Classification des alliages de cuivre et rôle des éléments d'alliage
L'alliage de cuivre fait référence à un alliage formé en ajoutant un ou plusieurs autres éléments au cuivre pur. La classification des alliages de cuivre est assez simple à comprendre. Il existe de nombreuses couleurs d'alliages de cuivre. Les types d'alliages de cuivre sans cuivre ont des couleurs différentes. Les alliages de cuivre ont principalement des couleurs violettes, jaunes, cyan et autres.
1. Classement
Classification des alliages de cuivre : par couleur
1. Laiton : désigne un alliage à base de cuivre et de zinc, qui peut être subdivisé en laiton simple et laiton complexe. Le troisième composant du laiton complexe est appelé laiton au nickel, laiton au silicium, etc. ;
2. Bronze : désigne les alliages à base de cuivre autres que les alliages cuivre-nickel et cuivre-zinc. Les principales variétés sont le bronze à l'étain, le bronze à l'aluminium et le bronze spécial (également connu sous le nom d'alliage à haute teneur en cuivre) ;
3. Cuivre blanc : fait référence à l’alliage cuivre-nickel ;
4. Cuivre rouge : fait référence au cuivre pur. Les principales variétés comprennent le cuivre sans oxygène, le cuivre rouge, le cuivre désoxydé au phosphore et le cuivre argenté.
Classification des alliages de cuivre : divisée par système d'alliage
1. Cuivre non allié : Le cuivre non allié comprend le cuivre de haute pureté, le cuivre résistant, le cuivre désoxydé, le cuivre sans oxygène, etc. Traditionnellement, les gens appellent le cuivre rouge non allié ou le cuivre pur, également appelé cuivre rouge.
2. D'autres alliages de cuivre appartiennent aux alliages de cuivre. mon pays et la Russie divisent les alliages de cuivre en laiton, bronze et cuivre blanc, puis divisent les systèmes de petits alliages en grandes catégories.
Classification des alliages de cuivre : divisé par fonction
1. Alliages de cuivre pour la conductivité électrique et thermique : principalement du cuivre non allié et du cuivre micro-allié.
2. Alliages de cuivre structuraux : comprenant presque tous les alliages de cuivre.
3. Alliages de cuivre résistants à la corrosion : comprennent principalement le laiton étain, le laiton aluminium, divers cuivres non blancs, le bronze aluminium, le bleu de titane, etc.
4. Alliages de cuivre résistants à l'usure : comprennent principalement du laiton complexe, du bronze d'aluminium, etc. contenant du plomb, de l'étain, de l'aluminium, du manganèse et d'autres éléments.
5. Alliages de cuivre faciles à couper : cuivre-plomb, cuivre-tellure, cuivre-antimoine et autres alliages.
6. Alliage de cuivre élastique : principalement le bronze d'antimoine, le bronze d'aluminium, le bronze de béryllium, le bronze de titane, etc.
7. Alliage de cuivre d'amortissement : alliage de cuivre à haute teneur en manganèse, etc.
8. Alliage de cuivre artistique : cuivre pur, laiton, bronze étain, bronze aluminium, cuivre blanc, etc.
Classification des alliages de cuivre : divisée par méthode de formation du matériau
1. Alliage de cuivre coulé : le moulage peut également être utilisé pour le traitement de déformation.
2. Alliage de cuivre déformé : Un alliage de cuivre déformé peut être utilisé pour le moulage.
3. Les alliages de cuivre coulés et les alliages de cuivre déformés peuvent être subdivisés en cuivre coulé, laiton, bronze et cuivre blanc.
2. Le rôle des éléments d'alliage
Il est inévitable que des oligo-éléments pénètrent dans le cuivre. En raison des différentes caractéristiques des éléments, ils peuvent ne pas se dissoudre dans le cuivre, avoir des traces de solution solide, une grande quantité de solution solide ou une solubilité mutuelle infinie. La solubilité du solide diminue considérablement à mesure que la température diminue et des changements de phase complexes se produisent dans la phase solide. etc., de sorte que l’impact sur les propriétés du cuivre varie considérablement.
3. Éléments en alliage
Effet sur la conductivité des alliages de cuivre
1. Hydrogène
L'hydrogène et le cuivre ne forment pas d'hydrures. La solubilité de l'hydrogène dans le cuivre liquide et solide augmente à mesure que la température augmente, en particulier dans le cuivre liquide, qui a une grande solubilité. Lorsque le cuivre se solidifie, l’hydrogène forme des pores dans le cuivre, ce qui rend les produits en cuivre cassants. Dans le cuivre solide, l’hydrogène existe à l’état de proton et les électrons de l’hydrogène remplissent les orbitales de la couche S des atomes de cuivre pour former une solution solide de protons. Bien que l’hydrogène pur ait peu d’effet sur les performances du cuivre, l’hydrogène est nocif pour le cuivre et ses alliages. Le cuivre contenant de l'oxygène produira des fissures lorsqu'il sera recuit dans l'hydrogène. Divers éléments ont des effets différents sur la solubilité de l’hydrogène dans le cuivre. Parmi eux, des éléments tels que Ni et Mn augmentent la solubilité, tandis que des éléments tels que P et Si réduisent la solubilité. La teneur en hydrogène dans la charge peut être contrôlée en réduisant le temps de fusion, en ajustant la composition et en utilisant le revêtement de charbon de bois de la surface fondue et d'autres méthodes pour réduire la teneur en hydrogène du cuivre.
2. Oxygène
L’oxygène est inévitable dans le processus de production du cuivre et son impact est également très important. À l’exception d’une très petite quantité de solution solide dans le cuivre, celui-ci existe sous forme de Cu2O. L'oxyde de cuivre n'est pas soluble dans le cuivre et forme une structure eutectique Cu+Cu2O, qui est distribuée aux joints de grains. La réaction eutectique est : L contenant de l'oxygène 0,39 % ---- contenant de l'oxygène 0,01 % + Cu2O, dans du cuivre hypoeutectique La teneur en oxygène du cuivre est directement proportionnelle à la quantité d'eutectique , et la teneur en oxygène du cuivre peut être mesurée avec précision en la comparant avec des images standard au microscope.
L’influence de l’oxygène sur les propriétés du cuivre et de ses alliages est complexe. Des traces d'oxygène ont peu d'effet sur la conductivité électrique et les propriétés mécaniques du cuivre. Le cuivre industriel a une conductivité électrique élevée. La raison en est que l’oxygène, en tant que détergent, peut éliminer de nombreux éléments du cuivre. Des impuretés nocives pénètrent dans les scories sous forme d'oxydes, notamment des éléments tels que l'arsenic, l'antimoine et le bismuth. La conductivité électrique du cuivre contenant une petite quantité d'oxygène peut atteindre 100 % à 103 % IACS. Le cuivre de haute pureté tel que le cuivre 6N peut survivre dans des conditions cryogéniques. La valeur de la résistance est assez faible.
La teneur en oxygène du cuivre utilisé dans les composants électriques du vide doit être strictement contrôlée. La raison en est que les appareils électriques à vide doivent être encapsulés dans de l’hydrogène. La présence d'hydrogène dans le cuivre provoquera une maladie de l'hydrogène et endommagera l'appareil dans un environnement sous vide poussé.
Lors de la fusion du cuivre et de ses alliages, une désoxydation doit généralement être effectuée. Les désoxydants comprennent le phosphore, le bore, le magnésium, etc., qui sont ajoutés sous forme d'alliages intermédiaires. Le phosphore est le désoxydant le plus efficace, mais la quantité résiduelle de phosphore doit être strictement contrôlée car elle peut fortement réduire la conductivité électrique du cuivre et des alliages.
3. Antimoine, bismuth, soufre, tellure, sélénium
La solubilité solide de ces éléments dans le cuivre est extrêmement faible et ils sont pratiquement insolubles dans le cuivre à température ambiante. Ils existent sous forme de composés métalliques et sont répartis aux joints de grains. Ils ont peu d’effet sur la conductivité électrique et thermique du cuivre, mais ils détériorent sérieusement la plasticité du cuivre et de ses alliages. Performances de traitement, son contenu doit être strictement contrôlé et les normes nationales stipulent qu'il ne doit pas dépasser {{0}}.005 % ; parce que le cuivre contenant ces éléments a de bonnes propriétés de coupe, il est également utilisé dans les cercles d'ingénierie et techniques, comme le cuivre chromé, qui peut être utilisé comme interrupteur à vide et disjoncteur. Les contacts de l'interrupteur empêchent les contacts de l'interrupteur d'adhérer lorsque le circuit est coupé. La teneur en bismuth du cuivre-bismuth peut atteindre 0,5 % à 1,0 % ; Un alliage tellure-cuivre contenant 0,15 % à 0,5 % de tellure peut être utilisé comme acier inoxydable hautement conducteur et facile à couper. Le cuivre oxygéné peut être transformé en composants électroniques de précision. En tant qu'alliage de cuivre à usage spécial, ces éléments peuvent être ajoutés, mais sa technologie de traitement est spéciale et des méthodes telles que l'extrusion en chemise, l'extrusion à froid, le moulage et la métallurgie des poudres peuvent être utilisées.
4. Arsenic, bore
L'arsenic a une grande solubilité solide dans le cuivre et la teneur dans la solution solide peut atteindre 6,8 % à 7,0 %. La présence d'arsenic dans le cuivre réduit fortement sa conductivité électrique et sa conductivité thermique. Il est généralement ajouté comme modificateur, notamment pour les laitons. Les alliages pour condensateurs sont encore plus précieux. L'utilisation de tubes de condenseur dans les centrales thermiques et les navires au cours des 100 dernières années a montré que le laiton contenant 0,1 % à 0,15 % d'arsenic peut empêcher la corrosion par dézincification du laiton et résoudre le problème du condenseur en laiton. tubes. Les fuites précoces sont un problème mortel, c'est pourquoi diverses normes relatives aux matériaux stipulent que de l'arsenic doit être ajouté. L'expérience montre que les tubes de condenseur HSn70-1 sans arsenic fuient souvent au cours des 2 à 3 premières années d'utilisation. Après avoir ajouté de l'arsenic, la durée de vie peut être augmentée jusqu'à 15 à 20 ans, ce qui est considéré comme un progrès technologique majeur dans la recherche sur les alliages de cuivre. La raison pour laquelle l'arsenic peut empêcher la corrosion par dézincification du laiton est que de nombreuses études ont montré que l'arsenic peut réduire le potentiel d'électrode du cuivre, réduisant ainsi la tendance à la corrosion électrochimique. Étant donné que les oxydes d'arsenic polluent l'environnement et sont nocifs pour le corps humain, les usines qui fondent des alliages devraient mettre en place des mesures spéciales de protection de l'environnement et de protection ; l'arsenic doit être ajouté sous forme d'alliages maîtres, et la teneur en arsenic dans les alliages maîtres arsenic-cuivre peut atteindre 15 % à 30 %.
Le bore a une faible solubilité solide dans le cuivre et est généralement utilisé comme désoxydant. Le bore restant permet d'affiner les grains. Les gens ont constaté que l’effet de détérioration est très important. L'ajout de {{0}},01 % à 0,04 % de bore aux alliages de laiton ajoutés à l'arsenic a pour effet d'améliorer la protection contre la dézincification et la corrosion du laiton. L'oxyde de bore est un excellent agent couvrant dans la fusion des alliages de cuivre et a été largement utilisé. Le bore est également couramment ajouté aux matériaux de soudage en cuivre pour empêcher l'oxydation du métal de soudage.
5. Phosphore
À mesure que la température diminue, la quantité de phosphore en solution solide dans le cuivre diminue rapidement, atteignant {{0}},6 % à 300 degrés et 0,4 % à 200 degrés. Le phosphore dissous dans le cuivre réduit considérablement sa conductivité électrique. La conductivité du ruban souple contenant P0,014 % est de 94 % IACS. La conductivité de P0,14 % n'est que de 45,2 %. Le phosphore est le désoxydant le plus efficace et le moins coûteux. La présence de traces peut améliorer la fluidité de la fonte, améliorer la soudabilité et la résistance à la corrosion du cuivre et des alliages et augmenter la température anti-ramollissement. Le phosphore est donc également le principal composant du cuivre. Et des éléments additifs précieux dans les alliages, les alliages de cuivre et de phosphore contenant 0,015 % à 0,04 % sont largement utilisés dans la production de conduites d'eau de construction, de caloducs de réfrigération et de climatisation et de conduites d'eau de mer pour navires ; les plaques et bandes en alliage de cuivre à faible teneur en phosphore sont utilisées dans les industries électroniques et chimiques, les bandes de cuivre pour cadres de connexion de circuits intégrés utilisent également un grand nombre d'alliages de cuivre basse fidélité ; les alliages de cuivre et de phosphore à composition eutectique sont d'excellents matériaux de soudage. Les alliages à haute teneur en cuivre ont une superplasticité entre 580 et 620 degrés et peuvent être chauffés. Le fil de soudage extrudé en 3 à 5 mm est un matériau important pour le soudage du cuivre et des alliages de cuivre, de l'acier et des pièces en cuivre.
6. Diriger
Le plomb n’est pas soluble dans le cuivre et sa solubilité dans les alliages de cuivre est également très faible. Il forme une structure eutectique fusible avec le cuivre. Pour le cuivre contenant de 0 à 38 % de plomb, le plomb liquide n'est pas miscible avec le cuivre liquide et se solidifie. Une structure monocristalline se forme ; à l'état solide, le plomb est distribué à l'état simple dans le cuivre et peut être distribué à l'intérieur du grain et au joint de grain. Lorsqu'un alliage de cuivre contenant du plomb subit un changement de phase ou une recristallisation, le plomb au joint de grain peut être transféré au joint de grain. À l'intérieur. Le plomb n’a pas d’effet significatif sur la conductivité électrique et thermique du cuivre et des alliages, mais il peut améliorer l’usinabilité. Les particules de plomb sont une phase solide, qui est la phase molle souhaitée pour les matériaux porteurs. Par conséquent, le cuivre et les alliages contenant du plomb sont des matériaux précieux et faciles à couper. Les matériaux de roulements sont plus populaires sur le marché en raison de leur faible coût. Le laiton contenant du plomb est largement utilisé. Plus les particules de plomb sont petites, plus la répartition est uniforme et meilleures sont les performances. Le cuivre et les alliages au plomb peuvent être utilisés sous forme moulée ou traités à la presse. Le laiton au plomb est monophasé à haute température (au-dessus de 500 degrés), a une excellente aptitude au façonnage à chaud et peut résister à une déformation thermique importante. Cependant, il s’agit d’une phase et d’une phase a+ à température ambiante. Il présente une résistance élevée à la déformation et une mauvaise plasticité lors de la déformation à froid. , Un taux de traitement excessif provoquera des fissures dans le matériau en alliage.
Avec le développement de la science et de la technologie, la teneur en plomb du laiton au plomb conventionnel est passée de 0,8 % à 2,5 % à plus de 5 %, et de nouveaux cuivres rouges, laitons, bronzes et cuivres blancs contenant du plomb sont constamment développés. Il convient en particulier de souligner que les alliages de cuivre contenant du plomb sont extrêmement adaptables aux matières premières et peuvent être produits directement à partir de cuivre recyclé, ce qui est très important pour les entreprises de transformation du cuivre.
7. Fer, zirconium, chrome, silicium, argent, béryllium, cadmium
La caractéristique commune de ces sept éléments métalliques est qu’ils ont une solubilité solide limitée dans le cuivre et que leur solubilité solide change considérablement avec les changements de température. Lorsque la température commence à baisser une fois la cristallisation de l'alliage terminée, leur solubilité solide dans le cuivre commence également. Diminuer et précipiter de la phase solide sous forme de composés métalliques ou d'éléments élémentaires. Lorsque ces éléments sont solides dissous dans le cuivre, ils peuvent améliorer considérablement sa résistance et avoir un effet de renforcement de la solution solide. Lorsqu'ils précipitent à partir de la phase solide, un renforcement de la dispersion se produit. En conséquence, les propriétés de conductivité électrique et thermique ont été restaurées. Ce sont des alliages de cuivre typiques vieillissants et traités thermiquement. Grâce à la trempe (950 ~ 980 degrés, eau de trempe) et au vieillissement (450 ~ 550 degrés, 2-4 h), des propriétés de résistance élevée et de conductivité électrique élevées peuvent être obtenues. Des traces d'argent ne réduisent pas de manière significative la conductivité électrique et la conductivité thermique du cuivre, mais peuvent augmenter considérablement la température de recristallisation, la résistance à la déformation et la résistance à l'usure. Il est largement utilisé dans les collecteurs de moteurs et, plus récemment, dans la fabrication de fils de contact pour trains à grande vitesse. . Le cuivre a la propriété de ne pas générer d’étincelles lors d’un impact et constitue un matériau important pour les instruments de l’aviation. Le cadmium étant toxique et polluant l’environnement, son utilisation est en diminution. Le cuivre-béryllium est le matériau le plus élastique. Le béryllium renforce le cuivre de manière plus significative. La résistance du cuivre-béryllium après traitement thermique peut atteindre 4 à 5 fois celle du cuivre pur.
Le fer peut affiner les grains et améliorer les propriétés du cuivre et des alliages. Dans les environnements nécessitant des propriétés antimagnétiques, la teneur en fer doit être strictement contrôlée, généralement inférieure à 0,003 %.
Les alliages de zirconium et de chrome-cuivre ont une conductivité électrique, une résistance et une bonne résistance au ramollissement élevées. Ce sont les meilleurs alliages d’électrodes et ont des applications importantes dans les moteurs aérospatiaux.
Le bronze au silicium a une résistance élevée et une résistance à l'usure. Le fer, le zirconium et le bronze chromé sont les derniers alliages de cuivre à haute résistance et haute conductivité et ont des applications importantes dans la fabrication d'électrodes.
Les alliages de fer, de silicium, de zirconium et de chrome-cuivre sont devenus la base des alliages de cuivre pour les grilles de connexion de circuits intégrés, et la recherche sur la composition et les propriétés de leurs alliages est très active.
8. Zinc, étain, aluminium, nickel
La caractéristique commune de ces quatre éléments est qu'ils ont une grande solubilité solide dans le cuivre, qui est respectivement de 39,9 %, 15,8 % et 9,4 %. Le nickel est infiniment soluble les uns dans les autres. Ils forment une solution solide continue avec le cuivre et ont une large zone monophasée. Ils peuvent améliorer considérablement les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion du cuivre, mais ils réduisent également la conductivité électrique et thermique du cuivre. Comparés à d'autres matériaux métalliques, ils restent d'excellents matériaux conducteurs électriques et thermiques. Ils forment des alliages précieux avec le cuivre, qui peuvent être divisés en alliages de laiton, de bronze et de cuivre blanc, formant la base d'un vaste système d'alliages. Ces alliages ont d'excellentes propriétés globales. Par exemple, le laiton a une résistance élevée, une résistance à l'usure, une résistance à la corrosion, une conductivité thermique élevée et un faible coût ; le bronze a une résistance élevée, une résistance à l'usure et une résistance à la corrosion ; le cuivre blanc présente une extrêmement bonne résistance à la qualité de l’eau et à la corrosion de l’eau de mer. Tous ces avantages sont d’autres avantages. Les matériaux métalliques ne peuvent pas être remplacés.
9. Éléments de terres rares
Les éléments des terres rares sont généralement presque insolubles dans le cuivre, mais une petite quantité de métaux des terres rares, qu'ils soient ajoutés seuls ou sous forme mélangée, sont bénéfiques pour les propriétés mécaniques du cuivre et ont peu d'effet sur la conductivité électrique du cuivre. Ce type d'élément peut former des composés à point de fusion élevé avec des impuretés telles que le plomb et le bismuth présents dans le cuivre. Les petites particules sphériques sont uniformément réparties dans les grains, affinant les grains et améliorant la plasticité à haute température de l'acier. L'ajout de 0.008 % de terres rares mélangées au cuivre peut améliorer considérablement les propriétés de traitement du cuivre ; lors de l'ajout de moins de 0,1 % Y, les propriétés mécaniques et les propriétés de traitement du cuivre sont améliorées ; les propriétés mécaniques des alliages de cuivre contenant 0,01 % ~ 0,15 % de La. Ses performances, sa conductivité électrique et sa température de résistance au ramollissement sont toutes meilleures que celles de l'alliage Cu-0.15Ag, et il a été utilisé dans l'industrie.
10. Métaux réfractaires et autres métaux
Des éléments tels que le tungstène, le molybdène, le niobium, l'uranium et le plutonium ne sont presque pas solidement solubles dans le cuivre, tandis que le titane, le zirconium, le chrome, le cobalt et d'autres éléments sont solidement solubles dans le cuivre en petites quantités, mais ils raffinent tous les grains de cuivre à des degrés divers. et augmenter sa température de recristallisation. , neutralisant les effets nocifs de certaines impuretés fusibles, ce qui est bénéfique pour améliorer la plasticité à haute température.
Les alliages de cuivre contenant de petites quantités de zirconium (Cl5000, C15100, C18100), de cobalt (C17110, C17500) et de chrome (C18400, C18200, C18500) ont été utilisés dans l'industrie et sont devenus de bons matériaux électriques.
