Alüminyum ve Kalayın Bronz Dişlilere Etkileri
Bakır alaşımlı (bronz) dişliler, bronz-çelik temasında aşınmayı en aza indirmeye yardımcı olan benzersiz özelliklere sahiptir. Bronz dişliler dişli redüktörlerinde kullanılır ve çelik sonsuz dişlilerle eşleştirilir. Çelik düz dişlilerle eşleşmesi gereken diğer ekipmanlarda bronz düz dişliler kullanılır.
Her durumda çelik yüzey bronz yüzeye göre daha serttir. Bronz-çelik kombinasyonlarının seçimi, daha sert çelik şaftlarla eşleştirilmiş bronz kovanlı rulmanlarla aynı prensiplere dayanmaktadır.
Bronzun çelik üzerine aşınması, çeliğin çok az aşınması veya hiç aşınmaması ile bronzun fedakarca aşınmasına neden olur.
Bronzun çelik üzerindeki sürtünmesi, çeliğin çelik üzerindeki sürtünmesinden çok daha azdır.
Daha yüksek göreceli yüzey hızlarında, tam film veya hidrodinamik yağlama, çelik-çelik çiftini ayıracaktır, ancak daha düşük hızlarda, eşleşen bileşenlerin pürüzleri (yüzey pürüzlülüğü) birbirine temas edecektir. Bu, iki çelik bileşenin ciddi şekilde aşınmasına neden olur. Bronz-çelik çiftleri için, daha güçlü çelik pürüzleri, daha zayıf bronz pürüzleri keser.
Bu düşüncelerden dolayı metalurji ve makine mühendisleri, bronz-çelik çiftlerinin tüm avantajlarını sağlarken, bronz aşınmasını en aza indiren bir bronz alaşım ailesi geliştirdiler.
İstenilen bronz aşağıdaki özelliklere sahip olacaktır:
Gerekli yükleri taşıyabilecek güç.
Çelikle düşük sürtünme katsayısı.
Bronzun minimum düzeyde aşınması.
Birçok yatak bronzu sürtünme katsayısını azaltmak için kurşun içerir, ancak kurşun donmuş dökümden ayrılır ve bakır alaşımı kristalleri arasında bulunur. Bu, malzemeyi zayıflatır ve kovanlı yataklar için yararlı olsa da, güçlü dişli bronzları dökmek için kurşunun minimumda tutulması gerekir. Bazı dişli bronzları, işlenebilirliği arttırmak için az miktarda bu taneler arası kurşun içerir.
Aşınma özelliklerinin en iyi kombinasyonu iki bakır alaşımı grubunda bulunur:
Alüminyum ve manganez bronzları güçlüdür ve çelik eşleşen parçaların aşınmasına karşı fedakarlık gösterir. Bu alaşımlar, içine çok sert bir fazın gömülü olduğu güçlü bir matrise sahiptir. Çelik birleşme kısmı çok sert olmalı ve her iki parça da çok ince bir yüzey kaplamasına sahip olmalıdır. Bu bronzlar çelik üzerinde düşük sürtünmeli bir bronz tabaka oluşturmayacaktır.
Kalay bronzları, yaklaşık %10'a kadar kalay içeren bakırın katı bir kalay çözeltisiyle güçlendirilir. İlave kalay, kalay açısından zengin, güçlü, sert taneler arası fazla sonuçlanır. Kalay atomları, kristal katmanların kaymasını engellemeye yardımcı olacak kadar bakır matrisini deforme eder ve taneler arası faz, sertliğin artmasına yardımcı olur. Kalay bronzu, eşleşen çelik bileşen üzerinde düşük sürtünmeli bir bronz birikintisi oluşturur. Bu nedenle kalay bronz, demir dışı dişliler için tercih edilen alaşımdır.
Çelik üzerinde biriktirilen alüminyum ve manganez bronzunun pürüzleri, kalay bronzununki kadar faydalı değildir. Alüminyum bronzun pürüzleri sonunda çok aşındırıcı olan alüminyum oksit içeriği üretir. Manganez bronzu alüminyum ve (büyük miktarda) çinko içerir. Çinko oksit aşındırıcıdır ve bakır matrisindeki çinko, çelikle birleştiğinde aşınmayı artırır. Kalayın oksijene afinitesi alüminyum veya çinkoya göre çok daha düşüktür.
"Aşınma" ve bunun sonucunda ortaya çıkan sınır koşulları, kalay bronzunu çelikle eşleştirmede bu kadar ideal kılan şeydir. Yeterli miktarda bronz pürüzler yüzeye gömüldüğünde aşınma azalır ve sürtünme azalır.
Dişliler için temel bakır-kalay alaşımı, beş popüler dişli bronzundan oluşan bir seriye dönüştü. Bu alaşımlar ASTM B 427-93A spesifikasyonunda belirtilmiştir. Çok az değişiklik var. %12 kalay alaşımı daha sert fazlara sahiptir. Bakır alaşımı C92900, %2,5 kurşun içeriğine sahip olduğundan en çeşitli olanıdır. Bu, iyi bir işlenebilirlik sağlar ve kurşun parçacıkları, aşınma sırasında herhangi bir aşındırıcı ortama karışır. Bu alaşımdaki nikel içeriği (%3,5) oldukça faydalıdır. Korozyon direncini arttırır ve dökümlerde daha küçük kristal boyutlarına katkıda bulunur. Kristaller ne kadar küçük olursa, kimyasal ayrışma o kadar az ve fiziksel kalite de o kadar yüksek olur.
Bu dişli bronzları ekstrüzyon, çekme, haddeleme veya dövme gibi dövme işlemleriyle üretilemez. Döküm olarak kullanılmaları gerekir. Yüksek kalay içeriği, ekstrüde edilmiş kütüklerin kırılmasına neden olabilir. %8 kalay içerenler sürekli dökülüp küçük çaplara çekilebilir. Daha düşük kalay içerikleri ekstrüde edilebilir ve küçük çaplara çekilebilir. (Soğuk) çekme, fiziksel özellikleri döküm malzemesininkinden daha fazla arttırır. Sürtünme özelliklerinde herhangi bir gelişme yoktur.
Gerçek dişli bronzları yalnızca belirli yöntemlerle dökülebilir. Hem kum dökümü hem de soğuk döküm, büzülme boşluklarına ve metalik olmayan (aşındırıcı) kalıntılara izin verir. Sürekli döküm bu sorunları ortadan kaldırır. Sürekli dökülen çubuk veya tüp, sıvı metalle doldurulmuş bir fırına bağlı bir kalıptan çıkarılır. Kalıbın girişi, sıvı metalin üst yüzeyinin çok altına batırılır. Bu alana hiçbir cüruf ulaşamaz ve sıvı metal, dökümü besleyen bir rezervuar görevi görür, böylece herhangi bir büzülme boşluğu önlenir.
1950'lerin başından bu yana, dişli bronzunun sürekli dökümü birçok gelişmeyi içerecek şekilde gelişti. Sürekli döküm teknolojisindeki ilerlemeler, küçük, tek biçimli kristal boyutlarına sahip döküm çubuk ve tüp ürünlerinin ortaya çıkmasına neden olmuştur. Bu, daha düzgün, daha güçlü, sürekli dökülen bir malzeme üretir. Bu yöntemle üretilen dişli bronzu, diğer yöntemlerle üretilen dişli bronzundan daha üstündür. Akma mukavemeti, darbe mukavemeti ve sertlik büyük ölçüde iyileştirilmiştir. Aşınma direnci de arttırılmıştır.
