Apie fosforo bronzą – stiprumas, savybės ir naudojimas
Bronza nuėjo ilgą kelią nuo vario ir alavo lydinio, dabar ji yra daug platesnė vario lydinių klasė, kuri ir šiandien vis dar randama naujų naudojimo būdų. Tačiau dėl bronzos įvairovės gali būti sunku pasirinkti medžiagą, todėl šis straipsnis padės sumažinti painiavą, tyrinėdamas vieną bronzos rūšį – fosforinę bronzą. Nagrinėjant fizines, chemines ir mechanines fosforinės bronzos savybes, šiuo straipsniu siekiama padėti suinteresuotiems dizaineriams nustatyti, ar šis vario lydinys yra geras pasirinkimas jų projektui. Pirmiausia išnagrinėsime fosforinės bronzos sudėtį, tada aptarsime jos privalumus, trūkumus, mechanines savybes ir galiausiai aptarsime bendrus šio naudingo metalo pritaikymus.
Fosforo bronzos fizinės savybės
Gali būti naudinga peržiūrėti mūsų straipsnį apie bronzos tipus, kad suprastumėte vario lydinių ir jų populiarių pritaikymų bendrumus.
Žemiau, 1 paveiksle, yra kokybinė diagrama, apibūdinanti fosforinės bronzos sudėtį:
Fosforinės bronzos medžiagos sudėties diagrama.
1 pav. Kokybinis fosforinės bronzos skilimas.
Atminkite, kad cinko, geležies, švino ir fosforo procentas yra be galo mažas.
Žvelgiant į 1 paveikslą, gali būti sunku suprasti, kodėl fosforinė bronza taip pavadinta, kai ją daugiausia sudaro varis ir alavas kaip lydinys. Taip yra todėl, kad reikia tik nedidelio fosforo kiekio, maždaug 0.03-0,035 % masės, kad šie lydiniai suteiktų unikalių savybių, pvz., pagerintų tekėjimą, atsparumą dilimui ir standumą. Jie taip pat žinomi kaip alavo bronza, tačiau visada yra tam tikras fosforo kiekis, kad iš tikrųjų būtų laikomas fosforo bronza. Kai tankis yra apie 8,8 g/cm3, dauguma šių lydinių formų reaguoja į karštą, šaltą ir terminį apdorojimą. Jie itin elastingi, atsparūs nuovargiui ir korozijai, lengvai formuojami, liejami, virinami. Pridėjus švino fosforinė bronza tampa tvirtesnė ir lengviau apdirbama, tačiau bešvinė fosforinė bronza taip pat yra stipri ir atspari. Jie dažniausiai naudojami korozijai atspariuose įrenginiuose, taip pat kitose srityse, kurioms reikalinga elastinga, bet patvari medžiaga.
Atsparumas ir silpnybės
Dauguma fosforinės bronzos lydinių yra atsparūs spalvos pasikeitimui ir korozijai, todėl jie yra naudingi elektros vamzdynuose ir kitoje korozinėje aplinkoje. Jie taip pat yra atsparūs nuovargiui, tai reiškia, kad jie išlaiko savo stiprumą per daugelį apkrovos ciklų. Pridėjus alavo, šis atsparumas ir stiprumas padidės, o įdėjus švino taps fosforinė bronza, šnekamojoje kalboje vadinama „mašinisto draugu“ (lydinys COLPHOS 90 / C54400), nes jos praktiškai nesiskiria nuo laisvai pjaustytų žalvario lydinių. Dauguma lydinių, esant deguoniui, sukuria patrauklią patiną, todėl ją taip pat galima naudoti dekoratyviniams tikslams. Pagrindiniai fosforinės bronzos trūkumai tikriausiai yra mažesnis elektros laidumas, nes fosforas sumažina metalo gebėjimą pravesti elektros srovę, ir jo kaina. Fosforinės bronzos dulkės ir garai taip pat yra toksiški įkvėpti, todėl būkite atsargūs su savo pinigine ir plaučiais.
Mechaninės savybės
1 lentelėje pateiktos kai kurios mechaninės savybės, kurios yra svarbios fosforinės bronzos naudojimui ir stiprumui. Šiame skyriuje bus trumpai paaiškinta kiekviena savybė ir parodyta, kaip dėl jų šis vario lydinys yra unikalus.
Tempimo stiprumas
380-450 MPa
55100-65260 psi
Tamprumo modulis
110 GPa
16000 ksi
Elektros laidumas (grynojo vario atžvilgiu)
15%
Kietumas (Rockwell B)
75-85
Apdirbamumas
20-100%
1 lentelė. Fosforinės bronzos mechaninių savybių santrauka – atkreipkite dėmesį, kad ši lentelė yra bendra santrauka, o ne visų fosforinės bronzos faktinių savybių sąrašas.
Tempimo takumo riba yra įtempių vertė, kuri nustato tašką, kuriame medžiaga plastiškai deformuojasi. Tai yra įprastas medžiagos takumo stiprumo matas, nes įtempiai, esantys žemiau šio taško, nesulenks ir neištemps lydinio (nors visada yra išimčių). Tai naudinga priemonė gamintojams apdirbant ir tais atvejais, kai medžiaga turi išlaikyti savo formą nepažeidžiant konstrukcijos vientisumo. Fosforinė bronza turi įspūdingą takumo ribą, kuri konkuruoja su kai kuriais aliuminio lydiniais ir netgi lenkia kitas bronzas, nes joje yra daug alavo ir fosforo. Kartu su geromis spyruoklinėmis savybėmis tai sukuria tvirtą ir tvirtą lydinį.
Tamprumo modulis arba Youngo modulis apibūdina medžiagos gebėjimą tampriai deformuotis, ty medžiagos standumą. Priešingai, didesnis Youngo modulis rodo elastingesnę medžiagą, tačiau tai nėra „elastingumo“ matas; tai yra vidinės medžiagos stiprumo matas ir tikimybė, kad padidinus jėgą ji grįš į pradinę formą. Todėl didelis Youngo modulis reiškia, kad medžiaga paprastai yra stipri, nes esant padidintai apkrovai ji plastiškai nesideformuoja. Fosforinės bronzos tamprumo modulis yra gana aukštas (beveik perpus mažesnis nei daugumos plienų), o tai rodo, kad ji nėra tokia stipri kaip kiti lydiniai, tačiau gali išsilaikyti esant vidutinėms sąlygoms. Dėl to fosforinė bronza yra naudinga formavimo operacijoms ir ją sunkiau apdirbti, bet apie tai vėliau.
Fosforinės bronzos elektrinis laidumas yra maždaug 15 %, palyginti su gryno vario laidumu – tai kam ją naudoti elektrai, kai varis gali daug geriau pernešti elektrą? Atsakymas slypi geroje fosforinės bronzos nuovargio stiprumo, atsparumo korozijai ir elektros laidumo pusiausvyroje. Nors ir nėra išskirtinis lydinys nė vienoje iš aukščiau paminėtų kategorijų, jo gebėjimas būti patvarus, tvirtas ir laidus reiškia, kad iš fosforinės bronzos pagaminti elektriniai komponentai tarnaus ilgiau nei jų vario analogai. Dėl to fosforinė bronza nuo seno buvo naudojama kaip elektros jungiklių, tvirtinimo detalių, jungčių ir kt. medžiaga, nes ji geriau atlaiko mechanines ir elektrines apkrovas nei tipinis vario atitikmuo.
Medžiagos kietumas visada yra lyginamas su tam tikru standartiniu durometru, o įvairios kietumo skalės pateikia palyginamąjį medžiagų sąrašą toje pačioje bendrojoje kategorijoje/medžiagoje. 1 lentelėje pateiktos Rockwell B skalės kietumo vertės, kurios dažniausiai naudojamos vario lydinių ir kitų metalų kietumui apibūdinti. Medžiagos, kurių kietumas yra mažesnis, paprastai yra minkštesnės, tai reiškia, kad jos lengviau subraižomos, įlenkiamos ir lokaliai deformuojasi paviršiuje, o didesni skaičiai rodo medžiagas, kurias sunku subraižyti (pagalvokite apie borosilikatinį stiklą, keramiką ir kt.). Pažymėtina, kad vario Rockwell B kietumas yra apie 50, todėl iš 1 lentelės matyti, kad fosforinė bronza yra atsparesnė įbrėžimams nei gryna forma. Jis taip pat nėra toks stiprus kaip kiti, labiau grūdinami lydiniai, pavyzdžiui, plienas, kuris gali būti geresnis arba blogesnis, atsižvelgiant į pritaikymą. Pavyzdžiui, jei naudojamas ėsdinimas ir inkrustacija, fosforinė bronza gali būti geras stiprumo ir apdirbamumo balansas, tačiau tai priklauso nuo konkretaus lydinio tipo ir stiprinimo procedūros.
Kaip ir kietumas, apdirbamumas yra lyginamasis medžiagos gebėjimo apdirbti matas. Jis visada siejamas su kokia nors standartine apdirbimo medžiaga (bronzos atveju ši medžiaga yra UNS C36000 – laisvai pjaustomas žalvaris). Šios standartinės medžiagos apdirbamumo balas yra 100 %, o tai reiškia, kad ją lengva apdirbti, o parduotuvėje ji nekelia problemų. Lydinius, kurių balai mažesnis nei 100 %, yra sunkiau apdirbti, palyginti su šia nuoroda, ir tai dažnai būna fosforinės bronzos atveju; tačiau fosforinė bronza gali būti specialiai pagaminta šioms problemoms spręsti (kaip ir dauguma kitų lydinių, priklausomai nuo jūsų šaltinio). Fosforinę bronzą galima įsigyti su didesniu švino kiekiu, o tai pašalins jos apdirbimo sunkumus, nes ji taps savaime sutepama. Taigi, nors daugumą fosforinės bronzos lydinių šiek tiek sunku frezuoti, šią problemą galima išspręsti pasirinkus tinkamą lydinį.
Fosforo bronzos panaudojimas
Fosforinė bronza elektros komponentuose naudojama daugelį metų, tačiau dėl technologinės pažangos ir specializuotų medžiagų poreikio ji vis dar randa naujų panaudojimo būdų. Žemiau pateikiamas fosforinės bronzos programų sąrašas, tačiau žinokite, kad jis gali būti naudojamas daugeliui šio sąrašo ribų, o naujos programos vis dar kuriamos.
Kai kurios įprastos programos apima:
Spyruoklės
Įvorės, įvorės ir guoliai
Suvirinimo strypai
Papuošalai
Gitaros stygos
Dantų tilteliai
Ir dar.
