Alumiiniumi ja tina mõju pronkshammasratastele
Vasesulamist (pronks) hammasratastel on ainulaadsed omadused, mis aitavad minimeerida kulumist pronks-terasel kokkupuutel. Pronksülekandeid kasutatakse reduktorites ja need on ühendatud terasest tiguülekannetega. Pronksist hammasülekannet kasutatakse muudes seadmetes, mis nõuavad ühendamist terasest hammasratastega.
Kõikidel juhtudel on teraspind kõvem kui pronkspind. Pronks-terasel kombinatsioonide valik lähtub samadest põhimõtetest nagu kõvemate terasvõllidega ühendatud pronkshülsslaagrid.
Terasel pronksi kulumine toob kaasa pronksi ohverdava kulumise, kusjuures teras kulub vähe või üldse mitte.
Pronks-terasel hõõrdumine on palju väiksem kui terase-terasel hõõrdumine.
Suurema suhtelise pinnakiiruse korral eraldab täiskile või hüdrodünaamiline määrimine teras-teras-paari, kuid madalamatel kiirustel puutuvad paariskomponentide ebatasasused (pinnakaredus) üksteisega kokku. Selle tulemuseks on kahe teraskomponendi tugev kulumine. Pronks-terasel paaride puhul lõikavad tugevamad terase asperiteed nõrgemad pronksist asperiteedid.
Nende kaalutluste tõttu on metallurgia- ja mehaanikainsenerid välja töötanud pronksisulamite perekonna, mis minimeerib pronksi kulumist, pakkudes samas kõiki pronks-terasel paaride eeliseid.
Soovitaval pronksil on järgmised omadused:
Tugevus vajalike koormate kandmiseks.
Madal hõõrdetegur terasega.
Pronksi minimaalne kulumine.
Paljud laagripronksmaterjalid sisaldavad hõõrdeteguri vähendamiseks pliid, kuid plii eraldub külmunud valandist ja asub vasesulami kristallide vahel. See nõrgestab materjali ja kuigi pliid on hülsslaagrite jaoks kasulik, tuleb tugevate hammasrataste pronksi valamiseks kasutada minimaalselt pliid. Mõned hammasrataste pronksmaterjalid sisaldavad väikeses koguses seda teradevahelist pliid, et parandada töödeldavust.
Parim kulumisomaduste kombinatsioon on kahes vasesulamite rühmas:
Alumiinium- ja mangaanpronks on tugevad ja kannatavad terasest ühendusdetailide kulumise eest. Nendel sulamitel on tugev maatriks, millesse on põimitud väga kõva faas. Terasest vastav osa peab olema väga kõva ja mõlemad osad peavad olema väga peene pinnaviimistlusega. Need pronksid ei moodusta terasele madala hõõrdumisega pronksikihti.
Tinapronkse tugevdab tina tahke lahus vases, kuni umbes 10% tina. Täiendav tina annab tugeva, kõva teradevahelise faasi, mis on tinarikas. Tina aatomid deformeerivad vase maatriksi piisavalt, et takistada kristallikihtide libisemist, ja teradevaheline faas aitab suurendada kõvadust. Tinapronks moodustab madala hõõrdumisega pronksisademe paaritusterasest komponendile. Sel põhjusel on värviliste hammasrataste jaoks eelistatud sulam tinapronks.
Terasele ladestunud alumiiniumi ja mangaanpronksi jämedused ei ole nii kasulikud kui tinapronksi omad. Alumiiniumpronksi asperiteedid toodavad lõpuks alumiiniumoksiidi sisaldust, mis on väga abrasiivne. Mangaanpronks sisaldab alumiiniumi ja (suures koguses) tsinki. Tsinkoksiid on abrasiivne ja vaskmaatriksis sisalduv tsink soodustab terasega paaritumisel kulumist. Tina afiinsus hapniku suhtes on palju väiksem kui alumiiniumil või tsingil.
"Kulumine" ja sellest tulenevad piirtingimused muudavad tinapronksi nii ideaalseks terasega paaritumisel. Kui pinnale on kantud piisav kogus pronksist asperiteed, väheneb kulumine ja hõõrdumine.
Hammasrataste põhiline vase-tina sulam on arenenud viie populaarse hammasrattapronksi seeriaks. Need sulamid on määratletud spetsifikatsioonis ASTM B 427-93A. Vahet on vähe. 12% tinasulamil on rohkem kõvasid faase. Vasesulam C92900 on kõige mitmekesisem, kuna selle pliisisaldus on 2,5%. See võimaldab head töödeldavust ja pliiosakesed kinnituvad kulumise ajal mis tahes abrasiivsesse keskkonda. Niklisisaldus (3,5%) selles sulamis on väga kasulik. See suurendab korrosioonikindlust ja soodustab valandite kristallide väiksemat suurust. Mida väiksemad on kristallid, seda väiksem on keemiline segregatsioon ja seda kõrgem on nende füüsiline kvaliteet.
Neid hammasrataste pronksi ei saa valmistada sepistamisprotsessidega, nagu ekstrusioon, tõmbamine, valtsimine või sepistamine. Neid tuleb kasutada valanditena. Suur tinasisaldus võib põhjustada ekstrudeeritud toorikute purunemise. Neid, milles on 8% tina, saab pidevalt valada ja tõmmata väikese läbimõõduga. Madalamat tinasisaldust saab ekstrudeerida ja tõmmata väikese läbimõõduga. (Külm) tõmbamine suurendab füüsikalisi omadusi üle valatud materjali omadest. Hõõrdeomadused ei parane.
Tõelist hammasrataste pronksi saab valada ainult teatud meetoditega. Nii liivavalu kui ka külmvalu võimaldavad kokkutõmbuvaid õõnsusi ja mittemetallilisi (abrasiivseid) lisandeid. Pidev valamine kõrvaldab need probleemid. Pidevalt valatud latt või toru ekstraheeritakse vormist, mis on ühendatud vedela metalliga täidetud ahjuga. Vormi sisselaskeava on sukeldatud sügavale vedela metalli ülemise pinna alla. Sellesse piirkonda ei pääse räbu ja vedel metall toimib valandi toitmiseks reservuaarina, vältides seega kokkutõmbumise õõnsusi.
Alates 1950. aastate algusest on pidev hammasrataste pronksivalu arenenud, hõlmates palju täiustusi. Pideva valamise tehnoloogia edusammud on toonud kaasa väikeste ühtlaste kristallidega valatud varraste ja torude tooted. See annab ühtlasema ja tugevama pidevalt valatud materjali. Selle meetodiga toodetud hammasrataste pronks on parem kui mis tahes muul meetodil toodetud hammasrataste pronks. Saagistugevus, löögitugevus ja kõvadus on oluliselt paranenud. Samuti on suurenenud kulumiskindlus.
