Zliatiny na odlievanie bronzu

Výber správnej zliatiny na odlievanie bronzu je jedným z najdôslednejších rozhodnutí pri navrhovaní produktov a obstarávaní. Nesprávna zliatina môže viesť k predčasnému zlyhaniu, nadmerným nákladom alebo nesúladu s regulačnými požiadavkami. Správna zliatina poskytuje desaťročia spoľahlivej služby s optimálnymi mechanickými vlastnosťami, odolnosťou proti korózii a opracovateľnosťou. Conex Copper už viac ako 25 rokov odlieva a obrába bronzové komponenty a slúži klientom v USA, Veľkej Británii, Európe a na celom svete. Tento komplexný sprievodca pokrýva všetky hlavné zliatiny na odlievanie bronzu – ich zloženie, mechanické vlastnosti, odolnosť proti korózii, vlastnosti odlievania, opracovateľnosť a ideálne aplikácie – aby pomohol inžinierom, odborníkom na obstarávanie a dizajnérom produktov urobiť najlepšiu voľbu pre ich aplikáciu.

Čo je bronz? Bronz vs. mosadz vs. meď

Bronz je zliatina na báze medi, v ktorej je primárnym legujúcim prvkom čokoľvek iné ako zinok. Najtradičnejšie bronzy používajú cín ako primárny legovací prvok, ale moderné technické bronzy zahŕňajú kremíkový bronz (kremík ako primárny legovací prvok), hliníkový bronz (hliník), mangánový bronz (mangán) a oloveno-cínový bronz. Naproti tomu mosadz používa ako primárny legovací prvok zinok. Rozdiel je dôležitý pre špecifikáciu: komponent špecifikovaný ako „bronz“ by mal byť skutočnou zliatinou medi a cínu, nie zliatinou medi s vysokým obsahom zinku (mosadz).

Všetky hlavné zliatiny na odlievanie bronzu – vlastnosti a ekvivalenty

1. LG2 Bronze (Gunmetal 85-5-5-5)

Najlepšie pre: Ventily, telesá čerpadiel, potrubné armatúry, námorný hardvér, ložiskové puzdrá a všeobecné priemyselné odliatky. Celosvetovo najpoužívanejšia zliatina na odlievanie bronzu vďaka svojej vynikajúcej zlievateľnosti, tlakovej tesnosti a odolnosti voči korózii v sladkej vode, morskej vode (stredná rýchlosť) a priemyselnej atmosfére. Obsah olova poskytuje dobrú opracovateľnosť a tlakovú tesnosť vyplnením mikrozmršťovacích pórov počas tuhnutia.

2. Fosforový bronz – zliatiny s vysokým obsahom cínu (Navy M, C90700)

Najlepšie pre: Polotovary ozubených kolies, šnekové kolesá, puzdrá, ložiskové puzdrá a vysoko zaťažené opotrebiteľné komponenty. Vysoký obsah cínu (10%) vytvára tvrdšiu zliatinu odolnejšiu proti opotrebeniu ako LG2. Nízky obsah olova znamená zníženú obrobiteľnosť v porovnaní s LG2, ale vyššia tvrdosť a únavová pevnosť oprávňujú špecifikáciu pre ozubené a ložiskové aplikácie. Nie je vhodný na tlakotesné odlievanie tak rýchlo ako LG2 – vyžaduje starostlivé podávanie.

3. Olovnatý cínový bronz (LTB1 / SAE 660 / C93200)

Najlepšie pre: Ložiskové puzdrá, radiálne ložiská, axiálne podložky a klzné ložiská nesúce mierne zaťaženie pri stredných rýchlostiach. SAE 660 (C93200) je najrozšírenejší ložiskový bronz v USA, ktorý ponúka rovnováhu medzi pevnosťou, prispôsobivosťou (olovo obsahuje častice nečistôt) a opracovateľnosťou. Obsah olova pôsobí ako tuhé mazivo a pomáha ložisku prispôsobiť sa miernemu vychýleniu bez zadretia.

4. Hliníkový bronz (AB1 / AB2 – C95400, C95800)

Najlepšie pre: Lodné vrtule, náboje vrtúľ, obežné kolesá čerpadiel na morskú vodu, sedlá ventilov, konštrukčné komponenty na mori a diely odolné voči opotrebovaniu. AB2 (nikel-hliníkový bronz) je prvotriedna zliatina pre kryty čerpadiel morskej vody a vrtule vďaka svojej vynikajúcej odolnosti voči kavitačnej erózii a nárazom. Oveľa tvrdší a pevnejší ako LG2 — vyžaduje nástroje z tvrdokovu a nižšiu rýchlosť obrábania. Možno tepelne spracovať (roztokové žíhanie + starnutie) pre maximálnu pevnosť.

5. Silikónový bronz (SC1 / C87600 / C65500)

Najlepšie pre: Architektonické odliatky, hriadele čerpadiel, námorný hardvér (dekoratívny a štrukturálny), telesá konektorov rozvodne, hardvérové ​​skrutky a upevňovacie prvky a akékoľvek aplikácie vyžadujúce dobrú odolnosť proti korózii a zvárateľnosť. Kremíkový bronz je jediná štandardná bronzová zliatina, ktorú možno ľahko zvárať metódou TIG a MIG bez senzibilizácie, vďaka čomu je ideálna pre odlievané a vyrábané hybridné zostavy. Bezolovnatý svojou povahou – vhodný pre aplikácie pitnej vody NSF 61 v niektorých jurisdikciách.

6. Mangánový bronz (vysokopevná mosadz / HTB1 / C86300)

Najlepšie pre: Vrtuľové hriadele, námorný hardvér pod vysokým namáhaním, mostíky, veľké puzdrá a opotrebované platne, ťažké polotovary ozubených kolies, telesá ventilov vo vysokotlakovej prevádzke a akékoľvek aplikácie vyžadujúce najvyššiu pevnosť v ťahu dostupnú zo zliatiny medi. HTB1/C86300 je najpevnejší štandardný odliatok zo zliatiny medi, ale je ťažšie odlievať ako LG2 alebo kremíkový bronz kvôli úzkemu rozsahu tuhnutia a tendencii k praskaniu za tepla. Vyžaduje starostlivý návrh vzoru a systém podávania.

7. Meď-nikel (CuNi 90/10 a 70/30 – triedy odlievania)

Najlepšie pre: Koncové dosky lodných výmenníkov tepla, lodné námorné truhly a armatúry trupu, komponenty odsoľovacích zariadení a manipulácia s ropou a plynom na mori, kde sa vyžaduje odolnosť voči nárazom a biologickému znečisteniu v morskej vode. Zliatiny medi a niklu sú vysoko odolné voči biologickému znečisteniu (prichytenie morských rias a rias), vďaka čomu sú jedinečne vhodné pre ponorené námorné aplikácie. Nie je široko odlievaný, ale mimoriadne cenný v špecializovaných námorných aplikáciách.

8. Cínový bronz – zliatiny ložísk s vysokým obsahom olova (C94300)

Najlepšie pre: Veľmi nízkootáčkové, vysoko zaťažené klzné ložiská (hlavné ložiská naftového motora, čapy hydraulického valca, ťažké lisovacie ložiská), kde vysoký obsah olova (25%) poskytuje maximálnu prispôsobivosť a odolnosť voči zadretiu v podmienkach medzného mazania. Matrica z mäkkého olova obsahuje abrazívne častice a poskytuje samomazanie, keď sa olejový film rozpadne. Nevhodné pre konštrukčné odliatky — pevnosť je veľmi nízka.

Porovnávacia tabuľka zliatiny bronzu

Ako si vybrať správnu bronzovú odlievaciu zliatinu

Použite tento rozhodovací rámec na výber optimálnej zliatiny na odlievanie bronzu pre vašu aplikáciu:

• Univerzálne ventily, armatúry a námorný hardvér: LG2 / C83600 — predvolená voľba pre 80 % aplikácií na odlievanie bronzu
• Ložiská a puzdrá (stredné zaťaženie/rýchlosť): SAE 660 / C93200 (olovnatý cínový bronz) pre najlepšiu prispôsobivosť
• Ozubené kolesá, šnekové kolesá, povrchy s vysokým opotrebovaním: Navy M / C90700 alebo fosforový bronz pre vyššiu tvrdosť a únavovú pevnosť
• Vysokopevnostné konštrukčné diely, čerpadlá na morskú vodu: Hliníkový bronz AB1 (C95400) alebo AB2 (C95800) pre maximálnu pevnosť v ťahu a odolnosť voči kavitácii
• Zvárateľné architektonické alebo elektrické konektorové telesá: Silicon Bronze SC1 / C87600
• Najvyššia pevnosť v ťahu, vrtuľové hriadele: Mangánový bronz HTB1 / C86300
• Ponorené lodné výmenníky tepla, proti zanášaniu: Meď-nikel 90/10 / C96200
• Vysoko zaťažené, nízkorýchlostné klzné ložiská: Cínový bronz s vysokým obsahom olova C94300
• Súlad s pitnou vodou (NSF 61/372): Kremíkový bronz C87600 alebo špecifikované zliatiny uvedené v zozname NSF

Procesy odlievania bronzu dostupné na Conex Copper

Odlievanie do piesku: Zložité tvary, široký sortiment zliatin, presnosť CT8–CT10, 50 g až 500 kg. Ideálne pre prototypy a malosériovú výrobu z LG2, hliníkového bronzu a kremíkového bronzu.

Gravitačné odlievanie: Prísnejšie tolerancie (CT5–CT7), lepšia povrchová úprava, vyššia produktivita pre stredné objemy v LG2 a silikónovom bronze.

Investičný odliatok (stratený vosk): Najvyššia presnosť (CT4–CT6), vynikajúca povrchová úprava, komplexná geometria s tenkými stenami. Pre presné diely LG2, silikónový bronz a hliníkový bronz.

Kontinuálne odlievanie: Bronzová tyč, rúrka a tyč z LG2 s bronzom a fosforovým bronzom na opracovanie polotovarov.

Prečo zvoliť Conex Copper pre bronzové odliatky?

• Všetky hlavné zliatiny bronzu vo vlastnej réžii — LG2, hliníkový bronz, kremíkový bronz, fosforový bronz, ložiskový bronz
• Plná schopnosť odlievania na obrábaný komponent — vzor → odlievanie → opracovanie → NDT → expedícia
• ASTM a EN certifikovaná surovina — MTC podľa ASTM B62, B148, B584 na všetkých odliatkoch
• Certifikácia ISO 9001:2015 — úplná sledovateľnosť a možnosti NDT (LPT, röntgen, tlaková skúška)
• 25+ rokov skúseností s odlievaním bronzu - slúži klientom v USA, Veľkej Británii, Európe a na celom svete
• Zliatiny vyhovujúce NSF 61/372 — dostupné pre požiadavky trhu s pitnou vodou v USA
• Konkurenčné ceny v Indii — 40–60 % úspora nákladov v porovnaní s bronzovými odliatkami v USA a Európe
• Rýchla výroba prototypu — prvé odliatky do 3 až 5 týždňov od schváleného ťahania

Často kladené otázky — Zliatiny na odlievanie bronzu

Q1: Aká je najbežnejšie používaná zliatina na odlievanie bronzu?

Bronz LG2 (C83600 / CC491K / gunmetal 85-5-5-5) je celosvetovo najpoužívanejšia zliatina na odlievanie bronzu, ktorá je určená pre väčšinu ventilov, armatúr, tiel čerpadiel a odliatkov lodného hardvéru. Jeho kombinácia zlievateľnosti, odolnosti proti korózii, opracovateľnosti a primeraných nákladov z neho robí prvú voľbu pre väčšinu všeobecných aplikácií na odlievanie bronzu. Je to „predvolený“ bronz – zvážte alternatívy iba vtedy, keď LG2 nemôže splniť špecifickú pevnosť, tvrdosť alebo regulačné požiadavky.

Otázka 2: Kedy by som mal použiť hliníkový bronz namiesto LG2?

Uveďte hliníkový bronz (C95400 AB1 alebo C95800 AB2), keď: je požadovaná pevnosť v ťahu nad 450 MPa (LG2 max je ~280 MPa); komponent pracuje vo vysokorýchlostnej morskej vode (nad 3 m/s), kde by LG2 trpel eróziou; prostredie obsahuje kyselinu sírovú, kyselinu fluorovodíkovú alebo iné médiá agresívne voči olovnatým cínovým bronzom; alebo prevádzkové teploty nad 250 °C sa vyskytujú v prevádzke parných ventilov. Vyššia cena a náročnosť obrábania hliníkového bronzu sú odôvodnené jeho výkonom v týchto náročných podmienkach.

Otázka 3: Aký je rozdiel medzi bronzovým ložiskom LG2 a SAE 660 (C93200)?

LG2 (C83600) má 5% olova a je optimalizovaný pre tlakotesné odliatky (ventily, armatúry). SAE 660 (C93200) má 7 % olova a 7 % cínu, optimalizované pre aplikácie ložísk a puzdier, kde vyšší podiel olova poskytuje lepšiu prispôsobivosť, zabudovateľnosť abrazívnych častíc a odolnosť voči zadretiu pri hraničnom mazaní. Odliatky SAE 660 nie sú typicky tlakovo testované – používajú sa skôr ako pevné ložiskové vložky než kryty obsahujúce tlak.

Q4: Je silikónový bronz vhodný pre aplikácie s pitnou vodou (NSF 61)?

Kremíkový bronz (C87600) prirodzene neobsahuje olovo (zvyčajne menej ako 0,02 % olova) a celosvetovo sa používa na výrobu pitnej vody. Úplný zoznam produktov NSF 61 a NSF 372 však vyžaduje, aby bol hotový produkt testovaný a uvedený akreditovanou certifikačnou organizáciou. Dodávame odliatky v C87600 s certifikáciou zliatiny, ktorá podporuje zákazníkovu aplikáciu na zoznam NSF. Zhoda s nízkym obsahom olova California AB 1953 je splnená prirodzeným bezolovnatým zložením kremíkového bronzu.

Q5: Čo je mangánový bronz a kedy sa používa?

Mangánový bronz (HTB1, C86300) je technicky vysoko zinková mosadz (60 % Cu, 26 % Zn) s prísadami mangánu, železa a hliníka, ktoré dramaticky zvyšujú pevnosť na 640 – 760 MPa – najvyššiu zo všetkých štandardných zliatin medi. Je to zvolená zliatina pre listy lodných vrtúľ (odliatky s hmotnosťou 1 až 10 ton), veľké hriadele vrtule, závitovkové kolesá pre ťažké stroje a konštrukčný podvodný hardvér. Jeho vysoká pevnosť je za cenu väčšej zložitosti odlievania a náchylnosti na odzinkovanie v určitých prostrediach.

Q6: Môžu byť bronzové odliatky zvárané na opravu?

Zvárateľnosť sa výrazne líši podľa zliatiny. Kremíkový bronz (C87600) je najľahšie zvárateľný pomocou TIG so silikónovým bronzovým plniacim drôtom a predhriatím na 100 °C. Bronz LG2 môže byť zváraný metódou TIG alebo plynom na opravu s plnivom C83600 alebo C86100, ale zliatiny olova vytvárajú pórovitosť zvarového kovu, ak sa aplikuje nadmerné teplo. Hliníkový bronz (C95400) vyžaduje starostlivé predhriatie (150–200 °C) a je zvarený hliníkovým bronzovým plnivom (ERCuAl-A2). Fosforový bronz a ložiskové zliatiny sa neodporúčajú na zváranie.

Q7: Aké testy NDT sú k dispozícii pre tlakové odliatky z bronzu?

Dostupné NDT pre bronzové odliatky: testovanie tekutým penetrantom (LPT) podľa ASTM E1417 na povrchové trhliny; rádiografické testovanie (röntgenové žiarenie) podľa ASTM E94 na vnútornú pórovitosť a inklúzie v kritických odliatkoch; ultrazvukové testovanie (UT) pre odliatky tlakových nádob s hrubým prierezom; hydraulické tlakové skúšky pri 1,5× až 2,0× pracovnom tlaku pre telesá ventilov a telesá čerpadiel; a testovanie tesnosti héliom pre aplikácie s vysokou integritou tesnení. Skúšobné certifikáty sú priložené ku každému testovanému odliatku.

Q8: Aké normy ASTM platia pre bronzové odliatky?

Kľúčové normy ASTM odlievania: B62 (olovnatý cínový bronz – C83600 LG2), B148 (odliatky z hliníkového bronzu – C95400, C95800), B584 (odliatky zo zliatiny medi do piesku, všeobecné), B271 (odstredivé odliatky zo zliatiny medi), B369 (odliatky zo zliatiny medi a niklu), bronzové odliatky zo zliatiny medi a niklu B198). Pre britské a európske projekty sa norma BS EN 1982 vzťahuje na všetky odliatky zo zliatiny medi s označením triedy CC. Dodávame MTC podľa platnej normy so všetkými výrobnými odliatkami.

Q9: Aký je rozdiel medzi pieskovým odlievaním a gravitačným odlievaním bronzu?

Pieskové odlievanie využíva spotrebné pieskové formy – nízke náklady na nástroje (500 až 3 000 USD na vzor), akákoľvek zložitosť vrátane vnútorných priechodov a zárezov, presnosť CT8–CT10, povrchová úprava Ra 12–25 µm. Gravitačné odlievanie používa trvalé kovové matrice – vyššie náklady na nástroje (3 000 až 15 000 USD na matricu), obmedzené na jednoduché geometrie bez podrezania, presnosť CT5–CT7, povrchová úprava Ra 5–10 µm, nižšie jednotkové náklady pre stredné až veľké objemy (nad 500 kusov ročne). Pre väčšinu telies ventilov a puzdier čerpadiel sa pri prototypoch a malých objemoch používa liatie do piesku, pričom sa pri zavedených výrobkoch v bežnej výrobe prechádza na gravitačné odlievanie.

Q10: Ako je odzinkovanie relevantné pre zliatiny na odlievanie bronzu?

Odzinkovanie (selektívne odstraňovanie zinku zo zliatiny koróziou) ovplyvňuje zliatiny medi s obsahom zinku nad približne 15–20 % v mäkkej alebo mierne kyslej vode. Pravé bronzy (LG2, hliníkový bronz, kremíkový bronz, fosforový bronz) obsahujú vo väčšine prípadov menej ako 10 % zinku a odzinkovanie ich výrazne neovplyvňuje. Mangánový bronz (26 % Zn) a niektoré „komerčné bronzy“ s vysokým obsahom zinku sú citlivé a nemali by byť špecifikované pre teplovodné inštalatérske alebo ponorné aplikácie bez testovania odolnosti proti odzinku.

Otázka 11: Aký je typický čas prípravy odliatkov z bronzového piesku od Conex Copper?

Výroba nového vzoru: 2 až 4 týždne. Prvé pieskové odliatky (hrubé): 1 až 2 týždne po schválení vzoru. Opracovanie odliatkov: pridajte 1 až 3 týždne. Celková doba dodania prvého článku pre opracované a kontrolované odliatky: 5 až 8 týždňov. Opakujte objednávky na existujúcich vzoroch: hrubé odliatky za 1 až 2 týždne; plne opracované za 2 až 4 týždne. Nástroje na gravitačné odlievanie: ďalších 4 až 6 týždňov na výrobu foriem pred prvými dielmi.

Q12: Aké minimálne množstvo objednávky sa vzťahuje na vlastné bronzové odliatky?

Neexistuje žiadne pevné minimálne množstvo objednávky – jednotlivé prototypové odliatky sú akceptované na overenie vzoru a overenie dizajnu. To znamená, že jednotková cena sa výrazne zlepšuje nad 10 až 25 kusov na zliatinu/vzor, ​​pretože náklady na vsádzku do pece, nastavenie vzoru a náklady na kontrolu sa rozložia na viacero jednotiek. Pre bežnú výrobu je typické objednávacie množstvo 100+ kusov na vydanie, aby sa odôvodnili investície do gravitačných nástrojov a dosiahli najnižšie jednotkové náklady.