Classificatie van koperlegeringen en de rol van legeringselementen
Koperlegering verwijst naar een legering die wordt gevormd door het toevoegen van een of meerdere andere elementen aan puur koper. De classificatie van koperlegeringen is vrij eenvoudig te begrijpen. Er zijn veel kleuren koperlegeringen. Niet-kopersoorten koperlegeringen hebben verschillende kleuren. Koperlegeringen hebben voornamelijk paarse, gele, cyaan en andere kleuren.
1. Classificatie
Classificatie van koperlegeringen: op kleur
1. Messing: verwijst naar een legering op basis van koper en zink, die kan worden onderverdeeld in eenvoudig messing en complex messing. Het derde onderdeel van complex messing wordt nikkelmessing, siliciummessing, enz. genoemd;
2. Brons: verwijst naar andere legeringen op koperbasis dan koper-nikkel- en koper-zinklegeringen. De belangrijkste varianten zijn tinbrons, aluminiumbrons en speciaal brons (ook bekend als hoge koperlegering);
3. Wit koper: verwijst naar koper-nikkellegering;
4. Rood koper: verwijst naar puur koper. De belangrijkste varianten zijn zuurstofvrij koper, rood koper, fosfor-gedeoxideerd koper en zilverkoper.
Classificatie van koperlegeringen: gedeeld door legeringssysteem
1. Niet-gelegeerd koper: Niet-gelegeerd koper omvat zeer zuiver koper, taai koper, gedeoxideerd koper, zuurstofvrij koper, enz. Traditioneel noemen mensen niet-gelegeerd koper rood koper of puur koper, ook wel rood koper genoemd.
2. Andere koperlegeringen behoren tot legeringskoper. Mijn land en Rusland verdelen koperlegeringen in messing, brons en wit koper, en verdelen vervolgens kleine legeringssystemen in hoofdcategorieën.
Classificatie van koperlegeringen: gedeeld door functie
1. Koperlegeringen voor elektrische en thermische geleidbaarheid: voornamelijk niet-gelegeerd koper en micro-gelegeerd koper.
2. Structurele koperlegeringen: inclusief bijna alle koperlegeringen.
3. Corrosiebestendige koperlegeringen: omvatten voornamelijk tinmessing, aluminiummessing, divers niet-wit koper, aluminiumbrons, titaniumblauw, enz.
4. Slijtvaste koperlegeringen: omvatten voornamelijk complex messing, aluminiumbrons, enz. die lood, tin, aluminium, mangaan en andere elementen bevatten.
5. Gemakkelijk snijdende koperlegeringen: koper-lood, koper-tellurium, koper-antimoon en andere legeringen.
6. Elastische koperlegering: voornamelijk antimoonbrons, aluminiumbrons, berylliumbrons, titaniumbrons, enz.
7. Dempende koperlegering: hoge mangaankoperlegering, enz.
8. Artistieke koperlegering: puur koper, messing, tinbrons, aluminiumbrons, wit koper, enz.
Classificatie van koperlegeringen: gedeeld door materiaalvormingsmethode
1. Gegoten koperlegering: gieten kan ook worden gebruikt voor vervormingsverwerking.
2. Vervormde koperlegering: Vervormde koperlegering kan worden gebruikt voor het gieten.
3. Gegoten koperlegeringen en vervormde koperlegeringen kunnen worden onderverdeeld in gietkoper, messing, brons en witkoper.
2. De rol van legeringselementen
Het is onvermijdelijk dat sporenelementen koper binnendringen. Vanwege de verschillende kenmerken van de elementen lossen ze mogelijk niet op in koper, hebben ze een sporenhoeveelheid vaste oplossing, een grote hoeveelheid vaste oplossing of een oneindige wederzijdse oplosbaarheid. De vaste oplosbaarheid neemt drastisch af naarmate de temperatuur daalt, en er zijn complexe faseveranderingen in de vaste fase. enz., dus de impact op kopereigenschappen varieert sterk.
3. Legeringselementen
Effect op de geleidbaarheid van koperlegeringen
1. Waterstof
Waterstof en koper vormen geen hydriden. De oplosbaarheid van waterstof in vloeibaar en vast koper neemt toe naarmate de temperatuur stijgt, vooral in vloeibaar koper, dat een grote oplosbaarheid heeft. Wanneer koper stolt, vormt waterstof poriën in het koper, waardoor de koperproducten bros worden. In vast koper bestaat waterstof in een protontoestand, en de elektronen van waterstof vullen de S-laagorbitalen van koperatomen om een vaste protonoplossing te vormen. Hoewel zuivere waterstof weinig invloed heeft op de prestaties van koper, is waterstof wel schadelijk voor koper en koperlegeringen. Zuurstofhoudend koper zal scheuren veroorzaken wanneer het in waterstof wordt uitgegloeid. Verschillende elementen hebben verschillende effecten op de oplosbaarheid van waterstof in koper. Onder hen verhogen elementen zoals Ni en Mn de oplosbaarheid, terwijl elementen zoals P en Si de oplosbaarheid verminderen. Het waterstofgehalte in de lading kan worden geregeld door de smelttijd te verkorten, de samenstelling aan te passen en het smeltoppervlak te gebruiken met houtskoolbedekking en andere methoden om het waterstofgehalte in koper te verminderen.
2. Zuurstof
Zuurstof is onvermijdelijk in het koperproductieproces en de impact ervan is ook erg belangrijk. Behalve een zeer kleine hoeveelheid vaste oplossing in koper, bestaat het in de vorm van Cu2O. Koperoxide is niet vast oplosbaar in koper en vormt een Cu+Cu2O eutectische structuur, die verdeeld is aan de korrelgrenzen. De eutectische reactie is: L bevat zuurstof 0.39% ---- bevat zuurstof 0.01% + Cu2O, in hypoeutectisch koper. Het zuurstofgehalte van koper is recht evenredig met de hoeveelheid eutectisch koper en het zuurstofgehalte in koper kan nauwkeurig worden gemeten door het te vergelijken met standaardfoto's onder een microscoop.
De invloed van zuurstof op de eigenschappen van koper en legeringen is complex. Sporen van zuurstof hebben weinig effect op de elektrische geleidbaarheid en mechanische eigenschappen van koper. Industrieel koper heeft een hoge elektrische geleidbaarheid. De reden is dat zuurstof, als wasmiddel, veel elementen uit koper kan verwijderen. Schadelijke onzuiverheden komen de slakken binnen in de vorm van oxiden, vooral elementen zoals arseen, antimoon en bismut. De elektrische geleidbaarheid van koper dat een kleine hoeveelheid zuurstof bevat, kan 100% tot 103% IACS bereiken. Hoogzuiver koper, zoals 6N-koper, kan overleven onder cryogene omstandigheden. De weerstandswaarde is vrij laag.
Het zuurstofgehalte van koper dat in elektrische vacuümcomponenten wordt gebruikt, moet strikt worden gecontroleerd. De reden is dat elektrische vacuümapparaten moeten worden ingekapseld in waterstof. De aanwezigheid van waterstof in koper zal waterstofziekte veroorzaken en ervoor zorgen dat het apparaat beschadigd raakt in een hoogvacuümomgeving.
Wanneer koper en koperlegeringen worden gesmolten, moet in het algemeen deoxidatie worden uitgevoerd. Deoxidatiemiddelen omvatten fosfor, boor, magnesium, enz., die worden toegevoegd in de vorm van tussenlegeringen. Fosfor is het meest effectieve deoxidatiemiddel, maar de resterende hoeveelheid fosfor moet strikt worden gecontroleerd, omdat dit de elektrische geleidbaarheid van koper en legeringen sterk kan verminderen.
3. Antimoon, bismut, zwavel, tellurium, selenium
De vaste oplosbaarheid van deze elementen in koper is extreem klein en ze zijn in principe onoplosbaar in koper bij kamertemperatuur. Ze bestaan in de vorm van metaalverbindingen en worden verdeeld langs de korrelgrenzen. Ze hebben weinig effect op de elektrische en thermische geleidbaarheid van koper, maar ze verslechteren de plasticiteit van koper en legeringen ernstig. De verwerkingsprestaties en de inhoud ervan moeten strikt worden gecontroleerd, en nationale normen bepalen dat deze niet hoger mag zijn dan {{0}}.005%; Omdat koper dat deze elementen bevat, goede snijeigenschappen heeft, wordt het ook in de techniek en techniek gebruikt, zoals chroomkoper, dat kan worden gebruikt als vacuümschakelaar en stroomonderbreker. De contacten van de schakelaar voorkomen dat de schakelaarcontacten blijven plakken als de stroomkring wordt verbroken. Het bismutgehalte in bismutkoper kan oplopen tot 0,5% tot 1,0%; Tellurium-koperlegering met 0,15% tot 0,5% tellurium kan worden gebruikt als een zeer geleidend, gemakkelijk te snijden roestvrij staal. Zuurstofkoper kan worden verwerkt tot elektronische precisiecomponenten. Als een koperlegering voor speciale doeleinden kunnen deze elementen worden toegevoegd, maar de verwerkingstechnologie is speciaal en er kunnen methoden zoals mantelextrusie, koude extrusie, gieten en poedermetallurgie worden gebruikt.
4. Arseen, boor
Arseen heeft een grote vaste oplosbaarheid in koper en het gehalte in de vaste oplossing kan 6,8% tot 7,0% bedragen. De aanwezigheid van arseen in koper vermindert de elektrische geleidbaarheid en thermische geleidbaarheid ervan sterk. Het wordt over het algemeen toegevoegd als modificator, vooral voor koper. Condensorlegeringen zijn zelfs nog waardevoller. Het gebruik van condensorbuizen in thermische energiecentrales en schepen in de afgelopen 100 jaar heeft aangetoond dat messing dat 0,1% tot 0,15% arseen bevat, ontzinkingscorrosie van messing kan voorkomen en het probleem van de koperen condensor kan oplossen buizen. Vroegtijdige lekkage is een dodelijk probleem, daarom schrijven verschillende materiaalnormen voor dat arseen moet worden toegevoegd. De ervaring leert dat arseenvrije HSn70-1 condensorbuizen vaak lekken binnen de eerste 2 tot 3 jaar van gebruik. Na toevoeging van arseen kan de levensduur worden verlengd tot 15 tot 20 jaar, wat een belangrijke technologische vooruitgang wordt genoemd in het onderzoek naar koperlegeringen. De reden waarom arseen ontzinkingscorrosie van messing kan voorkomen, is dat veel onderzoeken hebben aangetoond dat arseen de elektrodepotentiaal van koper kan verminderen, waardoor de neiging tot elektrochemische corrosie wordt verminderd. Omdat arseenoxiden het milieu vervuilen en schadelijk zijn voor het menselijk lichaam, moeten fabrieken die legeringen smelten speciale milieubeschermings- en beschermingsmaatregelen treffen; arseen moet worden toegevoegd in de vorm van masterlegeringen, en het arseengehalte in arseen-kopermasterlegeringen kan 15% tot 30% bedragen.
Borium heeft een lage vaste oplosbaarheid in koper en wordt over het algemeen gebruikt als deoxidatiemiddel. Het resterende boor kan de korrels verfijnen. Mensen hebben ontdekt dat het verslechteringseffect zeer aanzienlijk is. Het toevoegen van {{0}},01% tot 0,04% boor aan arseen-toegevoegde messinglegeringen heeft het effect van een betere bescherming tegen ontzinking en corrosie van messing. Boriumoxide is een uitstekend dekmiddel bij het smelten van koperlegeringen en wordt op grote schaal gebruikt. Borium wordt ook vaak toegevoegd aan koperen lasmaterialen om oxidatie van het lasmetaal te voorkomen.
5. Fosfor
Naarmate de temperatuur daalt, neemt de hoeveelheid fosfor in de vaste oplossing in koper snel af en bereikt {{0}},6% bij 300 graden en 0,4 % bij 200 graden . Fosfor opgelost in koper vermindert de elektrische geleidbaarheid aanzienlijk. De geleidbaarheid van de zachte tape die P0,014% bevat, is 94% IACS. De geleidbaarheid van P0,14% is slechts 45,2%. Fosfor is het meest effectieve en goedkoopste deoxidatiemiddel. De aanwezigheid van sporenhoeveelheden kan de vloeibaarheid van de smelt verbeteren, de lasbaarheid en corrosieweerstand van koper en legeringen verbeteren en de anti-verwekingstemperatuur verhogen. Daarom is fosfor ook het hoofdbestanddeel van koper. En waardevolle additieve elementen in legeringen, fosforkoperlegeringen die P0,015% tot 0,04% bevatten, worden veel gebruikt bij de productie van waterleidingen voor gebouwen, warmteleidingen voor koeling en airconditioning, en zeewaterleidingen voor schepen; Platen en strips van koperlegeringen met een laag fosforgehalte worden veel gebruikt in de elektronica en de chemische industrie. Koperen strips met geïntegreerde schakelingen maken ook gebruik van een groot aantal low-fidelity koperlegeringen; fosforkoperlegeringen met eutectische samenstelling zijn uitstekende lasmaterialen. Legeringen met een hoog kopergehalte hebben superplasticiteit bij 580 tot 620 graden en kunnen worden verwarmd. Lasdraad geëxtrudeerd in 3 ~ 5 mm is een belangrijk materiaal voor het lassen van koper en koperlegeringen, staal en koperen onderdelen.
6. Lood
Lood is niet vast oplosbaar in koper, en de vaste oplosbaarheid ervan in koperlegeringen is ook erg klein. Het vormt een smeltbare eutectische structuur met koper. Voor koper dat 0 tot 38% lood bevat, is vloeibaar lood niet mengbaar met vloeibaar koper en stolt het. Er wordt een monokristallijne structuur gevormd; in vaste toestand wordt lood in eenvoudige vorm in koper gedistribueerd en kan het binnen de korrel en op de korrelgrens worden gedistribueerd. Wanneer een koperlegering die lood bevat een faseverandering of herkristallisatie ondergaat, kan het lood op de korrelgrens worden overgebracht naar de korrelgrens. Binnen. Lood heeft geen significant effect op de elektrische en thermische geleidbaarheid van koper en legeringen, maar kan de bewerkbaarheid verbeteren. De looddeeltjes zijn een vaste fase, wat de zachte fase is die gewenst is voor lagermaterialen. Daarom zijn loodhoudend koper en legeringen waardevolle en gemakkelijk te snijden materialen. Lagermaterialen zijn populairder op de markt vanwege hun lage kosten. Loodhoudend messing wordt veel gebruikt. Hoe kleiner de looddeeltjes, hoe uniformer de verdeling en hoe beter de prestaties. Loodhoudend koper en legeringen kunnen worden gebruikt als gegoten of geperst. Loodmessing is eenfasig bij hoge temperaturen (boven 500 graden), heeft een uitstekende verwerkbaarheid bij hitte en is bestand tegen grote thermische vervorming. Het is echter een fase en een + fase bij kamertemperatuur. Het heeft een hoge vervormingsweerstand en een slechte plasticiteit tijdens koude vervorming. , Een te hoge verwerkingssnelheid zal scheuren in het legeringsmateriaal veroorzaken.
Met de ontwikkeling van wetenschap en technologie is het loodgehalte van conventioneel loodmessing toegenomen van 0,8% naar 2,5% tot meer dan 5%, en nieuw loodhoudend rood koper, messing, brons en wit koper worden voortdurend ontwikkeld. Er moet met name op worden gewezen dat loodhoudende koperlegeringen zich zeer goed kunnen aanpassen aan grondstoffen en rechtstreeks kunnen worden geproduceerd met behulp van gerecycled koper, wat van groot belang is voor koperverwerkende bedrijven.
7. IJzer, zirkonium, chroom, silicium, zilver, beryllium, cadmium
Het gemeenschappelijke kenmerk van deze zeven metaalelementen is dat ze een beperkte oplosbaarheid in vaste stoffen in koper hebben, en dat hun oplosbaarheid in vaste stoffen drastisch verandert bij temperatuurveranderingen. Wanneer de temperatuur begint te dalen nadat de kristallisatie van de legering is voltooid, begint ook hun vaste oplosbaarheid in koper. Verminderen en neerslaan uit de vaste fase in de vorm van metaalverbindingen of elementaire elementen. Wanneer deze elementen vast opgelost zijn in koper, kunnen ze de sterkte ervan aanzienlijk verbeteren en een versterkend effect hebben op de vaste oplossing. Wanneer zij uit de vaste fase neerslaan, treedt dispersieversterking op. Als gevolg hiervan zijn de elektrische en thermische geleidbaarheidseigenschappen hersteld. Het zijn typische verouderingswarmtebehandelde koperlegeringen. Door afschrikken (950~980 graden, bluswater) en veroudering (450~550 graden, 2-4h) kunnen eigenschappen met hoge sterkte en hoge elektrische geleidbaarheid worden verkregen. Sporen van zilver verminderen de elektrische geleidbaarheid en thermische geleidbaarheid van koper niet significant, maar kunnen de herkristallisatietemperatuur, vervormingsweerstand en slijtvastheid aanzienlijk verhogen. Het wordt veel gebruikt in motorcommutatoren en, meer recentelijk, bij de vervaardiging van rijdraden voor hogesnelheidstreinen. . Koper heeft de eigenschap dat het bij een botsing geen vonken genereert en is een belangrijk materiaal voor luchtvaartinstrumenten. Omdat cadmium giftig is en het milieu vervuilt, neemt het gebruik ervan af. Berylliumkoper is het meest elastische materiaal. Beryllium versterkt koper het meest significant. De sterkte van berylliumkoper kan na warmtebehandeling 4 tot 5 keer groter zijn dan die van puur koper.
IJzer kan granen raffineren en de eigenschappen van koper en legeringen verbeteren. In omgevingen die antimagnetische eigenschappen vereisen, moet het ijzergehalte strikt gecontroleerd worden, doorgaans onder de 0,003%.
Zirkonium- en chroom-koperlegeringen hebben een hoge elektrische geleidbaarheid, sterkte en goede weerstand tegen verzachting. Het zijn de beste elektrodelegeringen en hebben belangrijke toepassingen in lucht- en ruimtevaartmotoren.
Siliciumbrons heeft een hoge sterkte en slijtvastheid. IJzer, zirkonium en chroombrons zijn de nieuwste koperlegeringen met hoge sterkte en hoge geleidbaarheid en hebben belangrijke toepassingen bij de productie van elektroden.
IJzer-, silicium-, zirkonium- en chroom-koperlegeringen zijn de basis geworden van koperlegeringen voor leadframes voor geïntegreerde schakelingen, en er wordt zeer actief onderzoek gedaan naar de samenstelling en eigenschappen van hun legering.
8. Zink, tin, aluminium, nikkel
Het gemeenschappelijke kenmerk van deze vier elementen is dat ze een grote vaste oplosbaarheid in koper hebben, die respectievelijk 39,9%, 15,8% en 9,4% bedraagt. Nikkel is oneindig oplosbaar in elkaar. Ze vormen een continue vaste oplossing met koper en hebben een groot eenfasig oppervlak. Ze kunnen de mechanische eigenschappen en corrosieweerstand van koper aanzienlijk verbeteren, maar ze verminderen ook de elektrische en thermische geleidbaarheid van koper. Vergeleken met andere metalen materialen zijn het nog steeds uitstekende elektrisch en thermisch geleidende materialen. Ze vormen waardevolle legeringen met koper, die kunnen worden onderverdeeld in messing-, brons- en witkoperlegeringen en vormen de basis van een enorm legeringssysteem. Deze legeringen hebben uitstekende uitgebreide eigenschappen. Messing heeft bijvoorbeeld een hoge sterkte, slijtvastheid, corrosieweerstand, hoge thermische geleidbaarheid en lage kosten; brons heeft een hoge sterkte, slijtvastheid en corrosieweerstand; wit koper heeft een extreem goede weerstand tegen agressieve waterkwaliteit en zeewatercorrosie. Al deze voordelen zijn andere voordelen. Metalen materialen kunnen niet worden vervangen.
9. Zeldzame aardelementen
Zeldzame aardelementen zijn over het algemeen vrijwel onoplosbaar in koper, maar een kleine hoeveelheid zeldzame aardmetalen, alleen of in gemengde vorm toegevoegd, zijn gunstig voor de mechanische eigenschappen van koper en hebben weinig effect op de elektrische geleidbaarheid van koper. Dit type element kan verbindingen met een hoog smeltpunt vormen met onzuiverheden zoals lood en bismut in koper. Kleine bolvormige deeltjes worden gelijkmatig verdeeld in de korrels, waardoor de korrels worden verfijnd en de plasticiteit van staal bij hoge temperaturen wordt verbeterd. Het toevoegen van 0.008% gemengde zeldzame aardmetalen aan koper kan de proceseigenschappen van koper aanzienlijk verbeteren; bij toevoeging van minder dan 0.1% Y worden de mechanische eigenschappen en proceseigenschappen van koper verbeterd; de mechanische eigenschappen van koperlegeringen die 0,01% ~ 0,15% La bevatten. De prestaties, elektrische geleidbaarheid en verzachtingsweerstandstemperatuur zijn allemaal beter dan die van Cu-0.15Ag-legeringen, en het wordt in de industrie gebruikt.
10. Vuurvaste metalen en andere metalen
Elementen zoals wolfraam, molybdeen, niobium, uranium en plutonium zijn vrijwel niet stevig oplosbaar in koper, terwijl titanium, zirkonium, chroom, kobalt en andere elementen in kleine hoeveelheden stevig oplosbaar zijn in koper, maar ze verfijnen allemaal koperkorrels in verschillende mate en verhoog de herkristallisatietemperatuur ervan. , waardoor de schadelijke effecten van sommige smeltbare onzuiverheden worden geneutraliseerd, wat gunstig is voor het verbeteren van de plasticiteit bij hoge temperaturen.
Koperlegeringen die kleine hoeveelheden zirkonium (Cl5000, C15100, C18100), kobalt (C17110, C17500) en chroom (C18400, C18200, C18500) bevatten, zijn in de industrie gebruikt en zijn goede elektrische materialen geworden.
