Clasificarea aliajelor de cupru și rolul elementelor de aliaj
Aliajul de cupru se referă la un aliaj format prin adăugarea unuia sau mai multor alte elemente la cuprul pur. Clasificarea aliajelor de cupru este destul de ușor de înțeles. Există multe culori de aliaje de cupru. Tipurile de aliaje de cupru fără cupru au culori diferite. Aliajele de cupru au în principal culori violet, galben, cyan și alte culori.
1. Clasificare
Clasificare aliaj de cupru: după culoare
1. Alama: se referă la un aliaj pe bază de cupru și zinc, care poate fi subdivizat în alamă simplă și alamă complexă. A treia componentă a alamei complexe se numește alamă nichel, alamă silicon etc.;
2. Bronz: se referă la aliajele pe bază de cupru, altele decât aliajele cupru-nichel și cupru-zinc. Principalele soiuri sunt bronzul de staniu, bronzul de aluminiu și bronzul special (cunoscut și ca aliaj de cupru bogat);
3. Cupru alb: se referă la aliajul cupru-nichel;
4. Cupru roșu: se referă la cuprul pur. Principalele soiuri includ cuprul fără oxigen, cuprul roșu, cuprul dezoxidat cu fosfor și cuprul argintiu.
Clasificarea aliajelor de cupru: împărțită pe sistemul de aliaje
1. Cupru nealiat: Cuprul nealiat include cupru de înaltă puritate, cupru dur, cupru dezoxidat, cupru fără oxigen etc. În mod tradițional, oamenii numesc cupru nealiat cupru roșu sau cupru pur, numit și cupru roșu.
2. Alte aliaje de cupru aparțin cuprului aliat. Țara mea și Rusia împart aliajele de cupru în alamă, bronz și cupru alb, apoi împart sistemele de aliaje mici în categorii majore.
Clasificarea aliajului de cupru: împărțit pe funcție
1. Aliaje de cupru pentru conductivitate electrică și termică: în principal cupru nealiat și cupru microaliat.
2. Aliaje structurale de cupru: inclusiv aproape toate aliajele de cupru.
3. Aliaje de cupru rezistente la coroziune: includ în principal alamă de staniu, alamă de aluminiu, diverse cupru non-alb, bronz de aluminiu, albastru de titan etc.
4. Aliaje de cupru rezistente la uzură: includ în principal alamă complexă, bronz aluminiu etc. care conțin plumb, staniu, aluminiu, mangan și alte elemente.
5. Aliaje de cupru ușor de tăiat: cupru-plumb, cupru-telur, cupru-antimoniu și alte aliaje.
6. Aliaj elastic de cupru: în principal bronz de antimoniu, bronz de aluminiu, bronz de beriliu, bronz de titan etc.
7. Aliaj de cupru de amortizare: aliaj de cupru cu conținut ridicat de mangan etc.
8. Aliaj artistic de cupru: cupru pur, alamă, bronz staniu, bronz aluminiu, cupru alb etc.
Clasificarea aliajelor de cupru: împărțită după metoda de formare a materialului
1. Aliaj de cupru turnat: Turnarea poate fi folosită și pentru procesarea deformării.
2. Aliaj de cupru deformat: aliajul de cupru deformat poate fi folosit pentru turnare.
3. Aliajele de cupru turnate și aliajele de cupru deformate pot fi împărțite în cupru turnat, alamă, bronz și cupru alb.
2. Rolul elementelor de aliaj
Este inevitabil ca oligoelemente să intre în cupru. Datorită diferitelor caracteristici ale elementelor, acestea pot să nu se dizolve în cupru, să aibă o cantitate mică de soluție solidă, o cantitate mare de soluție solidă sau o solubilitate reciprocă infinită. Solubilitatea solidului scade drastic pe măsură ce temperatura scade și există schimbări complexe de fază în faza solidă. etc., astfel încât impactul asupra proprietăților cuprului variază foarte mult.
3. Elemente din aliaj
Efectul asupra conductivității aliajelor de cupru
1. Hidrogen
Hidrogenul și cuprul nu formează hidruri. Solubilitatea hidrogenului în cuprul lichid și solid crește pe măsură ce temperatura crește, în special în cuprul lichid, care are o solubilitate mare. Când cuprul se solidifică, hidrogenul formează pori în cupru, făcând ca produsele din cupru să devină casante. În cuprul solid, hidrogenul există în stare de proton, iar electronii hidrogenului umplu orbitalii stratului S ai atomilor de cupru pentru a forma o soluție solidă de protoni. Deși hidrogenul pur are un efect redus asupra performanței cuprului, hidrogenul este dăunător cuprului și aliajelor de cupru. Cuprul care conține oxigen va produce fisuri atunci când este recoapt în hidrogen. Diverse elemente au efecte diferite asupra solubilității hidrogenului în cupru. Printre acestea, elemente precum Ni și Mn cresc solubilitatea, în timp ce elemente precum P și Si reduc solubilitatea. Conținutul de hidrogen din încărcătură poate fi controlat prin reducerea timpului de topire, ajustarea compoziției și utilizarea suprafeței de topire a acoperirii cu cărbune și alte metode pentru a reduce conținutul de hidrogen din cupru.
2. Oxigen
Oxigenul este inevitabil în procesul de producție a cuprului, iar impactul său este, de asemenea, foarte important. Cu excepția unei cantități foarte mici de soluție solidă în cupru, aceasta există sub formă de Cu2O. Oxidul de cupru nu este solid-solubil în cupru și formează o structură eutectică Cu+Cu2O, care este distribuită la granițele granulelor. Reacția eutectică este: L care conține oxigen 0.39% ---- care conține oxigen 0.01% + Cu2O, în cuprul hipoeutectic Conținutul de oxigen al cuprului este direct proporțional cu cantitatea de eutectic , iar conținutul de oxigen din cupru poate fi măsurat cu precizie comparându-l cu imaginile standard la microscop.
Influența oxigenului asupra proprietăților cuprului și aliajelor este complexă. Urmele de oxigen au un efect redus asupra conductivității electrice și proprietăților mecanice ale cuprului. Cuprul industrial are o conductivitate electrică ridicată. Motivul este că oxigenul, ca detergent, poate elimina multe elemente din cupru. Impuritățile nocive pătrund în zgură sub formă de oxizi, în special elemente precum arsenul, antimoniul și bismutul. Conductivitatea electrică a cuprului care conține o cantitate mică de oxigen poate ajunge la 100% până la 103% IACS. Cuprul de înaltă puritate, cum ar fi cuprul 6N, poate supraviețui în condiții criogenice. Valoarea rezistenței este destul de scăzută.
Conținutul de oxigen al cuprului utilizat în componentele electrice de vid trebuie controlat strict. Motivul este că dispozitivele electrice de vid trebuie să fie încapsulate în hidrogen. Prezența hidrogenului în cupru va provoca boala hidrogenului și va cauza deteriorarea dispozitivului într-un mediu cu vid înalt.
Când cuprul și aliajele de cupru sunt topite, dezoxidarea trebuie efectuată în general. Dezoxidanții includ fosfor, bor, magneziu etc., care se adaugă sub formă de aliaje intermediare. Fosforul este cel mai eficient dezoxidant, dar cantitatea reziduală de fosfor trebuie controlată cu strictețe, deoarece poate reduce puternic conductivitatea electrică a cuprului și aliajelor.
3. Antimoniu, bismut, sulf, teluriu, seleniu
Solubilitatea solidă a acestor elemente în cupru este extrem de mică și ele sunt practic insolubile în cupru la temperatura camerei. Ele există sub formă de compuși metalici și sunt distribuite la limitele granulelor. Au un efect redus asupra conductivității electrice și termice a cuprului, dar deteriorează grav plasticitatea cuprului și a aliajelor. Performanța prelucrării, conținutul acestuia trebuie strict controlate, iar standardele naționale prevăd că nu trebuie să depășească {{0}}.005%; deoarece cuprul care conține aceste elemente are proprietăți bune de tăiere, este folosit și în cercurile tehnice și tehnice, cum ar fi cuprul de crom, care poate fi folosit ca întrerupător de vid și întrerupător. Contactele comutatorului împiedică contactele comutatorului să adere atunci când circuitul este întrerupt. Conținutul de bismut din cuprul de bismut poate fi de la 0,5% până la 1,0%; Aliajul de teluriu-cupru care conține 0,15% până la 0,5% teluriu poate fi folosit ca oțel inoxidabil foarte conductiv, ușor de tăiat. Cupru cu oxigen poate fi procesat în componente electronice de precizie. Ca aliaj de cupru cu scop special, aceste elemente pot fi adăugate, dar tehnologia sa de procesare este specială și pot fi utilizate metode precum extrudarea jacketului, extrudarea la rece, turnarea și metalurgia pulberilor.
4. Arsenic, bor
Arsenicul are o solubilitate solidă mare în cupru, iar conținutul în soluția solidă poate ajunge la 6,8% până la 7,0%. Prezența arsenicului în cupru reduce puternic conductivitatea electrică și conductibilitatea termică a acestuia. În general, este adăugat ca modificator, în special pentru alamă. Aliajele condensatoare sunt și mai valoroase. Utilizarea tuburilor de condensare în centrale termice și nave în ultimii 100 ani a arătat că alama care conține 0,1% până la 0,15% arsen poate preveni coroziunea dezincificată a alamei și poate rezolva problema condensatorului de alamă. tuburi. Scurgerea timpurie este o problemă fatală, așa că diverse standarde de materiale prevăd că trebuie adăugat arsen. Experiența arată că tuburile condensatoare HSn70-1 fără arsenic se scurg adesea în primii 2 până la 3 ani de utilizare. După adăugarea de arsen, durata de viață poate fi mărită la 15 până la 20 de ani, ceea ce se numește un progres tehnologic major în cercetarea aliajelor de cupru. Motivul pentru care arsenul poate preveni coroziunea prin dezincificare a alamei este că multe studii au arătat că arsenul poate reduce potențialul electrodului cuprului, reducând astfel tendința de coroziune electrochimică. Întrucât oxizii de arsenic poluează mediul înconjurător și sunt nocivi pentru organismul uman, fabricile care topesc aliaje ar trebui să aibă măsuri speciale de protecție a mediului și de protecție; arsenul ar trebui adăugat sub formă de aliaje principale, iar conținutul de arsen din aliajele principale de arsenic-cupru poate ajunge la 15% până la 30%.
Borul are o solubilitate solidă scăzută în cupru și este utilizat în general ca dezoxidant. Borul rămas poate rafina boabele. Oamenii au descoperit că efectul de deteriorare este foarte semnificativ. Adăugarea de {{0}},01% până la 0,04% bor la aliajele de alamă adăugate cu arsenic are ca efect o protecție mai bună împotriva dezincificării și coroziunii alamei. Oxidul de bor este un excelent agent de acoperire în topirea aliajelor de cupru și a fost utilizat pe scară largă. Borul este, de asemenea, adăugat în mod obișnuit la materialele de sudură din cupru pentru a preveni oxidarea metalului de sudură.
5. Fosfor
Pe măsură ce temperatura scade, cantitatea de soluție solidă de fosfor din cupru scade rapid, atingând {{0}},6% la 300 grade și 0,4 % la 200 grade . Fosforul dizolvat în cupru reduce semnificativ conductivitatea electrică a acestuia. Conductivitatea benzii moale care conține P0,014% este de 94% IACS. Conductivitatea P0,14% este de numai 45,2%. Fosforul este cel mai eficient și cel mai ieftin dezoxidant. Prezența urmelor poate îmbunătăți fluiditatea topiturii, poate îmbunătăți sudarea și rezistența la coroziune a cuprului și aliajelor și poate crește temperatura anti-înmuiere. Prin urmare, fosforul este și componenta principală a cuprului. Și elementele aditive valoroase din aliaje, aliajele de cupru fosfor care conțin P0,015% până la 0,04% sunt utilizate pe scară largă în producția de conducte de apă pentru clădiri, conducte de căldură pentru refrigerare și aer condiționat și conducte de apă de mare pentru nave; Plăcile și benzile din aliaj de cupru cu conținut scăzut de fosfor sunt utilizate pe scară largă în industria electronică și chimică, benzile de cupru cu cadru de plumb cu circuite integrate folosesc, de asemenea, un număr mare de aliaje de cupru de joasă fidelitate; Aliajele de cupru fosfor cu compoziție eutectică sunt materiale excelente de sudare. Aliajele bogate în cupru au superplasticitate la 580 până la 620 de grade și pot fi încălzite. Sârma de sudură extrudată în 3~5 mm este un material important pentru sudarea cuprului și aliajelor de cupru, a oțelului și a pieselor din cupru.
6. Plumb
Plumbul nu este solid solubil în cupru, iar solubilitatea sa solidă în aliaje de cupru este, de asemenea, foarte mică. Formează o structură eutectică fuzibilă cu cuprul. Pentru cuprul care conține de la 0 până la 38% plumb, plumbul lichid este nemiscibil cu cuprul lichid și se solidifică. Se formează o structură monocristalină; în stare solidă, plumbul este distribuit în stare simplă în cupru și poate fi distribuit în interiorul bobului și la limita granulelor. Atunci când un aliaj de cupru care conține plumb suferă o schimbare de fază sau recristalizare, plumbul de la limita granulelor poate fi transferat la limita de cereale. Interior. Plumbul nu are un efect semnificativ asupra conductivității electrice și termice a cuprului și aliajelor, dar poate îmbunătăți prelucrabilitatea. Particulele de plumb sunt o fază solidă, care este faza moale dorită pentru materialele de rulment. Prin urmare, cuprul și aliajele care conțin plumb sunt materiale valoroase și ușor de tăiat. Materialele pentru rulmenți sunt mai populare pe piață datorită costului lor scăzut. Alama care conține plumb este utilizată pe scară largă. Cu cât particulele de plumb sunt mai mici, cu atât distribuția este mai uniformă și performanța este mai bună. Cuprul și aliajele cu plumb pot fi folosite ca turnare sau prelucrate prin presare. Alama de plumb este monofazată la temperaturi ridicate (peste 500 de grade), are o lucrabilitate excelentă la cald și poate rezista la deformații termice mari. Cu toate acestea, este o fază și o fază a+ la temperatura camerei. Are rezistență mare la deformare și plasticitate slabă în timpul deformării la rece. , Rata excesivă de procesare va cauza fisuri în materialul aliajului.
Odată cu dezvoltarea științei și tehnologiei, conținutul de plumb al alamei de plumb convenționale a crescut de la 0,8% la 2,5% la mai mult de 5% și noile cupru roșu, alamă, bronz și cupru alb care conțin plumb. sunt în continuă dezvoltare. În special, trebuie subliniat că aliajele de cupru care conțin plumb sunt extrem de adaptabile la materiile prime și pot fi produse direct folosind cupru reciclat, care este foarte important pentru întreprinderile de prelucrare a cuprului.
7. Fier, zirconiu, crom, siliciu, argint, beriliu, cadmiu
Caracteristica comună a acestor șapte elemente metalice este că au solubilitate solidă limitată în cupru, iar solubilitatea lor solidă se modifică drastic odată cu schimbările de temperatură. Când temperatura începe să scadă după ce cristalizarea aliajului este finalizată, începe și solubilitatea lor solidă în cupru. Descrește și precipită din faza solidă sub formă de compuși metalici sau elemente elementare. Când aceste elemente sunt solide dizolvate în cupru, ele pot îmbunătăți semnificativ rezistența acestuia și au un efect de întărire a soluției solide. Când precipită din faza solidă, are loc întărirea dispersiei. Ca urmare, proprietățile de conductivitate electrică și termică au fost restaurate. Sunt aliaje tipice de cupru tratate termic pentru îmbătrânire. Prin călire (950~980 grade, apă de stingere) și îmbătrânire (450~550 grade, 2-4h), pot fi obținute proprietăți de rezistență ridicată și conductivitate electrică ridicată. Urmele de argint nu reduc semnificativ conductivitatea electrică și conductibilitatea termică a cuprului, dar pot crește semnificativ temperatura de recristalizare, rezistența la deformare și rezistența la uzură. Este utilizat pe scară largă la comutatoarele motoarelor și, mai recent, la fabricarea firelor de contact pentru trenurile de mare viteză. . Cuprul are proprietatea de a nu genera scântei la impact și este un material important pentru instrumentele de aviație. Deoarece cadmiul este toxic și poluează mediul înconjurător, utilizarea sa este în scădere. Cuprul de beriliu este cel mai elastic material. Beriliul întărește cuprul cel mai semnificativ. Rezistența cuprului de beriliu după tratamentul termic poate ajunge de 4 până la 5 ori mai mare decât a cuprului pur.
Fierul poate rafina cerealele și poate îmbunătăți proprietățile cuprului și aliajelor. În mediile care necesită proprietăți antimagnetice, conținutul de fier trebuie controlat strict, în general sub 0,003%.
Zirconiul și aliajele crom-cupru au conductivitate electrică ridicată, rezistență și rezistență bună la înmuiere. Sunt cele mai bune aliaje cu electrozi și au aplicații importante în motoarele aerospațiale.
Bronzul siliconic are o rezistență ridicată și rezistență la uzură. Fierul, zirconiul și bronzul crom sunt cele mai recente aliaje de cupru de înaltă rezistență și conductivitate ridicată și au aplicații importante în fabricarea electrozilor.
Fierul, siliciul, zirconiul și aliajele crom-cupru au devenit baza aliajelor de cupru pentru cadrele de plumb cu circuite integrate, iar cercetarea asupra compoziției și proprietăților aliajului lor este foarte activă.
8. Zinc, staniu, aluminiu, nichel
Caracteristica comună a acestor patru elemente este că au o solubilitate solidă mare în cupru, care este de 39,9%, 15,8% și, respectiv, 9,4%. Nichelul este infinit solubil unul în celălalt. Ele formează o soluție solidă continuă cu cupru și au o zonă largă monofazată. Ele pot îmbunătăți semnificativ proprietățile mecanice și rezistența la coroziune a cuprului, dar reduc și conductivitatea electrică și termică a cuprului. În comparație cu alte materiale metalice, sunt încă materiale conductoare electrice și termice excelente. Ele formează aliaje valoroase cu cupru, care pot fi împărțite în aliaje de alamă, bronz și cupru alb, formând baza unui sistem uriaș de aliaje. Aceste aliaje au proprietăți complete excelente. De exemplu, alama are rezistență ridicată, rezistență la uzură, rezistență la coroziune, conductivitate termică ridicată și cost redus; bronzul are rezistență ridicată, rezistență la uzură și rezistență la coroziune; cuprul alb are o rezistență extrem de bună la calitatea dură a apei și la coroziunea apei de mare. Toate aceste avantaje sunt alte avantaje. Materialele metalice nu pot fi înlocuite.
9. Elemente de pământ rare
Elementele pământurilor rare sunt în general aproape insolubile în cupru, dar o cantitate mică de metale pământuri rare, fie că sunt adăugate singure sau într-o formă amestecată, sunt benefice pentru proprietățile mecanice ale cuprului și au un efect redus asupra conductivității electrice a cuprului. Acest tip de element poate forma compuși cu punct de topire ridicat cu impurități precum plumbul și bismutul din cupru. Particulele sferice mici sunt distribuite uniform în boabe, rafinând boabele și îmbunătățind plasticitatea oțelului la temperatură înaltă. Adăugarea de 0.008% amestec de pământuri rare la cupru poate îmbunătăți semnificativ proprietățile de proces ale cuprului; când se adaugă mai puțin de 0,1% Y, proprietățile mecanice și proprietățile de proces ale cuprului sunt îmbunătățite; proprietățile mecanice ale aliajelor de cupru care conțin 0,01%~0,15% La Performanța, conductibilitatea electrică și temperatura de rezistență la înmuiere sunt toate mai bune decât cele ale aliajului Cu-0.15Ag și a fost utilizat în industrie.
10. Metale refractare și alte metale
Elemente precum wolfram, molibden, niobiu, uraniu și plutoniu aproape că nu sunt solid solubile în cupru, în timp ce titanul, zirconiul, cromul, cobaltul și alte elemente sunt solid solubile în cupru în cantități mici, dar toate rafinează granulele de cupru în grade diferite. și crește temperatura de recristalizare a acestuia. , neutralizând efectele nocive ale unor impurități fuzibile, ceea ce este benefic pentru îmbunătățirea plasticității la temperatură înaltă.
Aliajele de cupru care conțin cantități mici de zirconiu (Cl5000, C15100, C18100), cobalt (C17110, C17500) și crom (C18400, C18200, C18500) au fost folosite în industrie și au devenit materiale electrice bune.
