ΚΡΑΜΑΤΑ ΧΑΛΚΟΥ (Copper Alloys)

Ο ΧΑΛΚΟΣ 1) μεγάλη ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα ½ της παγκόσμιας παραγωγής για: αγωγούς, μετασχηματιστές, γεννήτριες, κλπ Σειρά αγωγιμότητας : Ag, Cu, Au, Al, Mg 2) fcc 3) εύκολη μορφοποίηση 4) καλή αντοχή σε διάβρωση διαμόρφωσης ΚΡΑΜΑΤΑ Cu : πάρα πολλά χύτευσης Cu + Zn (ορείχαλκος) Cu + Sn (μπρούντζος) Cu Al (χαλκοαλουμίνιο) Cu + Ni (χαλκονικέλιο) Cu + Be (χαλκοβηρύλλιο) Cu + Si (χαλκοπυρίτιο) Cu + Zn + Ni (Μaillechorts) Ονοματολογία: CDA (Copper Development Association) Cxyz, x: κατηγορία, y, z : κατεργασία ]

Χαρακτηρισμός ελασμάτων και συρμάτων χαλκού, με βάση το ποσοστό ενδοτράχυνσης

ΕΝΔΟΤΡΑΧΥΝΣΗ (%)

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΜΟΣ ΕΛΑΣΜΑΤΑ ΣΥΡΜΑΤΑ

Ακατέργαστο (0) 0 0 Σκληρυμένο κατά ¼ 11 21

Σκληρυμένο κατά ¼ 21 37

Σκληρυμένο κατά ¼ 30 50

Σκληρό (4/4) 37 60 Υπέρσκληρο 50 75

Ελατήριο (R) 60 84

Υπέρσκληρο ελατήριο 69 90

Ονοματολογία κραμάτων χαλκού, κατά την τυποποίηση CDA

ΚΩΔΙΚΟΣ ΚΡΑΜΑΤΟΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΑ ΚΡΑΜΑΤΟΣ

Κράματα διαμόρφωσης

C1XX Καθαρός χαλκός (min 99.3%Cu) και κράματα χαλκού 96-99.3%Cu

C2XX Κράματα Cu-Zn (ορείχαλκοι) C3XX Κράματα Cu-Zn-Pb (ορείχαλκοι με μόλυβδο) C4XX Κράματα Cu-Zn-Sn (ορείχαλκοι με κασσίτερο) C5XX Κράματα Cu-Sn (μπρούντζοι)

C6XX Κράματα Cu-Al (χαλκοαλουμίνιο) και κράματα Cu-Si (χαλκοπυρίτιο)

C7XX Κράματα Cu-Ni (χαλκοnik;elio) και κράματα Cu-Ni-Zn (Maillechorts)

Κράματα χύτευσης

C8XX Χυτός χαλκός, κράματα χαλκού με μικρά ποσοστά

προσθηκών, ορείχαλκοι διαφόρων τύπων, μπρούντζοι με Mn και κράματα Cu-Zn-Si

C9XX Χυτά κράματα Cu-Sn, Cu-Sn-Pb, Cu-Sn-Ni, Cu-Al-Fe, Cu-Ni-Fe και Cu-Ni-Zn

ΟΡΕΙΧΑΛΚΟΣ : Cu +Zn ( < 45%) Διάγραμμα Ισορροπίας Φάσεων φάσεις: α = όλκιμη εν ψυχρώ β = όλκιμη εν θερμώ β΄= σκληρή και εύθραυστη γ = εξαιρετικά εύθραυστη Μονοφασικός: φάση α (5-39%Zn) καλή ολκιμότητα εν ψυχρώ

Διφασικός: α+β΄ (40-45%Ζn) μικρότερη ολκιμότητα Όσο αυξάνει η [Zn] α) από κόκκινο κίτρινο χρώμα β) ηλεκτρική αγωγιμότητα ↓ γ) ολκιμότητα : - [Zn] < 30% HV ↑ & ολκιμότητα ↑ - [Zn] > 30% HV ↓ & ολκιμότητα ↑ Διαδεδομένο διφασικό (α+β΄) κράμα: κράμα του MUNTZ (40%Zn) σκληρό και μη όλκιμο (λόγω β΄) μορφοποίηση εν θερμώ (700°C) προσθήκη Pb (0.4-3%) → βελτίωση κατεργασιμότητας Καλλίτερο μονοφασικό (α) για ~30% Zn μέγιστη αντοχή & καλύτερη ολκιμότητα άριστη συμπεριφορά κατά την κοίλανση Κράμα C464 (προπέλλες πλοίων) διαμορφώσιμο εν θερμώ (60 % Cu, 39.2 %Ζn, 0.8% Sn)

ΟΡΕΙΧΑΛΚΟΣ με >10% Zn : Εργοδιάβρωση (περικρυσταλλική διάβρωση) Μέτρια αντοχή σε διάβρωση: (βελτιώνεται όταν προστεθεί 1% Sn ή 1% Al, ή αλλιώς εάν επικαλυφθεί με Ni, Cr)

Διάγραμμα ισορροπίας των φάσεων του διμερούς συστήματος Cu - Zn

Εικόνες: (α) Μικρογραφία ορείχαλκου (67% Cu – 33% Zn), φάσης α, μετά από έλαση και ανόπτηση και

(β) Μικρογραφία χυτού ορείχαλκου (60%Cu – 40%Zn), φάση α + β΄, όπου η φάση α είναι ανοιχτόχρωμη και β΄σκουρόχρωμη.

Εικόνες: Μικροδομή ορείχαλκου MUNTZ (60%Cu – 40%Zn), (α) χωρίς και (β) μετά από θερμική κατεργασία.

ΜΠΡΟΥΝΤΖΟΣ: Cu + Sn (≤ 16%) → μονοφασικός α (4-9% Sn) κράμα διαμόρφωσης → διφασικός α+δ (10-16%Sn) κράμα χύτευσης (λόγω ύπαρξης φάσης δ, εύθραυστης)

• καλύτερη μηχανική αντοχή και αντοχή σε θαλάσσια διάβρωση από ορείχαλκο

• ακριβότερο από ορείχαλκο (λόγω Sn)

Διμερές διάγραμμα ισορροπίας των φάσεων, για το διμερές σύστημα Cu – Sn

Εικόνες: (α) Μικρογραφία χυτού μπρούντζου (95%Cu – 5% Sn), δενδριτικής και ετερογενούς φάσης α, και

(β) Μικρογραφία χυτού μπρούντζου (85%Cu – 15% Sn), φάσης α+δ, όπου η φάση α είναι δενδριτική και ετερογενής.

ΧΑΛΚΟΑΛΟΥΜΙΝΙΟ Cu + Al (7-20% Al, πρακτικά <10%)

μονοφασικό, φάση α ([Al] < 9.4%)

καλή ολκιμότητα και δυσθραυστότητα καλή αντοχή σε φθορά και κόπωση αντοχή σε ατμοσφαιρική και θαλάσσια διάβρωση (λόγω Αl2Ο3) και σε

βιομηχανική διαβρωτική ατμόσφαιρα

Τμήμα του διαγράμματος ισορροπίας των φάσεων του διμερούς συστήματος Cu - Al

Εικόνες: (α) Μικρογραφία χυτού χαλκοαλουμινίου (90%Cu – 10%Al), φάσης α, και (β) Μικρογραφία του (α), μετά από θερμική κατεργασία ανόπτησης στους 550°C

(περλιτικού τύπου μικροδομή).

ΧΑΛΚΟΒΗΡΥΛΛΙΟ Cu + Be (< 2%) Σκλήρυνση με :

• Κατακρήμνιση και γήρανση • Ενδοτράχυνση

ακριβό υψηλότερο σTS και σκληρότερο από όλα τα άλλα κράματα του Cu υψηλή αντοχή σε διάβρωση και κόπωση Εφαρμογή : κατασκευή ελατηρίων διαφραγμάτων βαλβίδων

Διάγραμμα ισορροπίας των φάσεων του διμερούς συστήματος Cu - Be

ΧΑΛΚΟΝΙΚΕΛΙΟ

Cu + Ni (10-30%) μονοφασικό, α [Ni] μηχανική αντοχή και αντοχή σε διάβρωση

• ναυπηγικό κράμα : C858 (58Cu + 1Co +40Ni + 1Pb)

• Cu + Ni (10%) + Fe (1.5%) + Mn (0.8%) καλύτερη αντίσταση σε βιολογική διάβρωση

Διάγραμμα ισορροπίας των φάσεων του διμερούς συστήματος Cu – Ni

MAILLECHORTS

Cu + Zn (17-27%) + Ni (8-18%) → νικελιούχος ορείχαλκος → μονοφασικά κράματα → [Ni] ↑ μεταβολή χρώματος από κίτρινο λευκό → εξαιρετική αντοχή σε διάβρωση → μέτριες μηχανικές ιδιότητες Εφαρμογές: Ωρολογοποιία, κοσμήματα, οπτικά & αντιστάσεις λόγω χαμηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας