Stručná odpověď: Fosforový bronz je druh bronzu, slitina mědi a cínu s malým přídavkem fosforu. Fosfor dezoxiduje taveninu a zvyšuje tvrdost, tuhost, odolnost proti opotřebení a únavovou pevnost slitiny. Ve srovnání se standardním ložiskovým bronzem je fosforový bronz jako C51000 pevnější a pružnější, a proto se používá na pružiny, kontakty a únavově namáhané díly, hůře se však obrábí.
Obsah
- Stručná verze
- Co je fosforový bronz (C51000)
- V čem se liší od standardního bronzu
- Kdy použít který
- Jak získat správný díl
- Časté dotazy
- Shrnutí
Stručná verze
Fosforový bronz není alternativou k bronzu. Je to bronz. Zmatek vzniká z toho, že „bronz“ je zastřešující pojem pro celou rodinu slitin mědi a cínu a fosforový bronz je jednou větví této rodiny. Co ho odlišuje, je přímo v názvu: záměrný přídavek fosforu.
Když ho postavíte vedle „běžného“ bronzu, záleží na dvou věcech.
První je samotný fosfor. Přidává se hlavně jako dezoxidační činidlo, které z taveniny odstraňuje kyslík a oxidy cínu, aby kov byl zdravý a hutný. Fosfor, který ve slitině zůstane, pak zvyšuje její tvrdost, tuhost a odolnost proti opotřebení.
Druhá je forma. Většina fosforového bronzu je tvářená: válcovaná a tažená do pásů, plechů, drátů a tyčí a poté deformačně zpevněná na určitý stav. Mnoho bronzů, po kterých lidé sahají u pouzder, jako je C93200, je litých. Tento rozdíl ve způsobu výroby kovu vysvětluje velkou část toho, proč se oba chovají tak odlišně.
Když se tedy někdo ptá na „bronz vs. fosforový bronz“, obvykle srovnává běžný litý ložiskový bronz s touto tvrdší a pružnější tvářenou slitinou.
Co je fosforový bronz (C51000)
C51000 je nejrozšířenější fosforový bronz, prodávaný také jako bronz 510, fosforový bronz 5 % A nebo zkráceně „phos bronze“. Je to tvářená slitina mědi, cínu a fosforu.
Složení: měď jako zbytek, přibližně 5 % cínu (4,2 až 5,8 %) a malé, řízené množství fosforu (0,03 až 0,35 %), téměř bez olova. Cín nese většinu pevnosti a odolnosti proti korozi; fosfor k tomu přidává odolnost proti opotřebení a tuhost.
Běžné názvy a ekvivalenty: C51000, bronz 510, fosforový bronz 5 % A, phos bronze. Všechny označují tutéž slitinu.
Co dělá C51000 výjimečným, je jeho reakce na tváření za studena. Dodává se v různých stavech a jeho pevnost s tvářením prudce roste:
- Žíhaný (měkký): pevnost v tahu přibližně 46 000 až 50 000 psi
- Polotvrdý: přibližně 70 000 psi
- Tvrdý: přibližně 84 000 psi
- Extra tvrdý: přibližně 96 000 psi
Tento rozsah spolu s vysokým modulem pružnosti kolem 16 000 ksi a dobrou únavovou odolností je přesně to, co pružina potřebuje. Kov ukládá a vrací energii po miliony cyklů, aniž by získal trvalou deformaci. Zachovává si také střední elektrickou vodivost, kolem 15 % IACS, což stačí, aby byl standardem pro konektory a kontakty, které se musí ohýbat a přitom vést proud.
Daní je obrábění. Hodnocení obrobitelnosti C51000 je přibližně 20 oproti 100 u automatové mosazi, což ho pevně řadí do kolonky „těžko obrobitelný“. V jádru je to slitina pro tváření a lisování, nejraději se táhne, ohýbá a děruje, místo aby se soustružila. Pokud chcete vlastnosti fosforového bronzu v dílu, který budete obrábět, existují právě pro tento účel olovnaté automatové jakosti, jako je C54400.
V čem se liší od standardního bronzu
Postavte C51000 vedle běžného litého ložiskového bronzu, jako je C93200 (SAE 660), a kontrast je zřejmý.
| Standardní bronz (např. C93200) | Fosforový bronz (C51000) | |
|---|---|---|
| Rodina | Olovnatý cínový bronz | Cínovo-fosforový bronz |
| Typická forma | Litý | Tvářený (pás, plech, tyč, drát) |
| Složení | ~83 Cu / 7 Sn / 7 Pb / 2,5 Zn | Cu zbytek / ~5 Sn / ~0,2 P, málo nebo žádné olovo |
| Pevnost v tahu | ~35 000 psi | 46 000 (žíhaný) až ~96 000 (extra tvrdý) |
| Tvrdost | Daná odlitkem | Nastavitelná stavem |
| Tuhost a pružnost | Nízká | Vysoká, klasická pružinová slitina |
| Únavová odolnost | Střední | Vysoká |
| Obrobitelnost | Vynikající (hodnocení 70) | Špatná (hodnocení 20) |
| Obsah olova | Ano, pomáhá obrábění a zapouštění nečistot | V podstatě žádný |
| Nejlepší pro | Běžná pouzdra a ložiska | Pružiny, kontakty, spojovací materiál, únavově namáhané kluzné díly |
Několik těchto bodů obrací obvyklý předpoklad. Fosforový bronz je pevnější, tvrdší a únavově odolnější slitina, olovnatý litý bronz se však mnohem snáze obrábí a je lepším univerzálním ložiskovým materiálem, protože olovo mu pomáhá zapouštět nečistoty a přizpůsobit se hřídeli, která neběží dokonale souose. Pevnější automaticky neznamená „lepší pouzdro“.
Za zmínku stojí i praktická poznámka pro případ, že jste zdědili hromadu neoznačeného materiálu: od oka je nerozeznáte. Oba jsou červenohnědé a obsah fosforu je příliš malý, aby změnil barvu. Bez razítka slitiny nebo chemické analýzy, například XRF, neexistuje spolehlivý dílenský trik, který by odlišil tyč z fosforového bronzu od tyče z prostého cínového bronzu.
Kdy použít který
Zvolte fosforový bronz (C51000), když:
- se díl musí ohýbat a pružit zpět: pružiny, spony, kontakty, membrány, vlnovce;
- je vystaven opakovaným zátěžovým cyklům, kde by měkčí slitinu zničila únava;
- se tvaruje nebo lisuje z pásu či plechu, místo aby se obráběl;
- potřebujete elektrický kontakt, který je vodivý i pružný;
- materiál nesmí obsahovat olovo.
Zvolte standardní litý bronz (jako C93200), když:
- jde o kluzné ložisko nebo pouzdro přenášející zatížení na rotující nebo posuvné hřídeli;
- díl obrábíte na rozměr z tyče a záleží na obrobitelnosti;
- chcete schopnost zapouštět nečistoty a přizpůsobivost, kterou olovnatý ložiskový bronz přináší.
Oba se překrývají u silně zatížených kluzných dílů a pouzder pro těžký provoz, kde se tvrdost a únavová pevnost fosforového bronzu mohou vyplatit, obvykle v tvářené nebo automatové jakosti. Pro běžná rotující pouzdra je však olovnatý cínový bronz jednodušší, levnější a snáze obrobitelnou odpovědí.
Jak získat správný díl
Pokud je materiálem, který potřebujete, fosforový bronz C51000, máme ho skladem jako bronzovou plochou desku a plnou tyč pro kluzné lišty, vodicí desky, ozubená kola a silně zatížená pouzdra a obrábíme z něj zakázkové díly podle výkresu.
Pokud jde ve skutečnosti o kluzné ložisko, kde na obrobitelnosti a snadném mazání záleží více než na pružinových vlastnostech, je C93200 / SAE 660 obvykle lepší a levnější volbou, dostupnou jako bronzová válcová pouzdra, pouzdra s nákružkem nebo axiální podložky.
Nevíte, kterou cestou se vydat? Pošlete výkres dílu, zatížení a pohyb, kterému je vystaven, a informaci, zda se ohýbá nebo rotuje, a volba slitiny je z toho obvykle jasná. Širší souvislosti slitin mědi pokrývá náš průvodce bronz vs. mosaz vs. měď, který vysvětluje, jak všechny tyto materiály spolu souvisejí.
Časté dotazy
Je fosforový bronz druhem bronzu? Ano. Fosforový bronz je cínový bronz s malým přídavkem fosforu. Patří do širší rodiny bronzů, nejde o samostatný materiál.
Co je bronz C51000? C51000 je nejrozšířenější tvářený fosforový bronz s přibližně 5 % cínu a stopovým množstvím fosforu. Označuje se také jako bronz 510 nebo fosforový bronz 5 % A a používá se na pružiny, elektrické kontakty, spojovací materiál a kluzné součásti.
Proč se do bronzu přidává fosfor? Hlavně kvůli dezoxidaci taveniny, která odstraní kyslík a oxidy cínu a dá zdravý, hutný kov. Fosfor, který ve slitině zůstane, také zvyšuje tvrdost, tuhost a odolnost proti opotřebení.
Je fosforový bronz pevnější než běžný bronz? Obecně ano, zvláště v deformačně zpevněných stavech. Je také tužší a mnohem odolnější proti únavě, a proto se používá na pružiny a ohýbané díly.
Lze fosforový bronz a bronz rozeznat pohledem? Ne. Mají stejnou červenohnědou barvu a obsah fosforu je příliš nízký, aby ji změnil. Pro jistotu potřebujete označení slitiny nebo chemickou analýzu.
Hodí se fosforový bronz na ložiska? Pro silně zatížený nebo únavově namáhaný kluzný provoz ano, často v automatové jakosti. Pro běžné rotující pouzdro se olovnatý cínový bronz jako C93200 snáze obrábí a je obvykle preferovaným ložiskovým materiálem.
Jaký je rozdíl mezi C51000 a C54400? Oba jsou fosforové bronzy. C54400 přidává olovo pro dobrou obrobitelnost, takže se používá na obráběné ložiskové díly a pouzdra, zatímco C51000 je tvářená slitina pro tváření a pružiny s nízkou obrobitelností.
Shrnutí
- Fosforový bronz je druh bronzu: slitina mědi a cínu s malým přídavkem fosforu.
- Fosfor je především dezoxidační činidlo a zároveň zvyšuje tvrdost, tuhost, odolnost proti opotřebení a únavovou pevnost.
- C51000 je běžný tvářený fosforový bronz (přibližně 5 % cínu), dodávaný podle stavu, a první volba pro pružiny, kontakty a únavově namáhané díly.
- Je pevnější a pružnější než standardní litý bronz, ale mnohem hůře se obrábí (hodnocení 20 vs. 70), takže pro běžná pouzdra je olovnatý cínový bronz jako C93200 obvykle lepší volbou.
- Podle barvy je nerozeznáte, proto si ověřte označení slitiny nebo chemické složení.