Mengenai Phosphor Bronze - Kekuatan, Sifat dan Kegunaan
Gangsa telah berkembang jauh daripada menjadi aloi kuprum dan timah, ia kini merupakan kelas aloi kuprum yang lebih luas yang masih mencari kegunaan baharu hari ini. Walau bagaimanapun, kepelbagaian gangsa boleh menyukarkan pemilihan bahan, jadi artikel ini akan membantu mengurangkan beberapa kekeliruan dengan meneroka satu jenis gangsa, gangsa fosfor. Dengan mengkaji sifat fizikal, kimia dan mekanikal gangsa fosforus, artikel ini bertujuan untuk membantu pereka yang berminat menentukan sama ada aloi tembaga ini adalah pilihan yang baik untuk projek mereka. Kami mula-mula akan mengkaji komposisi gangsa fosfor, kemudian membincangkan kelebihan, keburukan, sifat mekanikalnya, dan akhirnya membincangkan aplikasi biasa untuk logam berguna ini.
Sifat Fizikal Gangsa Fosfor
Mungkin berguna untuk menyemak artikel kami tentang jenis gangsa untuk memahami persamaan antara aloi tembaga dan aplikasi popularnya.
Di bawah, dalam Rajah 1, adalah carta kualitatif yang menerangkan komposisi gangsa fosfor:
Carta pai mewakili komposisi bahan gangsa fosforus.
Rajah 1: Pecahan kualitatif gangsa fosforus.
Ambil perhatian bahawa peratusan zink, besi, plumbum dan fosforus yang disertakan adalah sangat kecil.
Dengan melihat Rajah 1, mungkin sukar untuk memahami mengapa gangsa fosfor dinamakan sedemikian apabila ia terutamanya terdiri daripada kuprum dan timah sebagai aloi. Ini kerana hanya sejumlah kecil fosforus, kira-kira 0.03-0.035% mengikut berat, diperlukan untuk memberikan aloi ini sifat unik mereka, seperti aliran yang dipertingkatkan, rintangan haus dan kekakuan. Mereka juga dikenali sebagai gangsa timah, tetapi sejumlah fosforus sentiasa ada untuk benar-benar dianggap gangsa fosforus. Dengan ketumpatan kira-kira 8.8 g/cm3, kebanyakan bentuk aloi ini bertindak balas terhadap kerja panas, kerja sejuk dan rawatan haba. Mereka sangat berdaya tahan, tahan terhadap keletihan dan kakisan, dan boleh dibentuk dengan mudah, dituangkan, dan dikimpal. Penambahan plumbum menjadikan gangsa fosfor lebih kuat dan lebih mudah untuk dimesin, tetapi gangsa fosforus tanpa plumbum juga kuat dan tahan dengan sendirinya. Ia paling kerap digunakan dalam aplikasi tahan kakisan, serta aplikasi lain yang memerlukan bahan yang berdaya tahan tetapi tahan lama.
Rintangan dan Kelemahan
Kebanyakan aloi gangsa fosfor menahan perubahan warna dan kakisan, menjadikannya berguna dalam saluran elektrik dan persekitaran menghakis yang lain. Mereka juga tahan keletihan, bermakna mereka mengekalkan kekuatan mereka sepanjang banyak kitaran beban. Penambahan timah akan meningkatkan rintangan ini serta kekuatannya, manakala penambahan plumbum akan menjadikan fosfor gangsa, secara bahasa sehari-hari dikenali sebagai "kawan mesin" (aloi COLPHOS 90 / C54400) kerana ia hampir tidak dapat dibezakan daripada aloi tembaga pemotongan bebas. Kebanyakan aloi menghasilkan patina yang menarik dengan kehadiran oksigen, jadi ia juga boleh digunakan dalam aplikasi hiasan. Kelemahan utama fosfor gangsa mungkin adalah kekonduksian elektriknya yang lebih rendah, kerana fosforus mengurangkan keupayaan logam untuk mengalirkan arus elektrik, dan tanda harganya. Habuk dan asap gangsa fosforus juga toksik apabila disedut, jadi berhati-hati dengan dompet dan paru-paru anda.
Sifat Mekanikal
Jadual 1 di bawah menunjukkan beberapa sifat mekanikal yang berkaitan dengan kegunaan dan kekuatan fosfor gangsa. Bahagian ini akan menerangkan secara ringkas setiap sifat dan menunjukkan bagaimana ia menjadikan aloi tembaga ini unik.
Kekuatan Hasil Tegangan
380-450 MPa
55100-65260 psi
Modulus Keanjalan
110 IPK
16000 ksi
Kekonduksian Elektrik (berbanding dengan kuprum tulen)
15%
Kekerasan (Rockwell B)
75-85
Kebolehmesinan
20-100%
Jadual 1: Ringkasan Sifat Mekanikal Gangsa Fosfor - Sila ambil perhatian bahawa jadual ini ialah ringkasan umum dan bukan senarai sifat sebenar semua gangsa fosforus.
Kekuatan alah tegangan ialah nilai tegasan yang menentukan titik di mana bahan berubah bentuk secara plastis. Ia adalah ukuran biasa bagi kekuatan bukan hasil bahan, kerana tegasan di bawah titik ini tidak akan membengkok atau meregangkan aloi (walaupun sentiasa ada pengecualian). Ia adalah ukuran yang berguna untuk pengilang semasa pemesinan dan dalam aplikasi di mana bahan mesti mengekalkan bentuknya tanpa menjejaskan integriti struktur. Gangsa fosfor mempunyai kekuatan hasil yang mengagumkan yang menyaingi beberapa aloi aluminium malah melebihi gangsa lain, berkat perkadaran timah dan fosforus yang tinggi. Apabila digabungkan dengan sifat spring yang baik, ini menghasilkan aloi yang kuat dan tahan sendiri.
Modulus keanjalan, atau modulus Young, menerangkan keupayaan bahan untuk berubah bentuk secara elastik, iaitu, kekakuan bahan. Secara berlawanan, modulus Young yang lebih tinggi menunjukkan bahan yang lebih anjal, tetapi ini bukan ukuran "keanjalan"; ia adalah ukuran kekuatan bahan dalaman, dan kemungkinan ia akan kembali kepada bentuk asalnya di bawah peningkatan daya. Oleh itu, modulus Young yang tinggi bermakna bahan itu secara amnya kuat kerana ia tidak berubah bentuk secara plastis di bawah keadaan beban yang meningkat. Gangsa fosforus mempunyai modulus keanjalan yang agak tinggi (hampir separuh daripada kebanyakan keluli), yang menunjukkan bahawa ia tidak sekuat aloi lain, tetapi boleh menahan sendiri dalam keadaan sederhana. Ini menyebabkan fosfor gangsa berguna untuk membentuk operasi dan lebih sukar untuk dimesin, tetapi lebih lanjut mengenainya kemudian.
Fosfor gangsa mempunyai kekonduksian elektrik kira-kira 15% berbanding tembaga tulen - jadi mengapa menggunakannya dalam aplikasi elektrik apabila kuprum boleh membawa elektrik dengan lebih baik? Jawapannya terletak pada keseimbangan fosfor gangsa yang baik untuk kekuatan keletihan, rintangan kakisan, dan kekonduksian elektrik. Walaupun bukan aloi yang menonjol dalam mana-mana kategori di atas, keupayaannya untuk tahan lama, kuat dan konduktif bermakna komponen elektrik yang diperbuat daripada gangsa fosfor akan bertahan lebih lama daripada analog tembaganya. Akibatnya, gangsa fosfor telah lama digunakan sebagai bahan untuk suis elektrik, pengikat, penyambung, dan lain-lain, kerana ia boleh menahan beban mekanikal dan elektrik lebih baik daripada rakan kuprum tipikalnya.
Kekerasan bahan sentiasa relatif kepada beberapa durometer standard, dan pelbagai skala kekerasan memberikan senarai perbandingan bahan dalam kategori/bahan umum yang sama. Jadual 1 menunjukkan nilai kekerasan pada skala Rockwell B, yang biasanya digunakan untuk menggambarkan kekerasan aloi kuprum dan logam lain. Bahan dengan nilai kekerasan yang lebih rendah biasanya lebih lembut, bermakna ia lebih mudah tercalar, kemek, dan cacat setempat pada permukaan, manakala nombor yang lebih tinggi menunjukkan bahan yang sukar dicalar (fikirkan kaca borosilikat, seramik, dll.). Sebagai rujukan, kuprum mempunyai kekerasan Rockwell B kira-kira 50, jadi jelas daripada Jadual 1 bahawa fosfor gangsa lebih tahan calar daripada bentuk tulennya. Ia juga tidak sekuat aloi lain yang lebih keras seperti keluli, yang boleh menjadi lebih baik atau lebih teruk bergantung pada aplikasi. Sebagai contoh, jika etsa dan inlaying adalah sebahagian daripada aplikasi, fosfor gangsa mungkin merupakan keseimbangan yang baik antara kekuatan dan kebolehmesinan, tetapi ini bergantung pada jenis aloi tertentu dan prosedur pengukuhan.
Seperti kekerasan, kebolehmesinan ialah ukuran perbandingan keupayaan bahan untuk dimesin, dan sentiasa dirujuk kepada beberapa bahan pemesinan standard (untuk gangsa, bahan ini ialah UNS C36000 – Loyang Pemotong Percuma). Bahan standard ini mempunyai skor kebolehmesinan 100%, bermakna ia mudah dimesin dan menimbulkan sedikit masalah di kedai. Aloi dengan markah di bawah 100% lebih sukar untuk dimesin berbanding dengan rujukan ini, dan ini selalunya berlaku dengan gangsa fosforus; bagaimanapun, gangsa fosfor boleh dihasilkan khas untuk menangani isu ini (serta kebanyakan aloi lain, bergantung pada sumber anda). Gangsa fosforus boleh dibeli dengan kandungan plumbum yang lebih tinggi, yang akan menghapuskan kesukaran pemesinannya kerana ia menjadi lebih pelincir sendiri. Jadi walaupun kebanyakan aloi gangsa fosfor agak sukar untuk dikisar, isu ini boleh diatasi dengan memilih aloi yang betul.
Aplikasi Gangsa Fosfor
Phosphor bronze telah digunakan dalam komponen elektrik selama bertahun-tahun, tetapi ia masih mencari kegunaan baru kerana kemajuan teknologi dan keperluan untuk bahan yang lebih khusus. Di bawah ialah senarai aplikasi gangsa fosfor, tetapi ketahui bahawa ia mempunyai banyak kegunaan di luar senarai ini, dan aplikasi baharu masih dibangunkan.
Beberapa aplikasi biasa termasuk:
Mata air
Sesendal, sesendal dan galas
Batang kimpalan
Barang kemas
Tali gitar
Jambatan pergigian
