ما هو النحاس الرصاصي ولماذا يتم إضافة الرصاص
النحاس الرصاص عبارة عن سبيكة من النحاس والزنك يتم فيها الاحتفاظ بكمية خاضعة للرقابة من الرصاص عمدًا. الرصاص غير قابل للذوبان تقريبًا في مصفوفة النحاس والزنك، لذلك فهو يشكل تشتتًا دقيقًا للجزيئات الناعمة على طول حدود الحبوب. أثناء التشغيل الآلي، تعمل هذه الجسيمات كقواطع داخلية للرقائق: تقوم أداة القطع بقص المعدن بسهولة أكبر، وتنكسر الرقائق بدلاً من الالتفاف حول الأداة، ويتحسن تشطيب السطح. إن ثمن هذه القابلية للتصنيع هو خسارة متواضعة في الليونة، ولهذا السبب يتم توفير النحاس الرصاصي عادةً على شكل قضيب أو قضيب أو مقطع مقذوف بدلاً من أنبوب مسحوب بعمق.
تتبع تسميات الدرجات تقليدًا بسيطًا مستخدمًا في معايير سبائك النحاس الصينية المطاوع مثل GB/T 5231: يشير الحرف H إلى النحاس، ويشير Pb إلى الرصاص، والرقم الأول هو محتوى النحاس الاسمي بالنسبة المئوية، والرقم بعد الشرطة هو محتوى الرصاص الاسمي. وبالتالي فإن HPb59-1 يعني نحاسًا رصاصيًا يحتوي على حوالي 59 في المائة من النحاس وحوالي 1 في المائة من الرصاص.
درجات النحاس الرئيسية وخصائصها
تغطي الدرجات الأربع أدناه تقريبًا كل المتطلبات الصناعية لقضبان سبائك النحاس ذات القطع الحر.
| درجة | التكوين الاسمي | القدرة على التصنيع | العمل الساخن | تطبيق نموذجي |
|---|---|---|---|---|
| HPb63-3 | حوالي 63% نحاس، 3% رصاص، رصيد الزنك | ممتاز، أفضل ما في العائلة | غير مناسب | شاهد الأجزاء الهيكلية، وأجزاء جرارات السيارات التي تحتاج إلى إمكانية تصنيع عالية جدًا |
| HPb63-0.1 | حوالي 63% نحاس، 0.1% رصاص، رصيد الزنك | أقل من HPb63-3 | محدود | الأجزاء الهيكلية العامة للآلة |
| HPb62-0.8 | حوالي 62% نحاس، 0.8% رصاص، رصيد الزنك | أقل من HPb63-3 | محدود | الأجزاء الهيكلية العامة للآلة |
| HPb60-1 | حوالي 60% نحاس، 1% رصاص، رصيد الزنك | جيد، مع قوة أعلى | عدل | الأجزاء الهيكلية عالية القوة التي تحتاج إلى إمكانية تصنيع جيدة |
| HPb59-1 | حوالي 59% نحاس، 1% رصاص، رصيد الزنك | جيد | جيد، بارد وساخن | مسامير، منصات، جوانات، البطانات، المكسرات، الفوهات |
الخصائص الميكانيكية والمعالجة الأخرى لـ HPb63-0.1 وHPb62-0.8 وHPb60-1 تتبع تلك الخاصة بـ HPb63-3 وHPb59-1 على التوالي؛ فقط تصنيف قابلية التشغيل الآلي والمحتوى الرئيسي يتغير حقًا. في نظام ASTM وUNS، أقرب مكافئ لـ HPb63-3 هو قضيب نحاسي قطع حر C36000، وHPb59-1 هو الأقرب إلى C37700 نحاس مطروق، على الرغم من أن نظامي التسمية غير متطابقين ويجب تأكيد الاستبدال المباشر مقابل معيار المنتج ذي الصلة مثل ASTM B16 للقضبان.
HPb59-1: العمود الفقري للأغراض العامة
HPb59-1 هو العضو الأكثر استخدامًا في العائلة والأكثر شيوعًا في شكل مسحوب ومبثق إلى GB/T 4423. فهو يجمع بين قابلية التصنيع الجيدة والخواص الميكانيكية السليمة، ويقاوم الضغط البارد والساخن، ويسهل اللحام بالنحاس، ويقاوم التآكل العام بشكل جيد. ضعفها هو ميل ملحوظ إلى التشقق الناتج عن التآكل في بيئة محملة بالأمونيا أو رطبة ما لم يتم تلدين الجزء النهائي لتخفيف الضغط. تشمل المنتجات النموذجية البراغي والوسادات والحشيات والبطانات والصواميل والفوهات التي يتم إنتاجها عن طريق الختم الساخن متبوعًا بالتصنيع الآلي.
درجات نحاس القصدير من HSn90-1 إلى HSn60-1
يتاجر نحاس القصدير ببعض قابلية التصنيع لمقاومة التآكل. إن إضافة حوالي واحد في المائة من القصدير إلى سبائك النحاس والزنك يؤدي إلى استقرار الطبقة السطحية ويقلل بشكل كبير من الهجوم بمياه البحر والبخار والزيت.
HSn90-1: خصائص ميكانيكية ومعالجة قريبة من النحاس العادي H90، ولكن مع مقاومة عالية للتآكل وسلوك جيد ضد الاحتكاك. إنه نحاس القصدير الكلاسيكي المقاوم للتآكل ويستخدم في البطانات المرنة في مجموعات السيارات والجرارات والأجزاء المماثلة.
HSn70-1: نوع الأميرالية النموذجي من النحاس القصدير، والذي يتوافق بشكل وثيق مع C44300. إنه يقاوم هجوم الغلاف الجوي والبخار والنفط ومياه البحر، وله خصائص ميكانيكية جيدة، وقابلية تصنيع مقبولة، ويمكن تشغيله باردًا أو ساخنًا. إنه عرضة للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي في الشكل الرباعي، لذلك يتم استخدامه لأنابيب المكثف والمبادل الحراري وخطوط أنابيب مياه البحر وأجزاء المعدات الحرارية.
HSn62-1: مقاومة قوية لمياه البحر وخصائص ميكانيكية جيدة، ولكنها هشة على البارد، لذلك فهي مناسبة فقط للضغط الساخن. تعتبر قابلية التصنيع جيدة وهي تلحم بالنحاس وتلحم بسهولة، ومع ذلك فهي تحتفظ بميل التشقق الموسمي. الاستخدام النموذجي هو مكونات السفينة وأجزائها التي تتلامس مع مياه البحر أو البنزين.
HSn60-1: خصائص مشابهة لـ HSn62-1، ويتم توفيره بشكل أساسي كأسلاك لقضبان اللحام في هياكل بناء السفن.
سلوك التآكل: إزالة الزنك وتكسير الإجهاد
هناك وضعان للفشل يسيطران على الخبرة الميدانية مع هذه السبائك. تعمل عملية إزالة الزنك على إزالة الزنك من السبيكة وتترك إسفنجة نحاسية مسامية؛ يتم تسريعه بواسطة المياه الدافئة والراكدة الحاملة للكلوريد وبسرعة تدفق منخفضة. إضافات الزرنيخ أو القصدير، كما هو الحال في HSn70-1، تمنع التأثير، ولهذا السبب يفضل نحاس القصدير للأنابيب البحرية. يحتاج تكسير التآكل الناتج عن الإجهاد، والذي يسمى أحيانًا التكسير الموسمي، إلى ثلاثة شروط في وقت واحد: إجهاد الشد المتبقي من العمل البارد، ووسط مسبب للتآكل مثل الأمونيا أو الكلوريد الرطب، والوقت. العلاج هو تخفيف الضغط بعد التشكيل، وحيثما أمكن، تصميم يبقي الضغط المتبقي منخفضًا. يتم تجنب كلا وضعي الفشل عن طريق اختيار الدرجة الصحيحة بدلاً من القسم الأكثر سمكًا.
كيفية الاختيار بين النحاس الرصاص والنحاس والقصدير
اختر على متطلبات الخدمة السائدة. إذا تم تشكيل الجزء من شريط على آلات لولبية أوتوماتيكية ولا يرى أي وسط عدواني، فإن النحاس الرصاصي مثل HPb63-3 أو HPb59-1 يعطي أقل تكلفة لكل قطعة نهائية وأفضل تشطيب للسطح. إذا كان يجب أن يتحمل الجزء مياه البحر أو البخار أو الزيت أو الأجواء البحرية، فإن النحاس والقصدير مثل HSn70-1 أو HSn62-1 هو الاختيار الصحيح على الرغم من أن تصنيعه أبطأ وأكثر تكلفة. عندما تكون هناك حاجة إلى كل من قابلية التشغيل الآلي ومقاومة التآكل، غالبًا ما يكون HPb59-1 مع التلدين لتخفيف الضغط هو الحل الوسط العملي، بشرط ألا يحتوي وسط الخدمة على الأمونيا.
الأسئلة المتداولة
س: لماذا يضاف الرصاص إلى النحاس إذا كان يقلل من الليونة؟
يضاف الرصاص لكسر الرقائق أثناء التصنيع. نظرًا لأن الرصاص غير قابل للذوبان عمليًا في مصفوفة النحاس والزنك، فإنه يشكل شوائب ناعمة تسمح للأداة بقص المعدن بشكل نظيف، مما يحسن تشطيب السطح وعمر الأداة. المقايضة هي ليونة أقل، لذلك يتم استخدام النحاس الرصاص بشكل رئيسي كقضيب وقضيب.
س: هل HPb63-3 مناسب للعمل الساخن؟
لا، لا يمكن معالجة HPb63-3 في الحالة الساخنة بسبب محتواه العالي من الرصاص، ويتم توفيره للتشغيل الآلي. HPb59-1 هي الدرجة في هذه العائلة التي تقبل العمل بالضغط البارد والساخن.
س: ما هو النحاس القصدير الذي يجب استخدامه في أنبوب مياه البحر؟
HSn70-1 هو الاختيار القياسي لأنابيب المكثف وأنابيب مياه البحر وأجزاء المعدات الحرارية. إنه يقاوم الغلاف الجوي والبخار والزيت ومياه البحر ويحتفظ بخصائص ميكانيكية جيدة، ولكن يجب أن يتم تلدينه لتخفيف الضغط للتحكم في التشقق الناتج عن التآكل الإجهادي الرباعي.
س: ما الذي يسبب التشقق الموسمي في هذه السبائك؟
إجهاد الشد المتبقي الناتج عن العمل البارد بالإضافة إلى وسط مسبب للتآكل مثل الأمونيا أو الكلوريد الرطب. HPb59-1 وHSn70-1 كلاهما معرضان لذلك، والإجراء المضاد القياسي هو التلدين لتخفيف الضغط بعد التشكيل متبوعًا بالحماية من الأمونيا أثناء الخدمة.
س: هل يمكن استبدال النحاس الرصاصي بالنحاس الأصفر لتوفير التكلفة؟
فقط عندما تكون وسيلة الخدمة حميدة. في ظروف تحمل مياه البحر أو البخار أو الكلوريد، فإن محتوى القصدير هو ما يحمي السبيكة، وسيذوب بديل النحاس الرصاص بسرعة. عادةً ما يتم فقدان التوفير في المواد عند الاستبدال المبكر.
س: ما هو الشكل الذي يتم تقديمه عادة لكل عائلة؟
يتم توفير النحاس الرصاصي بشكل أساسي على شكل قضبان وقضبان مقذوفة أو مسحوبة وفقًا لمعيار GB/T 4423 أو ما يعادله، في حين يتم إنتاج نحاس القصدير HSn60-1 بشكل أساسي كأسلاك لقضبان اللحام وHSn70-1 كأنبوب ولوحة للمعدات البحرية والحرارية.
