топљења.
• Интерметална једињења (Са -, Са њим): Повећајте температуре топљења и створите јачи, више стабилних легура.
• Јачање чврстог решења (Са-а, Са њим): Задржава релативно висок опсег топљења током побољшања дуктилности и отпорности на корозију.

6. Ефекти микроструктуре и обраде

Док је хемијски састав доминантан фактор у одређивању бронзаног понашања топљења, микроструктурна држава и Историја обраде Такође играјте суптилну још важну улогу.

Ови фактори утичу на то колико су једнолично легури прелази из чврсте до течности и могу пребацити ефективне солидус или ликвидске тачке десетинама степена.

Микроструктурна држава: Величина зрна и дистрибуција фазе

• Величина зрна: Финозрнато бронза (пречник зрна <10 μм) опћенито показује температуру солидуса ~ 5-10 ° Ц ниже од грубог зрнате бронзе (>50 μм).
  То је зато што фино зрно представља више подручја граничног зрна, где атомска дифузија убрзава локално топљење.
• Фаза сегрегација: На вишефазним легурама (Нпр., А + Б бронза као што је Ц61400), Неоједначна фазна дистрибуција ствара локализовано понашање топљења.
  β-фазни региони могу почети топити на ~ 1,050 ° Ц, Док су региони α-фазе тражити до ~ 1,130 ° Ц. Ово проширује ефективни опсег топљења за 10-20 ° Ц.
• Практични пример: Хладно-радио фосфор бронзе (Ц52100) обично развија лепше зрна од њеног колега у улогу.
  Током жарења, Хладно-радио Ц52100 приказује солидус у близини 930 ° Ц, У поређењу са ~ 950 ° Ц за ливену материјалну контролу температуре која захтева чвршће температуру да бисте избегли топљење на почетку.

Историја обраде: Термални циклуси и деградација легуре

• Испаравање лименке (Заваривање / ливење): Дуготрајно излагање изнад ~ 1,100 ° Ц може постепено испаравати лименке, Упркос великој тачки кључања (2,270 ° Ц).
  На пример, Грејање Ц92200 Бронзе (10% Сн) у 1,200 ° Ц током једног сата може смањити садржај СН-а за 1-2%, Померање своје ликвидације према горе од ~ 1,020 ° Ц до ~ 1,030 ° Ц.
• Топлотни третман (Жнељење / хомогенизација): Обнарење бронза на 600-800 ° Ц (испод солидуса) промовише дифузију и смањује микросегацију.
  Ово сужава интервал топљења за 5-15 ° Ц. На пример, Ц92700 (15% Сн) забележен на 700 ° Ц приказује опсег топљења од 880-1,030 ° Ц, у поређењу са 880-1.050 ° Ц у држави у случају.
• Стопа ливења: Брзо очвршћавање (Нпр., Цхилл Цастинг) производи лепше дендрите и више једиљније дистрибуције фазе, Смањивање вероватноће прерано локално топљење.
  Полако хлађење повећава сегрегацију, ширење интервала топљења.

7. Индустријска производња импликација тачке топљења бронзе

Прецизна контрола бронзаног опсега топљења је не-преговарачки у производњи.

Чак и а 10 ° Ц Одступање са температуре циљане обраде може смањити принос по половини, било путем непотпуног пуњења калупа, испаравање алегалних елемената, или микроструктурно оштећење.

Три најосетљивије операције-ливење, заваривање, и топлотни третман-Реко у великој мери на тачно знање о прозору солидус-ликвида.

Цастинг: Интегритет флуидности и диалансирање флуидности

У ливењу, Бронза се мора загрејати изнад његове ликвидације 50-100 ° Ц Да би се постигла довољна флуидност за пуњење калупа, Док избегавајући прекомерно прегревање које убрзава оксидацију (дросс стварање) или испаравање испарљивих легираних елемената као што је олова и калај.

Критична контрола: За оловни бронзу Ц90700, изливање испод 950 ° Ц резултира мисунс (неиспуњене шупљине), док 1,050 ° Ц Оловна испаравање прелази 1%, понижавајућа обрада и израда порозности гаса.

Заваривање: Избегавање топљења и разградње легура

Брончана заваривање захтева температуре испод ликвидације како би се спречило топљење базног метала, Помоћу метала пуњења са нижим опсегом топљења од основне легуре.

• ТИГ заваривање (Марински пропелери): Користите Ц92200 базни метал (10% Сн, 920-1020 ° Ц Распон топљења) са Ц93200 пунилом (5% Сн, 880-980 ° Ц Распон топљења).
  Предгрејати на 200-300 ° Ц и одржавање температуре базена за заваривање на 900-950 ° Ц (између ликвидатуре за пуњење и основни солидус) Да бисте избегли оштећења фузије.
• Лемљење (Електрични конектори): Користите пунило бакра-фосфора (Са-5% п, топљење на 714-800 ° Ц) са Ц51000 фосфорном бронзом (970-1070 ° Ц Распон топљења).
  Топлота на 750-800 ° Ц-пунило се топи док основни метал остаје чврст, спречавање изобличења.

Режим квара: Прегревање Ц92200 током заваривања ТИГ-а (температура >1020° Ц) изазива испаравање лименке (2% Губитак), Смањење затезне чврстоће од стране 25% и повећање подложности корозије у морској води.

Топлотни третман: Јачање без топљења

Температуре топлоте строго су ограничене на испод солидуса Да бисте избегли делимично топљење и микроструктурно оштећење:

• Решење жарења (Алуминијум Бронза): Ц63000 (15% Алтер, 1080-1200 ° Ц Распон топљења) је жарено на 800-900 ° Ц да се раствори β-фаза у α-фазу, Побољшање дуктилности (Издужење се повећава од 10% до 30%).
• Старење (Фосфор Бронзе): Ц52100 (0.3% П) је стар на 400-500 ° Ц (знатно испод свог 930 ° Ц солидус) да се престане куе, Повећавање затезне чврстоће од 450 МПА то 550 МПА.

8. Методе испитивања бронзаног опсега топљења

Тачно мерење бронзаног опсега топљења захтева лабораторијске или индустријске технике прилагођене прецизности и величини узорка.

Диференцијално скенирање калориметрија (ДСЦ)

• Принцип: Мери проток топлоте улаз / од 5-10 мг бронзаног узорка јер се загрева на 10 ° Ц / мин.
  Откривен је солидус као почетак ендотермичне апсорпције топлоте; Ликуид је крај ендотерма.
• Прецизност: ± 1-2 ° 100 за чврсту / течност; Идеално за карактеризацију нових легура бронза (Нпр., Разреде са ниским оловом за постављање водених вода) Да бисте проверили усаглашеност са АСТМ Б505.
• Пример: ДСЦ анализа Ц61400 (10% Алтер) Потврђује солид од 1050 ° Ц и ликвид од 1130 ° Ц критичних за постављање температура ливења умрлих.

Апарат за топљење високог температуре

• Принцип: 1-5 г бронзани узорак загреван је у графитском лонцу са термоелером уметнутом директно у узорак.
  Солид је температура када се први течни облици; Ликуикус је када се узорак потпуно растави.
• Прецизност: ± 5-10 ° Ц; Погодно за контролу индустријске квалитете (Нпр., Провјеравање серијене конзистентности оловног бронза за лежајеве).
• Предност: Симулира прави услови за ливење, Рачуноводство ефеката нечистоћа који ДСЦ може пропустити.

Термална гравиметријска анализа (Тга)

• Принцип: Мери масовни губитак бронзаног узорка током грејања.
  Лименка или испаравање олова узрокује губитак масе изнад њихових бодова, Али почетак топљења је означено суптилним масовним променама (Због површинске оксидације) који се подудара са солидом.
• Прецизност: ± 3-5 ° Ц за солидус; Често се користи са ДСЦ-ом за унакрсну податке о домету топљења.
• Примена: Студирање испаравања лимене у бронзу са високим лимом (Ц92700) Да бисте оптимизирали време задржавања кастинга (Минимизирање губитка СН-а <0.5%).

9. Заједничка заблуда о бронзаној тачки топљења

Упркос индустријском значају, Понашање мељања бронза је често погрешно схваћен. Испод су кључна појашњења:

"Бронза има фиксну тачку топљења попут чистог бакра."

Лажно: Чисти бакар се топи на 1083 ° Ц (фиксиран), али бронзана - легура - има топљење.

На пример, Ц92200 Тин бронча се топи између 920 ° Ц и 1020 ° Ц, не на једној температури.

"Додавање више ТИН-а увек снижава бронзани распон топљења."

Делимично тачно: Садржај лимена до 15% Смањује опсег топљења (од 1083 ° Ц за чисти ЦУ на 880-1050 ° Ц за 15% Сн), али изнад 15% Сн, Крив δ-фаза (Цундн) обрасци, проширивање опсега топљења и благо подизање ликвидације.

"Олово је увек корисно за спуштање бронзаног опсега топљења."

Лажно: Олово снижава опсег топљења, али изазива врућу несталност (Бритаљка на високим темповима) ако >5% Пб.

Бронза са високим оловом (Ц90700, 5% Пб) не може се користити у апликацијама са високим топлотом (Нпр., Делови пећи) Због ризика од пуцања.

"Све бронзе су завариве ако се загреју до њиховог опсега топљења."

Лажно: Заваривачки бронза изнад његове ликвидности узрокује да се топљење базне метала и средства за смањење елемента (испаравање лименке).

Бронза захтева метале пуњења са нижим опсегом топљења од основне легуре како би се избегло оштећења фузије.

10. Квалитет, Оштећења, и ублажавање

Тхе топљење понашања бронзе је критична одредница квалитета производа.

Чак и мала одступања од свог дефинисаног прозора СОЛИДУС-ЛИВОСУС могу покренути металуршке недостатке који компромитују механичке перформансе, отпорност на корозију, и димензионална стабилност.

Уобичајене недостатке у вези са опсегом топљења

Сегрегација и микроструктурна нехомогеност

• Узрок: Споро хлађење или широко топљење (Нпр., Син-СН Бронзес) доводе до сегрегације лименке или вођења у границама зрна.
• Утицај: Смањена жилавост, Интергрануларна подложност корозије.
• Пример: У Ц92700 (15% Сн), Прекомерна сегрегација β-фазе смањује отпорност на ударце за ~ 30%.

Порозност на гас и шљокице за скупљање

• Узрок: Сипање изнад препорученог прегревања (> течност + 100 ° Ц) Повећава оксидацију и апсорпцију гаса.
• Утицај: Порозност смањује живот умор до 40%.
• Пример: ЛЕАД БРОНЗЕ Ц90700 развија празнине ако се сипа >1,080 ° Ц због испаравања о води.

Топло пуцање (Пуцање учвршћивања)

• Узрок: Уски укид се креће у неким легурама (Нпр., Са - бронзес) натерајте их да се склоне топлотним стресовима током хлађења.
• Утицај: Пукотине иницирају на границама зрна, Компромитујући структурни интегритет.

Прегревање и легирајући губитак елемената

• Узрок: Продужено излагање >1,100 ° Ц изазива испаравање лимене (~ 1-2% на сат) и губитак вођења код ледених бронза.
• Утицај: Нижа снага, лоша израда, и повећана брисања.

Кључни поремећај:

Најквалитетнија пропуста у бронзаној производњи произилазе из одабира легура, али од Неправилна контрола температуре током топљења и изливања.

Комбиновањем строга топлотна управа, Оптимизација легура, и Напредне технике инспекције, Стопе оштећења могу се смањити за више од тога 70%.

11. Будући трендови: Производња ниског оловног и додатка

Брончана технологија се развија да испуни прописе о животној средини и напредним потребама за производњу, са разматрањима топљења на првом плану:

Бронза без воде и без олова

• Возач: Прописи о животној средини (Нпр., Калифорнијски предлог 65, И Рохс) Ограничавање вођења у плочима за пиће и прехрамбене површине.
• Изазов топљења: Замена олова са бизмутом (Би) или силицијум (И) захтева реоптимизовање топљења распона-бизмута смањује ликвидус за ~ 10 ° Ц по 1% Би, Али вишак БИ изазива крхку.
• Решење: Ц90800 (Са-10% СН-2% БИ) има опсег топљења од 920-1000 ° Ц, подударање кадратљивости на договореној бронзи током састанка стандарда без воде.

Додатна производња (3Д Штампање)

• Возач: Сложене геометрије (Нпр., Прилагођени лежајеви) да традиционално ливење не може постићи.
• Изазов топљења: Средство у праху (Пбф) захтева прецизну контролу ласерске температуре (изнад ликвида за потпуно топљење, испод за синтеровање).
• Решење: За Ц52100 фосфор бронзе ПБФ, Користите ласерску температуру од 1050-1100 ° Ц (течност + 20-70 ° Ц) Да би се осигурало лепљење слоја без испаравања лимене.

12. Закључак

Тхе тачка топљења бронзе најбоље се разуме као Распон топљења дефинисан солидусом и ликвидним температурама.

На овај опсег утиче легура састав, микроструктура, и нечистоће, и директно регулише колико је бронза лишити, заварен, и топлоте.

Пажљива контрола топљења и сипања температура осигурава компоненте без оштећења, продужава радни век, и смањује трошкове.

Интегрисањем знања о дијаграму фазе са практичним лисновима, Инжењери и произвођачи могу у потпуности искористити свестраност бронза, док минимизира ризике у производњи.

Често постављана питања

Какав је опсег топљења бронзе који се користи у морским пропелирама?

Морски пропелери обично користе Ц92200 морнарску лимун бронзу (10% Сн) или Ц61400 средње алуминијум бронза (10% Алтер).

Ц92200 се топи на 920-1020 ° Ц, Док се Ц61400 топи на 1050-1130 ° Ц. Алуминијумска бронза је пожељна за веће пропелере због веће снаге на високим температурама.

Како садржај олова утиче на опсег топљења бронзе?

Оловна дјела као депресив талишта таљења - сваки 1% Повећање оловног олову смањује ликвидус за ~ 15 ° Ц.

На пример, Ц90300 (2% Пб) има течну течност 100, Док Ц90700 (5% Пб) Има течност од 980 ° 100.

Међутим, олово >5% узрокује врућу краткоћу, прављење бронзаних крхки на високим температурама.

Могу ли заварити бронзу са истом температуром као челиком?

Не. Челик (Нпр., А36) Топи се на 1425-1538 ° Ц, далеко виша од бронзе.

Заваривање Ц92200 Тин Бронза захтева максималну температуру од 950 ° Ц (Испод свог 1020 ° 100 стања) Да бисте избегли испаравање лимене и базне металне топљење.

Коришћење челичних температура заваривања би уништило бронзу.

Како да мерим опсег топљења бронзе у ливници?

Користите апарат за топљење високих температура са графитним лошом и К-типом ТХЕРМОЦОУП.

Загрејати а 5 Г бронзани узорак на 5 ° Ц / мин, Снимање температуре када се први течни облици (солидус) и када је узорак у потпуности растопљен (течност).

Ова метода има ± 5-10 ° Ц прецизност, Довољно за контролу квалитета серије.

Зашто алуминијумски бронза има виши опсег топљења од лименке бронзе?

Алуминијум формира високо топљају мементална једињења (Нпр., Кујал, топљење на 1037 ° Ц) са бакрама, који подижу солидус и ликвид.

Лименка, супротно, формира дуктилни чврсти раствор са бакрама, Поремећај атомске везе и спуштање опсега топљења. На пример, 10% Ал у бронзу подиже ликвидус за ~ 100 ° Ц вс. 10% Сн.