Üldised materjaliklassid pronks

1. Pronksi levinumad materjaliklassid

Pronks on vasesulamite lai kategooria, mida traditsiooniliselt määratletakse kuivase-tina (Cu-Sn) sulamidkuid nüüd hõlmab see funktsionaalsete sarnasuste tõttu ka teisi vase{0}}põhiseid sulameid (nt alumiiniumpronks, ränipronks, mangaanpronks). Allpool on laialdaselt tunnustatud pronksiklassid peamiste rahvusvaheliste standardite järgi, mis on liigitatud sulami tüübi ja peamiste rakenduste järgi:

a. Tinapronks (klassikaline Cu{1}}Sn pronks)

Standardne süsteem	Hinne	Keemiline koostis (põhielemendid)	Põhiomadused ja rakendused
ASTM/UNS (USA)	C90300	Cu: 88–90%, Sn: 10–12%, Zn 1,0% või vähem, Pb 0,2% või vähem	Kõrge tugevus, suurepärane korrosioonikindlus; kasutatakse laagrites, puksides ja laevariistvaras.
ASTM/UNS (USA)	C90700	Cu: 85–87%, Sn: 12–14%, Pb Vähem kui 0,2% või sellega võrdne	Suurepärane kulumiskindlus ja elastsus; ideaalne hammasrataste, ventiilide ja raskete{0}}masinakomponentide jaoks.
ASTM/UNS (USA)	C92200	Cu: 86–89%, Sn: 8–10%, Zn vähem kui 2,0%, Pb vähem kui 0,3% või sellega võrdne	Tasakaalustatud töödeldavus ja korrosioonikindlus; kasutatakse sanitaartehnilistes liitmikes, pumpades ja elektripistikutes.
ET (Euroopa)	CuSn10 (EN 12164)	Cu: 88–90%, Sn: 9–11%, Pb Vähem kui 0,2% või sellega võrdne	Samaväärne ASTM C90300-ga; kasutatakse laialdaselt Euroopa tööstus- ja mererakendustes.
JIS (Jaapan)	C5100 (JIS H3100)	Cu: 88–91%, Sn: 9–11%, Pb Vähem kui 0,1% või sellega võrdne	Sarnane C90300-ga; kasutatakse Jaapani auto- ja täppistehnika osades.
GB (Hiina)	QSn10-1 (GB/T 5231)	Cu: 88–90%, Sn: 9–11%, P: 0,1–0,25%	Fosfor{0}}lisatud tugevuse suurendamiseks; kasutatakse vedrudes, seibides ja mehaanilistes tihendites.

b. Alumiiniumpronks (Cu-Al sulamid)

Standardne süsteem	Hinne	Keemiline koostis (põhielemendid)	Põhiomadused ja rakendused
ASTM/UNS (USA)	C61400	Cu: 86–90%, Al: 6–8%, Fe: 2–4%	Kõrge tõmbetugevus (690–860 MPa) ja merevee korrosioonikindlus; kasutatakse laeva propellerites, ventiilides ja avamerekonstruktsioonides.
ASTM/UNS (USA)	C63200	Cu: 83–87%, Al: 9–11%, Fe: 2–4%	Suurepärane kulumiskindlus ja kõvadus; ideaalne raskeveokite{0}}hammasrataste, laagrite ja tööstuslike pumpade jaoks.
ET (Euroopa)	CuAl10Fe5Ni5 (EN 12163)	Cu: 76–83%, Al: 8–11%, Fe: 4–6%, Ni: 4–6%	Samaväärne ASTM C63000-ga; kasutatakse Euroopa mere- ja kosmosekomponentides.
GB (Hiina)	QAl9-4 (GB/T 5231)	Cu: 85–90%, Al: 8–10%, Fe: 2–4%	Kõrge tugevus ja korrosioonikindlus; kasutatakse hüdrosilindrites, hammasratastes ja keemiaseadmetes.

c. Ränipronks (Cu-Si sulamid)

Standardne süsteem	Hinne	Keemiline koostis (põhielemendid)	Põhiomadused ja rakendused
ASTM/UNS (USA)	C65500	Cu: 94–96%, Si: 2,5–3,5%, Mn: 0,5–1,5%	Suurepärane keevitatavus ja korrosioonikindlus; kasutatakse konstruktsioonikinnitustes, mereriistvaras ja arhitektuurikomponentides.
ASTM/UNS (USA)	C65800	Cu: 92–94%, Si: 3,5–4,5%, Mn: 1,5–2,5%	Kõrgem tugevus kui C65500; sobib suure-koormusega rakenduste jaoks, nagu sillaliitmikud ja tööstuslikud ventiilid.
ET (Euroopa)	CuSi3Mn1 (EN 12164)	Cu: 94–96%, Si: 2,5–3,5%, Mn: 0,5–1,5%	Samaväärne C65500-ga; kasutatakse Euroopa ehitus- ja meretööstuses.

d. Mangaani pronks (Cu-Zn-Mn sulamid)

Standardne süsteem	Hinne	Keemiline koostis (põhielemendid)	Põhiomadused ja rakendused
ASTM/UNS (USA)	C67500	Cu: 57–60%, Zn: 35–38%, Mn: 1,5–2,5%, Fe: 1,0–2,0%	Kõrge tugevus ja kulumiskindlus; kasutatakse väntvõllides, hammasratastes ja raskete masinate osades.
GB (Hiina)	QMn5 (GB/T 5231)	Cu: 94–96%, Mn: 4–6%	Hea plastilisus ja elektrijuhtivus; kasutatakse elektrikontaktides ja vedrudes.

info-440-454 info-448-446

2. Pronksi eelised

Pronksi hinnatakse selle tasakaalustatud jõudluse tõttu mehaaniliste, keemiliste ja funktsionaalsete omaduste poolest, mistõttu on see tööstus-, mere- ja arhitektuurirakendustes põhiline. Peamised eelised hõlmavad järgmist:

a. Erakordne korrosioonikindlus

Tina pronksid: Moodustab kaitsva tinaoksiidi (SnO₂) kihi, mis on vastupidav atmosfääri korrosioonile, magedale veele ja nõrgatele hapetele. Ideaalne väli- ja merekeskkondadesse (nt laevakered, ranniku riistvara).

Alumiiniumist pronksid: Töötage välja tihe alumiiniumoksiidi (Al2O3) kile, mis tagab suurepärase vastupidavuse merevee, soolapihuste ja tööstuslike kemikaalide (nt väävelhape, ammoniaak) suhtes. Söövitavates tingimustes ületab paljusid roostevaba terasid.

Ränist pronksid: talub täppide tekkimist, pragude korrosiooni ja tsinkimist, muutes need sobivaks pikaajaliseks{0}}kokkupuuteks karmides tingimustes (nt avamerestruktuurid, keemilise töötlemise seadmed).

b. Kõrge tugevus ja kulumiskindlus

10–14% Sn-iga tinapronksid pakuvad suurepärast kõvadust (150–200 HB) ja kulumiskindlust, mis on ideaalsed libisevate komponentide jaoks, nagu laagrid, puksid ja hammasrattad (vähendab hõõrdumist ja pikendab kasutusiga).

Alumiiniumpronksi tõmbetugevus on kuni 900 MPa (130 ksi) – oluliselt kõrgem kui messingil ja paljudel terastel –, mistõttu need sobivad suure koormusega rakendusteks (nt hüdrosilindrid, tööstuspumbad).

Mangaanpronks ühendab endas kõrge tugevuse ja löögikindluse, mis sobib dünaamilise koormuse stsenaariumide jaoks (nt väntvõllid, ühendusvardad).

c. Suurepärane elastsus ja vormitavus

Enamik pronkse säilitab hea plastilisuse (venivus 15–30%) isegi suure tugevusega, võimaldades külmtöödelda (painutamine, stantsimine, sügavtõmbamine) ja keerulist vormimist ilma pragudeta.

Ränipronksed on suurepärased keevitatavusega, toetades erinevaid ühendusmeetodeid (kaarkeevitus, kõvajoodisjootmine, jootmine) konstruktsioonirakendustes (nt sillaliitmikud, arhitektuursed raamid).

d. Biosobivus ja mitte{1}}magnetilised omadused

Tinapronks ja ränipronks pole-toksilised ja bioloogiliselt ühilduvad, mistõttu sobivad need meditsiiniseadmete (nt kirurgiainstrumendid, hambaraviseadmed) ja toiduainete töötlemise seadmete jaoks.

Pronks on mitte-magnetiline, elektriliste komponentide, kosmoseosade ja rakenduste jaoks, kus tuleb magnetilisi häireid vältida, kriitiline omadus.

e. Esteetiline veetlus ja ajalooline tähtsus

Arendab aja jooksul ainulaadse, stabiilse patina (tumepruun või roheline), mida hinnatakse arhitektuurilises disainis (nt katus, kujud) ja dekoratiivrakendustes.

Säilitab oma välimuse aastakümneid minimaalse hooldusega, mistõttu on see eelistatud valik pärandi taastamise projektide jaoks.

f. Taaskasutatavus ja jätkusuutlikkus

Pronks on 100% taaskasutatav ilma jõudlust kaotamata, vähendades keskkonnamõju ja materjalikulusid. Taaskasutatud pronksil on samad keemilised ja mehaanilised omadused nagu esmasel materjalil.

3. Pronksi puudused

Vaatamata oma tugevatele külgedele on pronksil piiranguid, mis piiravad selle kasutamist teatud stsenaariumide korral, mis on peamiselt seotud kulu, töötlemise tõhususe ja konkreetsete keskkonnatingimustega:

a. Kõrgemad kulud võrreldes messingidega

Pronksi legeerivad elemendid (tina, alumiinium, räni) on kallimad kui tsink (messingi esmane legeerelement). Näiteks:

Tinapronksmed maksavad 20–40% rohkem kui messingid nagu C28000 või C37700.

Alumiiniumpronks ja ränipronks on kõrgete -puhtusastmete alumiiniumi ja räni nõuete tõttu veelgi kulukamad.

See muudab pronksi vähem konkurentsivõimeliseks kulutundlikes{0}}rakendustes, kus korrosioonikindlus või kõrge tugevus ei ole kriitilise tähtsusega.

b. Kehv töödeldavus (vs plii messingid)

Enamikul pronksidel (eriti tinapronksidel ja alumiiniumpronksidel) on madal töödeldavus (30–60% vs. C37700 messing=90–95%), kuna:

Kõrge kõvadus ja elastsus, mis põhjustab tööriista kulumist ja laastude ummistumist.

Plii puudumine (määrdeelement messingis), et vähendada hõõrdumist lõikamise ajal.

Pronksi töötlemiseks on vaja spetsiaalseid tööriistu (nt karbiiddetailid), aeglasemat lõikekiirust ja sagedasemat tööriistavahetust, mis suurendab tootmisaega ja -kulusid.

c. Vastuvõtlikkus teatud korrosioonitüüpidele

Tina pronksid: Tundlik legeerumisele (tina valikuline leostumine) agressiivses keskkonnas (nt kontsentreeritud happed, kloriidirikkad lahused), mis põhjustab poorseid ja hapraid pindu.

Alumiiniumist pronksid: Võib kannatada pingekorrosioonipragunemise (SCC) all kõrge -pingega, kloriidi-sisaldavates keskkondades (nt pinge all olevad laevakinnitused).

Ränist pronksid: Piiratud vastupidavus tugevatele oksüdeerivatele hapetele (nt lämmastikhape) ja kõrge -temperatuuri leeliselistele lahustele.

d. Madalam elektri- ja soojusjuhtivus kui puhtal vasel

Pronksi juhtivus on 15–40% puhtast vasest (nt C65500 ränipronks=20–25% IACS vs puhas vask=100% IACS).

See muudab selle sobimatuks suure jõudlusega-elektrijuhtide jaoks (nt toitekaablid, trafo mähised), kus juhtivus on kriitiline.

e. Kaalupuudus vs kergsulamid

Pronks on suure tihedusega (8,4–8,9 g/cm³), oluliselt raskem kui alumiiniumisulamitel (2,7 g/cm³) ja titaanisulamitel (4,5 g/cm³).

Kaalutundlikes rakendustes (nt kosmosekomponendid, autoosad) asendatakse pronks vaatamata selle suurepärasele korrosioonikindlusele sageli kergemate materjalidega.

f. Piiratud kõrge{1}}temperatuuri jõudlus

Tinapronksmaterjalid pehmenevad temperatuuril üle 300 kraadi (572 kraadi F), kaotades 400 kraadi juures kuni 50% oma tugevusest.

Alumiiniumpronks säilitab tugevuse kuni 400 kraadini, kuid neil on vähenenud elastsus ja korrosioonikindlus temperatuuril üle 500 kraadi.

See takistab pronksi kasutamist kõrgel{0}}kuumusel (nt mootori väljalaskekomponendid, tööstuslikud ahjud), kus pidev töötemperatuur ületab 400 kraadi.

g. Haprus madala-temperatuuriga keskkondades

Some bronzes (e.g., high-tin bronzes with >12% Sn) muutuvad rabedaks temperatuuril alla -20 kraadi (-4 kraadi F), suurendades löögi või vibratsiooni mõjul pragunemise ohtu.

See piirab nende kasutamist krüogeensetes rakendustes (nt kõrgel{2}}lennunduses kasutatavad kosmosekomponendid, jahutussüsteemid).