O toplotni obdelavi belega bakra
1. Uvod v beli baker
Zlitine bakra in niklja, ki vsebujejo Ni<50% (wt) are called white copper.
Ker sta si elementa baker in nikelj v periodnem sistemu zelo blizu, se njune elektrokemijske lastnosti in atomski radiji ne razlikujejo veliko in sta oba kubični mreži s središčem na ploskvi, zato sta drug v drugem neskončno topna. Baker je nemagneten, nikelj pa feromagneten. V binarni zlitini Cu-Ni, ko se vsebnost Ni zmanjša, se Curiejeva točka zlitine zmanjša. Ko vsebnost niklja pade na 74 %, Curiejeva točka pade na sobno temperaturo; ko vsebnost niklja pade na 50 %, Curiejeva točka pade pod -200 stopinjo.
Dodajanje niklja bakru lahko znatno izboljša trdnost, odpornost proti koroziji, električni upor in termoelektrične lastnosti. Industrijske zlitine bakra in niklja so razdeljene na strukturni beli baker in električni beli baker na podlagi različnih lastnosti delovanja in uporabe. Binarna zlitina bakra in niklja se imenuje preprost beli baker. Izjemne značilnosti preprostega belega bakra so njegova visoka kemična stabilnost v različnih korozivnih medijih, kot so morska voda, organske kisline in različne raztopine soli, ter njegove odlične lastnosti hladne in vroče obdelave. Pred številko stopnje belega bakra je "B", ki ji sledi vsebnost niklja (%). Bakrov nikelj, ki vsebuje tudi druge elemente, imenujemo kompleksni bakrov nikelj ali specialni bakrov nikelj.
Bakrov nikelj, ki vsebuje Mn, se imenuje manganov bakrov nikelj, znan tudi kot konstantan, kot je BMn40-1.5. Njegova sestava (mas.) je 40 % Ni in 1,5 % Mn.
Če belemu bakru dodate majhno količino mangana ali železa, lahko ne samo izboljšate velikost zrn, ampak tudi bistveno izboljšate njegovo odpornost proti koroziji. Zato se lahko kompleks beli baker, ki vsebuje železo - železo-bel baker BFe30-1-1 in BFe5-1, uporablja kot deli, ki delujejo na morskih ladjah in drugih močno korozivnih medijih.
Glavna vloga cinka v zlitinah bakra in niklja je krepitev trdne raztopine in izboljšanje odpornosti proti koroziji. Cink-nikelj baker vsebuje Ni med 5 % -35 % (wt) in Zn med 13 % -45 % (wt). Med njimi se najbolj uporablja BZn15-20. Ima visoko odpornost proti koroziji, dobro zmogljivost obdelave, lepo srebrno belo barvo, majhno specifično težo in nizke stroške. Cink-nikelj baker je dodan z<2% (wt) Pb and Trace amounts of selenium (Se) and tellurium (Te) can improve processability and are suitable for manufacturing precision mechanical parts.
Topnost aluminija v zlitinah bakra in niklja se zmanjšuje z nižanjem temperature in se lahko trdna raztopina okrepi. Na primer, aluminij-nikelj baker BAl13-3 in BAl16-1.5 nimata le odličnih mehanskih lastnosti in odpornosti proti koroziji, ampak imata tudi visoko elastičnost in odpornost na nizke temperature. Pri nizki temperaturi 90 K (-183 stopinj) se mehanske lastnosti ne le ne zmanjšajo, ampak se dejansko izboljšajo!
Dodajanje Ti (titana), Zr (cirkonija), Ne (niobija), Mo in drugih elementov zlitinam bakra in niklja lahko izboljša zmogljivost litja zlitine, izboljša mehanske lastnosti pri sobni temperaturi in termoplastičnost, prav tako pa je koristen pri varjenju in koroziji odpornost.
Spodaj so navedene mehanske lastnosti in uporaba belega bakra za konstrukcije, odporne proti koroziji:
B5
Trak M, natezna trdnost 220MPa, raztezek 32%
Trak Y, natezna trdnost 400 MPa, raztezek 10 %
Uporablja se za ladijske dele, odporne proti koroziji.
B19
Trak Y, natezna trdnost 400 MPa, raztezek 10 %
Trak M, natezna trdnost 300MPa, raztezek 25%
Trak Y, natezna trdnost 400 MPa, raztezek 3 %
Plošča M, natezna trdnost 300MPa, raztezek 30%
Plošča Y, natezna trdnost 400 MPa, raztezek 3 %
Uporablja se za natančne instrumente, dele instrumentov ter kovinske mreže in dele, odporne proti kemični koroziji, ki delujejo v pari, sladki vodi in morski vodi.
B30
Trak M, natezna trdnost 380MPa
Trak Y, natezna trdnost 550MPa
Plošča M, natezna trdnost 380MPa, raztezek 23%
Plošča Y, natezna trdnost 550 MPa, raztezek 3 %
Uporablja se za dele, odporne proti koroziji, ki delujejo v pari in morski vodi, ter kovinske cevi in kondenzacijske cevi, ki delujejo pri visoki temperaturi in visokem tlaku.
BMn3-12
Trak M, natezna trdnost 360MPa, raztezek 25%
Plošča Y, natezna trdnost 360 MPa, raztezek 25 %
Namen je enak kot zgoraj.
BZn15-20
Trak M, natezna trdnost 350MPa, raztezek 3,5%
Trak Y, natezna trdnost 550 MPa, raztezek 1,5 %
Trak T, natezna trdnost 650MPa, raztezek 1%
Plošča M, natezna trdnost 350 MPa, raztezek 3,5 %
Trak Y, natezna trdnost 550MPa, raztezek 2%
Plošča T, natezna trdnost 650MPa, raztezek 1%
Krmilna palica Y, premer 5-20 mm, natezna trdnost 450 MPa, raztezek 5 %
Krmilna palica Y, premer 21-30 mm, natezna trdnost 400 MPa, raztezek 7 %
Krmilna palica Y, premer 31-40 mm, natezna trdnost 350 MPa, raztezek 12 %
Krmilna palica M, natezna trdnost 300MPa, raztezek 30%
Uporablja se v delih natančnih strojev za instrumente, industrijskih pripomočkih in medicinskih strojih.
Bal6-1.5
Plošča, natezna trdnost 550MPa, raztezek 3%
Uporablja se za izdelavo vzmeti in elastičnih delov.
2. Spodaj so predstavljene glavne fizikalne lastnosti običajno uporabljenega električnega belega bakra.
Preprosti beli baker B0.6
Toplotna prevodnost λ272w/(m· stopinja)
Upornost ρ0.031×10ˉ6Ω·m
Temperaturni koeficient upora 0.0028/ stopinja
Preprost beli baker B16
Koeficient linearne razteznosti 15,3×10ˉ6/ stopinjo
Upornost ρ0.223×10ˉ6Ω·m
Temperaturni koeficient upora 0.0028/ stopinja
Manganov baker BMn3-12
Koeficient linearne razteznosti 16.0×10ˉ6/ stopinjo
Specifična toplota c410J/kg· stopinja
Toplotna prevodnost λ22w/(m· stopinja)
Upornost ρ0.435×10ˉ6Ω·m
Temperaturni koeficient upora 0,00003/ stopinjo
Constantan BMn40-1.5
Koeficient linearne razteznosti 14,4×10ˉ6/ stopinjo
Specifična toplota c410J/kg· stopinja
Toplotna prevodnost λ21w/(m· stopinja)
Upornost ρ0.435×10ˉ6Ω·m
Temperaturni koeficient upora 0.00002/ stopinja
Preizkus bakra BMn43-0.5
Koeficient linearne razteznosti 14,4×10ˉ6/ stopinjo
Toplotna prevodnost λ24w/(m· stopinja)
Upornost ρ0,49×10ˉ6Ω·m
Temperaturni koeficient upora-0.00014/ stopinjo
3. Toplotna obdelava belega bakra
Aluminij beli baker BAl2-3 je mogoče utrditi s toplotno obdelavo. Po trdni raztopini pri 900 stopinjah, hladnem valjanju 50 % in staranju pri 550 stopinjah lahko trdnost doseže 800-1000MPa, stanje trdne raztopine pa samo 250-350MPa.
Intrakristalna segregacija ingota belega bakra je resna in potrebno je izvesti homogenizacijsko žarjenje. Sistem homogenizacijskega žarjenja belega bakra je naslednji:
B19, B30, temperatura 100-1050 stopinj, čas 3-4h
BMn3-12, temperatura 830-870 stopinj, čas 2-3h
BMn40-1.5, temperatura 1050-1150 stopinj, čas 3-4h
BZn15-20, temperatura 940-970 stopinj, čas 2-3h
Različni postopki toplotne obdelave belega bakra močno vplivajo na njegovo učinkovitost. BMn3-12, ki se uporablja za precizne instrumente, mora biti razbremenjen in žarjen, da se stabilizira odpornost.
BMn40-1.5, ki deluje pri visokih temperaturah, je treba kratkotrajno žariti pri višji temperaturi 750-850 stopinj, vodno ali zračno hlajen.
Cink-nikelj baker BZn15-20, ki se uporablja za izdelavo elastičnih komponent, je mogoče žariti pri nizki temperaturi 325-375 stopinj.
Vmesno temperaturo žarjenja (stopnja) strojno obdelanih delov iz belega bakra je treba ustrezno znižati, ko se efektivna debelina (mm) zmanjšuje, kot je navedeno spodaj:
B19, B25
750-780℃ (>5 mm) 700-750 stopinj (15- mm)
{{0}} stopinj (0.5-1 mm) 530-620 stopinj (<0.5mm)
BZn15-20\bmN3-12
700-750 stopinj (večji od 5 mm) 680-730 stopinj (1-5 mm)
{{0}} stopinj (0.5-1 mm) 520-600 stopinj (＜0,5 mm)
Bal6-1.5, Bal13-3
700-750℃ (>5 mm) 700-730 (1-5 mm)
{{0}} stopinj (0.5-1 mm) 550-600 stopinj (<0.5mm)
BMn40-1.5
800-850℃ (>5 mm) 750-800 stopinj (1-5 mm)
{{0}} stopinj (0.5-1 mm) 550-600 stopinj (＜0,5 mm)
Temperatura žarjenja končnih bakreno-nikljevih palic in žic se prav tako razlikuje glede na različna stanja "poltrdega in mehkega" pred žarjenjem, kot je navedeno spodaj:
BZn15-20
Bar, poltrda 400-420 stopnja, mehka 650-700 stopnja
Žica Φ{{0}}.3-Φ6.0, mehka 650-700 stopnja
BMn3-12
Žica Φ{{0}}.3-Φ6.0, mehka 500-540 stopnja
BMn40-1.5
Žica Φ{{0}}.3-Φ0,8, mehka 670-680 stopnja
Žica Φ{{0}}.85-Φ2.0, mehka 690-700 stopnja
Žica Φ2.1-Φ6.0, mehka 710-730 stopnja
