Žalvario štampavimo detalių, kurių kietumas žymiai didesnis nei vario, medžiagų mechanizmo analizė

Elektros, techninės įrangos, vandentiekio ir automobilių dalių gamybos pramonėje žalvario ir vario štampavimo skirtumai visada buvo pagrindinis dėmesys renkantis medžiagas. Žalvario lakštinio metalo štampavimas paprastai yra 2–3 kartus kietesnis nei varis. Pagrindinis principas yra kieto tirpalo stiprinimo efektas, kurį sukelia cinko įvedimas, kartu su unikaliomis kristalų struktūros savybėmis ir žalvario kietėjimo šaltuoju būdu pranašumais, dėl kurių gaunamas didesnis atsparumas deformacijoms ir konstrukcijos stiprumas.

Žalvario, kaip vario-cinko lydinio, puikų kietumą pirmiausia lemia cinko atomų poveikis, stiprinantis vario grotelių kietąjį tirpalą. Grynas varis turi labai tvarkingą paviršių-centruotą kubinę gardelę su gerai-tvarkinga atomų išdėstymu. Veikiant išorinėms jėgoms, jo kristalinės plokštumos lengvai paslysta, todėl gaunama palyginti minkšta, mažo kietumo medžiaga. Kai cinko atomai yra įtraukiami į vario gardelę, cinko ir vario atomų dydžio skirtumas sukuria gardelės iškraipymą, sutrikdydamas pradinį tvarkingą atomų išdėstymą. Šis iškraipymas ženkliai trukdo dislokacijos judėjimui, labai padidina išorinę jėgą, reikalingą plastinei deformacijai, todėl makroskopiškai pasireiškia kaip reikšmingas kietumo padidėjimas. Duomenys rodo, kad įprasto žalvario Brinelio kietumas gali siekti 60–100 HB, o kai kurių sudėtingų žalvarių – 120–180 HB, o gryno vario – tik 35–45 HB. Žalvario kietumas gali būti 2–3 kartus didesnis už gryno vario kietumą.

Be stiprinimo kietu tirpalu, pati žalvario kristalinė struktūra suteikia jam puikų kietėjimą. Įprastas -fazinis žalvaris (cinko kiekis mažesnis nei 37 %) taip pat turi paviršių-centruotą kubinę struktūrą, tačiau jo vienodas deformacijos gebėjimas yra geresnis nei gryno vario, o darbinio kietėjimo indeksas yra 0,45, didesnis nei vario (0,35). Tai reiškia, kad štampavimo deformacijos metu žalvaris gali efektyviau pasiekti šalto darbo sukietėjimą, daugindamas dislokaciją, taip dar labiau pagerindamas jo kietumą formuojant. Be to, kai kuriuose specialiuose žalvariuose taip pat yra papildomų elementų, tokių kaip švinas, alavas, aliuminis ir manganas, kurie dar labiau optimizuoja medžiagos stiprumą ir atsparumą dilimui dėl kieto tirpalo ar kritulių stiprinimo. Tarp jų mangano žalvaris gali pasiekti 220 MPa nuovargio ribą – tokį lygį, kurį sunku pasiekti grynam variui.

Štampavimo procese žalvario ir vario kietumo skirtumas dar labiau didėja. Šaltojo valcavimo arba štampavimo metu žalvario kietumas padidėja dar 10–20 % su kiekvienu šalto apdirbimo žingsniu. Šis darbo kietėjimo efektas suteikia štampuotoms žalvario dalims didesnį paviršiaus kietumą ir atsparumą dilimui. Kita vertus, varis po šalto apdirbimo kietėja ribotai ir dažnai jį reikia atkaitinti, kad būtų pašalintas vidinis įtempis ir būtų išlaikytas tolesnis apdirbamumas, todėl sunku pasiekti reikšmingą kietumą naudojant vien štampavimą. Dėl šio našumo skirtumo štampuotos žalvario dalys yra geriau atsparios deformacijai ir nusidėvėjimui, todėl jos ypač tinka komponentams, kuriems taikomi specifiniai konstrukcijos stiprumo reikalavimai, pavyzdžiui, krumpliaračiams, spynoms ir vandentiekio vožtuvų korpusams, gaminti.

Vario štampavimo atveju padidėjęs medžiagos kietumas turi įtakos ne tik formavimo sunkumui, bet ir tiesiogiai susijęs su galutinio gaminio atsparumu dilimui ir matmenų stabilumu. Elektros jungčių srityje štampuotos dalys, naudojant sidabru padengtus žalvario gnybtus, subalansuoja laidumą ir kontaktinį atsparumą dilimui, todėl jos yra tinkamiausias sprendimas jungiklių ir lizdų gaminiams. Masinėje gamyboje, atsižvelgiant į individualaus vario štampavimo poreikį, žalvario kietėjimo šaltuoju būdu savybės gali būti panaudotos idealioms mechaninėms savybėms gauti be vėlesnio terminio apdorojimo, o tai žymiai sumažina gamybos sąnaudas.

Apibendrinant, kietumo pranašumasŽalvario lakštinio metalo štampavimasyra ne dėl vieno veiksnio, o dėl kieto tirpalo stiprinimo, kristalų struktūros charakteristikų ir kietėjimo šalto darbo sinerginio poveikio. Ši medžiagos charakteristika suteikia inžinieriams aiškias veikimo ribas renkantis medžiagas: tais atvejais, kai reikalingas didelis laidumas ir puikus formavimas, varis išlieka pirmenybė; o štampuotoms dalims, kurioms reikalingas didesnis konstrukcijos stiprumas ir atsparumas dilimui, žalvaris neabejotinai yra ekonomiškesnis{1}}techninis sprendimas. Elektros jungtys, gnybtų blokai ir jungiklių komplektai tobulėja link miniatiūrizavimo ir didelio patikimumo, žalvario štampavimo kietumo pranašumai ir toliau bus vertinami pramonėje ir bus toliau tiriami.

Dėl skirtingų gaminių, kuriems taikomi skirtingi kietumo ir konstrukcijos stiprumo reikalavimai, pvz., tikslus žalvario ir vario štampavimo medžiagų derinimas ir apdorojimo metodai, susisiekite su mumis dėl pritaikytų sprendimų.