Aliuminio ir alavo poveikis bronzinėms pavaroms
Vario lydinio (bronzos) krumpliaračiai turi unikalių savybių, kurios padeda sumažinti bronzos ir plieno kontakto susidėvėjimą. Bronzinės pavaros naudojamos pavarų reduktoriuose ir yra sujungtos su plieninėmis sliekinėmis pavaromis. Bronziniai cilindriniai krumpliaračiai naudojami kitoje įrangoje, kuriai reikia sujungti su plieninėmis krumpliaračiais.
Visais atvejais plieno paviršius yra kietesnis už bronzinį. Bronzos ant plieno derinių pasirinkimas grindžiamas tais pačiais principais kaip ir bronziniai moviniai guoliai, sujungti su kietesnio plieno velenais.
Bronzos ant plieno susidėvėjimas lemia bronzos susidėvėjimą, o plieno nusidėvėjimas yra nedidelis arba jo visai nėra.
Bronzos ir plieno trintis yra daug mažesnė nei plieno ant plieno trintis.
Esant didesniam santykiniam paviršiaus greičiui, visa plėvelė arba hidrodinaminis tepimas atskirs plieno ir plieno porą, tačiau esant mažesniam greičiui, susiliejančių komponentų nelygumai (paviršiaus šiurkštumas) susilies vienas su kitu. Dėl to smarkiai susidėvi du plieniniai komponentai. Bronzos ant plieno poroms stipresnio plieno įbrėžimai šlyja silpnesnius bronzos įbrėžimus.
Dėl šių priežasčių metalurgijos ir mechanikos inžinieriai sukūrė bronzos lydinių šeimą, kuri sumažina bronzos susidėvėjimą ir suteikia visus bronzos ant plieno porų pranašumus.
Norima bronza turės šias savybes:
Jėga nešti reikiamus krovinius.
Mažas trinties koeficientas su plienu.
Minimalus bronzos susidėvėjimas.
Daugelyje guolių bronzų yra švino, kuris sumažina trinties koeficientą, tačiau švinas atsiskiria nuo užšalusio liejinio ir yra tarp vario lydinio kristalų. Tai susilpnina medžiagą ir, nors ir naudinga moviniams guoliams, švino turi būti kuo mažiau, kad būtų galima išlieti stiprią pavarų bronzą. Kai kuriose krumpliaračių bronzose yra nedidelis kiekis šio tarpkristalinio švino, kuris pagerina apdirbamumą.
Geriausias nusidėvėjimo savybių derinys yra dviejose vario lydinių grupėse:
Aliuminio ir mangano bronzos yra stiprios ir aukojamos dėl plieninių dalių susidėvėjimo. Šie lydiniai turi stiprią matricą, į kurią įterpta labai kieta fazė. Plieninė dalis turi būti labai kieta, o abiejų dalių paviršius turi būti labai plonas. Šios bronzos nesudarys ant plieno mažos trinties bronzos sluoksnio.
Alavo bronzos sustiprinamos kietu alavo tirpalu varyje, iki maždaug 10 % alavo. Dėl papildomo alavo susidaro stipri, kieta tarpgranulinė fazė, kurioje gausu alavo. Alavo atomai pakankamai deformuoja vario matricą, kad apsaugotų nuo kristalų sluoksnių slydimo, o tarpkristalinė fazė padeda padidinti kietumą. Alavo bronza sudaro mažos trinties bronzos nuosėdas ant besijungiančio plieno komponento. Dėl šios priežasties alavo bronza yra pasirinktas spalvotųjų metalų pavarų lydinys.
Ant plieno nusėdusios aliuminio ir mangano bronzos savybės nėra tokios naudingos kaip alavo bronzos. Aliuminio bronzos nešvarumai ilgainiui sukuria aliuminio oksido kiekį, kuris yra labai abrazyvinis. Mangano bronzoje yra aliuminio ir (didelis kiekis) cinko. Cinko oksidas yra abrazyvinis, o vario matricoje esantis cinkas skatina susidėvėjimą, kai jis susijungia su plienu. Alavas turi daug mažesnį afinitetą deguoniui nei aliuminis ar cinkas.
Dėl „dėvėjimosi“ ir dėl to atsirandančių ribinių sąlygų alavo bronza idealiai tinka derinti su plienu. Kai į paviršių įterpiamas pakankamas kiekis bronzinių asperitetų, susidėvėjimas ir trintis sumažėja.
Pagrindinis vario ir alavo lydinys krumpliaračiams išsivystė į penkių populiarių pavarų bronzų seriją. Šie lydiniai nurodyti specifikacijoje ASTM B 427-93A. Yra mažai skirtumų. 12% alavo lydinys turi daugiau kietų fazių. Vario lydinys C92900 yra pats įvairiausias, nes jame švino kiekis yra 2,5%. Tai užtikrina gerą apdirbamumą, o švino dalelės susidėvėjimo metu įsiterps į bet kokią abrazyvinę terpę. Nikelio kiekis (3,5%) šiame lydinyje yra labai naudingas. Tai padidina atsparumą korozijai ir skatina mažesnius kristalų dydžius liejiniuose. Kuo mažesni kristalai, tuo mažesnė cheminė segregacija ir aukštesnė fizinė kokybė.
Šios pavarų bronzos negalima gaminti kalimo procesais, tokiais kaip ekstruzija, tempimas, valcavimas ar kalimas. Jie turi būti naudojami kaip liejiniai. Dėl didelio alavo kiekio ekstruziniai ruošiniai gali sulūžti. Tie, kuriuose yra 8% alavo, gali būti nuolat liejami ir tempiami iki mažo skersmens. Apatinis alavo kiekis gali būti išspaudžiamas ir ištraukiamas iki mažo skersmens. (Šaltas) piešimas padidina fizines savybes, palyginti su lietinės medžiagos savybėmis. Trinties savybės nepagerėjo.
Tikroji pavarų bronza gali būti liejama tik tam tikrais būdais. Tiek liejimas smėliu, tiek šaltasis liejimas leidžia susidaryti susitraukimo ertmėms ir nemetaliniams (abrazyviniams) intarpams. Nuolatinis liejimas pašalina šias problemas. Nepertraukiamai liejamas strypas arba vamzdis ištraukiamas iš formos, prijungtos prie krosnies, užpildytos skystu metalu. Formos įleidimo anga yra panardinta giliai žemiau viršutinio skysto metalo paviršiaus. Joks šlakas negali pasiekti šios vietos, o skystas metalas veikia kaip rezervuaras, kuris maitina liejinį, todėl išvengiama susitraukimo ertmių.
Nuo šeštojo dešimtmečio pradžios nuolatinis pavarų bronzos liejimas buvo tobulinamas ir apima daug patobulinimų. Nepertraukiamo liejimo technologijos pažanga lėmė mažų, vienodų kristalų dydžių liejimo strypų ir vamzdžių gaminius. Taip gaunama tolygesnė, tvirtesnė nuolat liejama medžiaga. Šiuo metodu pagaminta krumpliaračių bronza yra pranašesnė už bet kokiu kitu būdu pagamintą krumpliaračių bronzą. Labai pagerėjo takumo stiprumas, smūgio stiprumas ir kietumas. Taip pat padidėja atsparumas dilimui.
