Com respon la matriu de coure-zinc a les addicions
El llautó és un aliatge de coure-zinc, i la proporció dels dos determina si l'estructura és d'una-fàsica alfa, dúplex alfa més beta o beta amb quantitats creixents de fase gamma. Cada element addicional es dissol en una d'aquestes fases, forma el seu propi compost o es segrega als límits del gra, i la conseqüència depèn molt de com canvia la solubilitat amb la temperatura. Alguns elements són gairebé insolubles en coure sòlid, alguns es dissolen només lleugerament i altres es dissolen en qualsevol proporció. Com que la solubilitat cau bruscament en refredar, un element que és inofensiu en una fosa pot convertir-se en una pel·lícula trencadissa o en una xarxa de partícules després de laminar o recuit. Les notes següents tracten cada element al seu torn i donen els límits que importen en la producció.
Ferro
El ferro té una solubilitat molt baixa en coure sòlid. Apareix com a partícules riques-ferro distribuïdes per la matriu alfa, i aquestes partícules actuen com a refinadors de gra eficaços fixant els límits del gra durant la colada i el treball en calent. En un llautó de coure del 60 per cent, una addició en el rang del 0,3 al 0,6 per cent produeix un fort efecte de refinat, que millora la ductilitat en calent i dóna una estructura més uniforme a través de la secció-transversal. S'apliquen dues precaucions. En primer lloc, el ferro residual recollit de la ferralla o de les eines d'acer no té cap efecte significatiu sobre les propietats mecàniques del llautó normal, de manera que una mica de contaminació no és un problema de qualitat en si mateix. En segon lloc, quan el material ha de ser magnèticament tou, com en algunes aplicacions d'instruments i blindatges, el contingut de ferro s'ha de mantenir per sota d'un 0,3 per cent, perquè les partícules riques en ferro-són ferromagnètiques i augmenten la permeabilitat i la coercivitat.
Plom i Bismut
El plom i el bismut són les impureses nocives clàssiques del llautó, i el bismut és el més perjudicial dels dos. El plom és essencialment insoluble i s'acumula com a partícules a l'eutèctic de baixa fusió- als límits del gra. En el llautó alfa, un contingut de plom superior al 0,03 per cent és suficient per provocar fragilitat en calent, tot i que el rendiment de treball en fred no es veu afectat en gran mesura, i en el llautó dúplex el plom no té cap efecte significatiu en el treball en calent, de manera que el nivell permès pot ser més alt. Aquest comportament és exactament el motiu pel qual s'afegeix plom deliberadament al llautó de mecanitzat lliure-: les partícules límit actuen com a trencadors d'encenalls i permeten altes velocitats de tall amb un bon acabat superficial. El bismut forma una pel·lícula trencadissa contínua al llarg dels límits del gra en lloc de partícules discretes, de manera que fragilitza el llautó tant en el treball en calent com en fred, i s'ha de controlar molt més estrictament que el plom.
Un altre perill apareix després del llançament. Si el llautó laminat en fred-que conté plom o bismut per sobre del límit permès s'escalfa massa ràpidament durant el recuit, la fase límit de baixa-fusió no es pot redistribuir en el temps i el material s'esquerda de sobte, un defecte conegut en el comerç com a cracking. A la pràctica, s'utilitzen dos remeis: l'escalfament lent i controlat a través del rang crític, o l'addició d'una petita quantitat de zirconi, que uneix els elements nocius en compostos de punt alt-de fusió- que ja no mullen els límits.
Fòsfor i antimoni
El fòsfor es dissol només en una mesura molt limitada en coure alfa. En petites quantitats afina els grans i millora les propietats mecàniques del llautó, i també és el desoxidant utilitzat en graus de coure on el fòsfor residual és acceptable. Tanmateix, una vegada que el contingut de fòsfor passa al voltant del 0,05 per cent, el compost trencadís Cu3P comença a formar-se i el rendiment del processament disminueix bruscament, amb esquerdes de vora i una mala qualitat de la superfície durant el dibuix. El fòsfor també augmenta notablement la temperatura de recristal·lització i produeix mides de gra recristal·litzats molt desiguals, la qual cosa és un problema per a l'embotit profund i per a programes de recuit brillants.
L'antimoni es comporta d'una manera semblant, però per una raó diferent: la seva solubilitat en coure cau fortament a mesura que baixa la temperatura, de manera que en refredar-se es veu forçat a sortir als límits del gra. Per sota d'un 0,1 per cent, forma Cu2Sb en una xarxa contínua, que degrada greument el rendiment de treball en fred, i l'antimoni també provoca fragilitat en calent. Dues contramesures estan ben establertes. L'addició d'una traça de liti crea el compost d'alta -fusió Li3Sb, que precipita com a partícules fines dins dels grans en lloc d'una pel·lícula límit, eliminant la major part del dany. D'altra banda, com que l'antimoni té una alta solubilitat en coure a alta temperatura, un tractament amb solució sòlida seguit d'un refredament pot millorar el rendiment de treball en fred del llautó que porta antimoni-mantenint l'element en solució.
Estany, manganès i alumini
L'estany es dissol en quantitats limitades en llautó alfa i dúplex alfa més beta. El seu valor pràctic és el control de la corrosió: l'estany inhibeix la dezincificació, millora la resistència a l'aigua de mar i als medis lleugerament àcids i augmenta la resistència al desgast, per això s'utilitzen llautons-de coixinets d'estany per a ferreteria, peces de bombes i components de vàlvules. L'inconvenient és que l'estany afavoreix la segregació inversa en els lingots, per la qual cosa s'han d'ajustar la pràctica de colada i els temps de remull per evitar un gradient de composició.
El manganès té una alta solubilitat en el llautó i s'utilitza principalment com a reforçador, augmentant la resistència i la duresa alhora que conserva la ductilitat útil. Els llautons-de coixinets de manganès també es poden apagar i envellir, cosa que augmenta encara més la resistència i la duresa i els fa adequats per a peces de desgast, engranatges i gàbies de coixinets-resistents. L'alumini es comporta de manera diferent, ja que contrau fortament el camp de fase alfa. A mesura que augmenta el contingut d'alumini, apareix la fase gamma; la duresa augmenta, però la plasticitat cau ràpidament, de manera que s'ha de vigilar el rang de treball. En el costat positiu, l'alumini millora notablement la fluïdesa, que és valuosa per a peces de fosa de parets fines-, i el llautó d'alumini s'utilitza àmpliament per als tubs de condensadors i intercanviadors de calor perquè la pel·lícula superficial que forma resisteix el flux d'aigua de mar.
Establir límits de composició a la pràctica
Les xifres anteriors no són independents. El refinament del ferro només ajuda si el material es manté calent-viable, cosa que depèn que el plom i el bismut es mantinguin sota els seus límits. Les addicions d'estany per a la resistència a la corrosió s'han d'equilibrar amb la segregació de la fosa i les addicions d'alumini contra la pèrdua de ductilitat. Per tant, una especificació pràctica estableix el rang de coure i zinc, un límit superior per a cada residu nociu i l'addició mínima per a cada element d'aliatge intencionat, juntament amb la microestructura i la mida del gra requerits.
| Element | Nivell típic | Efecte principal | Mode d'error si és excessiu |
|---|---|---|---|
| Fe | 0,3 a 0,6 per cent intencionat | Refinament del gra, ductilitat en calent | Permeabilitat magnètica superior al 0,3 per cent |
| Pb | Per sota del 0,03 per cent en llautó alfa | Mecanització quan s'afegeix deliberadament | Fràgilitat calenta, esquerdes de foc en escalfament ràpid |
| Bi | Residual estrictament limitat | Alternativa de mecanitzat-sense plom quan es controla | Pel·lícula límit trencadissa contínua, fragilitat freda i calenta |
| P | Per sota del 0,05 per cent | Desoxidació, refinament de gra a nivells baixos | Formació de Cu3P, mal treball en fred |
| Sb | Per sota del 0,1 per cent | Cap beneficiós com a residu | Xarxa de límits Cu2Sb, fragilitat en calent |
| Sn | Al voltant de l'1 per cent en llautons d'estany | Resistència a la dezincificació, resistència al desgast | Segregació inversa de lingots |
| Mn | Fins a uns quants per cent | Força i duresa, enduriment de l'edat | Reducció de conductivitat i rendiment tèrmic |
| Al | Al voltant del 2 per cent en llautó d'alumini | Fluidesa, estabilitat de la pel·lícula d'aigua de mar | Fase gamma, pèrdua de plasticitat |
La pràctica de fondre és tan important com l'anàlisi. La classificació de ferralla controla el ferro, el plom, el bismut i l'antimoni en un sol pas, i els fluxos de coberta i el material de càrrega net limiten la recollida que cap especificació pot corregir després. La verificació hauria de combinar l'anàlisi espectroquímica de la calor, una comprovació de la microestructura de les pel·lícules de límit i l'equilibri de fases i proves mecàniques en els tremps que el client utilitzarà realment.
Preguntes freqüents
P: Per què una petita addició de plom fa que el llautó sigui més fàcil de mecanitzar?
El plom és pràcticament insoluble en coure, de manera que forma partícules toves als límits del gra i a l'eutèctic. Aquestes partícules interrompen el xip i lubriquen la interfície de tall, permetent velocitats més altes i un millor acabat superficial. La mateixa fase límit és la raó per la qual els límits de plom són ajustats als aliatges que s'han de treballar en calent.
P: El bismut pot substituir el plom al llautó{0}}de mecanitzat lliure?
Es pot utilitzar, però els límits són molt més estrictes. El bismut forma una pel·lícula de límit fràgil contínua en lloc de partícules discretes, de manera que la ductilitat calenta i freda pateixen abans. Els graus-de bismut requereixen un control acurat de la composició i les velocitats d'escalfament.
P: Què és l'esquerda del foc i com es prevé?
Es tracta d'un trencament sobtat del llautó-laminat en fred durant el recuit quan les fases límit que contenen plom o bismut no es poden redistribuir perquè la velocitat d'escalfament és massa ràpida. Eviteu-ho mitjançant un escalfament lent i controlat, mantenint els elements nocius dins de les especificacions o afegint zirconi per formar compostos d'alta fusió-.
P: Com millora l'estany la resistència a la corrosió?
L'estany en solució sòlida inhibeix la pèrdua selectiva de zinc coneguda com a dezincificació, de manera que l'aliatge manté la seva resistència i no desenvolupa una capa porosa de coure. L'estany també millora la resistència al desgast, a costa d'una major tendència a la segregació en el lingot.
P: El ferro sempre perjudica el llautó?
No. Una addició deliberada d'un 0,3 a un 0,6 per cent en un llautó de coure al 60 per cent refina els grans i millora la ductilitat en calent, i el ferro residual té poc efecte sobre les propietats mecàniques normals. Només es converteix en un problema quan el material ha de ser magnèticament tou.
P: Per què el fòsfor està limitat tan estrictament?
Per sobre d'aproximadament el 0,05 per cent forma la fase trencadissa Cu3P, que redueix el rendiment de treball en fred, i també augmenta la temperatura de recristal·lització i produeix un creixement desigual del gra durant el recuit.
