Kako matrica bakra-cinka reagira na dodatke
Mjed je legura bakra-cinka, a omjer to dvoje određuje je li struktura jednofazna-faza alfa, dupleks alfa plus beta ili beta s rastućim količinama gama faze. Svaki dodatni element se ili otapa u jednoj od tih faza, formira vlastiti spoj ili se segregira na granice zrna, a posljedica jako ovisi o tome kako se topljivost mijenja s temperaturom. Neki elementi su gotovo netopljivi u čvrstom bakru, neki se otapaju samo malo, a drugi se otapaju u bilo kojem omjeru. Budući da topljivost naglo pada hlađenjem, element koji je bezopasan u odljevku može postati krti film ili mreža čestica nakon valjanja ili žarenja. Bilješke u nastavku tretiraju svaki element redom i daju ograničenja koja su važna u proizvodnji.
Željezo
Željezo ima vrlo nisku topljivost u čvrstom bakru. Čini se kao čestice-bogate željezom raspoređene kroz alfa matricu, a te čestice djeluju kao učinkoviti pročišćivači zrna pričvršćujući granice zrna tijekom lijevanja i vruće obrade. U mjedi koja sadrži 60 posto bakra, dodatak u rasponu od 0,3 do 0,6 posto proizvodi snažan učinak pročišćavanja, koji poboljšava duktilnost u vrućem stanju i daje ujednačeniju strukturu kroz-presjek. Primjenjuju se dva upozorenja. Prvo, preostalo željezo pokupljeno iz otpada ili čeličnog alata nema značajan učinak na mehanička svojstva običnog mesinga, tako da mala kontaminacija sama po sebi nije problem kvalitete. Drugo, kada se traži da materijal bude magnetski mekan, kao u nekim instrumentima i aplikacijama za zaštitu, sadržaj željeza mora biti ispod oko 0,3 posto, jer su čestice-bogate željezom feromagnetske i povećavaju propusnost i koercitivnost.
Olovo i bizmut
Olovo i bizmut su klasične štetne nečistoće u mesingu, a bizmut je štetniji od njih dvoje. Olovo je u biti netopljivo i skuplja se kao čestice u eutektiku niske-tališta na granicama zrna. U alfa mesingu dovoljan je sadržaj olova iznad otprilike 0,03 posto da izazove vruću krtost, iako to uglavnom ne utječe na performanse hladne obrade, a u dupleks mesingu olovo nema značajan učinak na vruću obradu pa dopuštena razina može biti viša. To ponašanje je upravo razlog zašto se olovo namjerno dodaje slobodnoj{5}}mesingu za strojnu obradu: granične čestice djeluju kao lomci strugotine i omogućuju velike brzine rezanja s dobrom završnom obradom. Bizmut stvara kontinuirani krti film duž granica zrna umjesto diskretnih čestica, tako da mjed postaje krhka i pri toploj i kod hladne obrade, te se mora kontrolirati mnogo strože od olova.
Dodatna opasnost pojavljuje se nakon bacanja. Ako se hladno{1}}valjani mjed koji sadrži olovo ili bizmut iznad dopuštene granice zagrije prebrzo tijekom žarenja, granična faza-niskog taljenja ne može se preraspodijeliti u vremenu i materijal iznenada puca, nedostatak poznat u struci kao požarno pucanje. U praksi se koriste dva lijeka: sporo, kontrolirano zagrijavanje kroz kritični raspon ili dodavanje male količine cirkonija, koji povezuje štetne elemente u spojeve s visokom -talištem- koji više ne vlaže granice.
Fosfor i antimon
Fosfor se samo u vrlo ograničenoj mjeri otapa u alfa bakru. U malim količinama pročišćava zrna i poboljšava mehanička svojstva mesinga, a također je i deoksidans koji se koristi u vrstama bakra gdje je zaostali fosfor prihvatljiv. Međutim, kad sadržaj fosfora prijeđe oko 0,05 posto, počinje se stvarati krhki spoj Cu3P i učinak obrade naglo pada, s pucanjem rubova i lošom kvalitetom površine tijekom izvlačenja. Fosfor također značajno povisuje temperaturu rekristalizacije i proizvodi vrlo neujednačene veličine rekristaliziranih zrna, što je problem za duboko izvlačenje i svijetle rasporede žarenja.
Antimon se ponaša na sličan način, ali iz drugog razloga: njegova topljivost u bakru naglo pada kako temperatura pada, pa se pri hlađenju istiskuje prema granicama zrna. Ispod oko 0,1 posto stvara Cu2Sb u kontinuiranoj mreži, što ozbiljno degradira učinak hladnog rada, a antimon također uzrokuje vruću krtost. Dvije protumjere su dobro utvrđene. Dodavanjem traga litija stvara se visoko{5}}taljivi spoj Li3Sb, koji se taloži kao fine čestice unutar zrnaca umjesto graničnog filma, uklanjajući većinu štete. Alternativno, budući da antimon ima visoku topljivost u bakru na visokoj temperaturi, tretman krutom otopinom nakon kojeg slijedi hlađenje može poboljšati radnu izvedbu hladnog mjedi-koja sadrži antimon zadržavanjem elementa u otopini.
Kositar, mangan i aluminij
Kositar se otapa u ograničenim količinama u alfa i dupleks alfa plus beta mesingu. Njegova praktična vrijednost je kontrola korozije: kositar sprječava uklanjanje cinka, poboljšava otpornost na morsku vodu i blago kisele medije i povećava otpornost na habanje, zbog čega se mesing-kositreni ležajevi koriste za pomorsku opremu, dijelove pumpi i komponente ventila. Nedostatak je taj što kositar potiče obrnutu segregaciju u ingotima, pa se praksa lijevanja i vrijeme namakanja moraju prilagoditi kako bi se izbjegao gradijent sastava.
Mangan ima visoku topljivost u mesingu i prvenstveno se koristi kao sredstvo za ojačavanje, povećavajući čvrstoću i tvrdoću uz zadržavanje korisne rastezljivosti. Mesing koji-sa manganom također se može kaliti i stariti, što dodatno povećava čvrstoću i tvrdoću i čini ih prikladnim za habajuće dijelove, zupčanike i kaveze ležajeva za-teška opterećenja. Aluminij se ponaša drugačije utoliko što snažno kontrahira polje alfa faze. Kako sadržaj aluminija raste, pojavljuje se gama faza; tvrdoća se povećava, ali plastičnost brzo opada, pa se mora paziti na radni raspon. S pozitivne strane, aluminij znatno poboljšava fluidnost, što je dragocjeno za odljevke s tankim-stjenkama, a aluminijski mesing se široko koristi za kondenzatore i cijevi izmjenjivača topline jer površinski film koji stvara otporan je na strujanje morske vode.
Postavljanje ograničenja sastava u praksi
Gornje brojke nisu neovisne. Pročišćavanje željeza pomaže samo ako materijal ostaje vruć-obradiv, što ovisi o tome da olovo i bizmut ostaju ispod svojih granica. Dodaci kositra za otpornost na koroziju moraju biti u ravnoteži sa segregacijom lijevanja, a dodaci aluminija protiv gubitka duktilnosti. Praktična specifikacija stoga navodi raspon bakra i cinka, gornju granicu za svaki štetni ostatak i minimalni dodatak za svaki namjerni legirajući element, zajedno sa potrebnom mikrostrukturom i veličinom zrna.
| Element | Tipična razina | Glavni učinak | Način neuspjeha ako je prekomjeran |
|---|---|---|---|
| Fe | 0,3 do 0,6 posto namjerno | Rafiniranost zrna, duktilnost u vrućem stanju | Magnetska propusnost iznad oko 0,3 posto |
| Pb | Ispod 0,03 posto u alfa mesingu | Obradivost kada se doda namjerno | Vruća krtost, vatreno pucanje pri brzom zagrijavanju |
| Dvo | Strogo ograničeni rezidual | Alternativa-strojne obrade bez olova kada je kontrolirana | Kontinuirani lomljivi granični film, vruća i hladna lomljivost |
| P | Ispod 0,05 posto | Deoksidacija, pročišćavanje zrna na niskim razinama | Stvaranje Cu3P, loša hladna obrada |
| Sb | Ispod 0,1 posto | Nijedan koristan kao ostatak | Cu2Sb granična mreža, vruća krtost |
| Sn | Oko 1 posto u kositrenoj mesingu | Otpornost na dezinfikaciju, otpornost na habanje | Obrnuto odvajanje ingota |
| Mn | I do nekoliko posto | Čvrstoća i tvrdoća, otvrdnjavanje starenjem | Smanjena vodljivost i toplinska izvedba |
| Al | Oko 2 posto u aluminijskom mesingu | Fluidnost, stabilnost filma morske vode | Gama faza, gubitak plastičnosti |
Praksa taljenja jednako je važna kao i analiza. Razvrstavanje otpada kontrolira željezo, olovo, bizmut i antimon u jednom koraku, a topioci pokrova i čisti materijal za punjenje ograničavaju preuzimanje koje nijedna specifikacija ne može naknadno ispraviti. Verifikacija bi trebala kombinirati spektrokemijsku analizu topline, provjeru mikrostrukture za granične filmove i faznu ravnotežu te mehaničko ispitivanje u temperama koje će kupac stvarno koristiti.
Često postavljana pitanja
P: Zašto mali dodatak olova olakšava obradu mesinga?
Olovo je praktički netopljivo u bakru, pa stvara mekane čestice na granicama zrna iu eutektiku. Te čestice prekidaju strugotinu i podmazuju sučelje rezanja, omogućujući veće brzine i bolju završnu obradu površine. Ista granična faza razlog je što su granice olova uske u legurama koje se moraju obrađivati na vruće.
P: Može li bizmut zamijeniti olovo u mesingu za-strojnu obradu?
Može se koristiti, ali su granice puno strože. Bizmut stvara kontinuirani krti granični film umjesto diskretnih čestica, tako da duktilnost u toplom i hladnom stanju prije trpi. Vrste koje-sadrže bizmut zahtijevaju pažljivu kontrolu sastava i brzine zagrijavanja.
P: Što je fire cracking i kako se sprječava?
To je iznenadno pucanje hladno{0}}valjanog mesinga tijekom žarenja kada se granične faze koje nose olovo ili bizmut ne mogu redistribuirati jer je brzina zagrijavanja prebrza. Spriječite ga polaganim kontroliranim zagrijavanjem, zadržavanjem štetnih elemenata unutar specifikacije ili dodavanjem cirkonija za stvaranje spojeva s visokim -taljenjem.
P: Kako kositar poboljšava otpornost na koroziju?
Kositar u čvrstoj otopini sprječava selektivni gubitak cinka poznat kao dezincifikacija, tako da legura zadržava svoju čvrstoću i ne razvija porozni sloj bakra. Kositar također poboljšava otpornost na trošenje, po cijenu veće sklonosti segregaciji u ingotu.
P: Šteti li željezo uvijek mjedi?
Ne. Namjerni dodatak od oko 0,3 do 0,6 posto u mjedi sa 60 posto bakra pročišćava zrna i poboljšava duktilnost u vrućem stanju, a zaostalo željezo ima mali učinak na obična mehanička svojstva. To postaje problem samo kada materijal mora biti magnetski mekan.
P: Zašto je fosfor tako strogo ograničen?
Iznad otprilike 0,05 posto stvara krhku fazu Cu3P, koja smanjuje učinak hladne obrade, a također povisuje temperaturu rekristalizacije i proizvodi neravnomjeran rast zrna tijekom žarenja.
