Висмутовая бронза - Bismuth bronze

Висмутовая бронза или висмутовая латунь это медный сплав который обычно содержит 1-3% висмут по весу, хотя некоторые сплавы содержат более 6% Bi. Этот бронза сплав очень коррозия -устойчивый, что делает его пригодным для использования в таких средах, как океан. Висмутовая бронза и латунь больше податливый, теплопроводность и полировка лучше, чем у обычных латуни. Чаще всего эти металлы используются в промышленности в качестве подшипников, однако с конца XIX 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 вредных металлов, и вместе с этим висмутовая бронза продается в качестве зеленой альтернативы подшипникам и втулкам из свинцовой бронзы.

История

Самый ранний известный артефакт, содержащий висмутовую бронзу, - это Инки нож 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 коррозионностойкая бронза, и был описан как «жесткий, жесткий и звучный». Вебстер также указал, что этот особый сплав также хорошо подходит для струн для фортепиано. Другой ранний сплав Вебстера был описан как «прочный и яркий» и позже использовался в посуде из-за его блеска и медленного потускнения. Способность этого особого сплава удерживать полировку сделала его полезным в качестве светоотражателя или материала для зеркала, для чего он продолжал 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 в качестве законодательства, например Ограничение ЕС на опасные вещества или Закон о сокращении содержания свинца в питьевой воде в США продолжает регулировать количество свинца, которое может присутствовать в продукте или окружающей среде, было разработано больше не содержащих свинца альтернативных материалов, которые сохраняют свойства своих предшественников, не содержащих вести. Висмут является особенно подходящей заменой свинцово-свинцовым бронзовым подшипникам, поскольку, как и свинец, висмут не растворяется в меди и образует похожие микроглобулы, имитирующие свинец.[4]

Характеристики

Структура

Современная висмутовая бронза технически не сплав и не бронза, а композитный материал содержащий латунь и висмут (хотя некоторые бронзы все еще используются). Поскольку висмут, как и свинец, не растворяется в меди, он существует в виде дискретных микроглобул висмут в пределах границы зерен сплава, которые ведут себя как частицы висмута. Эти частицы легко деформируются внутри Кристальная структура и по всей поверхности металла, чтобы действовать как твердая смазка с низким сдвигом в случае слабой смазки. Селен добавляется в красные медно-висмутовые сплавы, потому что он усиливает свойства висмута материала. Поскольку жидкий висмут может привести к охрупчиванию сплава, необходимо соблюдать осторожность при обработке и переработке этих материалов.[5][6][7]

Характеристики

Современные висмутовые бронзы, представленные на рынке, обладают свойствами, аналогичными свойствам свинцовых бронз, и многие из них обладают почти идентичными механическими свойствами с обычными свинцовыми сплавами, такими как обрабатываемость и высокая теплопроводность.[8] У них также высокий смазывающая способность, что делает их идеальными для наружных слоев деталей машин, подверженных износу, таких как подшипники и автоматы перекоса.[9] Висмутово-оловянная бронза не вызывает коррозии воды; предварительный висмут нелегко окисленный.

Приложения

Первоначально висмут-оловянная бронза была разработана 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. В первой половине двадцатого века он вышел из употребления.[3]

Современные сплавы висмутовой бронзы продаются как зеленый альтернатива свинцу, которую часто выбирают по сравнению с менее дорогой свинцовой бронзой из-за экологических норм.[10] Они находятся в виде поверхностного слоя на автомобильных или механических компонентах, которые подвергаются сильному износу, например, на гидравлических поршневых насосах. Эти сплавы также обычно используются в подшипниках или втулках в трибологический системы. Также изготавливается сантехническая арматура из висмутовой бронзы.

Обработка

Кастинг

Cope & drag (верхняя и нижняя половины песчаной формы) с сердечниками на месте на трапе
Основная статья: Выкройка (литье)

Бессвинцовая висмутовая бронза отливки производятся по замороженным формам. Характеристики песка используются для увеличения скорости охлаждения бронзовых отливок, поскольку частицы песка имеют более высокую теплопроводность, больше размер зерна и сферической формы. Форма имеет высокий охлаждающий потенциал. Когда форма замерзает, лед у поверхности сжимается до расплавленного металла и сразу же тает.

Экструзия и отжиг

Другой способ обработки висмутовой латуни включает экструзия латунный стержень путем механической обработки для придания материалу желаемой формы. Затем материал отожженный для снятия напряжения, вызванного механической обработкой. Материал отжигается при определенной температуре и времени отжига в зависимости от состава материала. Время выбрано так, чтобы ограничить диффузионное движение висмута. Это уменьшает растрескивание приспособления.[11]

  • Головка для горячей экструзии алюминия. Подобно латунным штампам для экструзии.

  • Лицевая сторона гибели из четырех семей. Для справки: диаметр матрицы составляет 228 мм (9,0 дюйма).

  • Крупный план формы, вырезанной в матрице. Обратите внимание на то, что стены нарисованы, а толщина задней стенки варьируется.

  • Обратная сторона умирают. Толщина стенки экструзии составляет 3 мм (0,12 дюйма).

Распыление воды

Распыление водой под высоким давлением - это метод обработки висмутовой латуни. Это способ быстрого затвердевания металла. сплав. Жидкий металл распыляется на капли под воздействием струй воды под высоким давлением. Это недорогой процесс для достижения распределения мелких частиц в утюг, нержавеющая сталь, и порошки низколегированных металлов. Это способ быстрого затвердевания металлического сплава. Ограничением распыления воды является чистота порошка. Для металлов, склонных к окисление, Это серьезная проблема.[12]

Рекомендации

  1. ^ 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:1984Наука ... 223..585Г. Дои:10.1126 / science.223.4636.585. JSTOR  1692247. PMID  17749940. S2CID  206572055.
  2. ^ Материалы инженерии. Джон Вили и сыновья. 1890 г.. Получено 2013-04-13.
  3. ^ а б "Формулы, рецепты и процессы Хенли двадцатого века". Издательская компания Нормана В. Хенли. 1916 г.. Получено 2013-05-06.
  4. ^ Веттерик; и другие. (2010). «НОВЫЕ БРОНЗОВЫЕ ПОДШИПНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ПРОИЗВОДИМЫЕ ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИЕЙ» (PDF). MPIF. п. 2. Получено 2013-04-13.
  5. ^ «Новые бессвинцовые бронзовые подшипниковые материалы, полученные методом порошковой металлургии» (PDF). Mpif.org. Получено 2013-11-26.
  6. ^ «Ресурсы: Стандарты и свойства - Медь и микроструктуры медных сплавов: свинцовые латуни». Copper.org. 2010-08-25. Получено 2013-11-26.
  7. ^ Дэвис, Джозеф Р. (январь 2001 г.). Медь и медные сплавы - Google Книги. ISBN  9780871707260. Получено 2013-11-26.
  8. ^ «Бронзовые прутки: бессвинцовая бронза и непрерывная литая бронза». Reliablebronze.com. Получено 2013-11-26.
  9. ^ «Бессвинцовые покрытия на основе меди с висмутом для компрессоров с наклонной шайбой». Osdir.com. Архивировано из оригинал на 2013-06-30. Получено 2013-11-26.
  10. ^ «Сантехнические сплавы в потоке металлолома». Copper.org. Получено 2013-05-06.
  11. ^ «Патент US8211250 - Способ обработки изделия из висмутовой латуни - Патенты Google». Получено 2013-11-26.
  12. ^ 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. Получено 2013-11-26.