Vasest oluliselt kõrgema kõvadusega messingist stantsimisdetailide materjalimehhanismi analüüs

Elektri-, riistvara-, sanitaartehnilistes ja autoosade tootmisharudes on messingist ja vasest stantsitud stantside jõudluse erinevused alati olnud materjalide valikul kesksel kohal. Messingist lehtmetalli stantsimine on tavaliselt 2–3 korda kõvem kui vask. Selle põhiprintsiibiks on tsingi lisamisest põhjustatud tahket lahust tugevdav toime, mis on kombineeritud messingi ainulaadsete kristallstruktuuri omaduste ja külmtöötlemise eelistega, mille tulemuseks on suurepärane vastupidavus deformatsioonile ja konstruktsiooni tugevus.

Vase-tsingisulamina tuleneb messingi suurepärane kõvadus peamiselt tsingi aatomite tahke lahuse tugevdavast toimest vasevõrele. Puhtal vasel on hästi järjestatud esi-keskne kuupvõre ja hästi-järjestatud aatomipaigutus. Väliste jõudude mõjul libisevad selle kristalltasandid kergesti, mille tulemuseks on suhteliselt pehme ja madala kõvadusega materjal. Kui tsingi aatomid on kaasatud vaskvõre, tekitab tsingi ja vase aatomi suuruse erinevus võre moonutusi, mis häirib algset järjestatud aatomi paigutust. See moonutus takistab oluliselt dislokatsiooni liikumist, suurendades oluliselt plastiliseks deformatsiooniks vajalikku välisjõudu, väljendudes seega makroskoopiliselt kõvaduse olulise suurenemisena. Andmed näitavad, et tavalise messingi Brinelli kõvadus võib ulatuda 60–100 HB-ni, samas kui mõnede keerukate messingide kõvadus võib ulatuda 120–180 HB-ni, puhta vase puhul aga ainult 35–45 HB. Messingi kõvadus võib olla 2–3 korda suurem kui puhta vase kõvadus.

Lisaks tahke lahusega tugevdamisele annab messingi kristallstruktuur sellele suurepärase töökõvenemisvõime. Tüüpilisel -faasi messingil (tsingisisaldus alla 37%) on ka pind-keskne kuubikujuline struktuur, kuid selle ühtlane deformatsioonivõime on parem kui puhtal vasel, töökõvenemisindeks on 0,45, kõrgem kui vasel (0,35). See tähendab, et stantsimisdeformatsiooni ajal saab messing tõhusamalt saavutada külmtöötlemise kõvenemise läbi dislokatsiooni korrutamise, parandades seeläbi veelgi selle kõvadust vormimise ajal. Lisaks on mõnele spetsiaalsele messingile lisatud ka selliseid elemente nagu plii, tina, alumiinium ja mangaan, mis optimeerivad veelgi materjali tugevust ja kulumiskindlust tahke lahuse või sademete tugevdamise kaudu. Nende hulgas võib mangaanmessing jõuda 220 MPa väsimuspiirini, mis on puhtal vasel raskesti saavutatav.

Tembeldamise käigus suureneb messingi ja vase kõvaduse erinevus veelgi. Külmvaltsimise või stantsimise ajal suureneb messingi kõvadus iga külmtöötlemise etapiga täiendavalt 10–20%. See kõvastusefekt annab stantsitud messingosadele suurema pinna kõvaduse ja kulumiskindluse. Teisest küljest kogeb vask pärast külmtöötlemist piiratud kõvenemist ja see nõuab sageli lõõmutamist, et kõrvaldada sisemine pinge ja säilitada järgnevat töödeldavust, mistõttu on raske saavutada märkimisväärset kõvaduse suurenemist ainult tembeldamisega. Selle jõudluse erinevuse tulemusel on stantsitud messingist osadel parem deformatsiooni- ja kulumiskindlus, mis muudab need eriti sobivaks spetsiifiliste konstruktsioonitugevusnõuetega komponentide (nt hammasrattad, lukud ja torustiku ventiilide korpused) tootmiseks.

Vase stantsimisel ei mõjuta materjali suurenenud kõvadus mitte ainult vormimisraskusi, vaid on otseselt seotud ka lõpptoote kulumiskindluse ja mõõtmete stabiilsusega. Elektriühenduste valdkonnas tasakaalustavad hõbetatud messingklemmidega stantsitud osad juhtivust ja kontaktide kulumiskindlust, muutes need eelistatud lahenduseks lülitite ja pistikupesade jaoks. Masstootmises saab kohandatud vase stantsimise nõudluse korral kasutada messingi külmtöötlemise kõvenemisomadusi ideaalsete mehaaniliste omaduste saamiseks ilma järgneva kuumtöötluseta, vähendades oluliselt tootmiskulusid.

Kokkuvõtteks võib öelda, et kõvaduse eelisMessingist lehtmetalli stantsimineei ole tingitud ühest tegurist, vaid pigem tahke lahuse tugevdamise, kristallstruktuuri omaduste ja külmtöötlemise kõvenemise sünergilisest mõjust. See materjaliomadus annab inseneridele materjalide valikul selged toimivuspiirid: rakenduste puhul, mis nõuavad suurt juhtivust ja suurepärast vormitavust, jääb vask eelistatud valikuks; samas kui stantsitud osade puhul, mis nõuavad suuremat konstruktsioonitugevust ja kulumiskindlust, on messing kahtlemata kuluefektiivsem tehniline lahendus. Kuna elektripistikud, klemmiplokid ja lülitisõlmed arenevad miniaturiseerimise ja suure töökindluse suunas, pööratakse messingist stantsitud kõvaduse eelisele jätkuvalt tööstuse tähelepanu ja seda uuritakse veelgi.

Erinevate toodete puhul, millel on erinevad kõvaduse ja konstruktsioonitugevuse nõuded, nagu messingist ja vasest stantsimismaterjalide ja töötlemismeetodite täpne sobitamine, võtke meiega julgelt ühendust kohandatud lahenduste saamiseks.