Почему высокопрочная латунь является основным материалом для изготовления медно-графитовых гильз?

Высокопрочная латунь (в основном ZCuZn25Al6Fe3Mn3 или аналогичные марки, также известная как «высокопрочная латунь» или «алюминиевая латунь») стала основным базовым материалом для графитовые медные втулки Благодаря оптимальному балансу прочности, твердости, износостойкости, коррозионной стойкости, экономичности и универсальности. Вот подробный анализ причин:

1. Высокая прочность и твердость (ключ к несущей способности)
Усиление механизмов:

• Алюминий (Al): Образует твердую β-фазу (интерметаллид CuZnAl), значительно повышающую прочность и твердость матрицы.
• Железо (Fe): Образует мелкие богатые железом частицы, которые скрепляют границы зерен, измельчают зерна и препятствуют движению дислокаций, тем самым улучшая прочность, твердость и износостойкость.
• Марганец (Mn): Усиливает упрочнение твердого раствора и повышает производительность горячей обработки.
  
• Эффекты:

Высокопрочная латунь имеет прочность на сжатие (обычно > 600 МПа) и твердость по Бринеллю (НВ > 150), которые значительно выше, чем у обычной латуни (например, Н62) и некоторых свинцовых бронз.

Это позволяет ему выдерживать более высокие нагрузки и предотвращать чрезмерное выдвижение или разрушение графитовой колонны в условиях высокого PV (давление × скорость) из-за деформации матрицы.

2. Отличная износостойкость (синергия с графитом).

Износостойкость матрицы: Твердая, богатая железом фаза и β-фаза обеспечивают превосходную стойкость к абразивному и адгезионному износу, защищая матрицу от царапин и вспахивания.
Роль графита: Встроенный графит обеспечивает твердую смазку, снижая коэффициент трения и склонность к слипанию.
Синергетический эффект: Твердая матрица поддерживает графитовые колонны, предотвращая чрезмерное разрушение под давлением, а графит снижает износ самой матрицы. Эта «комбинация твердого и мягкого» является основным преимуществом самосмазывающихся подшипников, а твердая матрица из высокопрочной латуни имеет решающее значение для успеха этой конструкции.

3. Хорошая коррозионная стойкость (обеспечивает универсальность)

Роль алюминия: Образует на поверхности плотную пассивирующую пленку оксида алюминия (Al₂O₃), значительно повышающую устойчивость к коррозии под действием атмосферы, морской воды, слабых кислот и слабых оснований.
Сравнение: Хотя его коррозионная стойкость уступает стойкости чистой меди или оловянной бронзы, она намного превосходит стойкость обычной латуни (например, H62), что делает ее подходящей для большинства промышленных сред (за исключением сильных кислот и оснований), автомобильной, строительной техники и морского транспорта.
Экономическая эффективность: По сравнению с дорогими оловянными бронзами (например, ZCuSn5Pb5Zn5) или сплавами на основе никеля, высокопрочная латунь обеспечивает более низкую стоимость при соблюдении требований по коррозионной стойкости.

4. Выдающаяся экономическая эффективность (основное преимущество)
Низкие затраты на сырье:

В основном состоит из меди (Cu) и цинка (Zn), причем цинк значительно дешевле легирующих элементов, таких как олово (Sn), свинец (Pb) и никель (Ni).
По сравнению с оловянными бронзами (с содержанием олова 5-10%) и свинцовыми бронзами (с высокой стоимостью свинцового олова) высокопрочная латунь обеспечивает значительно более низкие затраты на единицу продукции.

Хорошая технологичность:

Подходит для порошковой металлургии (основной производственный процесс): отличная сыпучесть, сжимаемость и спекаемость порошка облегчают формование и массовое производство.
Также подходит для литья и механической обработки.
Комплексное соответствие эксплуатационным характеристикам: Соответствует требованиям прочности, износостойкости и коррозионной стойкости в большинстве условий эксплуатации при оптимальных затратах.

5. Хорошая теплопроводность (важно для рассеивания тепла)

Сплавы на основе меди по своей сути обладают превосходной теплопроводностью (намного превосходящей подшипники на основе стали или железа).
Своевременный отвод тепла от трения предотвращает локальный перегрев, который может привести к нарушению смазки (окислению графита) или размягчению материала, что имеет решающее значение для поддержания стабильной работы подшипника.

6. Совместимость с графитом и технологическая адаптируемость.

Согласование теплового расширения: разница в коэффициентах теплового расширения между высокопрочной латунью и графитом относительно контролируема (по сравнению с материалами на основе алюминия или железа), что снижает напряжение на границе раздела и риски отсоединения во время колебаний температуры.

7. Высокая универсальность (охватывает большинство условий средних и тяжелых нагрузок)

Высокопрочные медно-графитовые гильзы на основе латуни подходят для широкого спектра применений:

Средние и высокие нагрузки: Строительная техника (втулки пальцев стрелы экскаватора), сельскохозяйственная техника, металлургическое оборудование, термопластавтоматы и т.д.
Средние и низкие скорости: Конвейерные ролики, петли, рулевые механизмы.
Коррозионная среда: Судовые рулевые системы, портовая техника, водоочистное оборудование.
Не требующая обслуживания/смазка с низким содержанием масла: Области, где частая смазка нецелесообразна (например, соединения подъемных платформ, опоры мостов).

Сравнение с другими материалами на основе меди
Оловянная бронза (например, ZCuSn5Pb5Zn5):

Преимущества: Лучшая коррозионная стойкость и превосходная износостойкость (особенно со свинцом для хорошего снижения трения).
Недостатки: Высокая стоимость (из-за дорогого олова), как правило, меньшая прочность и твердость, чем у высокопрочных латуней (особенно без железомарганцевого усиления). Используется в более премиальных или устойчивых к коррозии приложениях.

Свинцовая бронза (например, ZCuPb10Sn10):

Преимущества: Исключительная встраиваемость, совместимость и противозадирная способность, подходят для чрезвычайно высоких нагрузок и ударов.
Недостатки: Высокая стоимость, сегрегация свинца, экологические ограничения, а также более низкая прочность и твердость. Используется в подшипниках коленчатого вала двигателей, работающих в тяжелых условиях, и т. д.

Обычная латунь (например, H62):

Преимущества: Самая низкая стоимость.
Недостатки: Низкая прочность и твердость, плохая износостойкость и средняя коррозионная стойкость, что не позволяет удовлетворить требования к нагрузкам от средних до высоких.

Вывод: Основная причина популярности высокопрочных латуней
Высокопрочная латунь обеспечивает почти идеальный инженерный баланс между высокой прочностью, высокой твердостью, хорошей износостойкостью/коррозионной стойкостью, превосходной теплопроводностью, превосходной технологичностью порошковой металлургии и значительными ценовыми преимуществами.

Он обеспечивает наиболее экономичное и надежное решение для базового материала для самосмазывающихся подшипников, работающих при средних и высоких нагрузках, умеренных скоростях и обычных агрессивных средах, отвечая основным требованиям к производительности, сроку службы и стоимости в большинстве промышленных применений.

Поэтому, если экстремальные условия эксплуатации (например, сильные кислоты и щелочи, сверхвысокие температуры, чрезвычайно высокие ударные нагрузки) не требуют использования более дорогих специальных сплавов, на рынке доминируют высокопрочные графит-медные гильзы на основе латуни с их исключительными комплексными характеристиками и экономической эффективностью.