Mosiądz czy brąz na tuleje: jak wybrać

Czym różni się mosiądz od brązu?

Mosiądz to stop miedzi z cynkiem. Brąz był pierwotnie stopem miedzi z cyną, a dziś nazwa obejmuje stopy miedzi, których głównym dodatkiem jest cokolwiek poza cynkiem i niklem: brąz cynowy, brąz cynowo-ołowiowy, brąz aluminiowy, brąz krzemowy, brąz fosforowy. Dla tulei istotne są brązy cynowe i brązy aluminiowe.

O zachowaniu powierzchni ślizgowej decyduje pierwiastek stopowy. Cyna utwardza osnowę miedziową i tworzy strukturę odporną na zużycie adhezyjne po stali; ołów, jeśli jest obecny, rozmazuje się w miękki film, który pozwala łożysku przetrwać chwilę bez oleju. Cynk przede wszystkim czyni miedź tańszą, wytrzymalszą i łatwiejszą w obróbce; do właściwości łożyskowych nie dodaje nic, a powyżej około 15 % naraża stop na odcynkowanie w środowisku wilgotnym.

Dlaczego materiałem łożyskowym jest brąz, a nie mosiądz

O życiu tulei decydują trzy właściwości: jak zużywa się po wale, jak zachowuje się, gdy film smarny się przerywa, i jak radzi sobie z twardymi cząstkami, które zawsze znajdą drogę do przegubu. Brąz cynowy jest dobry we wszystkich trzech. Jest na tyle miękki, by zagłębić ziarno zamiast ryzować wał, na tyle twardy, by utrzymać wymiar otworu, a jego struktura miedź–cyna ma małe powinowactwo do stali, więc w smarowaniu granicznym nie spawa się z wałem. Gatunki ołowiowe dodają film awaryjny; brązy aluminiowe oddają część tej wybaczalności w zamian za znacznie większą nośność.

Mosiądz z założenia nie ma żadnego z tych mechanizmów. Mosiądz automatowy jest twardy jak na stop miedzi, ale jego twardość pochodzi od cynku i nie idzie w parze z odpornością na zużycie: po stalowym wale pod obciążeniem zaciera się i zużywa szybciej niż SAE 660, a produkty zużycia działają ściernie. Normy brązów nie podają dla niego żadnego dopuszczalnego obciążenia ani prędkości. Sprawdza się tam, gdzie obciążenie jest małe, ruch sporadyczny, a cena części ma znaczenie: zawiasy drzwi i bram, przyrządy i uchwyty obróbkowe, tuleje dystansowe, tuleje prowadzące do ruchu liniowego z małą siłą oraz okucia dekoracyjne i osprzęt elektryczny.

Kiedy tuleja mosiężna jest właściwym wyborem

Mosiądz ma rację bytu tam, gdzie część jest prowadnicą lub elementem dystansowym, a nie łożyskiem przenoszącym ciągłe obciążenie.

• Małe obciążenie promieniowe, ruch wolny lub sporadyczny: zawiasy, przeguby bram i drzwi, dźwignie ręczne, mechanizmy regulacyjne.
• Tuleje prowadzące do ruchu liniowego z małą siłą, gdzie czysty otwór liczy się bardziej niż trwałość.
• Części toczone masowo z pręta, w których o koszcie decyduje czas cyklu.
• Osprzęt elektryczny lub cieplny, w którym liczą się przewodność i jasne wykończenie.
• Praca na sucho lub z lekkim oliwieniem, w pomieszczeniach; nie w wodzie, nie w warunkach morskich, nie w atmosferze amoniaku.

Jeżeli rysunek obciążonej tulei mówi „mosiądz”, warto zapytać dlaczego. Często oznacza to po prostu „żółty metal”, a oryginalna część była z brązu.

Kiedy tuleja brązowa jest właściwym wyborem

Brąz jest wyborem domyślnym dla każdej tulei, która przenosi obciążenie w ruchu. Konstrukcja wynika wtedy z dostępnego smarowania.

• Brąz odlewany i obrabiany (C93200, C90500, C95400): przeguby, tłoczyska, skrzynie biegów i pompy ze smarem lub olejem; dowolny wymiar, dowolny rysunek.
• Brąz zwijany (taśma CuSn8 z kieszeniami lub otworami): cienkościenne, mocno obciążone sworznie w maszynach budowlanych i rolniczych, smarowane smarem.
• Brąz z wkładkami grafitowymi: gdzie dosmarowanie jest niemożliwe albo temperatura niszczy smar, przy małej prędkości.
• Brąz spiekany nasycony olejem: małe silniki, sprzęt AGD i przenośniki, które nigdy nie zobaczą smarownicy.
• Bimetal na podłożu stalowym z warstwą brązu: podzespoły motoryzacyjne i hydrauliczne o cienkiej obudowie i dużej serii.

Czy mosiądz od brązu da się odróżnić po kolorze?

Nie w sposób pewny. Świeży mosiądz jest jasnożółty, brąz cynowy cieplejszy i bardziej brązowy, brąz aluminiowy złocisty, a „brąz manganowy” C86300 jest ciemnobrązowy, chociaż jest mosiądzem. Olej, tlenki, powłoki galwaniczne i oświetlenie zacierają wszystkie te różnice. Jeżeli stop ma znaczenie, trzeba odczytać go z rysunku lub atestu materiałowego; gdy dokumentów brak, ręczny analizator XRF identyfikuje go w kilka sekund. Magnes nic nie powie: żaden z tych stopów nie jest magnetyczny.

Pułapką jest nazewnictwo. „Brąz łożyskowy” (C93200), „brąz handlowy” (C22000, mosiądz z 10 % cynku), „brąz architektoniczny” (C38500, mosiądz ołowiowy) i „brąz manganowy” (C86300, mosiądz z 25 % cynku) – wszystkie sprzedaje się pod słowem brąz. Specyfikacją jest wyłącznie numer UNS, EN lub GB.

Czy mosiądz może zastąpić brąz w tulei?

Tylko w dół, przy lżejszych warunkach pracy. Tuleja mosiężna może zastąpić brązową w lekko obciążonym przegubie, jeżeli klient akceptuje krótszą trwałość; tuleja brązowa zawsze może zastąpić mosiężną, tylko drożej. Zamiana SAE 660 na mosiądz automatowy w obciążonym, smarowanym węźle objawi się poryzowanym wałem w ciągu kilku miesięcy.

Gdy tak naprawdę chodzi o koszt, są lepsze drogi niż zmiana grupy stopów: tuleja zwijana z CuSn8 zużywa ułamek brązu potrzebnego na tuleję obrabianą; tuleja bimetalowa na podłożu stalowym nakłada cienką warstwę brązu na tani stalowy korpus; tuleja z brązu spiekanego jest prasowana na wymiar bez obróbki skrawaniem. Gdy rysunek na to pozwala, wyceniamy te rozwiązania obok części obrabianej.

W zapytaniu warto podać numer stopu, materiał i twardość wału, sposób smarowania oraz obciążenie. Te pięć informacji decyduje o materiale.