اثرات آلومینیوم و قلع بر چرخ دنده های برنزی

اثرات آلومینیوم و قلع بر چرخ دنده های برنزی

چرخ دنده های آلیاژ مس (برنز) خواص منحصر به فردی دارند که به کاهش سایش در تماس برنز روی فولاد کمک می کند. چرخ دنده های برنزی در کاهنده دنده استفاده می شود و با چرخ دنده های کرم فولادی جفت می شود. چرخ دنده های برنزی در تجهیزات دیگری که نیاز به جفت شدن با چرخ دنده های خار فولادی دارند استفاده می شود.

در تمام موارد، سطح فولادی سخت تر از سطح برنز است. انتخاب ترکیب‌های برنز روی فولاد بر اساس همان اصولی است که یاتاقان‌های آستین برنزی با شفت‌های فولادی سخت‌تر جفت می‌شوند.

سایش برنز روی فولاد منجر به سایش فداکارانه برنز با سایش کم یا بدون سایش فولاد می شود.
اصطکاک برنز روی فولاد بسیار کمتر از اصطکاک فولاد بر فولاد است.
در سرعت‌های سطح نسبی بالاتر، روان‌کاری تمام لایه یا هیدرودینامیکی جفت فولاد روی فولاد را جدا می‌کند، اما در سرعت‌های پایین‌تر، ناهمواری‌ها (زبری سطح) اجزای جفت‌شونده با یکدیگر تماس پیدا می‌کنند. این باعث سایش شدید دو جزء فولادی می شود. برای جفت‌های برنز روی فولاد، ناهمواری‌های فولادی قوی‌تر، برنزهای ضعیف‌تر را برش می‌دهند.
به دلیل این ملاحظات، مهندسان متالورژی و مکانیک خانواده ای از آلیاژهای برنز را ایجاد کرده اند که سایش برنز را به حداقل می رساند و در عین حال تمام مزایای جفت برنز روی فولاد را فراهم می کند.

برنز مورد نظر دارای خواص زیر خواهد بود:

استحکام برای حمل بارهای مورد نیاز.

ضریب اصطکاک کم با فولاد.

حداقل سایش برنز

بسیاری از برنزهای بلبرینگ حاوی سرب برای کاهش ضریب اصطکاک هستند، با این حال، سرب از ریخته‌گری منجمد جدا می‌شود و بین کریستال‌های آلیاژ مس وجود دارد. این ماده را ضعیف می کند و در حالی که برای یاتاقان های آستین مفید است، سرب باید به حداقل برسد تا برنزهای دنده قوی ریخته شود. برخی از برنزهای دنده حاوی مقادیر کمی از این سرب بین دانه ای هستند تا قابلیت ماشین کاری را افزایش دهند.

بهترین ترکیب از خواص سایش در دو گروه آلیاژ مس یافت می شود:

برنزهای آلومینیوم و منگنز برای سایش قطعات جفت فولادی قوی و فداکار هستند. این آلیاژها دارای یک ماتریس قوی هستند که یک فاز بسیار سخت در آن تعبیه شده است. قسمت جفت فولادی باید بسیار سخت باشد و هر دو قسمت باید سطح بسیار ظریفی داشته باشند. این برنزها یک لایه برنز با اصطکاک کم روی فولاد ایجاد نمی کنند.

برنزهای قلع با محلول جامد قلع در مس تا حدود 10 درصد قلع تقویت می شوند. قلع اضافی منجر به یک فاز بین دانه ای قوی و سخت می شود که غنی از قلع است. اتم های قلع به اندازه کافی ماتریس مس را تغییر می دهند تا از لغزش لایه های کریستالی جلوگیری کنند و فاز بین دانه ای به افزایش سختی کمک می کند. برنز قلع یک رسوب برنز با اصطکاک کم را روی جزء فولادی جفت تشکیل می دهد. به همین دلیل، برنز قلع آلیاژ انتخابی برای چرخ دنده های غیر آهنی است.

برنز آلومینیوم و منگنز رسوب شده روی فولاد به اندازه برنز قلع مفید نیست. ذرات برنز آلومینیوم در نهایت محتوای اکسید آلومینیوم تولید می کند که بسیار ساینده است. برنز منگنز حاوی آلومینیوم و (مقدار زیادی) روی است. اکسید روی ساینده است و روی موجود در ماتریس مس باعث سایش در هنگام جفت شدن با فولاد می شود. قلع نسبت به آلومینیوم یا روی تمایل بسیار کمتری به اکسیژن دارد.

"ساییدگی" و شرایط مرزی ناشی از آن چیزی است که برنز قلع را برای جفت گیری با فولاد بسیار ایده آل می کند. هنگامی که مقادیر کافی برنز برنزی در سطح جاسازی شود، سایش کاهش یافته و اصطکاک کاهش می یابد.

آلیاژ اصلی مس-قلع برای چرخ دنده ها به یک سری از پنج دنده محبوب برنز تبدیل شده است. این آلیاژها در مشخصات ASTM B 427-93A مشخص شده‌اند. تنوع کمی وجود دارد. آلیاژ قلع 12 درصد فازهای سخت تری دارد. آلیاژ مس C92900 متنوع ترین است، زیرا دارای محتوای سرب 2.5٪ است. این امکان ماشین‌کاری خوب را فراهم می‌کند و ذرات سرب در هنگام سایش در هر محیط ساینده قرار می‌گیرند. محتوای نیکل (3.5٪) در این آلیاژ بسیار مفید است. مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می دهد و اندازه کریستال های کوچکتر را در ریخته گری افزایش می دهد. هر چه کریستال ها کوچکتر باشند، تفکیک شیمیایی کمتر و کیفیت فیزیکی بالاتری دارند.

این برنزهای دنده ای را نمی توان با فرآیندهای آهنگری مانند اکستروژن، کشش، نورد یا آهنگری تولید کرد. آنها باید به عنوان ریخته گری استفاده شوند. محتوای قلع زیاد می تواند باعث شکستن بیلت های اکسترود شده شود. آنهایی که دارای قلع 8 درصد هستند را می توان به طور مداوم ریخته گری کرد و به قطرهای کوچک کشید. محتویات پایین قلع را می توان اکسترود کرد و به قطرهای کوچک کشید. کشش (سرد) خواص فیزیکی بالاتر از مواد ریخته گری را افزایش می دهد. هیچ بهبودی در خواص اصطکاک وجود ندارد.

برنزهای چرخ دنده واقعی فقط با روش های خاصی ریخته گری می شوند. ریخته گری شن و ماسه و ریخته گری سرد امکان ایجاد حفره های انقباض و اجزای غیر فلزی (ساینده) را فراهم می کند. ریخته گری مداوم این مشکلات را برطرف می کند. میله یا لوله به طور پیوسته ریخته گری شده از قالب متصل به کوره پر از فلز مایع استخراج می شود. ورودی قالب در اعماق سطح بالایی فلز مایع غوطه ور می شود. هیچ سرباره ای نمی تواند به این منطقه برسد و فلز مایع به عنوان یک مخزن برای تغذیه ریخته گری عمل می کند، بنابراین از هرگونه حفره انقباضی جلوگیری می کند.

از اوایل دهه 1950، ریخته‌گری مداوم برنز دنده تکامل یافته است که شامل پیشرفت‌های زیادی می‌شود. پیشرفت‌ها در فناوری ریخته‌گری پیوسته منجر به تولید محصولات میله و لوله ریخته‌گری با اندازه‌های کریستالی کوچک و یکنواخت شده است. این ماده یکنواخت تر و مستحکم تر را تولید می کند. برنز دنده ای تولید شده با این روش نسبت به برنز دنده ای تولید شده با هر روش دیگری برتری دارد. استحکام تسلیم، مقاومت ضربه ای و سختی تا حد زیادی بهبود یافته است. مقاومت در برابر سایش نیز افزایش یافته است.