Sposoby wykorzystania tulei z brązu

Stopy metali są wykorzystywane do wykonywania elementów maszyn i urządzeń dzięki swym zróżnicowanym właściwościom wytrzymałościowym. Ciekawymi metalami zarówno pod względem dostępnych opcji obróbki, jak i obszarów stosowania, są stopy miedzi, a w tym brązy. Przyjrzyjmy się im bliżej i sprawdzimy, jakie detale mogą być z nich wytwarzane. Zapraszamy do lektury!

Dlaczego brąz to dobry materiał do wykonywania tulei?

Brązy to kategoria, która obejmuje wiele stopów miedzi połączonej z innymi pierwiastkami, takimi jak aluminium, krzem, ołów, cynk, mangan, beryl, kobalt albo tytan. O brązach mówimy jednak tylko wówczas, gdy ilość dodatków stopowych wynosi co najmniej 2%. Jeżeli jest ich mniej mamy do czynienia z miedzią stopową np. chromową czy arsenową. Odmienną nazwę noszą stopy miedzi i niklu, które są określane jako miedzionikle, a także połączenia miedzi i cynku jako głównego składnika stopowego noszące nazwę mosiądzu.

Choć miedź jest metalem stosunkowo miękkim, to obecność innych pierwiastków pozwala na zmianę tej charakterystyki i dość znaczną poprawę jej wytrzymałości mechanicznej. Niektóre brązy swymi właściwościami np. odpornością na ścieranie czy wytrzymałością temperaturową znacznie przewyższają inne stopy metali np. popularną stal. Jeśli chodzi o możliwości obróbki brązów, to są wśród nich stopy odlewnicze, które za sprawą znakomitego płynięcia, czyli zdolności do wypełniania formy, czy znikomego skurczu odlewniczego, a zatem bardzo niewielkiej zmiany wymiarów po rekrystalizacji podczas stygnięcia, są szczególnie cenione jako materiał do wykonywania gotowych wyrobów lub półproduktów tą metodą. Jako odlewnicze stopy brązu występują m.in. brązy cynowe, w tym brązy cynowo-fosforowe, cynowo-cynkowe, cynowo-ołowiowe, a także cynowo-cynkowo-ołowiowe. Bardzo dobrze sprawdzają się również brązy aluminiowe o większej zawartości glinu czy brązy krzemowe oraz brązy ołowiowe.

Wiele brązów to stopy przeznaczone do obróbki plastycznej, które mogą być poddawane różnym typom tłoczenia, gięcia, wyciskania lub kucia swobodnego albo matrycowego. Znaczna liczba stopów dobrze znosi też obróbkę ubytkową związaną z toczeniem, frezowaniem i wierceniem. Na ogół można je także poddawać obróbce termicznej, np. hartowaniu i odpuszczaniu. Do najczęściej wykorzystywanych brązów należą brązy cynowe, choć z uwagi na cenę są w wielu przypadkach zastępowane brązami krzemowymi. Popularne są też brązy berylowe, zwłaszcza gdy potrzebna jest wysoka odporność na ścieranie. Pod tym względem ich przeciwieństwem są często brązy aluminiowe i ołowiowe, których używa się m.in. na łożyska ślizgowe, a zwłaszcza na tuleje z brązu używane do ich produkcji.

Tuleje z brązu w łożyskach ślizgowych

Łożyska ślizgowe są elementami maszyn, które są odpowiedzialne za zapewnienie możliwości wykonywania ruchu obrotowego przez części maszyn, które mają być pozbawione 5 lub 4 stopni swobody, a zatem rotowane, a w niektórych przypadkach również w pewnym zakresie przesuwane osiowo. Tuleje z brązu, najczęściej ołowiowego lub aluminiowego sprawiają, że układ tego rodzaju ma odpowiednią wytrzymałość na ścieranie, a jednocześnie dzięki miękkości składników stopowych, także pewien stopień elastyczności umożliwiający uzyskiwanie dobrego poślizgu. Jest to o tyle ważne, że w łożyskach ślizgowych powierzchnie elementów – panwi, w której osadzana jest tuleja łożyska oraz czopa (wału) instalowanego wewnątrz tulei – stykają się ze sobą bezpośrednio.

Choć zasada działania łożyska ślizgowego pozostaje niezmienna, to istnieje wiele rodzajów ich konstrukcji. Łożyska tego typu mogą działać jako bezsmarowe – w takim przypadku zawierają one pory wypełnione środkiem smarnym, który nie musi być uzupełniany podczas eksploatacji, a także smarowane smarami stałymi, półplastycznymi albo cieczami. Łożyska ślizgowe mogą też działać jako hydrostatyczne lub hydrodynamiczne, gdzie przestrzeń między łożyskowanymi elementami wypełnia cienka warstwa filmu olejowego. W większości przypadków w łożyskach ślizgowych zachodzi więc proces tarcia mokrego, w którym występuje ono między cząsteczkami środka smarnego, a niekiedy także tarcia granicznego, gdy stykają się ze sobą wierzchołki chropowatych powierzchni metalu. W niektórych przypadkach łożyska pracują również z tarciem suchym, które powstaje podczas współpracy powierzchni metalowych.

Łożyska ślizgowe są wykorzystywane w wielu urządzeniach, zwłaszcza tam, gdzie liczy się zminimalizowanie rozmiarów oraz wysoka odporność na duże obciążenia mechaniczne i termiczne, a także długi czas bezawaryjnej pracy. Łożyska ślizgowe są montowane na wałach korbowych i napędowych, a także korbowodach. Powszechnie stosuje się je w turbosprężarkach i pompach oraz w przekładniach wszelkiego typu. Zaletami łożysk ślizgowych jest bardzo dobre przenoszenie znacznych obciążeń i możliwość dzielenia konstrukcji, a co za tym idzie montażu na wałach bez dostępu pozwalającego na wykonanie połączenia pasowanego. Liczy się także dobre tłumienie drgań, cicha praca oraz fakt, że da się je wykonywać z wysoką dokładnością wymiarową, co ma znaczenie zwłaszcza w przypadkach, gdy szczególnie istotne jest zachowanie osiowości.

Zalety stosowania tulei z brązu

Tuleje łożysk dostępne m.in. w hurtowni metali nieżelaznych w Zielonce mogą być wykonywane z różnych rodzajów brązu, w zależności od potrzeb. Poza brązami aluminiowymi i ołowiowymi w niektórych przypadkach używa się także brązów cynowych, krzemowych czy nawet berylowych. Dla uzyskania dobrego rozkładu struktury materiału tuleje z brązu mogą być wytwarzane metodą odlewania odśrodkowego. W takim przypadku wybrany stop metalu jest wprowadzany do formy, która rotuje, dzięki czemu może on się równomiernie rozpłynąć na jej powierzchni. Taki proces ogranicza możliwość powstawania pustek oraz innych wad odlewniczych, mogących wpływać na trwałość gotowego wyrobu. W przypadku tulei o większych rozmiarach lub nietypowej geometrii stosowane jest także odlewanie w formach piaskowych. Niektóre tuleje mogą też powstawać za sprawą obróbki ubytkowej, a więc toczenia oraz wytaczania.

Tuleje z brązu mają wiele zalet, do których zaliczają się m.in. dobre właściwości wytrzymałościowe czy wysoka odporność na korozję, co pozwala na korzystanie z nich w warunkach podwyższonej wilgotności lub w podzespołach mających kontakt z wodą. Zaletą jest także dobra przewodność cieplna, która sprawia, że temperatura całego elementu utrzymuje się na zbliżonym poziomie, dzięki czemu żaden jego fragment nie jest narażony na większe przegrzanie, a co za tym idzie nierównomierne zużycie. Liczy się także wysoka pojemność cieplna brązu.

Warto wspomnieć, że zastosowanie tulei z brązu nie ogranicza się wyłącznie do łożysk ślizgowych. Powstają z nich również takie elementy jak wszelkiego rodzaju pierścienie, podkładki, nakrętki, jak również prowadnice. Tuleje z brązu są także używane do produkcji armatury przemysłowej, która będzie miała kontakt ze szczególnie agresywnymi chemicznie substancjami.