Τύποι κράματος χαλκού
Χαλκός ηλεκτρολυτικής βάσης (ETP). Ο ηλεκτρολυτικός χαλκός σκληρού βήματος, το US C11 0 0 0, είναι καθαρός χαλκός (με μέγιστο 0,0355% ακαθαρσιών) που εκφράζεται από τη διαδικασία ηλεκτρολυτικής εξευγενισμού και είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος βαθμός χαλκού σε όλο τον κόσμο. Η ETP έχει ελάχιστη βαθμολογία αγωγιμότητας 100% IAC και πρέπει να είναι 99,9% καθαρή. Έχει 0,02% έως 0,04% περιεκτικότητα σε οξυγόνο (τυπικό). Η ηλεκτρική καλωδίωση είναι η πιο σημαντική αγορά για τη βιομηχανία χαλκού. Αυτό περιλαμβάνει καλωδίωση δομικής ισχύος, καλώδιο διανομής ισχύος, καλώδιο συσκευής, καλώδιο επικοινωνιών, καλώδιο και καλώδιο αυτοκινήτων και καλώδιο μαγνήτη. Περίπου το ήμισυ όλων των εξόρυξης χαλκού χρησιμοποιείται για ηλεκτρικούς αγωγούς καλωδίων και καλωδίων. Ο καθαρός χαλκός έχει την καλύτερη ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα οποιουδήποτε εμπορικού μετάλλου. Η αγωγιμότητα του χαλκού είναι 97% αυτή του αργύρου. Λόγω του πολύ χαμηλότερου κόστους και της μεγαλύτερης αφθονίας, ο χαλκός ήταν παραδοσιακά το πρότυπο υλικό που χρησιμοποιείται για εφαρμογές μετάδοσης ηλεκτρικής ενέργειας.
Ορείχαλκος. Ο Brass είναι ο γενικός όρος για μια σειρά κραμάτων χαλκού-ψευδαργύρου. Ο ορείχαλκος μπορεί να κρατηθεί με ψευδάργυρο σε διαφορετικές αναλογίες, πράγμα που έχει ως αποτέλεσμα ένα υλικό διαφορετικών μηχανικών, διάβρωσης και θερμικών ιδιοτήτων. Οι αυξημένες ποσότητες ψευδαργύρου παρέχουν στο υλικό βελτιωμένη αντοχή και ολκιμότητα. Τα ορείχαλα με περιεκτικότητα σε χαλκό μεγαλύτερη από το 63% είναι οι πιο όλκιμοι οποιουδήποτε κράματος χαλκού και διαμορφώνονται από πολύπλοκες εργασίες σχηματισμού κρύου. Ο Brass έχει υψηλότερη ευελιξία από το χάλκινο ή τον ψευδάργυρο. Το σχετικά χαμηλό σημείο τήξης του ορείχαλκου και η ρευστότητα του καθιστούν ένα σχετικά εύκολο υλικό για να χυθεί. Ο ορείχαλκος μπορεί να κυμαίνεται σε χρώμα επιφάνειας από κόκκινο έως κίτρινο ανάλογα με την περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο. Ορισμένες από τις κοινές χρήσεις για τα κράματα ορείχαλκου περιλαμβάνουν κοσμήματα κοστουμιών, κλειδαριές, μεντεσέδες, γρανάζια, ρουλεμάν, συζεύξεις εύκαμπτων σωλήνων, περιβλήματα πυρομαχικών, καλοριφέρ αυτοκινήτων, μουσικά όργανα, ηλεκτρονική συσκευασία και νομίσματα. Ο Brass και το Bronze είναι κοινά μηχανικά υλικά στη σύγχρονη αρχιτεκτονική και χρησιμοποιούνται κυρίως για την επένδυση στέγης και πρόσοψης λόγω της οπτικής εμφάνισής τους.
Μπρούντζος. Τα χάλκινα είναι μια οικογένεια από κράματα με βάση το χαλκό παραδοσιακά αλλιώς με κασσίτερο, αλλά μπορούν να αναφέρονται σε κράματα χαλκού και άλλων στοιχείων (π.χ. αλουμίνιο, πυρίτιο και νικέλιο). Τα χάλκινα είναι κάπως ισχυρότερα από τα ορείχαλκο, αλλά εξακολουθούν να έχουν υψηλό βαθμό αντοχής στη διάβρωση. Γενικά χρησιμοποιούνται όταν, εκτός από την αντίσταση στη διάβρωση, απαιτούνται καλές ιδιότητες εφελκυσμού. Για παράδειγμα, ο χαλκός βηρύλλου επιτυγχάνει τη μεγαλύτερη δύναμη (σε 1.400 MPa) οποιουδήποτε κράματος με βάση το χαλκό.
Κράμα χαλκού-νικελίου. Τα Cupronickels είναι κράματα χαλκού-νικελίου που περιέχουν τυπικά από 60 έως 90 τοις εκατό του χαλκού και του νικελίου ως το κύριο στοιχείο κράματος. Τα δύο κύρια κράματα είναι 90\/10 και 70\/30. Άλλα στοιχεία ενίσχυσης, όπως το μαγγάνιο και το σίδερο, μπορούν επίσης να περιέχονται. Τα Cupronickels έχουν εξαιρετική αντίσταση στη διάβρωση που προκαλείται από το θαλασσινό νερό. Παρά την υψηλή περιεκτικότητα σε χαλκό, το Cupronickel είναι ασημένιο χρώμα. Η προσθήκη του νικελίου στον χαλκό βελτιώνει επίσης τη δύναμη και την αντοχή στη διάβρωση, αλλά διατηρείται καλή ολκιμότητα.
Νικέλιο ασήμι. Το Nickel Silver, γνωστό και ως γερμανικό ασήμι, ορείχαλκο νικέλιο ή Alpacca, είναι ένα κράμα χαλκού με νικέλιο και συχνά ψευδάργυρο. Για παράδειγμα, το ασήμι νικελίου UNS C75700 65-12 κράμα χαλκού έχει καλή διάβρωση και αντοχή στην αμαρτία και υψηλή ικανότητα διαμόρφωσης. Το Nickel Silver ονομάζεται λόγω της ασημένιας εμφάνισής του, αλλά δεν περιέχει στοιχειακό ασήμι εκτός αν είναι επιμεταλλωμένο.
Ιδιότητες των κραμάτων χαλκού
Οι ιδιότητες των υλικών είναι εντατικές ιδιότητες, δηλαδή ότι είναι ανεξάρτητες από την ποσότητα μάζας και μπορεί να διαφέρουν από τόπο σε τόπο εντός του συστήματος ανά πάσα στιγμή. Η βάση της επιστήμης των υλικών περιλαμβάνει τη μελέτη της δομής των υλικών και τη σχέση τους με τις ιδιότητές τους (μηχανικά, ηλεκτρικά κ.λπ.). Μόλις ένας επιστήμονας των υλικών γνωρίζει για αυτή τη συσχέτιση δομής-ιδιότητας, μπορούν στη συνέχεια να συνεχίσουν να μελετήσουν τη σχετική απόδοση ενός υλικού σε μια δεδομένη εφαρμογή. Οι κύριοι καθοριστικοί παράγοντες της δομής ενός υλικού και επομένως των ιδιοτήτων του είναι τα συστατικά χημικά στοιχεία και ο τρόπος με τον οποίο έχει υποστεί επεξεργασία στην τελική του μορφή.
Μηχανικές ιδιότητες των κραμάτων χαλκού
Τα υλικά επιλέγονται συχνά για διάφορες εφαρμογές επειδή έχουν επιθυμητές συνδυασμούς μηχανικών χαρακτηριστικών. Για τις δομικές εφαρμογές, οι ιδιότητες των υλικών είναι κρίσιμες και οι μηχανικοί πρέπει να τις λάβουν υπόψη.
Δύναμη των κραμάτων χαλκού
Στη μηχανική των υλικών, η αντοχή ενός υλικού είναι η ικανότητά του να αντέχει ένα εφαρμοζόμενο φορτίο χωρίς αποτυχία ή πλαστική παραμόρφωση. Η αντοχή των υλικών θεωρεί βασικά τη σχέση μεταξύ των εξωτερικών φορτίων που εφαρμόζονται σε ένα υλικό και της προκύπτουσας παραμόρφωσης ή μεταβολής των διαστάσεων του υλικού. Η αντοχή ενός υλικού είναι η ικανότητά του να αντέχει αυτό το εφαρμοζόμενο φορτίο χωρίς αποτυχία ή πλαστική παραμόρφωση.
Τελική αντοχή εφελκυσμού
Η τελική αντοχή εφελκυσμού του χαλκού ηλεκτρολυτικής-άχρηστης βάσης (ETP) είναι περίπου 250 MPa.
Η τελική αντοχή σε εφελκυσμό του ορείχαλκου Carthridge - το US C26000 είναι περίπου 315 MPa.
Η τελική αντοχή εφελκυσμού του χάλκινα αλουμινίου - το US C95400 είναι περίπου 550 MPa.
Τελική αντοχή εφελκυσμού του χάλκινα κασσίτερου - UNS C90500 - Gun Metal είναι περίπου 310 MPa.
Η τελική αντοχή εφελκυσμού του βηρύλλου χαλκού - το US C17200 είναι περίπου 1380 MPa.
Η τελική αντοχή σε εφελκυσμό του Cupronickel - UNS C70600 είναι περίπου 275 MPa.
Η τελική αντοχή εφελκυσμού του αργύρου νικελίου - US C75700 είναι περίπου 400 MPa.
Η τελική αντοχή εφελκυσμού είναι η μέγιστη στην καμπύλη μηχανικής τάσης-καταπόνησης. Αυτό αντιστοιχεί στη μέγιστη τάση που μπορεί να διατηρηθεί από μια δομή στην τάση. Η τελική αντοχή εφελκυσμού συχνά μειώνεται σε "αντοχή σε εφελκυσμό" ή ακόμα και στο "Ultimate". Εάν αυτή η τάση εφαρμόζεται και διατηρείται, θα προκύψει κάταγμα. Συχνά, αυτή η τιμή είναι σημαντικά μεγαλύτερη από την τάση απόδοσης (έως και 50 έως 60 τοις εκατό περισσότερο από την απόδοση για ορισμένους τύπους μετάλλων). Όταν ένα όλκιμο υλικό φτάσει στην τελική του αντοχή, βιώνει το λαιμό όπου η περιοχή διατομής μειώνεται τοπικά. Η καμπύλη τάσης-καταπόνησης δεν περιέχει υψηλότερη τάση από την τελική δύναμη. Παρόλο που οι παραμορφώσεις μπορούν να συνεχίσουν να αυξάνονται, το άγχος συνήθως μειώνεται μετά την επίτευξη της τελικής αντοχής. Είναι μια εντατική ιδιοκτησία. Επομένως, η τιμή του δεν εξαρτάται από το μέγεθος του δείγματος δοκιμής. Ωστόσο, εξαρτάται από άλλους παράγοντες, όπως η παρασκευή του δείγματος, η παρουσία ή άλλως των επιφανειακών ελαττωμάτων και η θερμοκρασία του περιβάλλοντος και του υλικού δοκιμής. Οι τελικές αντοχές εφελκυσμού ποικίλλουν από 50 MPa για αλουμίνιο έως και 3000 MPa για χάλυβες πολύ υψηλής αντοχής.
Απόδοση
Η αντοχή στην απόδειξη του χαλκού ηλεκτρολυτικής-άμικης βάσης (ETP) είναι μεταξύ 60-300 MPa.
Η αντοχή απόδοσης του χάλκινα αλουμινίου - το US C95400 είναι περίπου 250 MPa.
ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΧΩΡΟΥ ΧΩΡΟΥ ΚΙΝΗΤΙΚΟΥ - UNS C90500 - Το Gun Metal είναι περίπου 150 MPa.
Η αντοχή απόδοσης του βηρύλλου χαλκού - το US C17200 είναι περίπου 1100 MPa.
Η αντοχή απόδοσης του Cupronickel - UNS C70600 είναι περίπου 105 MPa.
Η δύναμη απόδοσης του νικελίου ασήμι - το US C75700 είναι περίπου 170 MPa.
Το σημείο απόδοσης είναι το σημείο σε μια καμπύλη καταπόνησης-καταπόνησης που υποδεικνύει το όριο της ελαστικής συμπεριφοράς και την αρχική πλαστική συμπεριφορά. Η αντοχή απόδοσης ή η τάση απόδοσης είναι η ιδιότητα υλικού που ορίζεται ως η τάση με την οποία ένα υλικό αρχίζει να παραμορφώνεται πλαστικά, ενώ το σημείο απόδοσης είναι το σημείο όπου αρχίζει η μη γραμμική (ελαστική + πλαστική) παραμόρφωση. Πριν από το σημείο απόδοσης, το υλικό θα παραμορφωθεί ελαστικά και θα επιστρέψει στο αρχικό του σχήμα όταν αφαιρείται η εφαρμοζόμενη τάση. Μόλις περάσει το σημείο απόδοσης, κάποιο κλάσμα της παραμόρφωσης θα είναι μόνιμο και μη αναστρέψιμο. Μερικοί χάλυβες και άλλα υλικά παρουσιάζουν μια συμπεριφορά που ονομάζεται φαινόμενο σημείου απόδοσης. Οι αντοχές απόδοσης κυμαίνονται από 35 MPa για αλουμίνιο χαμηλής αντοχής σε μεγαλύτερη από 1400 MPa για χάλυβες πολύ υψηλής αντοχής.
Σκληρότητα των κραμάτων χαλκού
Η σκληρότητα του χαλκού Vickers του χαλκού ηλεκτρολυτικού-άγριου (ETP) εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ιδιοσυγκρασία του υλικού, αλλά είναι μεταξύ 50-150 HV.
Η σκληρότητα του Brinell του Carthridge Brass - το US C26000 είναι περίπου 100 MPa.
Brinell Hardness του αλουμινίου Χάλκινο - UNS C95400 είναι περίπου 170 MPa. Η σκληρότητα των χάλκινων αλουμινίου αυξάνεται με περιεχόμενο αλουμινίου (και άλλου κράματος) καθώς και με τάσεις που προκαλούνται από την ψυχρή εργασία.
Brinell Hardness του χάλκινα κασσίτερου - UNS C90500 - Το Gun Metal είναι περίπου 75 BHN.
Rockwell Hardness of Copper Beryllium - UNS C17200 είναι περίπου 82 HRB.
Το Brinell Hardness of Cupronickel - UNS C70600 είναι περίπου HB 100.
Rockwell σκληρότητα του νικελίου Silver - US C75700 είναι περίπου 45 HRB.
Η δοκιμή σκληρότητας Rockwell είναι μία από τις πιο συνηθισμένες δοκιμές σκληρότητας εσοχής, που έχει αναπτυχθεί για δοκιμές σκληρότητας. Σε αντίθεση με τη δοκιμή Brinell, ο δοκιμαστής Rockwell μετρά το βάθος της διείσδυσης ενός indenter κάτω από ένα μεγάλο φορτίο (μείζονα φορτίο) σε σύγκριση με τη διείσδυση που έγινε με προφόρτιση (μικρό φορτίο). Το μικρό φορτίο δημιουργεί τη μηδενική θέση. Το κύριο φορτίο εφαρμόζεται και στη συνέχεια αφαιρείται ενώ εξακολουθεί να διατηρεί το μικρό φορτίο. Η διαφορά μεταξύ του βάθους διείσδυσης πριν και μετά την εφαρμογή του μεγάλου φορτίου χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του αριθμού σκληρότητας Rockwell. Δηλαδή, το βάθος διείσδυσης και η σκληρότητα είναι αντιστρόφως ανάλογες. Το κύριο πλεονέκτημα της σκληρότητας Rockwell είναι η ικανότητά του να εμφανίζει απευθείας τις τιμές σκληρότητας. Το αποτέλεσμα είναι ένας άχρηστος αριθμός που σημειώνεται ως HRA, HRB, HRC, κλπ., Όπου η τελευταία επιστολή είναι η αντίστοιχη κλίμακα Rockwell.
