تأثيرات الألمنيوم والقصدير على التروس البرونزية
تتميز التروس المصنوعة من سبائك النحاس (البرونزية) بخصائص فريدة تساعد على تقليل التآكل عند ملامسة البرونز للفولاذ. تُستخدم التروس البرونزية في مخفضات التروس وتتزاوج مع التروس الدودية الفولاذية. يتم استخدام التروس البرونزية في المعدات الأخرى التي تتطلب التزاوج مع التروس الفولاذية.
وفي جميع الأحوال يكون السطح الفولاذي أصلب من السطح البرونزي. يعتمد اختيار مجموعات البرونز على الفولاذ على نفس المبادئ التي تعتمد عليها محامل الأكمام البرونزية المتزاوجة مع أعمدة فولاذية أكثر صلابة.
يؤدي تآكل البرونز على الفولاذ إلى تآكل البرونز مع تآكل قليل أو معدوم للفولاذ.
احتكاك البرونز بالفولاذ أقل بكثير من احتكاك الفولاذ بالفولاذ.
عند السرعات السطحية النسبية الأعلى، فإن التشحيم الكامل أو الهيدروديناميكي سوف يفصل زوج الفولاذ عن الفولاذ، ولكن عند السرعات المنخفضة، ستتصل الخشونة (خشونة السطح) لمكونات التزاوج ببعضها البعض. وهذا يؤدي إلى تآكل شديد للمكونين الفولاذيين. بالنسبة للأزواج المصنوعة من البرونز على الفولاذ، فإن الخشونة الفولاذية الأقوى تقص الخشونة البرونزية الأضعف.
وبسبب هذه الاعتبارات، قام مهندسو المعادن والميكانيكا بتطوير عائلة من السبائك البرونزية التي تقلل من تآكل البرونز مع توفير جميع مزايا أزواج البرونز على الفولاذ.
سيكون للبرونز المطلوب الخصائص التالية:
القوة لتحمل الأحمال المطلوبة.
انخفاض معامل الاحتكاك مع الفولاذ.
الحد الأدنى من ارتداء البرونز.
تحتوي العديد من البرونز المحامل على الرصاص لتقليل معامل الاحتكاك، ومع ذلك، ينفصل الرصاص عن الصب المتجمد ويتواجد بين بلورات سبائك النحاس. يؤدي هذا إلى إضعاف المادة، وعلى الرغم من أنه مفيد لمحامل الأكمام، إلا أنه يجب الحفاظ على الرصاص عند الحد الأدنى لصب برونز تروس قوي. تحتوي بعض برونزيات التروس على كميات صغيرة من هذا الرصاص الحبيبي لتعزيز قابلية التشغيل الآلي.
تم العثور على أفضل مزيج من خصائص التآكل في مجموعتين من سبائك النحاس:
يعتبر برونز الألومنيوم والمنغنيز قويًا ومضحيًا عند ارتداء أجزاء التزاوج الفولاذية. تحتوي هذه السبائك على مصفوفة قوية يتم فيها تضمين مرحلة صعبة للغاية. يجب أن يكون جزء التزاوج الفولاذي قاسيًا للغاية، ويجب أن يتمتع كلا الجزأين بسطح ناعم جدًا. لن تشكل هذه البرونزات طبقة برونزية منخفضة الاحتكاك على الفولاذ.
يتم تقوية برونز القصدير بمحلول صلب من القصدير في النحاس، بنسبة تصل إلى حوالي 10% من القصدير. وينتج عن القصدير الإضافي مرحلة حبيبية قوية وصلبة غنية بالقصدير. تشوه ذرات القصدير مصفوفة النحاس بما يكفي للمساعدة في منع انزلاق الطبقات البلورية، ويساعد الطور الحبيبي على زيادة الصلابة. يشكل برونز القصدير رواسب برونزية منخفضة الاحتكاك على مكون الفولاذ المتزاوج. لهذا السبب، يعتبر برونز القصدير هو السبيكة المفضلة للتروس غير الحديدية.
إن خواص الألومنيوم وبرونز المنغنيز المترسبة على الفولاذ ليست مفيدة مثل تلك الموجودة في برونز القصدير. تؤدي تقلبات برونز الألومنيوم إلى إنتاج محتوى أكسيد الألومنيوم، وهو مادة كاشطة للغاية. يحتوي برونز المنغنيز على الألومنيوم و(كميات كبيرة) من الزنك. أكسيد الزنك مادة كاشطة، والزنك الموجود في مصفوفة النحاس يعزز التآكل عند التزاوج مع الفولاذ. القصدير لديه تقارب أقل بكثير للأكسجين من الألومنيوم أو الزنك.
"التآكل" والظروف الحدودية الناتجة هي التي تجعل برونز القصدير مثاليًا جدًا في التزاوج مع الفولاذ. عندما يتم تضمين كميات كافية من الخشونة البرونزية في السطح، يتم تقليل التآكل وتقليل الاحتكاك.
لقد تطورت سبيكة النحاس والقصدير الأساسية للتروس إلى سلسلة من خمس قطع برونزية مشهورة للتروس. تم تحديد هذه السبائك في مواصفات ASTM B 427-93A. هناك القليل من الاختلاف. تحتوي سبائك القصدير بنسبة 12% على مراحل أكثر صلابة. تعد سبائك النحاس C92900 هي الأكثر تنوعًا، حيث تحتوي على نسبة رصاص تبلغ 2.5٪. وهذا يسمح بقابلية تصنيع جيدة، وسوف تندمج جزيئات الرصاص في أي وسائط كاشطة أثناء التآكل. محتوى النيكل (3.5%) في هذه السبيكة مفيد جدًا. إنه يزيد من مقاومة التآكل ويعزز أحجام البلورات الأصغر في المسبوكات. كلما كانت البلورات أصغر، قل الفصل الكيميائي وارتفعت الجودة الفيزيائية.
لا يمكن إنتاج برونزيات التروس هذه عن طريق عمليات تزوير مثل البثق أو الرسم أو الدرفلة أو التزوير. يجب أن تستخدم كمسبوكات. يمكن أن تؤدي محتويات القصدير العالية إلى كسر القضبان المبثوقة. يمكن صب تلك التي تحتوي على 8% من القصدير بشكل مستمر وسحبها إلى أقطار صغيرة. يمكن بثق محتويات القصدير السفلية وسحبها إلى أقطار صغيرة. الرسم (البارد) يزيد من الخواص الفيزيائية أعلى من تلك الخاصة بالمادة المصبوبة. لا يوجد تحسن في خصائص الاحتكاك.
لا يمكن صب البرونز الحقيقي إلا بطرق معينة. يسمح كل من صب الرمل والصب البارد بتجويف الانكماش والشوائب غير المعدنية (الكاشطة). الصب المستمر يزيل هذه المشاكل. يتم استخراج القضيب أو الأنبوب المصبوب باستمرار من قالب متصل بفرن مملوء بالمعدن السائل. يتم غمر مدخل القالب بعمق تحت السطح العلوي للمعدن السائل. لا يمكن أن يصل أي خبث إلى هذه المنطقة ويعمل المعدن السائل كخزان لتغذية الصب، وبالتالي تجنب أي تجاويف انكماش.
منذ أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، تطور الصب المستمر لبرونز التروس ليشمل العديد من التحسينات. أدى التقدم في تكنولوجيا الصب المستمر إلى إنتاج قضبان وأنابيب مصبوبة بأحجام بلورية صغيرة وموحدة. وهذا ينتج مادة مصبوبة بشكل مستمر أكثر اتساقًا وقوة. يتفوق برونز التروس الذي يتم إنتاجه بهذه الطريقة على برونز التروس الذي يتم إنتاجه بأي طريقة أخرى. تم تحسين قوة الخضوع وقوة التأثير والصلابة بشكل كبير. كما تم تعزيز مقاومة التآكل.
