Kupariperheen neljä haaraa
Kupari ei ole yksittäinen materiaali, vaan puhtaiden metallien ja metalliseosten perhe, joilla on yksi peruselementti, mutta jotka eroavat suuresti koostumuksesta, lujuudesta, johtavuudesta ja korroosiokäyttäytymisestä. Kaupallisissa hankinnoissa sana kupari voi viitata elektrolyyttisesti kovapikikupariin, kupari-sinkkimessinkiin, tinapronssiin tai kupari-nikkeliseokseen, ja jokaista haaraa säätelevät omat standardinsa, lämpötila-alueensa ja hintatasonsa. Perheen ryhmitteleminen neljään haaraan - puhdas kupari, messinki, pronssi ja kupronikkeli - antaa ostajille, suunnittelijoille ja tarkastajille käytännön perustan arvosanamerkintöjen lukemiseen ja materiaalin sovittamiseen tehtävään.
Kiinan teollisuus kuvaa perhettä muokatun kuparin ja kupariseoksen koostumusstandardin GB/T 5231 kautta, kun taas vientitilauksissa samojen materiaalien ASTM- tai EN-merkinnät yleensä mainitaan. Mahdollisuus liikkua kahden järjestelmän välillä estää yleisimmän tilausvirheen näillä markkinoilla: kupariseoksen ostamisen, jossa vaaditaan puhdasta kuparia, tai johtimen{2}puhtauden maksamisen, jota sovellus ei tarvitse.
Puhdas kupari: arvot, johtavuus ja vetysairauksien riski
Puhdas kupari on ruusunpunainen-punainen metalli, joka muodostaa purppuranruskean-oksidikalvon ilmaan, minkä vuoksi Kiinan kaupassa sitä kutsutaan usein purppuraiseksi kupariksi. Sen tiheys on noin 8,96 g/cm³ ja sen sulamispiste noin 1084 astetta. Hehkutetussa tilassa sen sähkönjohtavuus lähestyy 100 % IACS:tä, kaupallisten metallien joukossa toiseksi vain hopea, ja sen lämmönjohtavuus on noin 400 W/(m·K). Puhtaalla kuparilla on myös erinomainen kuuma- ja kylmätyöstettävyys ja hyödyllinen kestävyys ilmakehää, merivettä ja useita ei--hapettavia happoja, emäksiä ja suolaliuoksia vastaan.
Nimitysjärjestelmästä tulee yksinkertainen, kun etuliitteet tunnetaan:
Tavallinen kupari: T1 - T4, T1 on puhtain ja kuparipitoisuus laskee asteittain luvun kasvaessa.
Happiton -kupari: TU1 ja TU2, valmistettu ilman hapettumisenestoaineita ja joita käytetään, kun kyseessä on pelkistävä ilmakehä tai suurin johtavuus.
Deoksidoitu kupari: TUP ja TUMn, kontrolloiduilla fosfori- tai mangaanilisäyksillä.
Erikoiskuparit: pienet lisäykset hopeaa, telluuria tai arseenia virumiskestävyyden, työstettävyyden tai erityisen korroosiohoidon saamiseksi.
Epäpuhtaudet ovat tärkeämpiä puhtaassa kuparissa kuin missään muussa haarassa. Titaani, fosfori, rauta ja pii alentavat johtavuutta jyrkästi, kun taas vismutti ja lyijy muodostavat alhaalla-sulavaa eutektiikkaa, joka aiheuttaa kuumahaurautta. Tunnetuin vikatila on vetysairaus: kun tavallista kuparia, joka sisältää rae-rajakuparioksidia, kuumennetaan pelkistävässä ilmakehässä, vety tai hiilimonoksidi reagoi oksidin kanssa muodostaen korkeapaineista vesihöyryä tai hiilidioksidia rakeiden rajoilla ja metallin halkeamia. Happivapaat{6}laadut on siksi määritelty juotoksi ja mihin tahansa korkean lämpötilan{7}}käyttöön pelkistävässä ilmakehässä.
Messinki: kupari-sinkkiseokset ja alfa/alfa-beta-raja
Messinki on kupari{0}}sinkkiseos. Binäärijärjestelmässä sinkin lisääminen lisää lujuutta ja alentaa plastisuutta, ja teollinen käytäntö pitää sinkin noin 45 %:ssa, jonka yläpuolella hauraus heikentää suorituskykyä. Valikoimaa hallitsee kaksi rakenteellista vyöhykettä:
Yksi-faasi alfamessinki alle noin 39 % sinkkiä: sinkki liukenee kuparihilaan ja seos säilyttää hyvän plastisuuden sekä kylmä- että kuumatyöstössä. H68 on tyypillinen esimerkki.
Kaksi-vaiheista alfa- ja beeta-messinkiä, jossa on yli noin 39 % sinkkiä: kovempi beetafaasi ilmestyy, joten plastisuus laskee samalla kun vetolujuus kasvaa ja kuumatyöstö hallitsee. H59 on yleinen esimerkki.
Kiinalainen nimityssääntö on kirjain H, jota seuraa kuparin massaosuus, joten H96 sisältää nimellisesti 96 % kuparia ja H59 noin 59 %. Valulaadut käyttävät Z-etuliitettä, esimerkiksi ZH62. Kun kolmas elementti on lisätty, sen symboli ja sisältö seuraavat, kuten HPb59-1, jossa on noin 1 % lyijyä työstettävyyttä varten, tai HSn70-1 ja HAl77-2, joissa on tina- ja alumiinilisäyksiä lauhdutinta ja laivahuoltoa varten. Korkeat{16}}kuparilaadut, kuten H90 ja H96, ovat yksivaiheisia ja kullankeltaisia, ja niiden työstettävyys on erinomainen. alempia kuparilaatuja valitaan rakenneosille, kuten pulteille, muttereille, aluslevyille ja jousille.
Pronssi: Tinapronssi ja erikoispronssit
Pronssi tarkoitti alun perin kupari{0}}tinaseosta, joka sai nimensä patinan harmaasta-vihreästä väristä. Nykyaikainen käyttö kattaa tinapronssin sekä joukon tinattomia -erikoispronssia, jotka ovat yleensä halvempia tai sopivat paremmin tiettyihin tehtäviin:
Tinapronssi, kuten QSn4-3: hyvä korroosionkestävyys ja kulutuskestävyys, käytetään laakereissa ja pumpun komponenteissa.
Alumiinipronssi, kuten QAl7: suurempi lujuus ja vahva kestävyys meriveden ja kloridin hyökkäykselle.
Piipronssi, kuten QSi3-1: hyvä hitsattavuus ja hyödylliset sähköominaisuudet.
Berylliumpronssi, kuten QBe2: erittäin korkea lujuus ja kovuus sadekarkaisun jälkeen, käytetään jousissa ja kipinöimättömissä{1}}työkaluissa.
Lyijypronssi ja valutinapronssi, kuten ZCuSn10P1: laakeri- ja holkkimateriaalit valettu lähellä muotoa.
Kiinalaisissa nimityksissä käytetään Q plus pääseosalkuainesymbolia ja sen massaosuutta sekä Z-etuliite valutuotteille, joten ZCuSn10P1 on valutinapronssi, joka sisältää noin 10 % tinaa ja 1 % fosforia.
Cupronickel: kupari{0}}nikkelilejeeringit meri- ja lämpöhuoltoon
Kupari-nikkeliseokset ovat hopea-valkoisia, minkä vuoksi perhettä kutsutaan kiinalaisessa käytössä valkokupariksi. Nikkeli lisää lujuutta, lisää vahvaa merivesi- ja kloridiympäristöjen kestävyyttä ja parantaa lämpösähköistä käyttäytymistä. Yksinkertainen kupronikkeli on binäärinen kupari-nikkeliseos, kun taas monimutkaiset laatulajit lisäävät mangaania, rautaa, sinkkiä tai alumiinia ja parantavat korroosion suorituskykyä. Kaupallinen kupronikkeli jakautuu rakenteellisiin ja sähkökemiallisiin laatuluokkiin, ja kaksi merityöhevosta ovat 90-10 kupronikkeliä, merkintä BFe10-1-1 ja vastaavat UNS C70600:aa, ja 70-30 kupronikkeliä, merkintä BFe30-1-1 tai C71500. Molemmat toimitetaan pääosin saumattomina lauhduttimena, höyrystimenä ja lämmönvaihdinputkena ASTM B111:lle tai vastaavalle ASME:lle, ja molemmat ovat riippuvaisia kontrolloiduista raudan ja mangaanin lisäyksistä, jotta suojapintakalvo pysyy ehjänä nopeasti virtaavassa merivedessä.
Nimitykset, toimituslomakkeet ja valintahuomautukset
| ryhmä | Nimeämissääntö | Tyypilliset arvosanat | Erottava käyttäytyminen |
|---|---|---|---|
| Puhdasta kuparia | T plus puhtausluku; TU happi-ilmaiseksi | T1-T4, TU1, TU2, TUP | Johtavuus lähellä 100 % IACS; pehmeä; vetysairausriski, jos se sisältää happea{1}} |
| Messinki | H plus kuparipitoisuus | H96, H90, H68, H59, HPb59-1 | Lujuus kasvaa ja johtavuus laskee sinkin lisääntyessä; työstettävyys määräytyy vaiherakenteen mukaan |
| Pronssi | Q plus pääelementti | QSn4-3, QAl7, QSi3-1, QBe2 | Kulutus- ja merivedenkestävyys; berylliumlaatuja, jotka on karkaistu korkeaan lujuuteen |
| Cupronickel | B plus nikkelipitoisuus | BFe10-1-1, BFe30-1-1 | hopea-valkoinen; perheen paras meriveden korroosionkestävyys; käytetään lauhdutinputkeen |
Kaikki neljä ryhmää toimitetaan tankoina, lankana, levynä, nauhana, putkena, kalvona ja profiloituina osina. Levy ja nauha ovat kuuma- tai kylmävalssattuja, putki ja tanko suulakepuristetaan tai vedetään ja lanka vedetään alas tangosta. Ostotilauksessa on siis mainittava enemmän kuin laatu: standardi, temperointi tai kunto, mitat ja toleranssit sekä vaadittu tarkastustodistus on kaikki määriteltävä, koska sama nimitys eri luonteeltaan toimitettuna käyttäytyy lujuuden ja muovattavuuden suhteen eri tavalla.
FAQ
K: Kuinka voin erottaa puhtaan kuparin messingistä ja pronssista laatumerkinnän perusteella?
Kiinalaiset nimitykset koodaavat perheen ensimmäiseen kirjaimeen: T puhdas kupari, H messinki, Q pronssi ja B kupronikkeli, ja seuraava numero ilmoittaa pääalkuainepitoisuuden, kuten H68 68 % kuparimessingille tai BFe10-1-1 90-10 kupronikkelille. Kansainvälisissä tilauksissa käytetään samaa logiikkaa UNS-numeroiden kautta, kuten C11000 elektrolyyttisesti sitkeälle kuparille, C26000 messingille ja C70600 90-10 kupronikkelille.
K: Millä kuparimateriaalilla on korkein sähkönjohtavuus?
Puhtaat happi{0}}vapaat ja elektrolyyttiset kuparilaadut, kuten C10100, C10200 ja C11000, saavuttavat tai hieman ylittävät 100 % IACS:n hehkutetussa tilassa. Seostus heikentää aina johtavuutta, joten messinki, pronssi ja kupronikkeli valitaan lujuuden ja korroosionkestävyyden perusteella johdinkäytön sijaan.
K: Mikä on vetysairaus ja mitkä laatuluokat välttävät sen?
Vetysairaus on dispergoitunutta kuparioksidia sisältävän kuparin halkeilua, kun sitä kuumennetaan vetyä tai hiilimonoksidia sisältävässä ilmakehässä, koska kaasu reagoi oksidin kanssa muodostaen korkeapaineista höyryä tai hiilidioksidia rakeiden rajoilla. Happi{2}}vapaat lajikkeet, kuten TU1 ja TU2, on määritetty juotoksi ja korkean lämpötilan alentamiseen.
K: Milloin minun pitäisi valita pronssi messingin sijaan?
Valitse pronssi laakereihin, holkkeihin ja raskaisiin{0}}kulumissovelluksiin sekä merivesi- tai kloridihuoltoon, jossa tina-, alumiini- tai piilisäkkeet antavat paremman kantavuuden ja korroosionkestävyyden kuin vastaava messinki. Messinki on edelleen taloudellisempi ja toimivampi valinta kiinnittimille, varusteille, koriste-osille ja yleisille kylmämuovauksille{2}}komponenteille.
K: Miksi lauhdutinputket käyttävät kupronikkeliä messingin sijaan?
Kupari-nikkeliseokset muodostavat vakaan, raudalla ja mangaanilla tuetun pintakalvon, joka vastustaa virtaavaa merivettä ja estää kuoppia ja törmäyksiä. Tämä antaa 90-10 ja 70-30 kupronikkelille pidemmän käyttöiän kuin merivesijäähdytteisten lauhduttimien messingit, minkä vuoksi ne ovat vakiovalinta voimalaitosten, suolanpoiston ja laivojen lämmönvaihdinputkeen.
K: Ovatko samat luonne- ja mittatoleranssit saatavilla kaikissa ryhmissä?
Ei. Lämpöarvot, mitta-alueet ja sallitut toleranssit määritellään erikseen kullekin tuotemuodolle ja standardille, joten puhdas kuparinauhatilaus ja kupronikkeliputkitilaus eivät voi jakaa yhtä erittelylinjaa. Arvosana, standardi, temperointi, mitat, toleranssiluokka ja koevaatimukset tulee ilmoittaa jokaiselle tiedustelukohdalle erikseen.
