Klasifikasi paduan tembaga dan peran elemen paduan
Paduan tembaga mengacu pada paduan yang dibentuk dengan menambahkan satu atau beberapa elemen lain ke tembaga murni. Klasifikasi paduan tembaga cukup mudah dipahami. Ada banyak warna paduan tembaga. Jenis paduan tembaga non-tembaga memiliki warna yang berbeda-beda. Paduan tembaga umumnya memiliki warna ungu, kuning, cyan dan lainnya.
1. Klasifikasi
Klasifikasi paduan tembaga: berdasarkan warna
1. Kuningan: mengacu pada paduan berbahan dasar tembaga dan seng, yang dapat dibagi lagi menjadi kuningan sederhana dan kuningan kompleks. Komponen ketiga dari kuningan kompleks diberi nama kuningan nikel, kuningan silikon, dll.;
2. Perunggu: mengacu pada paduan berbahan dasar tembaga selain paduan tembaga-nikel dan tembaga-seng. Varietas utamanya adalah perunggu timah, perunggu aluminium, dan perunggu khusus (juga dikenal sebagai paduan tembaga tinggi);
3. Tembaga putih: mengacu pada paduan tembaga-nikel;
4. Tembaga merah: mengacu pada tembaga murni. Varietas utama termasuk tembaga bebas oksigen, tembaga merah, tembaga terdeoksidasi fosfor, dan tembaga perak.
Klasifikasi paduan tembaga: dibagi berdasarkan sistem paduan
1. Tembaga non-paduan: Tembaga non-paduan mencakup tembaga dengan kemurnian tinggi, tembaga keras, tembaga terdeoksidasi, tembaga bebas oksigen, dll. Secara tradisional, orang menyebut tembaga non-paduan sebagai tembaga merah atau tembaga murni, juga disebut tembaga merah.
2. Paduan tembaga lainnya termasuk dalam paduan tembaga. negara saya dan Rusia membagi paduan tembaga menjadi kuningan, perunggu, dan tembaga putih, dan kemudian membagi sistem paduan kecil ke dalam kategori utama.
Klasifikasi paduan tembaga: dibagi berdasarkan fungsi
1. Paduan tembaga untuk konduktivitas listrik dan termal: terutama tembaga non-paduan dan tembaga paduan mikro.
2. Paduan tembaga struktural: mencakup hampir semua paduan tembaga.
3. Paduan tembaga tahan korosi: terutama meliputi kuningan timah, kuningan aluminium, berbagai tembaga non-putih, perunggu aluminium, titanium biru, dll.
4. Paduan tembaga tahan aus: terutama mencakup kuningan kompleks, perunggu aluminium, dll. yang mengandung timbal, timah, aluminium, mangan, dan elemen lainnya.
5. Paduan tembaga yang mudah dipotong: tembaga-timbal, tembaga-telurium, tembaga-antimon, dan paduan lainnya.
6. Paduan tembaga elastis: terutama perunggu antimon, perunggu aluminium, perunggu berilium, perunggu titanium, dll.
7. Paduan tembaga redaman: paduan tembaga mangan tinggi, dll.
8. Paduan tembaga artistik: tembaga murni, kuningan, perunggu timah, perunggu aluminium, tembaga putih, dll.
Klasifikasi paduan tembaga: dibagi berdasarkan metode pembentukan material
1. Paduan tembaga cor: Pengecoran juga dapat digunakan untuk pemrosesan deformasi.
2. Paduan tembaga cacat: Paduan tembaga cacat dapat digunakan untuk pengecoran.
3. Paduan tembaga tuang dan paduan tembaga terdeformasi dapat dibagi lagi menjadi tembaga tuang, kuningan, perunggu, dan tembaga putih.
2. Peran elemen paduan
Masuknya elemen jejak ke dalam tembaga tidak dapat dihindari. Karena karakteristik unsur-unsur yang berbeda, unsur-unsur tersebut mungkin tidak larut dalam tembaga, memiliki sejumlah kecil larutan padat, sejumlah besar larutan padat, atau kelarutan timbal balik yang tak terbatas. Kelarutan padatan menurun drastis seiring dengan penurunan suhu, dan terjadi perubahan fasa kompleks pada fasa padat. dll., sehingga dampaknya terhadap sifat tembaga sangat bervariasi.
3. Elemen paduan
Pengaruh terhadap konduktivitas paduan tembaga
1. Hidrogen
Hidrogen dan tembaga tidak membentuk hidrida. Kelarutan hidrogen dalam tembaga cair dan padat meningkat seiring dengan meningkatnya suhu, terutama pada tembaga cair yang memiliki kelarutan besar. Ketika tembaga membeku, hidrogen membentuk pori-pori pada tembaga, menyebabkan produk tembaga menjadi rapuh. Dalam tembaga padat, hidrogen berada dalam keadaan proton, dan elektron hidrogen mengisi orbital lapisan S atom tembaga untuk membentuk larutan padat proton. Meskipun hidrogen murni memiliki pengaruh yang kecil terhadap kinerja tembaga, hidrogen berbahaya bagi tembaga dan paduan tembaga. Tembaga yang mengandung oksigen akan menghasilkan retakan saat dianil dalam hidrogen. Berbagai unsur mempunyai pengaruh berbeda terhadap kelarutan hidrogen dalam tembaga. Diantaranya, unsur seperti Ni dan Mn meningkatkan kelarutan, sedangkan unsur seperti P dan Si mengurangi kelarutan. Kandungan hidrogen dalam muatan dapat dikontrol dengan mengurangi waktu peleburan, menyesuaikan komposisi, dan menggunakan penutup arang permukaan leleh serta metode lain untuk mengurangi kandungan hidrogen dalam tembaga.
2. Oksigen
Oksigen tidak bisa dihindari dalam proses produksi tembaga, dan dampaknya juga sangat penting. Kecuali sejumlah kecil larutan padat dalam tembaga, ia ada dalam bentuk Cu2O. Tembaga oksida tidak larut dalam tembaga dan membentuk struktur eutektik Cu+Cu2O, yang didistribusikan pada batas butir. Reaksi eutektiknya adalah: L mengandung oksigen 0.39% ---- mengandung oksigen 0.01% + Cu2O, dalam tembaga hipoeutektik Kandungan oksigen dalam tembaga berbanding lurus dengan banyaknya eutektik , dan kandungan oksigen dalam tembaga dapat diukur secara akurat dengan membandingkannya dengan gambar standar di bawah mikroskop.
Pengaruh oksigen terhadap sifat-sifat tembaga dan paduannya sangatlah kompleks. Jumlah oksigen yang sedikit mempunyai pengaruh yang kecil terhadap konduktivitas listrik dan sifat mekanik tembaga. Tembaga industri memiliki konduktivitas listrik yang tinggi. Pasalnya, oksigen sebagai deterjen dapat menghilangkan banyak unsur dari tembaga. Pengotor berbahaya masuk ke terak dalam bentuk oksida, terutama unsur-unsur seperti arsenik, antimon, dan bismut. Konduktivitas listrik tembaga yang mengandung sedikit oksigen dapat mencapai 100% hingga 103% IACS. Tembaga dengan kemurnian tinggi seperti tembaga 6N dapat bertahan dalam kondisi kriogenik. Nilai resistansinya cukup rendah.
Kandungan oksigen tembaga yang digunakan dalam komponen vakum listrik harus dikontrol dengan ketat. Alasannya adalah perangkat vakum listrik perlu dikemas dalam hidrogen. Kehadiran hidrogen dalam tembaga akan menyebabkan penyakit hidrogen dan menyebabkan kerusakan pada perangkat di lingkungan vakum tinggi.
Ketika tembaga dan paduan tembaga dilebur, deoksidasi umumnya harus dilakukan. Pengoksidasi termasuk fosfor, boron, magnesium, dll., yang ditambahkan dalam bentuk paduan perantara. Fosfor adalah deoxidizer yang paling efektif, namun jumlah residu fosfor harus dikontrol dengan ketat karena dapat sangat mengurangi konduktivitas listrik tembaga dan paduannya.
3. Antimon, bismut, belerang, telurium, selenium
Kelarutan padat unsur-unsur ini dalam tembaga sangat kecil, dan pada dasarnya tidak larut dalam tembaga pada suhu kamar. Mereka ada dalam bentuk senyawa logam dan didistribusikan pada batas butir. Bahan-bahan tersebut mempunyai pengaruh yang kecil terhadap konduktivitas listrik dan panas tembaga, namun sangat merusak plastisitas tembaga dan paduannya. Kinerja pemrosesan, kontennya harus dikontrol dengan ketat, dan standar nasional menetapkan bahwa tidak boleh melebihi {{0}}.005%; karena tembaga yang mengandung unsur-unsur ini memiliki sifat pemotongan yang baik, ia juga digunakan dalam bidang teknik dan teknis, seperti tembaga kromium, yang dapat digunakan sebagai saklar vakum dan pemutus arus. Kontak sakelar mencegah kontak sakelar menempel ketika rangkaian putus. Kandungan bismut dalam tembaga bismut bisa mencapai 0,5% hingga 1,0%; paduan telurium-tembaga yang mengandung 0,15% hingga 0,5% telurium dapat digunakan sebagai baja tahan karat yang sangat konduktif dan mudah dipotong. Tembaga oksigen dapat diolah menjadi komponen elektronik presisi. Sebagai paduan tembaga tujuan khusus, unsur-unsur ini dapat ditambahkan, tetapi teknologi pemrosesannya khusus, dan metode seperti ekstrusi jaket, ekstrusi dingin, pengecoran, dan metalurgi serbuk dapat digunakan.
4. Arsenik, boron
Arsenik memiliki kelarutan padat yang besar dalam tembaga, dan kandungan dalam larutan padat dapat mencapai 6,8% hingga 7.0%. Kehadiran arsenik dalam tembaga sangat mengurangi konduktivitas listrik dan konduktivitas termal. Umumnya ditambahkan sebagai pengubah, terutama untuk kuningan. Paduan kondensor bahkan lebih berharga. Penggunaan tabung kondensor di pembangkit listrik tenaga panas dan kapal selama 100 tahun terakhir telah menunjukkan bahwa kuningan yang mengandung 0,1% hingga 0,15% arsenik dapat mencegah korosi dezincifikasi kuningan dan mengatasi masalah kondensor kuningan tabung. Kebocoran dini merupakan masalah yang fatal, sehingga berbagai standar material menetapkan bahwa arsenik harus ditambahkan. Pengalaman menunjukkan bahwa tabung kondensor HSn70-1 bebas arsenik sering bocor dalam 2 hingga 3 tahun pertama penggunaan. Setelah menambahkan arsenik, masa pakai dapat ditingkatkan menjadi 15 hingga 20 tahun, yang disebut sebagai kemajuan teknologi besar dalam penelitian paduan tembaga. Alasan mengapa arsenik dapat mencegah korosi dezincifikasi pada kuningan adalah karena banyak penelitian menunjukkan bahwa arsenik dapat menurunkan potensial elektroda tembaga, sehingga mengurangi kecenderungan korosi elektrokimia. Karena oksida arsenik mencemari lingkungan dan berbahaya bagi tubuh manusia, pabrik yang melebur paduan harus memiliki perlindungan lingkungan dan tindakan perlindungan khusus; arsenik harus ditambahkan dalam bentuk master alloy, dan kandungan arsenik pada master alloy arsenik-tembaga bisa mencapai 15% hingga 30%.
Boron memiliki kelarutan padat yang rendah dalam tembaga dan umumnya digunakan sebagai deoxidizer. Boron yang tersisa dapat menghaluskan biji-bijian. Masyarakat telah menyadari bahwa dampak kerusakannya sangat signifikan. Menambahkan boron {{0}},01% hingga 0,04% ke paduan kuningan yang ditambahkan arsenik memiliki efek Perlindungan yang lebih baik terhadap dezincifikasi dan korosi kuningan. Boron oksida adalah bahan penutup yang sangat baik dalam peleburan paduan tembaga dan telah banyak digunakan. Boron juga biasa ditambahkan pada bahan las tembaga untuk mencegah oksidasi pada logam las.
5. Fosfor
Ketika suhu menurun, jumlah fosfor dalam larutan padat dalam tembaga berkurang dengan cepat, mencapai {{0}},6% pada 300 derajat dan 0.4 % pada 200 derajat . Fosfor yang dilarutkan dalam tembaga secara signifikan mengurangi konduktivitas listriknya. Konduktivitas pita lunak yang mengandung P0,014% adalah 94% IACS. Konduktivitas P0,14% hanya 45,2%. Fosfor adalah deoxidizer yang paling efektif dan berbiaya terendah. Kehadiran sejumlah kecil dapat meningkatkan fluiditas lelehan, meningkatkan kemampuan las dan ketahanan korosi tembaga dan paduan, serta meningkatkan suhu anti-pelunakan. Oleh karena itu, fosfor juga merupakan komponen utama tembaga. Dan elemen aditif yang berharga dalam paduan, paduan tembaga fosfor yang mengandung P0,015% hingga 0,04% banyak digunakan dalam produksi pipa air gedung, pipa panas pendingin dan AC, dan pipa air laut kapal; pelat dan strip paduan tembaga rendah fosfor digunakan di Banyak digunakan dalam industri elektronik dan kimia, strip tembaga rangka timah sirkuit terpadu juga menggunakan sejumlah besar paduan tembaga dengan ketelitian rendah; paduan tembaga fosfor dengan komposisi eutektik adalah bahan las yang sangat baik. Paduan tembaga tinggi memiliki superplastisitas pada 580 hingga 620 derajat dan dapat dipanaskan Kawat las yang diekstrusi menjadi 3~5mm adalah bahan penting untuk mengelas tembaga dan paduan tembaga, bagian baja dan tembaga.
6. Memimpin
Timbal tidak larut dalam tembaga, dan kelarutan padatnya dalam paduan tembaga juga sangat kecil. Ini membentuk struktur eutektik yang dapat melebur dengan tembaga. Untuk tembaga yang mengandung timbal 0 hingga 38%, timbal cair tidak dapat bercampur dengan tembaga cair dan memadat. Struktur monokristalin terbentuk; dalam keadaan padat, timbal didistribusikan dalam keadaan sederhana dalam tembaga dan dapat didistribusikan di dalam butiran dan pada batas butir. Ketika paduan tembaga yang mengandung timbal mengalami perubahan fasa atau rekristalisasi, timbal pada batas butir dapat dipindahkan ke batas butir. Di dalam. Timbal tidak berpengaruh signifikan terhadap konduktivitas listrik dan termal tembaga dan paduannya, namun dapat meningkatkan kemampuan mesin. Partikel timbal adalah fase padat, yang merupakan fase lunak yang diinginkan untuk bahan bantalan. Oleh karena itu, tembaga dan paduannya yang mengandung timbal merupakan bahan yang berharga dan mudah dipotong. Bahan bantalan lebih populer di pasaran karena harganya yang murah. Kuningan yang mengandung timbal banyak digunakan. Semakin kecil partikel timbal, semakin seragam distribusinya dan semakin baik kinerjanya. Tembaga dan paduan bertimbal dapat digunakan sebagai proses cor atau press. Kuningan timbal adalah fase tunggal pada suhu tinggi (di atas 500 derajat), memiliki kemampuan kerja panas yang sangat baik, dan dapat menahan deformasi termal yang besar. Namun, ini adalah fase dan fase a+ pada suhu kamar. Ia memiliki ketahanan deformasi yang tinggi dan plastisitas yang buruk selama deformasi dingin. , Kecepatan pemrosesan yang berlebihan akan menyebabkan keretakan pada material paduan.
Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, kandungan timbal dalam kuningan timbal konvensional meningkat dari 0,8% menjadi 2,5% hingga lebih dari 5%, dan tembaga merah, kuningan, perunggu, dan tembaga putih baru yang mengandung timbal terus dikembangkan. Secara khusus, perlu diperhatikan bahwa paduan tembaga yang mengandung timbal sangat mudah beradaptasi dengan bahan mentah dan dapat langsung diproduksi menggunakan tembaga daur ulang, yang sangat penting bagi perusahaan pengolahan tembaga.
7. Besi, zirkonium, kromium, silikon, perak, berilium, kadmium
Ciri umum ketujuh unsur logam ini adalah kelarutan padatnya dalam tembaga terbatas, dan kelarutan padatnya berubah drastis seiring perubahan suhu. Ketika suhu mulai turun setelah kristalisasi paduan selesai, kelarutan padatnya dalam tembaga juga dimulai. Menurun dan mengendap dari fasa padat berupa senyawa logam atau unsur unsur. Ketika unsur-unsur ini dilarutkan dalam tembaga, unsur-unsur ini dapat meningkatkan kekuatannya secara signifikan dan memiliki efek penguatan larutan padat. Ketika mereka mengendap dari fase padat, terjadi penguatan dispersi. Hasilnya, sifat konduktivitas listrik dan termal telah dipulihkan. Mereka adalah paduan tembaga yang diberi perlakuan panas dan menua. Melalui pendinginan (950~980 derajat, pendinginan air) dan penuaan (450~550 derajat, 2-4jam), sifat kekuatan tinggi dan konduktivitas listrik yang tinggi dapat diperoleh. Jumlah jejak perak tidak secara signifikan mengurangi konduktivitas listrik dan konduktivitas termal tembaga, namun dapat secara signifikan meningkatkan suhu rekristalisasi, ketahanan deformasi dan ketahanan aus. Ini banyak digunakan pada komutator motor dan, baru-baru ini, dalam pembuatan kabel kontak untuk kereta berkecepatan tinggi. . Tembaga memiliki sifat tidak menimbulkan percikan api saat terjadi benturan dan merupakan bahan instrumen penerbangan yang penting. Karena kadmium beracun dan mencemari lingkungan, penggunaannya semakin menyusut. Tembaga berilium adalah bahan yang paling elastis. Berilium memperkuat tembaga secara signifikan. Kekuatan tembaga berilium setelah perlakuan panas bisa mencapai 4 hingga 5 kali lipat dari tembaga murni.
Besi dapat menghaluskan butiran dan meningkatkan sifat tembaga dan paduannya. Di lingkungan yang memerlukan sifat antimagnetik, kandungan besi harus dikontrol dengan ketat, umumnya di bawah 00,003%.
Paduan zirkonium dan kromium-tembaga memiliki konduktivitas listrik yang tinggi, kekuatan, dan ketahanan pelunakan yang baik. Mereka adalah paduan elektroda terbaik dan memiliki aplikasi penting dalam mesin luar angkasa.
Perunggu silikon memiliki kekuatan dan ketahanan aus yang tinggi. Besi, zirkonium, dan perunggu kromium adalah paduan tembaga terbaru dengan kekuatan tinggi dan konduktivitas tinggi dan memiliki aplikasi penting dalam pembuatan elektroda.
Paduan besi, silikon, zirkonium, dan kromium-tembaga telah menjadi dasar paduan tembaga untuk rangka timbal sirkuit terpadu, dan penelitian tentang komposisi dan sifat paduannya sangat aktif.
8. Seng, timah, aluminium, nikel
Ciri umum keempat unsur ini adalah memiliki kelarutan padat yang besar dalam tembaga, yaitu masing-masing sebesar 39,9%, 15,8%, dan 9,4%. Nikel sangat larut satu sama lain. Mereka membentuk larutan padat kontinu dengan tembaga dan memiliki area fase tunggal yang luas. Mereka secara signifikan dapat meningkatkan sifat mekanik dan ketahanan korosi tembaga, tetapi juga mengurangi konduktivitas listrik dan termal tembaga. Dibandingkan dengan bahan logam lainnya, bahan konduktif listrik dan termal masih sangat baik. Mereka membentuk paduan berharga dengan tembaga, yang dapat dibagi menjadi paduan kuningan, perunggu, dan tembaga putih, yang membentuk dasar dari sistem paduan besar. Paduan ini memiliki sifat komprehensif yang sangat baik. Misalnya, kuningan memiliki kekuatan tinggi, ketahanan aus, ketahanan korosi, konduktivitas termal yang tinggi, dan biaya rendah; perunggu memiliki kekuatan tinggi, ketahanan aus, dan ketahanan korosi; tembaga putih memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap kualitas air yang keras dan korosi air laut. Semua kelebihan tersebut merupakan kelebihan lainnya. Bahan logam tidak dapat diganti.
9. Unsur tanah jarang
Unsur tanah jarang umumnya hampir tidak larut dalam tembaga, tetapi sejumlah kecil logam tanah jarang, baik ditambahkan sendiri atau dalam bentuk campuran, bermanfaat bagi sifat mekanik tembaga dan memiliki pengaruh kecil terhadap konduktivitas listrik tembaga. Unsur jenis ini dapat membentuk senyawa dengan titik leleh tinggi dengan pengotor seperti timbal dan bismut pada tembaga. Partikel bulat kecil didistribusikan secara merata dalam butiran, menghaluskan butiran dan meningkatkan plastisitas baja suhu tinggi. Menambahkan 0.008% campuran tanah jarang ke tembaga dapat meningkatkan sifat proses tembaga secara signifikan; ketika menambahkan kurang dari 0.1% Y, sifat mekanik dan sifat proses tembaga ditingkatkan; sifat mekanik paduan tembaga yang mengandung 0,01%~0,15% La Kinerjanya, konduktivitas listrik, dan suhu ketahanan pelunakannya semuanya lebih baik dibandingkan paduan Cu-0.15Ag, dan telah digunakan dalam industri.
10. Logam tahan api dan logam lainnya
Unsur-unsur seperti tungsten, molibdenum, niobium, uranium, dan plutonium hampir tidak larut dalam tembaga, sedangkan titanium, zirkonium, kromium, kobalt, dan unsur-unsur lainnya larut dalam tembaga dalam jumlah kecil, tetapi semuanya memurnikan butiran tembaga hingga tingkat yang berbeda-beda. dan meningkatkan suhu rekristalisasinya. , menetralkan efek berbahaya dari beberapa kotoran yang dapat melebur, yang bermanfaat untuk meningkatkan plastisitas suhu tinggi.
Paduan tembaga yang mengandung sejumlah kecil zirkonium (Cl5000, C15100, C18100), kobalt (C17110, C17500), dan kromium (C18400, C18200, C18500) telah digunakan dalam industri dan menjadi bahan listrik yang baik.
