कांस्य गियर पर एल्युमिनियम और टिन का प्रभाव

कांस्य गियर पर एल्युमिनियम और टिन का प्रभाव

तांबे के मिश्र धातु (कांस्य) गियर में अद्वितीय गुण होते हैं जो कांस्य-पर-स्टील संपर्क में घिसाव को कम करने में मदद करते हैं। कांस्य गियर का उपयोग गियर रिड्यूसर में किया जाता है और स्टील वर्म गियर के साथ जोड़ा जाता है। कांस्य स्पर गियर का उपयोग अन्य उपकरणों में किया जाता है जिन्हें स्टील स्पर गियर के साथ जोड़ने की आवश्यकता होती है।

सभी मामलों में, स्टील की सतह कांस्य की सतह से ज़्यादा सख्त होती है। कांस्य-पर-स्टील संयोजनों का चयन उसी सिद्धांत पर आधारित है जिस पर कांस्य स्लीव बियरिंग को सख्त स्टील शाफ्ट से जोड़ा जाता है।

इस्पात पर कांस्य के घिसाव के परिणामस्वरूप कांस्य का क्षरण होता है, जबकि इस्पात का क्षरण बहुत कम या बिलकुल नहीं होता।
कांस्य-पर-इस्पात घर्षण, इस्पात-पर-इस्पात घर्षण से बहुत कम होता है।
उच्च सापेक्ष सतह गति पर, पूर्ण-फिल्म या हाइड्रोडायनामिक स्नेहन स्टील-ऑन-स्टील जोड़ी को अलग कर देगा, लेकिन कम गति पर, संभोग घटकों की खुरदरापन (सतह खुरदरापन) एक दूसरे से संपर्क करेगी। इसके परिणामस्वरूप दो स्टील घटकों का गंभीर घिसाव होता है। कांस्य-ऑन-स्टील जोड़ों के लिए, मजबूत स्टील खुरदरापन कमजोर कांस्य खुरदरापन को काटता है।
इन विचारों के कारण, धातुकर्म और यांत्रिक इंजीनियरों ने कांस्य मिश्र धातुओं का एक ऐसा परिवार विकसित किया है जो कांस्य के घिसाव को न्यूनतम करता है, तथा इस्पात पर कांस्य के सभी लाभ प्रदान करता है।

वांछित कांस्य में निम्नलिखित गुण होंगे:

आवश्यक भार उठाने की शक्ति।

स्टील के साथ घर्षण का कम गुणांक.

कांस्य का न्यूनतम घिसाव।

कई बियरिंग कांस्य में घर्षण गुणांक को कम करने के लिए सीसा होता है, हालाँकि, सीसा जमी हुई ढलाई से अलग हो जाता है और तांबे के मिश्र धातु क्रिस्टल के बीच मौजूद होता है। यह सामग्री को कमज़ोर करता है, और स्लीव बियरिंग के लिए मददगार होने के बावजूद, मज़बूत गियर कांस्य को ढालने के लिए सीसे को कम से कम रखना चाहिए। कुछ गियर कांस्य में मशीनिंग क्षमता को बढ़ाने के लिए इस अंतर-दानेदार सीसे की थोड़ी मात्रा होती है।

पहनने के गुणों का सबसे अच्छा संयोजन दो तांबा मिश्र धातु समूहों में पाया जाता है:

एल्युमिनियम और मैंगनीज कांस्य मजबूत होते हैं और स्टील के मेटिंग भागों के पहनने के लिए बलिदान करते हैं। इन मिश्र धातुओं में एक मजबूत मैट्रिक्स होता है जिसमें एक बहुत कठोर चरण अंतर्निहित होता है। स्टील मेटिंग भाग बहुत कठोर होना चाहिए, और दोनों भागों में बहुत अच्छी सतह होनी चाहिए। ये कांस्य स्टील पर कम घर्षण वाली कांस्य परत नहीं बनाएंगे।

टिन के कांसे को तांबे में टिन के ठोस घोल से मजबूत किया जाता है, लगभग 10% टिन तक। अतिरिक्त टिन के परिणामस्वरूप एक मजबूत, कठोर अंतर-दानेदार चरण बनता है जो टिन से भरपूर होता है। टिन के परमाणु तांबे के मैट्रिक्स को इतना विकृत कर देते हैं कि क्रिस्टल परतों की फिसलन को रोकने में मदद मिलती है, और अंतर-दानेदार चरण कठोरता को बढ़ाने में मदद करता है। टिन कांसा मेटिंग स्टील घटक पर कम घर्षण वाला कांस्य जमा बनाता है। इस कारण से, टिन कांसा अलौह गियर के लिए पसंदीदा मिश्र धातु है।

स्टील पर जमा एल्युमिनियम और मैंगनीज कांस्य की खुरदरापन टिन कांस्य की खुरदरापन जितनी फायदेमंद नहीं होती। एल्युमिनियम कांस्य की खुरदरापन अंततः एल्युमिनियम ऑक्साइड सामग्री का उत्पादन करती है, जो बहुत घर्षणकारी होती है। मैंगनीज कांस्य में एल्युमिनियम और (बड़ी मात्रा में) जिंक होता है। जिंक ऑक्साइड घर्षणकारी होता है, और तांबे के मैट्रिक्स में जिंक स्टील के साथ संभोग करते समय घिसाव को बढ़ावा देता है। टिन में एल्युमिनियम या जिंक की तुलना में ऑक्सीजन के लिए बहुत कम आकर्षण होता है।

"घिसाव" और परिणामी सीमांत स्थितियाँ ही टिन कांस्य को स्टील के साथ मिलाने के लिए इतना आदर्श बनाती हैं। जब सतह में पर्याप्त मात्रा में कांस्य की खुरदरापन समाहित हो जाती है, तो घिसाव कम हो जाता है और घर्षण भी कम हो जाता है।

गियर के लिए मूल तांबा-टिन मिश्र धातु पाँच लोकप्रिय गियर कांस्य की एक श्रृंखला में विकसित हुई है। ये मिश्र धातु विनिर्देश ASTM B 427-93A में निर्दिष्ट हैं। इसमें बहुत कम भिन्नता है। 12% टिन मिश्र धातु में अधिक कठोर चरण होते हैं। कॉपर मिश्र धातु C92900 सबसे विविध है, क्योंकि इसमें 2.5% सीसा सामग्री है। यह अच्छी मशीनेबिलिटी की अनुमति देता है, और सीसा कण पहनने के दौरान किसी भी घर्षण मीडिया में एम्बेड हो जाएंगे। इस मिश्र धातु में निकल सामग्री (3.5%) बहुत फायदेमंद है। यह संक्षारण प्रतिरोध को बढ़ाता है और कास्टिंग में छोटे क्रिस्टल आकार को बढ़ावा देता है। क्रिस्टल जितने छोटे होंगे, रासायनिक पृथक्करण उतना ही कम होगा और भौतिक गुणवत्ता उतनी ही अधिक होगी।

इन गियर कांस्य को एक्सट्रूज़न, ड्राइंग, रोलिंग या फोर्जिंग जैसी फोर्जिंग प्रक्रियाओं द्वारा उत्पादित नहीं किया जा सकता है। इनका उपयोग कास्टिंग के रूप में किया जाना चाहिए। उच्च टिन सामग्री के कारण एक्सट्रूडेड बिलेट टूट सकते हैं। 8% टिन वाले लोगों को लगातार कास्ट किया जा सकता है और छोटे व्यास तक खींचा जा सकता है। कम टिन सामग्री को एक्सट्रूड किया जा सकता है और छोटे व्यास तक खींचा जा सकता है। (ठंडी) ड्राइंग कास्ट सामग्री के भौतिक गुणों को बढ़ाती है। घर्षण गुणों में कोई सुधार नहीं होता है।

सच्चे गियर कांस्य को केवल कुछ तरीकों से ही ढाला जा सकता है। रेत कास्टिंग और कोल्ड कास्टिंग दोनों ही सिकुड़न गुहाओं और गैर-धातु (घर्षण) समावेशन की अनुमति देते हैं। निरंतर कास्टिंग इन समस्याओं को समाप्त करती है। लगातार डाली जाने वाली बार या ट्यूब को तरल धातु से भरी भट्टी से जुड़े एक सांचे से निकाला जाता है। मोल्ड का इनलेट तरल धातु की ऊपरी सतह के नीचे गहराई में डूबा होता है। कोई भी स्लैग इस क्षेत्र तक नहीं पहुंच सकता है और तरल धातु कास्टिंग को खिलाने के लिए एक जलाशय के रूप में कार्य करती है, इस प्रकार किसी भी सिकुड़न गुहा से बचा जाता है।

1950 के दशक की शुरुआत से, गियर कांस्य की निरंतर ढलाई में कई सुधार शामिल हैं। निरंतर ढलाई प्रौद्योगिकी में प्रगति के परिणामस्वरूप छोटे, समान क्रिस्टल आकार वाले कास्ट रॉड और ट्यूब उत्पाद तैयार हुए हैं। इससे अधिक समान, मजबूत निरंतर ढलाई सामग्री का उत्पादन होता है। इस विधि द्वारा उत्पादित गियर कांस्य किसी भी अन्य विधि द्वारा उत्पादित गियर कांस्य से बेहतर है। उपज शक्ति, प्रभाव शक्ति और कठोरता में बहुत सुधार हुआ है। पहनने के प्रतिरोध में भी वृद्धि हुई है।