Bezolovnatá alternativa mosazí pro vodovodní instalace

METAL 2001

15. - 17. 5. 2001, Ostrava, Czech Republic

Bezolovnatá alternativa mosazí pro vodovodní instalace Jiří Faltusa, Peter Slámaa, Jaroslav Balíkb, Jan Mádlc, Václav Koutnýc a) VÚK Panenské Břežany, s.r.o. 250 70 Panenské Břežany, [email protected] b) SVUM Praha, a.s., P.O.Box 17, 190 11 Praha 9 - Běchovice c) České vysoké učení technické v Praze, fakulta strojní, Zikova 4, 166 07 Praha 6 Abstract Copper alloys containing lead are used in water supply mains. These alloys are the best material for this application due to their high resistivity against drinking water corosion and their good strength. Lead bearing copper alloys are casted easily, some of them are hot and cold formed without problems and could be machined at high speeds. Therefore relatively low cost machine components can be manufactured from these alloys. Copper alloys are known to work as a strong biostatic agent agains many patological micro-organisms thus they contribute to drinking water purification. The lead content in currently used copper alloys is in the range from 0,5 to 7,0 wt. %. Giving the actual level of knowledge the presence of lead in machinable copper alloys is inevitable. The USA government accepted a standard restricting Pb content in alloys comming into contact with drinking water. Due to the large activity of the ecological movement and later research works have been opened in USA and later in Europe. The research has been aimed at finding suitable lead-free copper alloys as a substitution of casting and wrought lead bearing copper alloys for plumbing systems. One of the alternatives of significant restiction or full elimination of lead as alloying element in machinable copper alloys is to substitute this element fully or only partially by non-toxic elements such as bismuth or bismuth in combination with further elements. The objective of the paper is, by modifying the content of alloying elements and the production technology, to achieve for these α + β alloys a machinability, plasticity and corrosion resistance comparable with currently produced lead containing copper alloys CuZn40Pb2 and CuZn39Pb3. 1. Úvod Současný stav obrobitelných slitin na bázi mědi Slitiny mědi se zinkem, tzv. α + β mosazi, jsou běžně používány pro výrobu součástek vodovodních instalací a dalších výrobků přicházejících do styku s vodou. Pro zlepšení obrobitelnosti se do těchto materiálů leguje olovo. Pro uvedené výrobky se nejčastěji používají obrobitelné mosazi CuZn40Pb2 a CuZn39Pb3, v Evropských normách označované CW617N a CW614N. Obsah olova v těchto tzv. středně a vysokoolovnatých mosazích je v rozsahu od 1,6 do 3,5 hm. %. Tyto mosazi jsou ideálními strojírenskými materiály pro výrobu součástek složitých tvarů. Snadno se odlévají, dobře se lisují a zápustkově kovou za tepla. Pro vysoký obsah olova mohou byt snadno třískově obráběny vysokými rychlostmi, dovolující efektivní výrobu součástek na obráběcích automatech. Již relativně malé snížení obsahu olova v mosazích výrazně zhoršuje jejich obrobitelnost. Např. Evropské normy pro měděné slitiny sice uvádějí mosazi s obsahem olova kolem 1 % (CuZn38Pb1-CW607N a CuZn39Pb1-CW611N), ale deklaruje se u nich snížená obrobitelnost, která se může projevit v potížích při zpracování na obráběcích automatech. Nutno zdůraznit, že nízkoolovnaté mosazi vykazují též horší kujnost při zápustkovém kování oproti mosazím s obsahem Pb nad 2 %.

METAL 2001


V současnosti je legování dostatečného množství olova do obrobitelných mosazí obráběných na automatech nezbytné. Ze zavedených technických mosazí neexistuje slitina, která by se svou obrobitelností vyrovnala obrobitelnosti středně a vysokoolovnatým mosazím CuZn40Pb2 a CuZn39Pb3. Z důvodů silné toxicity se úroveň povoleného obsahu olova v pitné vodě snižuje. Například ve Spojených státech byl obsah olova v pitné vodě snížen na úroveň 15 µg/l [1,2]. Podle nové směrnice Evropského společenství (ES) 98/83/EC o kvalitě vody pro lidskou spotřebu z října 1998 bude dovolený obsah olova v pitné vodě omezen v horizontu 15 let na hodnotu 10 µg/l, s okamžitým snížením na povolenou hodnotu 25 µg/l [3]. Z této směrnice ES vychází Vyhláška Ministerstva zdravotnictví (MZ) č.376 z 9.9.2000 [4], která stanovuje požadavky na pitnou vodu. Vyhláška omezuje obsah olova v pitné vodě na stejné hodnoty jako výše zmíněná směrnice ES. Vyhláška MZ č. 37/2001 z 8. ledna 2001 o hygienických požadavcích na výrobky přicházející do přímého styku s vodou [5] již zohledňuje zpřísněné požadavky na obsah olova ve vodě. V paragrafu 9 této vyhlášky je v mědích a slitinách mědi (mosazích a bronzech) přicházejících do přímého styku s vodou, omezen obsah olova do max. 1 %. Dle prováděcího zákona č. 258/2000 je nutné dát všechny výrobky přicházející do styku s vodou do souladu s těmito hygienickými požadavky dle Vyhlášky č. 37 do 1.července 2002. Je zřejmé, že nejčastěji používané obrobitelné olovnaté mosazi CuZn40Pb2 a CuZn39Pb3 požadavkům Vyhlášky č. 37 nevyhovují, neboť jejich obsah olova přesahuje předepsanou úroveň 1 hm. %. Nutno poznamenat, že ani nízkoolovnaté mosazi normalizované v Evropských normách CuZn38Pb1-CW607N a CuZn39Pb1-CW611N, které vykazují, jak již bylo uvedeno, podstatně horší obrobitelnost Vyhlášce č. 37 nevyhovují, neboť obsah olova u nich může přesáhnout 1 %. Jedna z možností, jak řešit problém podstatného snížení či odstranění Pb v obrobitelných měděných slitinách je úplná nebo částečná náhrada olova netoxickým nizkotavitelným vizmutem. Náš výzkum se zaměřil na vliv vizmutu v množství 1 až 2 % v měděných slitinách. U α+β mosazí byl komplexně studován vliv vizmutu na strukturu, mechanické a technologické vlastnosti a na korozní odolnost. Zjištěné vlastnosti se porovnávaly s vlastnostmi technické obrobitelné mosazi CuZn40Pb2 - CW617, která je, vedle mosazi CuZn39Pb3, nejčastěji používaným materiálem pro vodovodní armatury a další výrobky přicházející do styku s pitnou vodou. 2. Experiment Stacionárním litím do grafitových nebo kovových kokil byly odlity odlitky z experimentálních α+β mosazí s obsahy Zn v rozmezí 35 až 40 hm. % a s obsahy vizmutu od 1,5 do 2,4 %. Některé z těchto slitin byly modifikovány fosforem ( 0,25 %), cínem (1,0 %) nebo křemíkem (0,8 %). U některých slitin bylo vedle vizmutu (1,5 %) legováno i olovo (max. 1 %). Dále byly připraveny dva odlitky z komerční olovnaté obrobitelné slitiny CuZn40Pb2. Tato slitina sloužila jako srovnávací, referenční materiál (tab. 1). Hmotnost odlitků se pohybovala od 5 do 80 kg. Některé odlitky se kovaly zápustkovým kováním za tepla na výkovky různých tvarů, z jiných byly připraveny průtlačným lisováním za tepla tyče o průměru 25 mm, které se dále táhly za studena na tyče průměru 24 mm. Na provedení experimentu spolupracovaly tyto firmy : KO Čelákovice, a.s., Kovárna Ing. M.Kupka - J.Jindra v České Třebové a Armaturka Vranova Lhota, a.s. Na vzorcích experimentálních vizmutových mosazí a komerční slitině CuZn40Pb2 v různých stavech po odlití či lisování a tažení byly komplexně studovány jejich strukturní a mechanické

METAL 2001


vlastnosti společně s obrobitelností a korozní odolností. Paralelně byla zjišťována obrobitelnost i u slitiny CuZn30 - CW505L (tzv. nábojnicová mosaz) bez obsahu nízkotavitelných kovů. Tab. 1 Chemické složení experimentálních slitin a referenční komerční slitiny CuZn40Pb2 ve hm. % Slitina Označení CuZn38Bi1,5P A CuZn40Bi1,5P A1 CuZn36SnBi2 B CuZn35Si0,75Bi1,5 C CuZn39Bi1,5 D CuZn40Bi1,5 D1 CuZn40Bi1,5 D3 CuZn40Bi1,5 P CuZn40Bi2Pb0,3 P1 CuZn40Pb2-CW 617N M CuZn40Pb2-CW 617N E1

Cu 60,35 57,8 60,85 62,55 59,0 58,2 57,0 58,1 58,0 59,10 59,25

P 0,23 0,22 0,22 0,235 <0,01 <0,01 <0,001 <0,01 <0,01 0,027 <0,005

Bi 1,57 1,70 2,135 1,68 1,65 1,51 1,68 1,51 2,38 <0,04 <0,04

Sn <0,005 <0,005 0,96 <0,005 <0,005 <0,01 <0,01 <0,01 <0,01 0,21 0,03

Si <0,005 <0,005 <0,005 0,78 <0,005 <0,005 <0,01 <0,005 <0,005 <0,005 <0,005

Pb 0,005 0,30 0,004 <0,004 <0,004 0,12 0,28 1,05 0,31 2,27 2,08

Zn 37,85 39,98 35,83 34,8 39,35 40,12 41,04 39,34 39,31 38,18 38,64

3. Výsledky a diskuse Všechny odlitky a tvářené hutní výrobky (výkovky, výlisky a výtažky) vykazovaly typickou α + β strukturu. Rozbor ukázal, že rozložení fází Bi ve struktuře odlitků ze slitin A, sD, D1 a fází Bi+Pb ve slitině P bylo obdobné jako rozložení fází Pb v odlitku M technické slitiny CuZn40Pb2. Podobně jako fáze olova ve struktuře CuZn40Pb2, tvořily fáze vizmutu (respektive Bi+Pb) v experimentálních slitinách CuZnBi-Me převážně kulové fáze, rozložené na hranicích zrn (obr. 1). Stejně jako fáze Pb, tvořily fáze vizmutu ve struktuře výlisků a výtažků, řetězce drobných zpravidla kulových částic, rovnoběžné s podélnou osou lisovaných nebo tažených tyčí. Oproti olovnatým fázím, měly fáze s vizmutem poněkud větší sklon se spojovat do souvislých protažených "tyčinkovitých" fází.

Částice Bi

Obr. 1: Rozložení částic fází bohatých vizmutem v α + β struktuře mosazi CuZn40Bi1,5 (slitina D)

METAL 2001


Mechanické vlastnosti za pokojové teploty z experimentálních vizmutových mosazí a technické olovnaté mosazi CuZn40Pb2 se sledovaly jak u odlitků, tak u výkovků, výlisků a výtažků (tab. 2). Z tabulky je patrné, že mosazi s vizmutem mají poněkud nižší tažnost oproti kovárenské mosazi CuZn40Pb2. Snížení plastických vlastností α+β mosazí za pokojové teploty vlivem přítomnosti vizmutu oproti olovu není tak dramatické jako v případě mědi [6]. . Tab.2 Mechanické vlastnosti odlitků, výlisků a výtažků z referenční technické slitiny CuZn40Pb2 Slitina Označení Rp0,2 [MPa] Odlitky CuZn38Bi1,5P A 127 CuZn39Bi1,5 D 117 CuZn40Bi1,5 D1 126 CuZn40Pb2 M 127 Výlisky pr. 25 mm CuZn40Bi1,5P A1L 150 CuZn40Bi1,5 D3L 125 CuZn40Pb2 E1L 148 Výtažky pr. 24,5 a 25 mm CuZn40Bi1,5P A1H (red.4 %) 195 CuZn40Bi1,5 D3H (red.4 %) 168 CuZn40Pb2 E1H (red.10 %) 305

experimentálních vizmutových mosazí a Rm

A5

Z [%]

350 359 328 337

24 21 16 31

21 19 15 29

432 435 406

27 21 41

22 20 51

452 462 454

29 29 29

31 32 44

Plastické vlastnosti za tepla vizmutových a olovnatých mosazí. se zjišťovaly pomocí tahových zkoušek za tepla. Pro experiment se použily dvě experimentální slitiny CuZn40Bi1,5 (D1) a CuZn40Bi1,5 (P) a technická olovnatá mosaz CuZn40Pb2 (M) běžného složení. Zkušební tyče o rozměru měřené části ∅ 6 × 25 mm byly deformovány rychlostmi 0.002 a 0.33 s-1 při teplotách 700 a 780 °C. Výsledky těchto testů jsou podrobně uvedeny v [6]. Na jejich základě lze konstatovat technologickou přijatelnost náhrady olova vizmutem, alespoň pokud jde o vysokoteplotní plasticitu. Deformační napětí experimentálních vizmutových mosazí D1 a P bylo vždy nižší oproti referenční mosazi M. Rovněž jejich tažnost byla při 700°C nižší, na úrovni cca 20-30% oproti 45-50% pro olovnatou mosaz. Při 780°C byla naopak tažnost vizmutové mosazi vyšší (pro rychlost 0.33s-1 ) nebo srovnatelná (pro rychlost 0,002 s-1) vůči tažnosti referenční olovnaté mosazi. Hlavní část homogenní deformace zkušebních tyčí probíhá při "záporném zpevnění" δσ δε < 0 . Tím je vyloučeno, aby se skluzové napětí kompletně řídilo konstitutivním zákonem typu σ(ε, ε! ) , neboť v takovém případě by geometrická stabilita deformace byla dána Considereho podmínkou: ∂σ ∂ε [ε, ε! ] ≥ σ (1 + ε) (> 0) a při jejím porušení (těsně za bodem maximálního zatížení) by došlo k zaškrcování vzorku. Pro odpevňovací mechanismy připadají v našem případě v úvahu dynamické zotavení dislokací, dynamická rekrystalizace a skluz po hranicích zrn Při podrobné analýze tahových

METAL 2001

15. - 17. 5. 2001, Ostrava, Czech Republic ε [%]

ε [%] 0

10 o

M 700 C; 0.002s

4.8

0 -1

5

10

o

M 780 C; 0.002s-1

4.6

2.1 2.0

4.4 2.4

1 0.1

o

-1

P 780 C; 0.002s

P 700 C; 0.002s

-1

1.8 1.7

2.2

1.6

i

1.5

2.0

1.4

2.4

D1 700oC; 0.002s-1 1.8

2.3 2.2 2.1 2.0 0

5

10 ε [%]

D1 780oC; 0.002s-1

1.7

1.6

1.6

1.5

1.5

1.4

1.4 5

ε [%]

0.0

1.8

1.7

0

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

%B

2.1

σ [MPa]

o

2.3 σ [MPa]

10

ε max [%]

2.2

σ [MPa]

2.3

4.7

4.5

σ [MPa]

2.4

σ [MPa]

σ [MPa]

5

0.2

0.4 % Pb

0.6

0.8

Obr. 3: Deformace při maximálním napětí pro Cu-Pb-Bi. Tdef = 250 °C, vnější rychlost deformace 0.002 s-1

10

Obr. 2: Oscilace skluzového napětí pro zkoušené typy vizmutových a olovnaté mosazí. Důkaz probíhající dynamické rekrystalizace diagramů lze identifikovat více či méně výrazné oscilace skluzového napětí - viz obr. 2, jejichž amplituda závisí na konkrétní slitině a podmínkách deformace. Takové chování nikdy neprovází ty deformační procesy, v nichž rozhodující roli hraje dynamické zotavení nebo skluz po hranicích zrn. Avšak v případě souhry dislokačního zpevnění s dynamickou rekrystalizací a pro vhodné deformační podmínky jsou oscilace napětí dobře známé, takže takový mechanismus pokládáme za určující i pro náš případ. Metalografické analýzy provedené na deformovaných materiálech potvrdily roli dynamické rekrystalizace.Tím ovšem nejsou vyloučeny minoritní vlivy dynamického zotavení, nebo skluzu po hranicích zrn. Plastické vlastnosti za tepla mědi s obsahem olova a vizmutu. K ověření vlivu obsahu olova a vizmutu v čisté mědi na plastické vlastnosti za tepla byl proveden tento experiment. Studovaly se plastické vlastnosti za tepla čisté mědí na jedné straně a mědi s různým obsahem olova do 0,8 hm. % a vizmutu do 0,05 %. Pro zkoušky byly zvoleny dvě úrovně teplot 600 °C (olova a vizmut tekuté) a 250 °C (olovo a vizmut tuhé). Deformační rychlosti byly 2.10-3 a 0.01 s-1. Složení testovaných slitin bylo následující: Cu99,99 Cu0.046Bi

Cu0.067Pb0.021Bi Cu0.11Bi

Cu0.16Pb0.006Bi Cu0.99Bi

Cu1.08Pb0.011Bi

Tažnost εmax při maximálním napětí (jež se přibližně shodují s deformacemi do lomu) pro teplotu 250°C a rychlost 0.002 s-1 testovaných slitin je uvedena na obr. 3. Z důvodu chybějících dat jsou některé oblasti tohoto grafu aproximovány.

METAL 2001


Ukázalo se, že přísada olova vede k omezení plastických vlastností mědi za tepla. S rostoucím obsahem Pb do 0,8 % se tažnost za tepla mědi postupně snižuje. Toto snížení není ale tak dramatické jako v případě vizmutu. Oproti olovu již velmi malý obsah vizmutu při absenci olova potlačí tažnost mědi prakticky úplně. Je zajímavé, že přítomnost olova má schopnost jistým způsobem “neutralisovat” škodlivý vliv vizmutu na plastické vlastnosti (obr. 3). Vysvětlení tohoto efektu lze provést na základě rozdílných úrovních mezifázové (povrchové) energie částic čistého olova a vizmutu vůči měděné matrici. Dostatečně nízká hodnota této energie v případě vizmutu (0,35 N.m-1 [7]) vede ke smáčení hranic zrn a ke "katastrofické" mezikrystalické křehkosti mědi za tepla již při velmi malých obsazích Bi. Oproti tomu u olova je vyšší povrchová energii (0,45 N.m-1 [7]), což vede k formování globulárních částic Pb na hranicích, takže tažnost mědi za tepla není tolik dotčena. Je pravděpodobné, že neutralisační efekt Pb vůči vizmutu spočívá v tom, že vizmut za přítomnosti olova nevytvoří vlastní fáze, nýbrž se v olovu rozpouští za vzniku fází PbBi. Povrchová energii fází PbBi vůči měděné matrici je vyšší než u vizmutu, takže vznikají globulární částice této fáze. Přítomnost olova tak snižuje negativní vliv vizmutu ke vzniku katastrofické mezikrystalické křehkosti mědi za tepla. Obrobitelnost se zkoušela na vzorcích odlitků, výkovků a výlisků jak z experimentálních slitin, tak na vzorcích z referenčních olovnatých mosazi CuZn40Pb2 a také z mosazi CuZn30. Zkoušky obrobitelnosti byly provedeny dvojím způsobem: a) Soustružením na sucho nožem 25x25 ON 3712 - P30 (ISO 2R) s úhlem nastavení o 45 , úhlem čela γ = 6o a úhlem hřbetu α = 8o, s těmito řeznými podmínkami: hloubkou řezu a = 2 mm, posuvem s = 0,05 mm/ot. a řeznou rychlostí v = 100 m/min. Při zkoušce se hodnotil tvar třísek a její sklon k lámavosti (dělení) a drsnost obrobeného povrchu. b) Vrtáním konstantní posuvovou silou s vrtákem o pr. 6 mm, s otáčkami 850 min.-1 a hmotností závaží 3 kg. Princip zkoušky spočíval ve sledování času, potřebného pro vyvrtání díry o délce 7 mm. Čím kratší je doba nutná pro vrtání, tím lepší je obrobitelnost. Vedle toho se při vrtání, podobně jako při soustružení, odebírala tříska a hodnotil se její sklon k dělení. Při soustružení vzorků experimentálních α+β mosazí s obsahem vizmutu od 1,5 do 2,4 % a vzorků komerční slitiny CuZn40Pb2 ve stavech po odlití či tváření za tepla lisováním nebo kováním se tvar třísek jednotlivých materiálů příliš nelišil. Všechny uvedené materiály vykazovaly drobnou lámavou třísku (samostatné elementy) ve tvaru válečků, tyčinek, jehel či šupin a úlomků (obr.4 ).

a) b) c) Obr. 4: Třísky při soustružení odlitků: A - slitina CuZn40Bi1,5P (a), M - slitina CuZn40Pb2 (b), a Ms70 - slitina CuZn30 (c)

METAL 2001


Výlisky (Extruded rod)

Odlitky (Castings)

Výtažky (Drawing stocks)

4 3,5 3 2,5 2 1,5 1

E1

D3

A1

Ms70

E1

D3

A1

M

P1

P

D1

C

0

B

0,5 A

Drsnost povrchu (Surface roughness) Ra

4,5

Materiál(Material)

Obr. 5: Drsnost obrobeného povrchu Ra odlitků, výlisků a výtažků z experimentálních α+β mosazí s obsahem 1,5 % Bi nebo 1,5 %Bi + 1 % Pb a komerční slitiny CuZn40Pb2 a bezolovnaté slitiny CuZn30 Důležitý vliv fází nízkotavitelných kovů Bi nebo Pb ve struktuře mosazí na tvar třísky plyne z obr. 4. Tříska vznikající při soustružení odlitků z mosazi bez přítomnosti těchto nízkotavitelných fází se neláme, je spojitá a tvoří zcuchané smotky nebo spojité spirály (obr.4c). Výsledky měření drsnosti obrobeného povrchu jsou na obr. 5. Z grafu je patrné, že drsnost povrchu experimentálních slitin s Bi byla srovnatelná s drsností povrchu komerční slitiny CuZn40Pb2. Zatímco u odlitků z komerční slitiny byla drsnost obrobeného povrchu poněkud menší (Ra ~ 3,24 µm) oproti většině odlitkům z experimentální slitiny (Ra ~ 3,3-4,14 µm), u výlisků a výtažků tomu bylo naopak. Experimentální slitiny u všech tvářených výrobků vykazovaly menší drsnost obrobeného povrchu (Ra ~1,02 -1,15 µm) než stejné výrobky z komerční olovnaté slitiny CuZn40Pb2 (Ra ~1,2-1,48 µm) (obr. 6) Směr řezu Direction of cutting

a)

Posuv materiálu Feed

b)

Obr. 6: Nerovnosti a nespojitosti obrobeného povrchu lisovaných tyčí pr. 24,5 mm po soustružení pro:a) experimentální slitina D3 (CuZn40Bi1,5) b) komerční slitina E1 (CuZn40Pb2)

METAL 2001


Odolnost proti odzinkování byla stanovena podle metodiky ČSN ISO 6509 na odlitcích a výkovcích experimentálních vizmutových mosazí A, B, C a D, referenční olovnaté mosazi CuZn40Pb2 (M a E1) a arsenové mosazi S. Podstata zkoušky spočívala v metalografickém měření odzinkované vrstvy po expozici zkoušeného materiálu v 1 % roztoku chloridu měďnatého po dobu 24 h při teplotě 75 °C (obr. 7). Výsledky zkoušky jsou v tab. 3. Z tabulky je zřejmé, že odlitky A a D z experimentálních Obr. 7: Struktura odlitku experiment. Bi vizmutových mosazí a výkovky ze slitiny D slitiny D (CuZn39Bi1,5) s částicemi fáze vykazovaly lepší odolnost proti odzinkování Bi a rozhraním odzinkované povrchové než odlitky z technické olovnaté mosazi vrstvy jdoucí přednostně po oblastech CuZn40Pb2. Ve své odolnosti proti β/ − fáze (zv. 500x) odzinkování se vyrovnají tzv. arzenovým mosazím, do kterých je As záměrně legován pro zvýšení odolnosti proti této korozi. Tab.3 Maximální hloubka odzinkování experimenálních vizmutových mosazí A, B, C, D, referenčních olovnatých mosazí CuZn40Pb2 (M a E1) a arsenové mosazi CuZn36Pb2As Slitina

Označení

Maximální hloubka odzinkování [mm] Odlitek Výkovek CuZn38Bi1,5P A 0,25 0,58 CuZn36SnBi2 B 0,34 0,24 CuZn35Si0,75Bi1,5 C 0,42 0,46 CuZn39Bi1,5 D 0,31 0,20 CuZn40Pb2 M 0,60 CuZn40Pb2 E1 1,30 CuZn36Pb2As *) S 0,35 *) Cu 61,9 %, Pb 2,08 %, As 0,11 %, Sn 0,03 %, zbytek Zn Kujnost a zpracovatelnost. Po laboratorních a poloprovozních testech nových experimentálních vizmutových mosazí jsme přikročili ke zkouškám jejich zpracovatelnosti na reálné konečné výrobky. Při zkouškách zápustkového kování se postupovalo od tvarově jednoduchých výkovků po tvarově složité výkovky, kované několika rázy. Byl zvolen i výkovek, sloužící pro výrobu pláště bytových vodoměru pro pitnou vodu (obr.8). Zkoušky zápustkového kování proběhly ve spolupráci s Kovárnou Ing. M.Kupka - J.Jindra v České Třebové. Byla zkoušena kujnost odlitků z experimentálních slitin D1, D3 a P a porovnávána s kujností odlitku z referenční slitiny CuZn40Pb2 (M). Kvalita výkovků z experimentálních slitin byla srovnatelná s kvalitou výkovků z referenční olovnaté slitiny CuZn40Pb2. V Armaturce Vranova Lhota, a.s. byly výkovky na obráběcích automatech třískově obrobeny na konečný rozměr. Zkoušky zpracovatelnosti třískovým obráběním na obráběcích automatech proběhlo bez problémů. Kvalita obrobeného povrchu výrobků z experimentálních vizmutových mosazí byla srovnatelná s kvalitou povrchu výrobků z olovnaté mosazi CuZn40Pb2.

METAL 2001


Obr. 8: Plášť vodoměru jako modelový výrobek z experimentální slitiny CuZn40Bi1,5

4. Souhrn a) U systému Cu-Zn s vyšším obsahem Zn nad 38 % (α+β mosazi) lze samotným netoxickým vizmutem nebo v kombinaci s malým množstvím olova zvýšit obrobitelnosti tohoto systému podobně jako olovem. b) Vizmut vytváří ve struktuře odlitků α+β mosazí téměř kulové fáze rozložené převážně na hranicích zrn. Plastické vlastností za studena sledovaných experimentálních vizmutových mosazí CuZnBi s obsahem Zn od 38 do 41 hm. % a Bi od 1,5 do 2 hm. % se pohybují od 16 do 30 % v závislosti na stavu materiálu. Jejich plasticita je dostatečně vysoká pro použití těchto slitin jako konstrukční materiál pro součástky vodovodních instalací. c) Plastické vlastnosti za vysokých teplot jsou u experimentálních vizmutových mosazí stejné nebo vyšší než u mosazi CuZn40Pb2. d) Odolnost proti odzinkování experimentálních vizmutových α+β mosazí je na stejné úrovni nebo vyšší než u olovnatých α+β mosazí s přibližně stejným obsahem zinku. e) Experimentální vizmutové α+β mosazi lze zápustkově kovat na výkovky složitých tvarů. Výkovky lze třískově obrábět na obráběcích automatech na konečné výrobky s kvalitou srovnatelnou s kvalitou výrobků z olovnatých obrobitelných mosazí CuZn40Pb2 a CuZn39Pb3. f) Experimentální vizmutové α+β mosazi představují možnou bezolovnatou alternativu k olovnatým automatovým mosazím CuZn40Pb2 - CW617N a CuZn39Pb3 - CW614N, jejichž použití pro styk s vodou se postupně omezuje. Poděkování: Práce byly řešeny v rámci projektu GA ČR č. 106/99/1476. Autoři děkují vedení a pracovníkům firem Kovohutě Čelákovice, a.s., Kovárna Ing. M.Kupka - J.Jindra v České Třebové a Armaturka Vranova Lhota, a.s. za to, že umožnily v provozu svých firem provést testy nových experimentálních slitin.

METAL 2001


LITERATURA [1] DRESHER,W.H.- PETERS,D.T.: Metall,46,11,1992, s.1142 [2] DRESHER,W.H.- PETERS,D.T.: Metall,47,1,1993, s.26 [3] COUNCIL DIRECTIVE 98/83/EC on the quality of water intended for human cosumption [4] Vyhláška Ministerstva zdravotnictví č.376 z 9.9.2000, kterou se stanoví požadavky na pitnou vodu a rozsh a četnost její kontroly, SZ č,376/2000, Částka 103, s.4879 [5] Vyhláška Ministerstva zdravotnictví č. 37/2001 z 8.1. 2001 o hygienických požadavcích na výrobky přicházející do přímého styku s vodou a na úpravu vody, SZ č.37/2001, Částka 13, s.645 [6] FALTUS, J - BALÍK, J.: Nové obrobitelné slitiny mědi bez olova určené pro tváření: in. Proc. of 9.Inter. Metallurg. Symposium METAL2000, ed.Prnka T., Tanger, Ostrava 2000, ISNB 80-85988-35-6, paper 603 [7] PLEWES,J.T.- LOIACONO,D.N.: Advan. Mater.Process., 1991, 10,s.23.

Bezolovnatá alternativa mosazí pro vodovodní instalace

Recommend Documents