알루미늄과 주석이 청동기어에 미치는 영향
구리 합금(청동) 기어는 청동-강철 접촉 시 마모를 최소화하는 데 도움이 되는 고유한 특성을 가지고 있습니다. 청동 기어는 기어 감속기에 사용되며 강철 웜 기어와 결합됩니다. 청동 평기어는 강철 평기어와의 결합이 필요한 다른 장비에 사용됩니다.
모든 경우에 강철 표면은 청동 표면보다 단단합니다. 청동-강철 조합의 선택은 더 단단한 강철 샤프트에 결합된 청동 슬리브 베어링과 동일한 원리를 기반으로 합니다.
강철 대 청동의 마모는 강철의 마모가 거의 또는 전혀 없이 청동의 희생적인 마모를 초래합니다.
청동-강철 마찰은 강철-강철 마찰보다 훨씬 적습니다.
더 높은 상대 표면 속도에서는 전체 필름 또는 유체역학적 윤활이 강철 대 강철 쌍을 분리하지만, 낮은 속도에서는 결합 구성 요소의 돌기(표면 거칠기)가 서로 접촉합니다. 이로 인해 두 개의 강철 구성 요소가 심하게 마모됩니다. 청동-강철 쌍의 경우 더 강한 강철 돌기가 약한 청동 돌기를 깎습니다.
이러한 고려 사항으로 인해 야금 및 기계 엔지니어는 청동-강철 쌍의 모든 장점을 제공하면서 청동 마모를 최소화하는 청동 합금 제품군을 개발했습니다.
원하는 청동은 다음과 같은 특성을 갖습니다.
필요한 하중을 지탱할 수 있는 힘.
강철과의 마찰계수가 낮습니다.
청동의 마모가 최소화됩니다.
많은 베어링 청동에는 마찰 계수를 줄이기 위해 납이 포함되어 있지만, 납은 냉동 주조에서 분리되어 구리 합금 결정 사이에 존재합니다. 이는 재료를 약화시키며 슬리브 베어링에는 도움이 되지만 견고한 기어 청동을 주조하려면 납을 최소한으로 유지해야 합니다. 일부 기어 청동에는 기계 가공성을 향상시키기 위해 소량의 입계 납이 포함되어 있습니다.
마모 특성의 최상의 조합은 두 가지 구리 합금 그룹에서 발견됩니다.
알루미늄 및 망간 청동은 강하고 강철 결합 부품의 마모를 희생합니다. 이 합금은 매우 단단한 상이 내장되어 있는 강력한 매트릭스를 가지고 있습니다. 강철 결합 부분은 매우 단단해야 하며 두 부분 모두 매우 미세한 표면 마감을 가져야 합니다. 이 청동은 강철에 저마찰 청동층을 형성하지 않습니다.
주석 청동은 최대 약 10%의 주석을 포함하는 구리에 주석을 고용하여 강화됩니다. 주석을 추가하면 주석이 풍부한 강력하고 단단한 입자간 상이 생성됩니다. 주석 원자는 결정층의 미끄러짐을 억제하는 데 도움이 될 만큼 구리 매트릭스를 변형시키고, 입자간 상은 경도를 높이는 데 도움이 됩니다. 주석 청동은 짝을 이루는 강철 부품에 저마찰 청동 침전물을 형성합니다. 이러한 이유로 주석 청동은 비철 기어용 합금으로 선택됩니다.
강철에 증착된 알루미늄 및 망간 청동의 돌기는 주석 청동만큼 유익하지 않습니다. 알루미늄 청동의 거친 부분은 결과적으로 매우 마모성이 강한 산화알루미늄 함량을 생성합니다. 망간청동에는 알루미늄과 아연(다량)이 포함되어 있습니다. 산화아연은 마모성이 있으며 구리 매트릭스의 아연은 강철과 결합할 때 마모를 촉진합니다. 주석은 알루미늄이나 아연보다 산소에 대한 친화력이 훨씬 낮습니다.
"마모"와 그에 따른 경계 조건은 주석 청동을 강철과 결합하는 데 매우 이상적으로 만드는 것입니다. 충분한 양의 청동 돌기가 표면에 묻혀 있으면 마모가 줄어들고 마찰이 줄어듭니다.
기어용 기본 구리-주석 합금은 인기 있는 5가지 기어 청동 시리즈로 발전했습니다. 이 합금은 ASTM B 427-93A 사양에 명시되어 있습니다. 변화가 거의 없습니다. 12% 주석 합금은 더 단단한 상을 가지고 있습니다. 구리 합금 C92900은 납 함량이 2.5%로 가장 다양합니다. 이를 통해 기계 가공성이 향상되고 납 입자가 마모 중에 연마 매체에 묻어나게 됩니다. 이 합금의 니켈 함량(3.5%)은 매우 유익합니다. 이는 내식성을 높이고 주물의 결정 크기를 더 작게 만듭니다. 결정이 작을수록 화학적 분리가 적어지고 물리적 품질이 높아집니다.
이러한 기어 청동은 압출, 인발, 압연, 단조 등의 단조 공정으로는 생산할 수 없습니다. 주물로 사용해야합니다. 주석 함량이 높으면 압출된 빌렛이 파손될 수 있습니다. 주석이 8% 함유된 제품은 지속적으로 주조하고 작은 직경으로 인발할 수 있습니다. 주석 함량이 낮은 경우 작은 직경으로 압출 및 인발할 수 있습니다. (냉간) 인발은 주조 재료보다 물리적 특성을 증가시킵니다. 마찰특성은 개선되지 않습니다.
트루 기어 브론즈는 특정 방법으로만 주조할 수 있습니다. 사형 주조와 냉간 주조 모두 수축 공동과 비금속(연마성) 개재물을 허용합니다. 연속 주조는 이러한 문제를 해결합니다. 연속 주조된 막대 또는 튜브는 액체 금속이 채워진 용광로에 연결된 주형에서 추출됩니다. 금형 입구는 액체 금속의 상단 표면 아래 깊숙이 잠겨 있습니다. 슬래그는 이 영역에 도달할 수 없으며 액체 금속은 주물을 공급하는 저장소 역할을 하여 수축 구멍을 방지합니다.
1950년대 초반부터 기어 브론즈의 연속 주조는 많은 개선을 포함하도록 발전했습니다. 연속 주조 기술의 발전으로 결정 크기가 작고 균일한 주조 로드 및 튜브 제품이 탄생했습니다. 이는 더욱 균일하고 강한 연속 주조 재료를 생산합니다. 이 방법으로 생산된 기어 브론즈는 다른 방법으로 생산된 기어 브론즈보다 우수합니다. 항복강도, 충격강도, 경도가 크게 향상되었습니다. 내마모성도 향상되었습니다.
