Cum sunt grupate materialele de cupru
Produsele din cupru sunt grupate în patru familii care se comportă destul de diferit în serviciu. Cuprul pur, numit și cupru roșu, are un conținut de cupru peste aproximativ 99,7 %, toate celelalte elemente fiind tratate ca impurități. Alama este un aliaj de cupru-zinc, cu H62 și H65 ca denumiri chineze comune și C27200 și C27000 ca echivalent UNS. Bronzul este un aliaj de cupru în care principalul adaos nu este nici zinc, nici nichel, acoperind bronzul de staniu, bronzul aluminiu și bronzul fosfor. Cupronickel folosește nichel ca adaos principal și apare ca BFe10-1{-1 sau BFe30-1-1 în GB/T 5231 și ca C70600 sau C71500 în UNS. Calitățile pure sunt împărțite în continuare pe calea de dezoxidare: cupru obișnuit T1, T2 și T3, cupru fără oxigen TU1 și TU2, cupru dezoxidat cu fosfor TUP și TP2 și clase speciale cum ar fi arsenul, telurul și cuprul argint. GB/T 5231 stabilește denumirile și limitele de compoziție, GB/T 2059 acoperă benzi, ASTM B152/B152M acoperă plăcile, foile și benzile, ASTM B170 și ASTM F68 acoperă clasele fără oxigen și EN 13601 și EN 13602 tija de acoperire, bară și sârmă pentru uz electric.
Clasa de referință pentru chimie și conductivitate
| Nota | Compoziție tipică | Conductivitate | Utilizare tipică |
|---|---|---|---|
| T1 / T2 | Cu+Ag 99,95 % min / 99,90 % min | 100 % IACS și mai sus | sârmă, cablu, bară |
| T3 | Cu+Ag 99,70 % min | putin sub T2 | piese fabricate generale |
| TU1 / TU2 | Cu+Ag 99,97 % / 99,95 % min, oxigen 0,002 % / 0,003 % max | 101-102 % IACS | dispozitive de vid, tuburi electronice |
| TUP / TP2 | fosfor-dezoxidat, P 0,015-0,040 % | aproximativ 85-95 % IACS | tub, bobine de aer-condiționat |
| C11000 | Cu 99,90 % min, oxigen 0,02-0,04 % | 100-101 % IACS | electrica generala si tabla |
| C10100 | Cu 99,99 % min, oxigen 0,0005 % max | 101-102 % IACS | piese de-vid mare, cuptor cu microunde, accelerator |
Cuprul pur are o densitate de 8,96 g/cm3 și un punct de topire de 1083 C, iar conductivitatea sa termică se încadrează în banda 385-401 W/(mK) în funcție de grad și temperatură. Standardul internațional de cupru recoapt utilizat în industrie este de 58,0 MS/m la 20 C, care este punctul de referință pentru cifra 100 % IACS menționată în fiecare certificat de fabrică.
Efectele impurităților și fragilizarea hidrogenului
Oligoelementele afectează cele două proprietăți care contează cel mai mult, conductivitatea și lucrabilitatea la cald. Fosforul, titanul, fierul și siliciul reduc drastic conductivitatea electrică și termică, motiv pentru care cuprul dezoxidat nu este niciodată specificat pentru sarcina conductorului. Cadmiul și zincul au doar un efect minor. Oxigenul, sulful, seleniul și telurul au o solubilitate solidă foarte scăzută și formează compuși fragili; abia deranjează conductivitatea dar reduc ductilitatea procesării. Eșecul clasic este fragilizarea hidrogenului, numită și boala hidrogenului: atunci când cuprul obișnuit care conține oxid cupros este încălzit într-o atmosferă reducătoare, cum ar fi hidrogenul sau monoxidul de carbon, gazul reacţionează cu oxidul la graniţele granulelor pentru a forma abur de înaltă presiune, iar metalul se sparge. Lipirea cuptorului, recoacerea strălucitoare și sudarea cuprului cu oxigen-care necesită, prin urmare, fie o atmosferă controlată, fie selectarea claselor fără oxigen-sau dezoxidate-fosforului. Bismutul și plumbul formează eutectice cu punct de topire scăzut-cu cuprul și provoacă scurtarea la cald, în timp ce adaosurile controlate de plumb, teluriu sau sulf sunt folosite în mod deliberat pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea.
Forme de aprovizionare și selecție temperatură
Cuprul este furnizat ca catod pentru retopire, ca tijă pentru trefilare, ca bară și bară colectoare pentru prelucrare și fabricare, ca bandă pentru ștanțare și ca tub fără sudură pentru instalații sanitare, refrigerare și schimb de căldură. Temperabilitatea determină formabilitatea: materialul moale O60 este utilizat pentru ambutisare adâncă și îndoire, H02 jumătate-dur pentru fabricarea generală și H04 sau mai dur pentru barele colectoare și piesele care trebuie să păstreze forma sub sarcină. Raza de îndoire, dimensiunea granulației și revenirea elastică se modifică în funcție de temperatură, așa că un desen care indică o rază de îndoire ar trebui să menționeze și temperamentul de livrare. Banda este furnizată în mod obișnuit de la 0,1 mm până la 3 mm grosime, cu condiția marginii specificată, bara de la aproximativ 3 mm până la 200 mm și tubul conform standardului de produs relevant, cum ar fi ASTM B88 pentru tubul de apă, ASTM B280 pentru tubul de aer condiționat și refrigerare sau GB/T 1527 pentru tubul tras.
Controlul calității și neînțelegerile comune
Inspecția de primire ar trebui să confirme gradul, temperarea și conductibilitatea, mai degrabă decât conținutul de cupru singur. Verificările practice sunt analiza chimică conform GB/T 5121 sau ASTM E478, testarea la tracțiune conform ASTM E8, duritatea conform ASTM E18, dimensiunea granulelor conform ASTM E112 și conductibilitatea electrică prin metoda curenților turbionari din ASTM E1004 sau prin măsurarea rezistivității conform ASTM B193. Trei neînțelegeri reapar. Primul este că cuprul roșu este întotdeauna cupru pur, atunci când termenul acoperă aliajele cu adaosuri dezoxidante deliberate. Al doilea este că T2 și C11000 sunt interschimbabile în fiecare aplicație, ceea ce nu este adevărat atunci când conținutul de oxigen și expunerea la hidrogen interacționează. Al treilea este faptul că cifrele de conductivitate pot fi comparate între certificate fără a verifica metoda de testare și temperatura, deoarece conductivitatea variază în funcție de temperatură și de metoda utilizată pentru măsurarea acesteia.
Întrebări frecvente
Î: Care este diferența dintre cuprul obișnuit și cuprul fără oxigen-?
R: Cuprul obișnuit, cum ar fi T2 sau C11000, conține 0,02-0,04 % oxigen, în timp ce clasele fără oxigen-cum ar fi TU1, C10200 și C10100 mențin oxigenul la 0,003 % sau mai jos, ceea ce previne fragilizarea hidrogenului în timpul procesării atmosferei.
Î: De ce cuprul TP2 domină tubul-de aer condiționat?
R: Dezoxidarea fosforului produce un tub fin, sudabil, cu un comportament bun la fluaj la temperaturile de lipire utilizate la fabricarea bobinei; penalizarea de conductivitate, la aproximativ 85-95 % IACS, este irelevantă pentru funcționarea schimbătorului de căldură.
Î: Cum se verifică conductivitatea la intrarea cuprului?
R: Prin metoda conductibilității cu curent turbionar conform ASTM E1004 sau prin măsurarea rezistivității conform ASTM B193, cu rezultatul raportat în MS/m sau în procente IACS la temperatura de referință de 20 C.
Î: Bronzul fosforat poate fi înlocuit cu cuprul într-un conductor?
A: Nu; Bronzul fosforic conduce doar aproximativ 15% din ceea ce face cuprul electrolitic, deci este mai degrabă un material de arc și de uzură decât un conductor.
Î: Ce cauzează crăparea unei piese de cupru după lipire?
R: Fragilarea prin hidrogen, în care gazele reducătoare ale cuptorului reacţionează cu oxidul cupros la limitele granulelor şi generează abur de înaltă presiune-; remediul este să specificați cuprul fără oxigen-sau cu fosfor-dezoxidat pentru acea cale de proces.
