Clasificación de aleaciones de cobre y papel de los elementos de aleación.
La aleación de cobre se refiere a una aleación formada agregando uno o varios elementos más al cobre puro. La clasificación de las aleaciones de cobre es bastante fácil de entender. Hay muchos colores de aleaciones de cobre. Los tipos de aleaciones de cobre que no son de cobre tienen diferentes colores. Las aleaciones de cobre tienen principalmente colores violeta, amarillo, cian y otros.
1. Clasificación
Clasificación de aleaciones de cobre: por color.
1. Latón: se refiere a una aleación a base de cobre y zinc, que se puede subdividir en latón simple y latón complejo. El tercer componente del latón complejo se denomina latón al níquel, latón al silicio, etc.;
2. Bronce: se refiere a aleaciones a base de cobre distintas de las aleaciones de cobre-níquel y cobre-zinc. Las principales variedades son el bronce al estaño, el bronce al aluminio y el bronce especial (también conocido como aleación con alto contenido de cobre);
3. Cobre blanco: se refiere a la aleación de cobre y níquel;
4. Cobre rojo: se refiere al cobre puro. Las principales variedades incluyen cobre libre de oxígeno, cobre rojo, cobre desoxidado con fósforo y cobre plateado.
Clasificación de aleaciones de cobre: dividida por sistema de aleación.
1. Cobre sin alear: El cobre sin alear incluye cobre de alta pureza, cobre resistente, cobre desoxidado, cobre libre de oxígeno, etc. Tradicionalmente, la gente llama cobre rojo al cobre sin alear o cobre puro, también llamado cobre rojo.
2. Otras aleaciones de cobre pertenecen a la aleación de cobre. Mi país y Rusia dividen las aleaciones de cobre en latón, bronce y cobre blanco, y luego dividen los sistemas de aleaciones pequeñas en categorías principales.
Clasificación de aleaciones de cobre: dividida por función.
1. Aleaciones de cobre para conductividad eléctrica y térmica: principalmente cobre no aleado y cobre microaleado.
2. Aleaciones de cobre estructurales: incluyen casi todas las aleaciones de cobre.
3. Aleaciones de cobre resistentes a la corrosión: incluyen principalmente latón de estaño, latón de aluminio, diversos cobres no blancos, bronce de aluminio, azul de titanio, etc.
4. Aleaciones de cobre resistentes al desgaste: incluyen principalmente latón complejo, bronce de aluminio, etc. que contienen plomo, estaño, aluminio, manganeso y otros elementos.
5. Aleaciones de cobre de fácil corte: cobre-plomo, cobre-telurio, cobre-antimonio y otras aleaciones.
6. Aleación de cobre elástica: principalmente bronce de antimonio, bronce de aluminio, bronce de berilio, bronce de titanio, etc.
7. Amortiguación de aleación de cobre: aleación de cobre con alto contenido de manganeso, etc.
8. Aleación de cobre artística: cobre puro, latón, bronce al estaño, bronce al aluminio, cobre blanco, etc.
Clasificación de aleaciones de cobre: dividida por método de formación del material.
1. Aleación de cobre fundido: la fundición también se puede utilizar para el procesamiento de deformación.
2. Aleación de cobre deformada: la aleación de cobre deformada se puede utilizar para fundición.
3. Las aleaciones de cobre fundido y las aleaciones de cobre deformadas se pueden subdividir en cobre fundido, latón, bronce y cobre blanco.
2. El papel de los elementos de aleación.
Es inevitable que los oligoelementos entren en el cobre. Debido a las diferentes características de los elementos, es posible que no se disuelvan en cobre, tengan trazas de solución sólida, una gran cantidad de solución sólida o una solubilidad mutua infinita. La solubilidad del sólido disminuye drásticamente a medida que disminuye la temperatura y se producen cambios de fase complejos en la fase sólida. etc., por lo que el impacto sobre las propiedades del cobre varía ampliamente.
3. Elementos de aleación
Efecto sobre la conductividad de las aleaciones de cobre.
1. Hidrógeno
El hidrógeno y el cobre no forman hidruros. La solubilidad del hidrógeno en cobre líquido y sólido aumenta a medida que aumenta la temperatura, especialmente en cobre líquido, que tiene una gran solubilidad. Cuando el cobre se solidifica, el hidrógeno forma poros en el cobre, lo que hace que los productos de cobre se vuelvan quebradizos. En el cobre sólido, el hidrógeno existe en estado de protón y los electrones del hidrógeno llenan los orbitales de la capa S de los átomos de cobre para formar una solución sólida de protones. Aunque el hidrógeno puro tiene poco efecto sobre el rendimiento del cobre, el hidrógeno es perjudicial para el cobre y las aleaciones de cobre. El cobre que contiene oxígeno producirá grietas cuando se recoce en hidrógeno. Varios elementos tienen diferentes efectos sobre la solubilidad del hidrógeno en cobre. Entre ellos, elementos como Ni y Mn aumentan la solubilidad, mientras que elementos como P y Si reducen la solubilidad. El contenido de hidrógeno en la carga se puede controlar reduciendo el tiempo de fundición, ajustando la composición y utilizando la cubierta de carbón de la superficie fundida y otros métodos para reducir el contenido de hidrógeno en el cobre.
2. Oxígeno
El oxígeno es inevitable en el proceso de producción de cobre y su impacto también es muy importante. Excepto por una cantidad muy pequeña de solución sólida en cobre, existe en forma de Cu2O. El óxido de cobre no es soluble en sólidos en cobre y forma una estructura eutéctica Cu+Cu2O, que se distribuye en los límites de los granos. La reacción eutéctica es: L que contiene oxígeno 0.39% ---- que contiene oxígeno 0.01% + Cu2O, en cobre hipoeutéctico El contenido de oxígeno del cobre es directamente proporcional a la cantidad de eutéctico , y el contenido de oxígeno en el cobre se puede medir con precisión comparándolo con imágenes estándar bajo un microscopio.
La influencia del oxígeno sobre las propiedades del cobre y sus aleaciones es compleja. Pequeñas cantidades de oxígeno tienen poco efecto sobre la conductividad eléctrica y las propiedades mecánicas del cobre. El cobre industrial tiene una alta conductividad eléctrica. La razón es que el oxígeno, como detergente, puede eliminar muchos elementos del cobre. Las impurezas nocivas entran en la escoria en forma de óxidos, especialmente elementos como el arsénico, el antimonio y el bismuto. La conductividad eléctrica del cobre que contiene una pequeña cantidad de oxígeno puede alcanzar del 100% al 103% IACS. El cobre de alta pureza, como el cobre 6N, puede sobrevivir en condiciones criogénicas. El valor de resistencia es bastante bajo.
El contenido de oxígeno del cobre utilizado en los componentes eléctricos de vacío debe controlarse estrictamente. La razón es que los dispositivos eléctricos de vacío deben encapsularse en hidrógeno. La presencia de hidrógeno en el cobre provocará la enfermedad del hidrógeno y dañará el dispositivo en un entorno de alto vacío.
Cuando se funde cobre y aleaciones de cobre, generalmente se debe realizar una desoxidación. Los desoxidantes incluyen fósforo, boro, magnesio, etc., que se añaden en forma de aleaciones intermedias. El fósforo es el desoxidante más eficaz, pero la cantidad residual de fósforo debe controlarse estrictamente porque puede reducir en gran medida la conductividad eléctrica del cobre y sus aleaciones.
3. Antimonio, bismuto, azufre, telurio, selenio.
La solubilidad sólida de estos elementos en cobre es extremadamente pequeña y son básicamente insolubles en cobre a temperatura ambiente. Existen en forma de compuestos metálicos y se distribuyen en los límites de los granos. Tienen poco efecto sobre la conductividad eléctrica y térmica del cobre, pero deterioran seriamente la plasticidad del cobre y sus aleaciones. El rendimiento del procesamiento y su contenido deben controlarse estrictamente y los estándares nacionales estipulan que no debe exceder el {{0}}.005%; Debido a que el cobre que contiene estos elementos tiene buenas propiedades de corte, también se usa en los círculos técnicos y de ingeniería, como el cobre al cromo, que puede usarse como interruptor de vacío y disyuntor. Los contactos del interruptor evitan que los contactos del interruptor se adhieran cuando se interrumpe el circuito. El contenido de bismuto en el cobre de bismuto puede alcanzar el 0.5 % al 1,0 %; La aleación de telurio y cobre que contiene entre 0,15% y 0,5% de teluro se puede utilizar como acero inoxidable altamente conductor y fácil de cortar. El cobre oxigenado se puede procesar en componentes electrónicos de precisión. Como aleación de cobre para fines especiales, se pueden agregar estos elementos, pero su tecnología de procesamiento es especial y se pueden usar métodos como extrusión de camisa, extrusión en frío, fundición y pulvimetalurgia.
4. Arsénico, boro
El arsénico tiene una gran solubilidad sólida en el cobre y el contenido en la solución sólida puede alcanzar del 6,8% al 7,0%. La presencia de arsénico en el cobre reduce fuertemente su conductividad eléctrica y conductividad térmica. Generalmente se añade como modificador, especialmente para el latón. Las aleaciones para condensadores son aún más valiosas. El uso de tubos de condensador en centrales térmicas y barcos durante los últimos 100 años ha demostrado que el latón que contiene entre 0,1% y 0,15% de arsénico puede prevenir la corrosión por descincificación del latón y resolver el problema del condensador de latón. tubos. Las fugas tempranas son un problema fatal, por lo que varias normas sobre materiales estipulan que se debe agregar arsénico. La experiencia demuestra que los tubos de condensador HSn70-1 sin arsénico suelen tener fugas durante los primeros 2 o 3 años de uso. Después de agregar arsénico, la vida útil se puede aumentar de 15 a 20 años, lo que se considera un avance tecnológico importante en la investigación de aleaciones de cobre. La razón por la que el arsénico puede prevenir la corrosión por descincificación del latón es que muchos estudios han demostrado que el arsénico puede reducir el potencial del electrodo del cobre, reduciendo así la tendencia a la corrosión electroquímica. Dado que los óxidos de arsénico contaminan el medio ambiente y son perjudiciales para el cuerpo humano, las fábricas que funden aleaciones deben tener medidas especiales de protección y protección ambiental; El arsénico debe agregarse en forma de aleaciones maestras, y el contenido de arsénico en las aleaciones maestras de arsénico y cobre puede alcanzar del 15% al 30%.
El boro tiene una baja solubilidad sólida en el cobre y generalmente se utiliza como desoxidante. El boro restante puede refinar los granos. La gente ha descubierto que el efecto de deterioro es muy significativo. Agregar de {{0}}.01 % a 0,04 % de boro a las aleaciones de latón con arsénico añadido tiene el efecto de una mejor protección contra la descincificación y la corrosión del latón. El óxido de boro es un excelente agente de cobertura en la fundición de aleaciones de cobre y se ha utilizado ampliamente. También se suele añadir boro a los materiales de soldadura de cobre para evitar la oxidación del metal de soldadura.
5. fósforo
A medida que la temperatura disminuye, la cantidad de fósforo en solución sólida en cobre disminuye rápidamente, alcanzando el {{0}}.6% a 300 grados y 0.4 % a 200 grados. El fósforo disuelto en cobre reduce significativamente su conductividad eléctrica. La conductividad de la cinta blanda que contiene P0,014% es 94% IACS. La conductividad de P0,14% es sólo del 45,2%. El fósforo es el desoxidante más eficaz y de menor coste. La presencia de trazas puede mejorar la fluidez de la masa fundida, mejorar la soldabilidad y la resistencia a la corrosión del cobre y las aleaciones y aumentar la temperatura anti-ablandamiento. Por tanto, el fósforo también es el componente principal del cobre. Y los valiosos elementos aditivos en las aleaciones, las aleaciones de fósforo y cobre que contienen P0,015% a 0,04%, se utilizan ampliamente en la producción de tuberías de agua para la construcción, tuberías de calor para refrigeración y aire acondicionado y tuberías de agua de mar para barcos; Las placas y tiras de aleación de cobre con bajo contenido de fósforo se utilizan ampliamente en las industrias electrónica y química, las tiras de cobre con marco de cables de circuito integrado también utilizan una gran cantidad de aleaciones de cobre de baja fidelidad; Las aleaciones de fósforo y cobre con composición eutéctica son excelentes materiales de soldadura. Las aleaciones con alto contenido de cobre tienen superplasticidad de 580 a 620 grados y se pueden calentar. El alambre de soldadura extruido en 3 ~ 5 mm es un material importante para soldar cobre y aleaciones de cobre, acero y piezas de cobre.
6. Liderar
El plomo no es soluble en sólidos en cobre y su solubilidad sólida en aleaciones de cobre también es muy pequeña. Forma una estructura eutéctica fusible con el cobre. Para el cobre que contiene de 0 a 38 % de plomo, el plomo líquido es inmiscible con el cobre líquido y se solidifica. Se forma una estructura monocristalina; En estado sólido, el plomo se distribuye en estado simple en cobre y puede distribuirse dentro del grano y en los límites del grano. Cuando una aleación de cobre que contiene plomo sufre un cambio de fase o recristalización, el plomo en el límite de grano puede transferirse al límite de grano. Adentro. El plomo no tiene ningún efecto significativo sobre la conductividad eléctrica y térmica del cobre y sus aleaciones, pero puede mejorar la maquinabilidad. Las partículas de plomo son una fase sólida, que es la fase blanda deseada para los materiales de rodamiento. Por lo tanto, el cobre y las aleaciones que contienen plomo son materiales valiosos y fáciles de cortar. Los materiales para rodamientos son más populares en el mercado debido a su bajo costo. El latón que contiene plomo se utiliza ampliamente. Cuanto más pequeñas sean las partículas de plomo, más uniforme será la distribución y mejor será el rendimiento. El cobre con plomo y sus aleaciones se pueden utilizar fundidos o procesados por prensa. El latón al plomo es monofásico a altas temperaturas (por encima de 500 grados), tiene una excelente trabajabilidad en caliente y puede soportar grandes deformaciones térmicas. Sin embargo, es una fase y una fase a+ a temperatura ambiente. Tiene alta resistencia a la deformación y poca plasticidad durante la deformación en frío. Una velocidad de procesamiento excesiva provocará grietas en el material de aleación.
Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, el contenido de plomo del latón con plomo convencional ha aumentado del 0.8% al 2,5% a más del 5%, y se han introducido nuevos cobre rojo, latón, bronce y cobre blanco que contienen plomo. están en constante desarrollo. En particular, cabe señalar que las aleaciones de cobre que contienen plomo son extremadamente adaptables a las materias primas y pueden producirse directamente utilizando cobre reciclado, lo cual es muy importante para las empresas de procesamiento de cobre.
7. Hierro, circonio, cromo, silicio, plata, berilio, cadmio.
La característica común de estos siete elementos metálicos es que tienen una solubilidad sólida limitada en el cobre y su solubilidad sólida cambia drásticamente con los cambios de temperatura. Cuando la temperatura comienza a bajar después de que se completa la cristalización de la aleación, también comienza su solubilidad sólida en cobre. Disminuyen y precipitan de la fase sólida en forma de compuestos metálicos o elementos elementales. Cuando estos elementos están disueltos en cobre, pueden mejorar significativamente su resistencia y tener un efecto fortalecedor de la solución sólida. Cuando precipitan de la fase sólida, se produce un fortalecimiento de la dispersión. Como resultado, se han restaurado las propiedades de conductividad eléctrica y térmica. Son típicas aleaciones de cobre envejecidas y tratadas térmicamente. Mediante el enfriamiento (950 ~ 980 grados, agua de enfriamiento) y el envejecimiento (450 ~ 550 grados, 2-4 h), se pueden obtener propiedades de alta resistencia y alta conductividad eléctrica. Las trazas de plata no reducen significativamente la conductividad eléctrica y la conductividad térmica del cobre, pero pueden aumentar significativamente la temperatura de recristalización, la resistencia a la deformación y la resistencia al desgaste. Se utiliza mucho en conmutadores de motores y, más recientemente, en la fabricación de cables de contacto para trenes de alta velocidad. . El cobre tiene la propiedad de no generar chispas al impactar y es un material importante para los instrumentos de aviación. Como el cadmio es tóxico y contamina el medio ambiente, su uso está disminuyendo. El cobre berilio es el material más elástico. El berilio fortalece de manera más significativa el cobre. La resistencia del cobre berilio después del tratamiento térmico puede alcanzar de 4 a 5 veces la del cobre puro.
El hierro puede refinar los granos y mejorar las propiedades del cobre y las aleaciones. En entornos que requieren propiedades antimagnéticas, el contenido de hierro debe controlarse estrictamente, generalmente por debajo del 0.003%.
Las aleaciones de circonio y cromo-cobre tienen alta conductividad eléctrica, resistencia y buena resistencia al ablandamiento. Son las mejores aleaciones para electrodos y tienen importantes aplicaciones en motores aeroespaciales.
El bronce al silicio tiene alta resistencia y resistencia al desgaste. El hierro, el circonio y el bronce al cromo son las últimas aleaciones de cobre de alta resistencia y conductividad y tienen importantes aplicaciones en la fabricación de electrodos.
Las aleaciones de hierro, silicio, circonio y cromo-cobre se han convertido en la base de las aleaciones de cobre para las estructuras de conductores de circuitos integrados, y la investigación sobre la composición y las propiedades de sus aleaciones es muy activa.
8. Zinc, estaño, aluminio, níquel.
La característica común de estos cuatro elementos es que tienen una gran solubilidad sólida en el cobre, que son 39,9%, 15,8% y 9,4% respectivamente. El níquel es infinitamente soluble entre sí. Forman una solución sólida continua con cobre y tienen una amplia área monofásica. Pueden mejorar significativamente las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión del cobre, pero también reducen la conductividad eléctrica y térmica del cobre. En comparación con otros materiales metálicos, siguen siendo excelentes materiales conductores eléctricos y térmicos. Forman valiosas aleaciones con cobre, que se pueden dividir en aleaciones de latón, bronce y cobre blanco, formando la base de un enorme sistema de aleaciones. Estas aleaciones tienen excelentes propiedades integrales. Por ejemplo, el latón tiene alta resistencia, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, alta conductividad térmica y bajo costo; el bronce tiene alta resistencia, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión; El cobre blanco tiene una resistencia extremadamente buena a la dura calidad del agua y a la corrosión del agua de mar. Todas estas ventajas son otras ventajas. Los materiales metálicos no se pueden reemplazar.
9. Elementos de tierras raras
Los elementos de tierras raras son generalmente casi insolubles en cobre, pero una pequeña cantidad de metales de tierras raras, ya sea que se agreguen solos o en forma mixta, son beneficiosos para las propiedades mecánicas del cobre y tienen poco efecto sobre la conductividad eléctrica del cobre. Este tipo de elemento puede formar compuestos de alto punto de fusión con impurezas como el plomo y el bismuto del cobre. Pequeñas partículas esféricas se distribuyen uniformemente en los granos, refinando los granos y mejorando la plasticidad del acero a alta temperatura. Agregar 0.008 % de tierras raras mixtas al cobre puede mejorar significativamente las propiedades del proceso del cobre; cuando se agrega menos del 0.1% Y, se mejoran las propiedades mecánicas y las propiedades de proceso del cobre; Las propiedades mecánicas de las aleaciones de cobre que contienen entre 0,01% y 0,15% de La. Su rendimiento, conductividad eléctrica y temperatura de resistencia al ablandamiento son mejores que los de la aleación Cu-0.15Ag y se ha utilizado en la industria.
10. Metales refractarios y otros metales.
Elementos como tungsteno, molibdeno, niobio, uranio y plutonio casi no son sólidamente solubles en cobre, mientras que el titanio, circonio, cromo, cobalto y otros elementos son sólidamente solubles en cobre en pequeñas cantidades, pero todos refinan los granos de cobre en diversos grados. y aumentar su temperatura de recristalización. , neutralizando los efectos nocivos de algunas impurezas fusibles, lo que es beneficioso para mejorar la plasticidad a alta temperatura.
Las aleaciones de cobre que contienen pequeñas cantidades de circonio (Cl5000, C15100, C18100), cobalto (C17110, C17500) y cromo (C18400, C18200, C18500) se han utilizado en la industria y se han convertido en buenos materiales eléctricos.
