Áhrif áls og tins á bronsgír
Gír úr koparblendi (brons) hafa einstaka eiginleika sem hjálpa til við að lágmarka slit í snertingu við brons á stál. Bronsgír eru notaðir í gírminnkunartæki og eru tengdir við stálormgír. Brúngír úr bronsi eru notaðir í annan búnað sem þarf að passa saman við hnífhjól úr stáli.
Í öllum tilvikum er stályfirborðið harðara en bronsflöturinn. Úrval brons-á-stáls samsetninga byggir á sömu lögmálum og brons erma legur sem eru pöruð við harðari stálskaft.
Slit á brons-á-stáli leiðir til fórnarslits á bronsinu með litlu sem engu sliti á stálinu.
Brons-á-stál núningur er miklu minni en stál-á-stál núningur.
Við hærri hlutfallslegan yfirborðshraða mun smurning með fullri filmu eða vatnsafnfræðilegri smurningu aðskilja stál-á-stál parið, en við lægri hraða munu ójöfnur (yfirborðsgrófleiki) parandi íhluta snerta hver annan. Þetta leiðir til mikils slits á stálhlutunum tveimur. Fyrir brons-á-stál pör, rýra sterkari stálskemmdir hin veikari bronsskemmdir.
Vegna þessara sjónarmiða hafa málmvinnslu- og vélaverkfræðingar þróað fjölskyldu bronsblöndur sem lágmarka bronsslit en veita alla kosti brons-á-stálpöra.
Æskilegt brons mun hafa eftirfarandi eiginleika:
Styrkur til að bera nauðsynlegar byrðar.
Lágur núningsstuðull við stál.
Lágmarks slit á bronsinu.
Mörg burðarbrons innihalda blý til að draga úr núningsstuðlinum, hins vegar aðskilur blýið frá frosnu steypunni og er til staðar á milli koparblendikristallanna. Þetta veikir efnið og þó að það sé gagnlegt fyrir erma legur, verður að halda blýi í lágmarki til að steypa sterkan gírbrons. Sum gírbrons innihalda lítið magn af þessu millikorna blýi til að auka vinnsluhæfni.
Besta samsetning sliteiginleika er að finna í tveimur koparblendihópum:
Ál og mangan brons er sterkt og fórnarlamb fyrir slit á stálhlutum. Þessar málmblöndur eru með sterkt fylki sem mjög harður fasi er felldur inn í. Stálpörunarhlutinn verður að vera mjög harður og báðir hlutarnir verða að hafa mjög fína yfirborðsáferð. Þessir bronsar munu ekki mynda bronslag með litlum núningi á stálinu.
Tin brons er styrkt með fastri lausn af tini í kopar, allt að um 10% tin. Auka tinið leiðir til sterks, harðs millikorna fasa sem er ríkur af tin. Tinatómin afmynda kopargrunnið nógu mikið til að hindra að kristallagin rennur út og millikorna fasinn hjálpar til við að auka hörku. Tinbrons myndar bronsútfellingu með litlum núningi á stálhlutanum sem passar. Af þessum sökum er tinbrons valblöndun fyrir gír sem ekki eru úr járni.
Mismunun áls og manganbrons sem sett er á stál eru ekki eins gagnleg og tinbrons. Mismunir álbrons framleiða að lokum áloxíðinnihald, sem er mjög slípiefni. Mangan brons inniheldur ál og (mikið magn af) sinki. Sinkoxíð er slípiefni og sinkið í kopargrunninu stuðlar að sliti þegar það er parað við stál. Tin hefur mun minni sækni í súrefni en ál eða sink.
„Slit“ og jaðarskilyrðin sem myndast eru það sem gerir tini brons svo tilvalið til að parast við stál. Þegar nægilegt magn af bronsflögum er fellt inn í yfirborðið minnkar slit og núningur minnkar.
Grunn kopar-tin álfelgur fyrir gír hefur þróast í röð af fimm vinsælum gír brons. Þessar málmblöndur eru tilgreindar í forskrift ASTM B 427-93A. Það er lítið um afbrigði. 12% tin málmblönduna hefur fleiri harða fasa. Koparblendi C92900 er fjölbreyttast þar sem blýinnihald hennar er 2,5%. Þetta gerir kleift að vinna vel og blýagnirnar falla inn í hvaða slípiefni sem er við slit. Nikkelinnihaldið (3,5%) í þessari málmblöndu er mjög gagnlegt. Það eykur tæringarþol og stuðlar að smærri kristalstærðum í steypu. Því minni sem kristallarnir eru, því minni aðskilnaður efna og því meiri eðlisfræðileg gæði.
Ekki er hægt að framleiða þessa gírbrons með smíðaferlum eins og útpressun, teikningu, veltingum eða smíða. Þeir verða að nota sem steypur. Mikið tininnihald getur valdið því að pressuðu plöturnar brotni. Þeir sem eru með 8% tini er hægt að stöðugt steypa og draga í litla þvermál. Hægt er að pressa út lægra tininnihald og draga það í litla þvermál. (Köld) teikning eykur eðliseiginleikana umfram eiginleika steypuefnisins. Það er engin framför í núningseiginleikum.
Sönn gírbrons er aðeins hægt að steypa með ákveðnum aðferðum. Bæði sandsteypa og kaldsteypa gera ráð fyrir rýrnunarholum og málmlausum (slípiefni) innfellingum. Stöðug steypa útilokar þessi vandamál. Stöðugsteypta stöngin eða rörið er dregið úr mót sem er tengt við ofn sem er fylltur með fljótandi málmi. Inntak mótsins er á kafi djúpt undir yfirborði fljótandi málmsins. Ekkert gjall kemst á þetta svæði og fljótandi málmurinn virkar sem geymir til að fæða steypuna og forðast þannig öll rýrnunarhol.
Frá því snemma á fimmta áratugnum hefur stöðug steypa á bronsi þróast til að fela í sér margar endurbætur. Framfarir í samfelldri steyputækni hafa leitt til steyptra stanga og rörafurða með litlum, einsleitum kristalstærðum. Þetta framleiðir einsleitara, sterkara stöðugt steypt efni. Gírbrons framleitt með þessari aðferð er betra en gírbrons framleitt með hvaða annarri aðferð sem er. Afrakstursstyrkur, höggstyrkur og hörku eru verulega bættir. Slitþol er einnig aukið.
