Vismut brons
Vismutbrons eller vismutmässing är en kopparlegering som vanligtvis innehåller 1-3 viktprocent vismut , även om vissa legeringar innehåller över 6 % Bi. Denna bronslegering är mycket korrosionsbeständig , en egenskap som gör den lämplig för användning i miljöer som havet . Vismutbrons och mässing är mer formbara , värmeledande och polerar bättre än vanlig mässing. Den vanligaste industriella användningen av dessa metaller är som lager, men materialet har använts sedan slutet av artonhundratalet som köksutrustning och speglar. Vismutbrons hittades också i ceremoniella inkaknivar vid Machu Picchu . På senare tid har trycket för ersättning av farliga metaller ökat och med det marknadsförs vismutbrons som ett grönt alternativ till blyförsedda bronslager och bussningar.
Historia
Den tidigaste kända artefakten som innehåller vismutbrons är en inkakniv från Peru, hittades 1912 och troligen från 1400-talet. Om legeringen valdes på grund av metallurgiska egenskaper som underlättade gjutning eller på grund av dess vitare, mer glänsande finish är en fråga om gissningar. Det är osannolikt att införandet av vismut var oavsiktlig, vilket troligen var fallet för de flesta andra tidiga bronser som innehöll vismut, vilket gör detta till det tidigaste beviset på avsiktlig tillsats av vismut till en legering. Vismutbrons återupptäcktes på 1880-talet av James Webster för telegrafledningar. Webster utvecklade två vismut-tenn-bronslegeringar. En legering utvecklades som ett tidigt försök att producera korrosionsbeständig brons och beskrevs som "hård, seg och klangfull." Webster indikerade också att just denna legering också var väl lämpad för pianotrådar. En annan tidig Webster-legering beskrevs som "hållbar och ljus" och användes senare i köksutrustning på grund av dess lyster och långsamma matning. Denna speciella legerings förmåga att hålla polering gjorde den användbar som ljusreflektor eller spegelmaterial, vilket den fortsatte att användas till in på 1900-talet
På 1990-talet började bildelstillverkaren Federal Mogul utveckla vismutbrons som ett alternativ till blyhaltig brons på grund av ökande press på att avlägsna bly från både konsument- och industriapplikationer. Vismut är en giftfri tungmetall, och eftersom lagstiftning som EU:s begränsning av farliga ämnen eller den amerikanska lagen om minskning av bly i dricksvatten fortsätter att reglera mängden bly som kan finnas i en produkt eller miljö, mer blyfritt alternativa material har utvecklats som bibehåller egenskaperna hos sina blyföregångare utan att innehålla bly . Vismut är en särskilt lämplig ersättning för blyförsedda bronslager eftersom vismut , precis som bly , är olösligt i koppar och bildar liknande mikrokulor som efterliknar bly.
Egenskaper
Strukturera
Modern "vismutbrons" är tekniskt sett varken en legering eller brons, utan ett kompositmaterial som innehåller mässing och vismut (även om vissa bronser fortfarande används). Eftersom vismut, liksom bly, är olösligt i koppar, existerar det som diskreta mikrokulor av vismut inom legeringens korngränser som beter sig som vismutpartiklar. Dessa partiklar deformeras lätt inuti kristallstrukturen och över metallens yta för att fungera som ett fast smörjmedel med låg skjuvning i fall av låg smörjning. Selen tillsätts till röda koppar-vismutlegeringar eftersom det stärker egenskaperna hos materialets vismut. Eftersom flytande vismut kan leda till sprödhet i en legering, måste försiktighet iakttas vid bearbetning och återvinning av dessa material.
Egenskaper
Moderna vismutbronser på marknaden är utvecklade för att hålla liknande egenskaper som blyhaltiga bronser, och många av dem har nästan identiska mekaniska egenskaper som vanliga blylegeringar, såsom bearbetbarhet och hög värmeledningsförmåga. De har också en hög smörjförmåga , vilket gör dem idealiska för ytterskikt i maskindelar som utsätts för slitage såsom lager och swashplates . Vismut-tennbrons är inte lätt frätande för vatten; oxideras inte lätt .
Används i kranar, pumpkomponenter, rördelar, VVS-artiklar, vattenpumphjul, hus och små växlar, Alloy C89835 Bismuth-Tin Bronze har densiteten 0,321 lb/in3, medan Alloy C89844 (som används för kopplingar eller ventiler för dricksvatten) har en densitet på 0,31 lb/in3.
Ansökningar
Ursprungligen utvecklades vismuttennbrons för telegraftrådar. Men i slutet av artonhundratalet och början av nittonhundratalet, blev brons mer vanligt förekommande i speglar, reflektorer, köksartiklar och pianotrådar. Den föll ur allmänt bruk under första hälften av 1900-talet.
Moderna vismutbronslegeringar marknadsförs som ett grönt alternativ till bly, ofta valt framför de billigare blybronserna på grund av miljöreglering. De finns som ett ytskikt på fordonskomponenter eller mekaniska komponenter som utsätts för hårt slitage, såsom hydrauliska kolvpumpar. Dessa legeringar används också ofta i lager eller bussningar i tribologiska system. Även vissa VVS-armaturer i vismutbrons tillverkas.
Bearbetning
Gjutning
Blyfria vismutbronsgjutgods tillverkas av frysta formar. Sandegenskaper används för att öka kylningshastigheten för bronsgjutgodset eftersom sandpartiklarna har en högre värmeledningsförmåga , större kornstorlek och sfärisk form. Formen har en hög kylpotential. När formen är frusen drar isen nära ytan ihop sig till smält metall och tinar omedelbart.
Extrudering och glödgning
Ett annat sätt att bearbeta vismutmässing inkluderar extruderingsmässingsstaven genom bearbetning för att forma materialet till en önskad form. Materialet glödgas sedan för att lindra spänningar som orsakades av bearbetningen. Materialet glödgas vid en viss glödgningstemperatur och tid beroende på materialets sammansättning. Tiden väljs för att begränsa diffusionsrörelse av vismut. Detta minskar sprickbildning i fixturen.
- Varmextruderingsmatris av aluminium. Liknar mässingsextruderingsformarna.
Framsidan av en fyra familj dör. Som referens är formen 228 mm (9,0 tum) i diameter.
Närbild av formen skuren i formen. Observera att väggarna är dragna och att bakväggens tjocklek varierar.
Baksidan av formen. Väggtjockleken på profilen är 3 mm (0,12 tum).
Vattenförstoftning
Högtrycksvattenförstoftning är en bearbetningsmetod för vismutmässing. Detta är ett sätt att snabbt stelna metallegeringen . En flytande metall sprids i droppar genom att högtrycksvattenstrålar träffar. Det är en billig process att uppnå en fördelning av fina partiklar i järn , rostfritt stål och låglegerade metallpulver. Detta är ett sätt att snabbt stelna metallegeringen. En begränsning av vattenförstoftning är pulvrets renhet. För metaller som är benägna att oxidera är detta ett stort problem.