Висмутовая бронза или висмутовая латунь - это медный сплав, который обычно содержит 1-3% висмута по весу, хотя некоторые сплавы содержат более 6% Bi. Этот бронзовый сплав очень устойчив к коррозии , что делает его пригодным для использования в таких средах, как океан. Висмутовая бронза и латунь более пластичны , теплопроводны и полируются лучше, чем обычные латуни. Чаще всего эти металлы используются в промышленности в качестве подшипников, однако с конца девятнадцатого века этот материал используется в качестве кухонной посуды и зеркал. Висмутовая бронза также была найдена в церемониальных ножах инков в Мачу-Пикчу . [1] В последнее время возросла потребность в замене опасных металлов, и вместе с этим висмутовая бронза продается как «зеленая» альтернатива подшипникам и втулкам из свинцовой бронзы.
История [ править ]
Самый ранний известный артефакт, содержащий висмутовую бронзу, - это нож инков из Перу, найденный в 1912 году. Остается только догадываться, был ли выбран сплав из-за металлургических свойств, облегчающих литье, или из-за его более белой и блестящей поверхности. Маловероятно, что включение висмута было случайным, как, вероятно, имело место для большинства других ранних бронз, содержащих висмут, что делает это самым ранним свидетельством преднамеренного добавления висмута в сплав. [1] Висмутовая бронза была заново открыта в 1880-х годах Джеймсом Вебстером для телеграфных проводов. Вебстер разработал два сплава висмут-олово-бронза. Один сплав был разработан как первая попытка производства коррозионно-стойкой бронзы., и был описан как «жесткий, жесткий и звонкий». Вебстер также указал, что этот конкретный сплав также хорошо подходит для струн для фортепиано. Другой ранний сплав Вебстера был описан как «прочный и яркий» и позже использовался в кухонной посуде из-за его блеска и медленного потускнения. Способность этого особого сплава удерживать полировку сделала его полезным в качестве светоотражателя или материала для зеркала, которые продолжали использоваться в двадцатом веке [2] [3]
В 1990-х годах производитель автозапчастей Federal Mogul начал разработку висмутовой бронзы в качестве альтернативы свинецсодержащей бронзе из-за растущего давления на удаление свинца как из бытового, так и промышленного применения. Висмут является нетоксичным тяжелым металлом, и, поскольку законодательство, такое как Закон ЕС об ограничении использования опасных веществ или Закон о сокращении содержания свинца в питьевой воде в США, продолжает регулировать количество свинца, которое может содержаться в продукте или окружающей среде, более не содержащее свинца. Были разработаны альтернативные материалы, которые сохраняют свойства своих предшественников, не содержащих свинца . Висмут является особенно подходящей заменой свинцовым бронзовым подшипникам, потому что, как и свинец, висмутне растворяется в меди и образует похожие микроглобулы, имитирующие свинец. [4]
Характеристики [ править ]
Структура [ править ]
Современная висмутовая бронза технически не является ни сплавом, ни бронзой, а представляет собой композитный материал, содержащий латунь и висмут (хотя некоторые виды бронзы все еще используются). Поскольку висмут, как и свинец, нерастворим в меди, он существует в виде дискретных микроглобул висмута внутри границ зерен сплава, которые ведут себя как частицы висмута. Эти частицы легко деформируются внутри кристаллической структуры и по поверхности металла, чтобы действовать как твердый смазочный материал с низким сдвигом в случаях слабой смазки. Селендобавляется в красные медно-висмутовые сплавы, потому что он усиливает свойства висмута материала. Поскольку жидкий висмут может привести к охрупчиванию сплава, необходимо соблюдать осторожность при переработке и переработке этих материалов. [5] [6] [7]
Свойства [ править ]
Современные висмутовые бронзы, представленные на рынке, обладают свойствами, аналогичными свинцовым бронзам, и многие из них обладают почти идентичными механическими свойствами с обычными свинцовыми сплавами, такими как обрабатываемость и высокая теплопроводность. [8] Они также обладают высокой смазывающей способностью , что делает их идеальными для внешних слоев деталей машин, подверженных износу, таких как подшипники и наклонные шайбы . [9] Висмутово-оловянная бронза не вызывает коррозию воды; предварительный висмут плохо окисляется .
Приложения [ править ]
Первоначально висмут-оловянная бронза разрабатывалась для телеграфных проводов. Однако в конце девятнадцатого и начале двадцатого века бронза стала более широко использоваться в зеркалах, отражателях, кухонной посуде и проводах для фортепиано. Он вышел из употребления в первой половине двадцатого века. [3]
Современные сплавы висмутовой бронзы продаются как экологически чистая альтернатива свинцу, которую часто предпочитают менее дорогой свинцовой бронзе из-за экологических норм. [10] Они встречаются как поверхностный слой на автомобильных или механических компонентах, которые подвергаются сильному износу, например, на гидравлических поршневых насосах. Эти сплавы также обычно используются в подшипниках или втулках в трибологических системах. Также изготавливается сантехническая арматура из висмутовой бронзы.
Обработка [ править ]
Кастинг [ править ]
Отливки из бессвинцовой висмутовой бронзы производятся в замороженных формах. Характеристики песка используются для увеличения скорости охлаждения бронзовых отливок, поскольку частицы песка имеют более высокую теплопроводность , больший размер зерна и сферическую форму. Форма имеет высокий охлаждающий потенциал. Когда форма замерзает, лед у поверхности сжимается, превращаясь в расплавленный металл, и сразу же тает.
Экструзия и отжиг [ править ]
Другой способ обработки висмутовой латуни включает в себя экструзионный латунный стержень путем механической обработки для придания материалу желаемой формы. Затем материал отжигают, чтобы снять напряжение, вызванное механической обработкой. Материал отжигается при определенной температуре и времени отжига в зависимости от состава материала. Время выбрано так, чтобы ограничить диффузное движение висмута. Это уменьшает растрескивание приспособления. [11]
- Головка для горячей экструзии алюминия. Аналогичен штампам для экструзии из латуни.
Лицевая сторона гибели из четырех семей. Для справки: диаметр матрицы составляет 228 мм (9,0 дюйма).
Крупный план формы, вырезанной в матрице. Обратите внимание, что стены нарисованы, а толщина задней стенки варьируется.
Обратная сторона умирают. Толщина стенки экструзии составляет 3 мм (0,12 дюйма).
Распыление воды [ править ]
Распыление водой под высоким давлением - это метод обработки висмутовой латуни. Это способ быстрого затвердевания металлического сплава . Жидкий металл распыляется на капли под воздействием струй воды под высоким давлением. Это недорогой процесс для распределения мелких частиц в порошках железа , нержавеющей стали и низколегированных металлов. Это способ быстрого затвердевания металлического сплава. Ограничением распыления воды является чистота порошка. Для металлов, склонных к окислению , это серьезная проблема. [12]
Ссылки [ править ]
- ^ а б Гордон, Роберт Б .; Ратледж, Джон В. (1984). «Висмутовая бронза из Мачу-Пикчу, Перу». Наука . Американская ассоциация развития науки. 223 (4636): 585–586. Bibcode : 1984Sci ... 223..585G . DOI : 10.1126 / science.223.4636.585 . JSTOR 1692247 . PMID 17749940 . S2CID 206572055 .
- ^ Материалы инженерии . Джон Вили и сыновья. 1890 . Проверено 13 апреля 2013 .
- ^ a b «Формулы, рецепты и процессы Хенли двадцатого века» . Издательская компания Нормана В. Хенли. 1916 . Проверено 6 мая 2013 .
- ^ Веттерик; и другие. (2010). «ПОДШИПНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ РОМАНА бессвинцовой БРОНЗЫ СОЗДАВАЕМЫХ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИЯ ОБРАБОТКА» (PDF) . MPIF. п. 2 . Проверено 13 апреля 2013 .
- ^ «Новые бессвинцовые бронзовые подшипниковые материалы, полученные методом порошковой металлургии» (PDF) . Mpif.org . Проверено 26 ноября 2013 .
- ^ «Ресурсы: Стандарты и свойства - Медь и микроструктуры медных сплавов: свинцовые латуни» . Copper.org. 2010-08-25 . Проверено 26 ноября 2013 .
- ↑ Дэвис, Джозеф Р. (январь 2001 г.). Медь и медные сплавы - Google Книги . ISBN 9780871707260. Проверено 26 ноября 2013 .
- ^ "Бронзовые стержни: бессвинцовая бронза и непрерывная литая бронза" . Reliablebronze.com . Проверено 26 ноября 2013 .
- ^ "Бессвинцовые покрытия на основе меди с висмутом для компрессоров с наклонной шайбой" . Osdir.com. Архивировано из оригинала на 2013-06-30 . Проверено 26 ноября 2013 .
- ^ "Сантехнические сплавы в потоке металлолома" . Copper.org . Проверено 6 мая 2013 .
- ^ "Патент US8211250 - Метод обработки изделия из висмутовой латуни - Патенты Google" . Проверено 26 ноября 2013 .
- ↑ Ефимов, Н.А. (24.02.2009). Справочник порошков цветных металлов: технологии и применение - Олег Д. Нейков, Станислав Набойченко, Ирина Б. Мурачева, Виктор Г. Гопиенко, Ирина В. Фришберг, Дина В. Лотско - Google Книги . ISBN 9780080559407. Проверено 26 ноября 2013 .
