องค์ประกอบการผสมส่งผลต่อโลหะผสมทองเหลืองอย่างไร: Fe, Pb, Bi, P, Sb, Sn, Mn และ Al

Copper-Zinc Matrix ตอบสนองต่อการเติมอย่างไร

ทองเหลืองเป็นโลหะผสมสังกะสีทองแดง- และอัตราส่วนของทั้งสองจะควบคุมว่าโครงสร้างนั้นเป็น-เฟสอัลฟา ดูเพล็กซ์อัลฟาบวกเบตา หรือเบตาที่มีปริมาณแกมมาเฟสเพิ่มขึ้น องค์ประกอบเพิ่มเติมทุกชิ้นจะละลายในขั้นตอนใดระยะหนึ่ง ก่อตัวเป็นสารประกอบของตัวเอง หรือแยกตามขอบเขตของเกรน และผลที่ตามมาจะขึ้นอยู่กับว่าความสามารถในการละลายเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรตามอุณหภูมิ ธาตุบางชนิดแทบไม่ละลายในทองแดงที่เป็นของแข็ง บางชนิดละลายเพียงเล็กน้อย และบางชนิดละลายในสัดส่วนเท่าใดก็ได้ เนื่องจากความสามารถในการละลายจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเย็นลง องค์ประกอบที่ไม่เป็นอันตรายในการหล่อจึงอาจกลายเป็นฟิล์มที่เปราะหรือเป็นโครงข่ายของอนุภาคหลังจากการรีดหรือการอบอ่อน หมายเหตุด้านล่างจะปฏิบัติต่อแต่ละองค์ประกอบตามลำดับและให้ขีดจำกัดที่สำคัญในการผลิต

เหล็ก

เหล็กมีความสามารถในการละลายต่ำมากในทองแดงที่เป็นของแข็ง ปรากฏเป็นอนุภาคที่มีธาตุเหล็ก-อุดมซึ่งกระจายผ่านเมทริกซ์อัลฟา และอนุภาคเหล่านั้นทำหน้าที่เป็นตัวกลั่นเกรนที่มีประสิทธิภาพโดยการปักหมุดขอบเขตเกรนระหว่างการหล่อและการทำงานที่ร้อน ในทองเหลืองทองแดง 60 เปอร์เซ็นต์ การเติมในช่วง 0.3 ถึง 0.6 เปอร์เซ็นต์จะให้ผลการกลั่นที่แข็งแกร่ง ซึ่งช่วยเพิ่มความเหนียวเมื่อร้อนและให้โครงสร้างที่สม่ำเสมอมากขึ้นผ่านหน้าตัด- มีข้อควรระวังสองประการ ประการแรก เหล็กที่เหลือที่เก็บมาจากเศษเหล็กหรือจากเครื่องมือเหล็กไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางกลของทองเหลืองธรรมดา ดังนั้นการปนเปื้อนเพียงเล็กน้อยจึงไม่เป็นปัญหาด้านคุณภาพในตัวมันเอง ประการที่สอง เมื่อวัสดุจำเป็นต้องมีความอ่อนตัวของแม่เหล็ก เช่นเดียวกับในเครื่องมือบางอย่างและการใช้งานป้องกัน ปริมาณธาตุเหล็กจะต้องอยู่ต่ำกว่าประมาณ 0.3 เปอร์เซ็นต์ เนื่องจากอนุภาคที่มีธาตุเหล็ก-อุดมด้วยเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าและเพิ่มความสามารถในการซึมผ่านและบังคับบังคับ

ตะกั่วและบิสมัท

ตะกั่วและบิสมัทเป็นสารเจือปนที่เป็นอันตรายแบบคลาสสิกในทองเหลือง และบิสมัทเป็นสารทั้งสองที่สร้างความเสียหายมากกว่า โดยพื้นฐานแล้วตะกั่วจะไม่ละลายและสะสมเป็นอนุภาคใน-ยูเทคติกที่กำลังละลายต่ำที่ขอบเขตของเมล็ดพืช ในทองเหลืองอัลฟ่า ปริมาณตะกั่วที่สูงกว่าประมาณ 0.03 เปอร์เซ็นต์ก็เพียงพอที่จะทำให้เกิดความเปราะบางจากความร้อน แม้ว่าประสิทธิภาพการทำงานในความเย็นจะไม่ได้รับผลกระทบมากนัก และในตะกั่วทองเหลืองดูเพล็กซ์ก็ไม่มีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการทำงานที่ร้อน ดังนั้นระดับที่อนุญาตจึงสามารถสูงขึ้นได้ พฤติกรรมดังกล่าวเป็นสาเหตุที่จงใจเติมสารตะกั่วลงในทองเหลืองที่ตัดเฉือนฟรี-: อนุภาคขอบเขตทำหน้าที่เป็นตัวหักเศษและให้ความเร็วตัดสูงพร้อมผิวสำเร็จที่ดี บิสมัทก่อตัวเป็นฟิล์มเปราะต่อเนื่องตามแนวขอบเขตของเมล็ดพืช แทนที่จะเป็นอนุภาคที่แยกจากกัน ดังนั้นจึงทำให้ทองเหลืองเปราะทั้งในการทำงานทั้งร้อนและเย็น และจะต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดมากกว่าตะกั่วมาก

อันตรายเพิ่มเติมจะปรากฏขึ้นหลังจากการร่าย หากทองเหลืองรีดเย็น-ที่มีตะกั่วหรือบิสมัทเกินขีดจำกัดที่อนุญาตได้รับความร้อนเร็วเกินไปในระหว่างการหลอม ขอบเขตการหลอมละลายต่ำ-จะไม่สามารถกระจายตัวใหม่ได้ทันเวลา และวัสดุก็แตกร้าวอย่างกะทันหัน ซึ่งเป็นข้อบกพร่องที่เรียกกันทั่วไปว่าการแตกร้าวของไฟ ในทางปฏิบัติมีวิธีแก้ไขสองวิธี: การให้ความร้อนอย่างช้าๆ และควบคุมได้ตลอดช่วงวิกฤต หรือการเติมเซอร์โคเนียมจำนวนเล็กน้อย ซึ่งเชื่อมโยงองค์ประกอบที่เป็นอันตรายเข้ากับสารประกอบที่มีจุดหลอมเหลวสูง-} - ซึ่งจะไม่ทำให้ขอบเขตเปียกชื้นอีกต่อไป

ฟอสฟอรัสและพลวง

ฟอสฟอรัสละลายได้ในอัลฟ่าคอปเปอร์ในระดับที่จำกัดเท่านั้น ในปริมาณเล็กน้อย จะช่วยขัดเกลาเมล็ดพืชและปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของทองเหลือง และยังเป็นตัวกำจัดออกซิไดซ์ที่ใช้ในเกรดทองแดงซึ่งยอมรับฟอสฟอรัสตกค้างได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อปริมาณฟอสฟอรัสผ่านไปประมาณ 0.05 เปอร์เซ็นต์ สารประกอบที่เปราะ Cu3P จะเริ่มก่อตัวและประสิทธิภาพการประมวลผลลดลงอย่างรวดเร็ว โดยที่ขอบจะแตกร้าวและคุณภาพพื้นผิวไม่ดีในระหว่างการวาด ฟอสฟอรัสยังทำให้อุณหภูมิการตกผลึกซ้ำสูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัด และทำให้เกิดขนาดเกรนที่ตกผลึกซ้ำไม่เท่ากัน ซึ่งเป็นปัญหาสำหรับการวาดแบบลึกและสำหรับกำหนดเวลาการอบอ่อนที่สดใส

พลวงมีพฤติกรรมคล้ายกันแต่ด้วยเหตุผลที่แตกต่างออกไป ความสามารถในการละลายของทองแดงจะลดลงอย่างมากเมื่ออุณหภูมิลดลง ดังนั้นเมื่อเย็นตัวลงก็จะถูกบังคับให้ออกไปถึงขอบเขตของเกรน ต่ำกว่าประมาณ 0.1 เปอร์เซ็นต์จะสร้าง Cu2Sb ในเครือข่ายต่อเนื่อง ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพการทำงานเย็นลดลงอย่างรุนแรง และพลวงยังทำให้เกิดความเปราะบางจากความร้อนอีกด้วย มีการกำหนดมาตรการรับมือไว้อย่างดี 2 ประการ การเพิ่มลิเธียมในปริมาณเล็กน้อยจะทำให้เกิดสารประกอบ Li3Sb ที่หลอมละลายสูง- ซึ่งตกตะกอนเป็นอนุภาคละเอียดภายในเมล็ดข้าวแทนที่จะเป็นฟิล์มขอบเขต ซึ่งขจัดอันตรายส่วนใหญ่ออกไป อีกทางหนึ่ง เนื่องจากพลวงมีความสามารถในการละลายสูงในทองแดงที่อุณหภูมิสูง การบำบัดสารละลายที่เป็นของแข็งตามด้วยการทำความเย็นสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานเย็นของทองเหลืองที่มีตลับลูกปืนพลวง-ได้โดยการเก็บองค์ประกอบไว้ในสารละลาย

ดีบุก แมงกานีส และอะลูมิเนียม

ดีบุกละลายในปริมาณที่จำกัดในอัลฟ่าและดูเพล็กซ์อัลฟ่าบวกเบตาทองเหลือง ประโยชน์เชิงปฏิบัติของมันคือการควบคุมการกัดกร่อน: ดีบุกยับยั้งการสลายตัวของสังกะสี เพิ่มความต้านทานต่อน้ำทะเลและตัวกลางที่เป็นกรดอ่อน และเพิ่มความต้านทานการสึกหรอ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมทองเหลืองลูกปืนดีบุก-จึงถูกนำมาใช้กับฮาร์ดแวร์ทางทะเล ชิ้นส่วนปั๊ม และส่วนประกอบวาล์ว ข้อเสียคือดีบุกส่งเสริมการแยกตัวแบบย้อนกลับในแท่งโลหะ ดังนั้น การฝึกหล่อและเวลาในการแช่จึงต้องปรับเพื่อหลีกเลี่ยงการไล่ระดับขององค์ประกอบ

แมงกานีสมีความสามารถในการละลายสูงในทองเหลือง และใช้เป็นหลักในการเสริมความแข็งแกร่ง โดยเพิ่มทั้งความแข็งแรงและความแข็ง ในขณะที่ยังคงความเหนียวที่เป็นประโยชน์ไว้ ทองเหลืองตลับลูกปืนแมงกานีส-ยังสามารถดับและบ่มได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความแข็งให้ดียิ่งขึ้น และทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่สึกหรอ เกียร์ และ-กรงตลับลูกปืนงานหนัก อะลูมิเนียมมีพฤติกรรมแตกต่างออกไปตรงที่มันหดตัวอย่างรุนแรงต่อสนามเฟสอัลฟา เมื่อปริมาณอะลูมิเนียมเพิ่มขึ้น เฟสแกมมาจะปรากฏขึ้น ความแข็งเพิ่มขึ้น แต่ความเป็นพลาสติกลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงต้องเฝ้าดูระยะการทำงาน ในด้านบวก อลูมิเนียมช่วยเพิ่มการไหลได้อย่างเห็นได้ชัด ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการหล่อแบบผนังบาง- และอลูมิเนียมทองเหลืองถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับคอนเดนเซอร์และท่อแลกเปลี่ยนความร้อน เนื่องจากฟิล์มบนพื้นผิวที่ก่อตัวจะต้านทานการไหลของน้ำทะเล

การกำหนดขีดจำกัดขององค์ประกอบในทางปฏิบัติ

ตัวเลขข้างต้นไม่เป็นอิสระต่อกัน การปรับแต่งเหล็กจะช่วยได้ก็ต่อเมื่อวัสดุยังร้อนอยู่-สามารถใช้งานได้ ซึ่งขึ้นอยู่กับตะกั่วและบิสมัทที่อยู่ภายใต้ขีดจำกัด การเติมดีบุกเพื่อต้านทานการกัดกร่อนจะต้องสมดุลกับการแยกตัวจากการหล่อ และการเติมอะลูมิเนียมเพื่อไม่ให้สูญเสียความเหนียว ข้อมูลจำเพาะเชิงปฏิบัติจึงระบุช่วงของทองแดงและสังกะสี ขีดจำกัดบนสำหรับสารตกค้างที่เป็นอันตรายแต่ละรายการ และการเติมขั้นต่ำสำหรับธาตุโลหะผสมแต่ละชนิดตามเจตนา พร้อมด้วยโครงสร้างจุลภาคและขนาดเกรนที่ต้องการ

การฝึกละลายมีความสำคัญพอๆ กับการวิเคราะห์ การคัดแยกเศษจะควบคุมเหล็ก ตะกั่ว บิสมัท และพลวงในขั้นตอนเดียว และครอบคลุมฟลักซ์และวัสดุประจุที่สะอาดจะจำกัดการรับซึ่งไม่มีข้อกำหนดใดสามารถแก้ไขได้ในภายหลัง การตรวจสอบควรรวมการวิเคราะห์ทางสเปกโตรเคมีของความร้อน การตรวจสอบโครงสร้างจุลภาคสำหรับฟิล์มขอบเขตและความสมดุลของเฟส และการทดสอบทางกลในอุณหภูมิที่ลูกค้าจะใช้จริง

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: เหตุใดการเติมตะกั่วเล็กน้อยจึงช่วยให้ตัดเฉือนทองเหลืองได้ง่ายขึ้น
ตะกั่วแทบไม่ละลายในทองแดง ดังนั้นจึงก่อตัวเป็นอนุภาคอ่อนที่ขอบเขตของเมล็ดพืชและในยูเทคติก อนุภาคเหล่านั้นจะไปขัดขวางชิปและหล่อลื่นส่วนต่อประสานการตัด ทำให้ได้ความเร็วที่สูงขึ้นและผิวสำเร็จที่ดีขึ้น ระยะขอบเขตเดียวกันคือเหตุผลที่ขีดจำกัดของตะกั่วเข้มงวดในโลหะผสมที่ต้องผ่านกระบวนการร้อน

ถาม: บิสมัทสามารถแทนที่ตะกั่วในทองเหลืองที่ตัดเฉือนฟรี-ได้หรือไม่
สามารถใช้ได้แต่ข้อจำกัดจะเข้มงวดกว่ามาก บิสมัทก่อตัวเป็นฟิล์มขอบเขตที่เปราะอย่างต่อเนื่อง แทนที่จะเป็นอนุภาคที่แยกจากกัน ดังนั้นความเหนียวทั้งร้อนและเย็นจึงได้รับผลกระทบเร็วกว่าปกติ เกรดตลับลูกปืนบิสมัท-จำเป็นต้องมีการควบคุมองค์ประกอบและอัตราการให้ความร้อนอย่างระมัดระวัง

ถาม: ไฟไหม้แตกคืออะไร และป้องกันได้อย่างไร?
เป็นการแตกร้าวอย่างกะทันหันของทองเหลืองรีดเย็น-ในระหว่างการอบอ่อน เมื่อเฟสขอบเขตของตะกั่วหรือบิสมัทไม่สามารถกระจายออกไปได้ เนื่องจากอัตราการให้ความร้อนเร็วเกินไป ป้องกันโดยการควบคุมความร้อนอย่างช้าๆ โดยเก็บองค์ประกอบที่เป็นอันตรายไว้ในข้อกำหนด หรือโดยการเติมเซอร์โคเนียมเพื่อสร้างสารประกอบที่หลอมละลายสูง-

ถาม: ดีบุกช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนได้อย่างไร
ดีบุกในสารละลายของแข็งยับยั้งการสูญเสียสังกะสีแบบเลือกสรรที่เรียกว่าดีซิงค์ซิฟิเคชั่น ดังนั้นโลหะผสมจึงคงความแข็งแรงไว้และไม่เกิดชั้นทองแดงที่มีรูพรุน ดีบุกยังช่วยเพิ่มความต้านทานต่อการสึกหรอ โดยสูญเสียแนวโน้มที่จะแยกตัวในแท่งโลหะมากขึ้น

ถาม: เหล็กเป็นอันตรายต่อทองเหลืองเสมอไปหรือไม่?
ไม่ การเติมทองเหลืองทองแดง 60 เปอร์เซ็นต์โดยเจตนาประมาณ 0.3 ถึง 0.6 เปอร์เซ็นต์จะช่วยขัดเกลาเมล็ดข้าวและเพิ่มความเหนียวที่ร้อน ส่วนเหล็กที่ตกค้างจะมีผลเพียงเล็กน้อยต่อคุณสมบัติทางกลทั่วไป มันจะเกิดปัญหาเฉพาะเมื่อวัสดุต้องมีความอ่อนตัวจากแม่เหล็กเท่านั้น

ถาม: เหตุใดฟอสฟอรัสจึงถูกจำกัดอย่างเคร่งครัด?
ที่สูงกว่าประมาณ 0.05 เปอร์เซ็นต์ จะทำให้เกิดเฟสเปราะ Cu3P ซึ่งจะลดประสิทธิภาพการทำงานขณะเย็น และยังเพิ่มอุณหภูมิการตกผลึกใหม่ และทำให้เกรนเติบโตไม่สม่ำเสมอในระหว่างการหลอม