표준 및 특성: 구리 야금학

작성자: William D. Nielsen, Jr. Western Reserve Manufacturing Co., Inc.

구리 합금의 기본 특성은 구리 자체의 특성에 크게 영향을 받습니다. 구리는 베어링 응용 분야에 가장 적합한 엔지니어링 소재로 만드는 고유한 품질을 갖고 있는 것으로 알려져 있습니다. 이것들은:

위의 세 가지 특성은 모두 원자 규모에서 구리 구조의 구조 및 동작과 직접적인 관련이 있습니다.

고체 구리는 면심 입방체(fcc) 구성의 구리 원자 배열로 설명할 수 있습니다. 구리 원자는 그림에서와 같이 입방체의 각 모서리와 각 면의 중앙에서 발견됩니다.그림 1 . 금속의 결정구조를 구성하기 위해 3차원 공간에서 반복되는 단위세포이다.

원자는 그들 사이의 원자 인력의 에너지에 의해 구조 내에서 제자리에 고정됩니다. 구리에 높은 연성과 인성을 부여하는 것은 원자의 면심 입방체 배열입니다. 모든 금속은 슬립이라는 메커니즘을 통해 변형됩니다. 미끄러짐이 발생하면 금속에 가해지는 힘으로 인해 원자가 그룹으로 서로 미끄러지게 됩니다. 구리 fcc 구조에서 이 움직임은 그림에 표시된 것처럼 격자 내 원자의 특정 기하학적 평면을 따라 세 방향 중 하나 또는 모두에서 우선적으로 발생합니다.그림 2.

구리의 전자 구조와 결정 구조의 조합은 탁월한 부식 저항성을 부여합니다. 자유 전자 구름은 격자를 추가 부식으로부터 보호하는 금속 표면에 응집성 필름을 형성하는 데 쉽게 사용할 수 있습니다.

슬립 평면을 생성하는 fcc 구조는 바로 이러한 평면에 또 다른 특성을 부여합니다. 슬립 평면의 원자는 모든 금속 시스템에서 가능한 한 가깝게 밀집되어 있습니다(그림 2 ). 이러한 원자의 효율적인 배열은 주어진 공간에 가장 많은 물질을 담습니다(꿀벌이 벌집을 만들 때를 아는 것처럼 보입니다). 가장 공격적인 환경을 제외하고 수소 이온이 원자 사이의 작은 공간을 통과하여 응력 부식 균열을 일으키는 것은 매우 어렵습니다.

우리는 주조 청동의 기본 금속인 구리가 원자 수준에서 볼 때 어떻게 좋은 베어링 재료의 중요한 특성을 부여하는지 살펴보았습니다. 그러나 베어링은 순수 구리로 만들어지지 않고 현재 사용 가능한 다양한 구리 합금으로 만들어집니다. 이러한 각 합금은 순수 구리의 성능을 향상시키고 새로운 소재를 특정 환경에 더욱 적합하게 만듭니다. 재료의 야금학적 특성과 베어링 설계의 목적과 관련하여 보다 일반적인 합금 시스템을 살펴보겠습니다.

주조 청동의 베어링 등급은 야금학적으로 세 가지 범주로 분류될 수 있습니다.

다양한 합금의 성능을 이해하려면 먼저 소량의 합금 금속을 첨가할 때 기본 구리 구조에 어떤 일이 일어나는지 이해해야 합니다. 합금이 용융된 상태에서 응고 및 냉각되는 동안 반응이 발생합니다.

간단히 말해서, 일반 fcc ​​구리 격자에 대한 합금 금속의 최종 배열이 합금 재료의 특성을 결정합니다.

합금 금속은 세 가지 기본 방식으로 구리 격자에서 위치를 찾습니다.

연구를 통해 단순한 이원 합금 시스템이 어떻게 반응하는지 그래픽으로 표현했습니다. 이 표현을 위상 다이어그램이라고 합니다. 청동과 관련된 일부 바이너리 시스템의 상태 다이어그램은 일반적으로 앞서 언급한 세 가지 경우 중 하나를 초래하는 합금 원소의 거동을 보여줍니다. 구리-주석 평형 상태 다이어그램(그림 3)은 사례 (1)과 (2)를 보여줍니다.

이러한 단상 상업용 합금의 예는 합금 C90300이며, 아래 표에서는 이 합금의 특성을 구리와 비교합니다.

주석 함량이 11% 이상으로 증가하면 금속이 400°C 이하로 냉각되면서 알파상의 일부가 변형됩니다. 정상적인 fcc 알파 결정 전체에 산재된 새로운 단계가 나타납니다. 델타라고 불리는 이 단계는 상당히 빠른 냉각으로 재료에 보존될 수 있습니다(