Cele patru ramuri ale familiei de cupru
Cuprul nu este un singur material, ci o familie de metale pure și aliaje care au în comun un element de bază, în timp ce diferă foarte mult în compoziție, rezistență, conductivitate și comportament la coroziune. În achiziționarea comercială, cuvântul cupru se poate referi la cupru rezistent la electrolitic, la o alamă de cupru-zinc, la un bronz de staniu sau la un aliaj de cupru-nichel, iar fiecare ramură este guvernată de propriul standard, interval de temperatură și nivel de preț. Gruparea familiei în patru ramuri - cupru pur, alamă, bronz și cupronickel - oferă cumpărătorilor, proiectanților și inspectorilor o bază practică pentru citirea desemnărilor de grad și potrivirea unui material cu o datorie.
Industria chineză descrie familia prin standardul de compoziție de cupru forjat și aliaj de cupru GB/T 5231, în timp ce comenzile de export citează de obicei denumiri ASTM sau EN pentru aceleași materiale. Posibilitatea de a trece între cele două sisteme previne cea mai frecventă eroare de comandă de pe această piață: cumpărarea unui aliaj de cupru unde este necesar cupru pur sau plata pentru puritatea conductorului-de care aplicația nu are nevoie.
Cupru pur: grade, conductivitate și riscul de boală cu hidrogen
Cuprul pur este un metal roz-roșu care dezvoltă o peliculă de oxid violet-maro în aer, motiv pentru care comerțul chinez îl numește adesea cupru violet. Densitatea sa este de aproximativ 8,96 g/cm³ și punctul de topire de aproximativ 1084 grade. În starea recoaptă, conductivitatea sa electrică se apropie de 100% IACS, a doua după argint printre metalele comerciale, iar conductibilitatea sa termică ajunge la aproximativ 400 W/(m·K). Cuprul pur are, de asemenea, o lucrabilitate excelentă la cald și la rece și o rezistență utilă la atmosferă, la apa de mare și la o serie de acizi ne-oxidanți, alcalii și soluții sărate.
Sistemul de desemnare devine simplu odată ce prefixele sunt cunoscute:
Cupru obișnuit: de la T1 la T4, cu T1 cu cea mai mare puritate și conținut de cupru progresiv mai scăzut pe măsură ce numărul crește.
Cupru-fără oxigen: TU1 și TU2, produs fără deoxidanți reziduali, utilizat acolo unde sunt implicate atmosfere reducătoare sau conductivitate maximă.
Cupru dezoxidat: TUP și TUMn, cu adaosuri controlate de fosfor sau mangan.
Cupru speciale: mici adaosuri de argint, telur sau arsenic pentru a obține rezistență la fluaj, prelucrabilitate sau serviciu specific la coroziune.
Impuritățile contează mai mult în cuprul pur decât în orice altă ramură. Titanul, fosforul, fierul și siliciul scad puternic conductivitatea, în timp ce bismutul și plumbul formează eutectici cu topire scăzută-care provoacă fragilitate la cald. Cel mai cunoscut mod de eșec este boala hidrogenului: atunci când cuprul obișnuit care conține oxid cupros de granu-limită de granule este încălzit într-o atmosferă reducătoare, hidrogenul sau monoxidul de carbon reacționează cu oxidul pentru a forma vapori de apă-de înaltă presiune sau dioxid de carbon la granițele granulelor și fisurile metalice. Prin urmare, clasele fără-oxigen sunt specificate pentru lipire și pentru orice operațiune la temperatură-înaltă într-o atmosferă reducătoare.
Alama: aliaje de cupru-zinc și limita Alpha/Alfa-Beta
Alama este un aliaj de cupru-zinc. În sistemul binar, creșterea zincului crește rezistența și scade plasticitatea, iar practica industrială menține zincul sub aproximativ 45%, peste care fragilitatea degradează performanța. Două zone structurale domină selecția:
Alama alfa monofazică-sub aproximativ 39 % zinc: zincul se dizolvă în rețeaua de cupru, iar aliajul își păstrează o plasticitate bună atât la lucru la rece, cât și la cald. H68 este exemplul tipic.
Două-alama alfa plus beta peste aproximativ 39 % zinc: apare o fază beta mai dură, astfel încât plasticitatea scade în timp ce rezistența la tracțiune crește și domină prelucrarea la cald. H59 este exemplul comun.
Regula de desemnare chineză este litera H urmată de fracția de masă de cupru, deci H96 conține în mod nominal 96 % cupru și H59 aproximativ 59 %. Notele de distribuție au un prefix Z, de exemplu ZH62. În cazul în care se adaugă un al treilea element, urmează simbolul și conținutul acestuia, ca în HPb59-1 cu aproximativ 1 % plumb pentru prelucrabilitate sau HSn70-1 și HAl77-2 cu adaosuri de staniu și aluminiu pentru condensator și servicii maritime. Cele mai ridicate-cupru, cum ar fi H90 și H96, sunt monofazate și galben-aurie, cu o lucrabilitate excelentă; clasele mai mici de cupru sunt alese pentru părțile structurale, cum ar fi șuruburi, piulițe, șaibe și arcuri.
Bronz: Bronzul de staniu și Bronzurile Speciale
Bronzul a însemnat inițial un aliaj de cupru-staniu, numit după culoarea gri-verde a patinei sale. Utilizarea modernă acoperă bronzul de staniu, precum și un grup de bronzuri speciale-de cositor, care sunt în general mai ieftine sau mai potrivite pentru anumite sarcini:
Bronz cu staniu, cum ar fi QSn4-3: rezistență bună la coroziune și comportament la uzură, utilizat pentru rulmenți și componente ale pompei.
Bronz de aluminiu, cum ar fi QAl7: rezistență mai mare și rezistență puternică la atacul apei de mare și clorurii.
Bronz siliconic, cum ar fi QSi3-1: sudabilitate bună împreună cu proprietăți electrice utile.
Bronz cu beriliu, cum ar fi QBe2: rezistență și duritate foarte ridicate după întărirea prin precipitare, utilizat pentru arcuri și scule fără-scântei.
Bronz cu plumb și bronz turnat, cum ar fi ZCuSn10P1: materiale pentru rulmenți și bucșe turnate aproape de formă.
Denumirile chinezești folosesc Q plus simbolul elementului de aliere principal și fracția sa de masă, cu un prefix Z pentru produsele turnate, deci ZCuSn10P1 este un bronz turnat de staniu care conține aproximativ 10 % staniu și 1 % fosfor.
Cupronickel: aliaje de cupru-nichel pentru servicii maritime și termice
Aliajele de cupru-nichel sunt argintii-albe, motiv pentru care familia este numită cupru alb în limba chineză. Nichelul crește rezistența, adaugă rezistență puternică la mediile cu apă de mare și clorură și îmbunătățește comportamentul termoelectric. Cupronicul simplu este un aliaj binar de cupru-nichel, în timp ce clasele complexe adaugă mangan, fier, zinc sau aluminiu pentru a rafina performanța la coroziune. Cupronicul comercial se împarte în clase structurale și clase electrochimice, iar cei doi cai de lucru marini sunt 90-10 cupronickel, desemnat BFe10-1-1 și corespunzător UNS C70600 și 70-30 cupronickel, desemnat BFe30-1-1 sau C71500. Ambele sunt furnizate în principal ca condensator fără sudură, evaporator și tub schimbător de căldură conform ASTM B111 sau echivalentul său ASME și ambele depind de adaosuri controlate de fier și mangan pentru a menține intactă pelicula de protecție a suprafeței în apa de mare cu curgere rapidă.
Desemnări, formulare de aprovizionare și note de selecție
| Grup | Regula de numire | Note tipice | Comportament distinctiv |
|---|---|---|---|
| Cupru pur | T plus numărul de puritate; TU pentru -fără oxigen | T1-T4, TU1, TU2, TUP | Conductivitate aproape de 100 % IACS; moale; riscul de îmbolnăvire cu hidrogen dacă poartă oxigen- |
| Alamă | H plus conținut de cupru | H96, H90, H68, H59, HPb59-1 | Rezistența crește și conductivitatea scade pe măsură ce zincul crește; lucrabilitatea stabilită de structura de fază |
| Bronz | Q plus elementul principal | QSn4-3, QAl7, QSi3-1, QBe2 | Rezistenta la uzura si la apa de mare; grade de beriliu întăribile până la rezistență ridicată |
| Cupronickel | B plus conținut de nichel | BFe10-1-1, BFe30-1-1 | Argintiu{0}alb; cea mai bună rezistență la coroziune a apei de mare din familie; folosit pentru tubul condensatorului |
Toate cele patru grupuri sunt furnizate ca tijă, sârmă, placă, bandă, tub, folie și secțiuni profilate. Placa și benzile sunt laminate la cald sau la rece, tubul și bara sunt extrudate sau trase, iar sârma este trasă în jos din tijă. Prin urmare, o comandă de achiziție trebuie să menționeze mai mult decât gradul: standardul, tempera sau starea, dimensiunile și toleranțele și certificatul de inspecție necesar trebuie toate definite, deoarece aceeași denumire livrată cu o temperatură diferită se comportă diferit în ceea ce privește rezistența și formabilitatea.
FAQ
Î: Cum pot distinge cuprul pur de alamă și bronz după desemnarea calității?
Denumirile chinezești codifică familia în prima literă: T pentru cupru pur, H pentru alamă, Q pentru bronz și B pentru cupronichel, cu următorul număr care dă conținutul principal al elementului, ca în H68 pentru alamă de cupru 68 % sau BFe10-1-1 pentru cuprunicil 90-10. Comenzile internaționale folosesc aceeași logică prin numere UNS, cum ar fi C11000 pentru cupru cu pitch dur electrolitic, C26000 pentru alamă cu cartuș și C70600 pentru cupronickel 90-10.
Î: Care material de cupru are cea mai mare conductivitate electrică?
Calitățile de cupru pur fără oxigen-și electrolitic, cum ar fi C10100, C10200 și C11000, ating sau depășesc puțin 100 % IACS în stare recoaptă. Alierea reduce întotdeauna conductivitatea, astfel încât alama, bronzul și cupronicul sunt selectate pentru rezistență și rezistență la coroziune, mai degrabă decât pentru sarcina conductorului.
Î: Ce este boala hidrogenului și ce grade o evită?
Boala hidrogenului este crăparea cuprului care conține oxid cupros dispersat atunci când este încălzit într-o atmosferă purtătoare de hidrogen sau monoxid de carbon, deoarece gazul reacționează cu oxidul pentru a crea abur de-înaltă presiune sau dioxid de carbon la limitele cerealelor. Clasele fără oxigen-cum ar fi TU1 și TU2 sunt specificate pentru lipire și servicii de-reducere a temperaturii ridicate.
Î: Când ar trebui să aleg bronz în loc de alamă?
Alegeți bronzul pentru aplicații cu rulmenți, bucșe și uzură grea-și pentru servicii cu apă de mare sau clorură, unde adaosurile de staniu, aluminiu sau siliciu oferă o capacitate de încărcare mai bună și o rezistență la coroziune mai bună decât alama echivalentă. Alama rămâne alegerea mai economică și mai eficientă pentru elemente de fixare, fitinguri, piese decorative și componente generale-formate la rece.
Î: De ce tuburile de condensare folosesc mai degrabă cupronickel decât alamă?
Aliajele de cupru-nichel formează o peliculă de suprafață stabilă, susținută de fier și mangan, care rezistă la curgerea apei de mare și inhibă atacul de găuri și de impact. Acest lucru conferă cupronickelului 90-10 și 70-30 o durată de viață mai lungă decât alama din condensatoarele răcite cu apă de mare, motiv pentru care sunt alegerea standard pentru centralele electrice, desalinizarea și tubul schimbător de căldură marin.
Î: Sunt aceleași toleranțe de temperatură și dimensiune disponibile în fiecare grup?
Nu. Temperele, intervalele dimensionale și toleranțele admise sunt definite separat pentru fiecare formă de produs și standard, astfel încât o comandă de benzi de cupru pur și o comandă de tuburi de cuprunicil nu pot împărtăși o singură linie de specificații. Calitatea, standardul, tempera, dimensiunile, clasa de toleranță și cerințele de testare ar trebui să fie enumerate separat pentru fiecare articol din cerere.
