Analýza materiálového mechanizmu mosadzných výliskov s výrazne vyššou tvrdosťou ako meď

V elektrotechnickom, železiarskom, inštalatérskom a automobilovom priemysle výroby dielov boli výkonnostné rozdiely medzi mosadznými a medenými výliskami vždy hlavným zameraním pri výbere materiálu. Lisovanie mosadzných plechov je zvyčajne 2 až 3 krát tvrdšie ako meď. Základným princípom, ktorý je za tým, je účinok spevnenia tuhého roztoku vyvolaný zavedením zinku v kombinácii s jedinečnými charakteristikami kryštálovej štruktúry a výhodami mosadze pri vytvrdzovaní za studena, čo vedie k vynikajúcej odolnosti voči deformácii a štrukturálnej pevnosti.

Vynikajúca tvrdosť mosadze ako zliatiny medi-zinku pramení predovšetkým z účinku atómov zinku na medenú mriežku zosilňujúceho tuhý roztok. Čistá meď má vysoko usporiadanú plochu-vycentrovanú kubickú mriežku s dobre-usporiadaným atómovým usporiadaním. Pod vonkajšími silami jeho kryštálové roviny ľahko skĺznu, výsledkom čoho je relatívne mäkký materiál s nízkou tvrdosťou. Keď sú atómy zinku začlenené do medenej mriežky, rozdiel vo veľkosti atómov medzi zinkom a meďou vytvára skreslenie mriežky, čím sa narušuje pôvodné usporiadané usporiadanie atómov. Toto skreslenie výrazne bráni pohybu dislokácie, čím sa výrazne zvyšuje vonkajšia sila potrebná na plastickú deformáciu, čo sa makroskopicky prejavuje ako výrazné zvýšenie tvrdosti. Údaje ukazujú, že tvrdosť obyčajnej mosadze podľa Brinella môže dosiahnuť 60 až 100 HB, zatiaľ čo niektoré zložité mosadze môžu dosiahnuť 120 až 180 HB, v porovnaní s iba 35 až 45 HB pre čistú meď. Tvrdosť mosadze môže byť 2 až 3-krát vyššia ako tvrdosť čistej medi.

Okrem spevnenia tuhým roztokom jej samotná kryštálová štruktúra mosadze poskytuje vynikajúcu schopnosť mechanického vytvrdzovania. Typická -fázová mosadz (obsah zinku menej ako 37 %) má tiež plošne-centrovanú kubickú štruktúru, ale jej rovnomerná deformačná schopnosť je lepšia ako schopnosť čistej medi, s indexom tvrdnutia 0,45, vyšším ako má meď (0,35). To znamená, že počas lisovacej deformácie môže mosadz efektívnejšie dosiahnuť spevnenie za studena prostredníctvom znásobenia dislokácie, čím sa ďalej zlepší jej tvrdosť pri tvárnení. Niektoré špeciálne mosadze navyše obsahujú prvky ako olovo, cín, hliník a mangán, ktoré ďalej optimalizujú pevnosť materiálu a odolnosť proti opotrebeniu prostredníctvom pevného roztoku alebo spevnenia zrážaním. Medzi nimi môže mangánová mosadz dosiahnuť medzu únavy 220 MPa, čo je úroveň, ktorú je pre čistú meď ťažké dosiahnuť.

V procese lisovania sa rozdiel tvrdosti medzi mosadzou a meďou ďalej rozširuje. Počas valcovania za studena alebo razenia sa tvrdosť mosadze zvyšuje o ďalších 10 % až 20 % s každým krokom spracovania za studena. Tento efekt mechanického spevnenia poskytuje lisovaným mosadzným častiam vyššiu povrchovú tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu. Na druhej strane meď po opracovaní za studena podlieha obmedzenému vytvrdzovaniu a často vyžaduje žíhanie, aby sa eliminovalo vnútorné napätie a zachovala sa následná opracovateľnosť, čo sťažuje dosiahnutie výrazného zvýšenia tvrdosti samotným lisovaním. Tento rozdiel vo výkone vedie k tomu, že lisované mosadzné diely vykazujú lepšiu odolnosť voči deformácii a opotrebovaniu, vďaka čomu sú obzvlášť vhodné na výrobu komponentov so špecifickými požiadavkami na pevnosť konštrukcie, ako sú ozubené kolesá, zámky a telesá vodovodných ventilov.

Pri lisovaní medi zvýšená tvrdosť materiálu ovplyvňuje nielen obtiažnosť tvárnenia, ale priamo súvisí aj s odolnosťou proti opotrebovaniu a rozmerovou stabilitou konečného produktu. V oblasti elektrického pripojenia lisované diely s použitím postriebrených mosadzných svoriek vyrovnávajú vodivosť a odolnosť voči opotrebovaniu kontaktov, vďaka čomu sú preferovaným riešením pre produkty spínačov a zásuviek. V hromadnej výrobe, pre dopyt po zákazkovej lisovaní medi, možno vlastnosti mosadze vytvrdzovania za studena využiť na získanie ideálnych mechanických vlastností bez následného tepelného spracovania, čo výrazne znižuje výrobné náklady.

Na záver, výhoda tvrdostiLisovanie mosadzného plechunie je dôsledkom jediného faktora, ale skôr výsledkom synergického účinku spevnenia tuhého roztoku, charakteristík kryštálovej štruktúry a vytvrdzovania za studena. Táto materiálová charakteristika poskytuje inžinierom jasné hranice výkonu pri výbere materiálov: pre aplikácie vyžadujúce vysokú vodivosť a vynikajúcu tvarovateľnosť zostáva preferovanou voľbou meď; zatiaľ čo pre lisované diely vyžadujúce vyššiu štrukturálnu pevnosť a odolnosť proti opotrebeniu je mosadz nepochybne cenovo{1}}efektívnejším technickým riešením. Ako sa elektrické konektory, svorkovnice a zostavy spínačov vyvíjajú smerom k miniaturizácii a vysokej spoľahlivosti, výhoda tvrdosti mosadzných výliskov bude naďalej venovať pozornosť priemyslu a bude sa ďalej skúmať.

Pre rôzne produkty s rôznymi požiadavkami na tvrdosť a štrukturálnu pevnosť, ako je presné prispôsobenie mosadzných a medených lisovacích materiálov a techník spracovania, nás neváhajte kontaktovať pre prispôsobené riešenia.