Ο χαλκός χρησιμοποιείται σε μια ευρεία ποικιλία μετάλλων, κραμάτων και ενώσεων και έχει διαπεράσει βαθιά κάθε πτυχή της παραγωγής και της ζωής, καθιστώντας ένα απαραίτητο μέταλλο για την ταχεία ανάπτυξη της ανθρωπότητας τον 21ο αιώνα.
Ορισμός του χαλκού
Ο χαλκός είναι ένα χημικό στοιχείο με το χημικό σύμβολο Cu και τον ατομικό αριθμό 29. Πρόκειται για μεταβατικό μέταλλο. Η πιο συνηθισμένη χρήση του χαλκού είναι στην ηλεκτρική καλωδίωση. Η τρέχουσα ηλεκτρική καλωδίωση είναι τυπικά κατασκευασμένη από καθαρό χαλκό επειδή η ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητά του είναι δεύτερη μόνο σε ασήμι, αλλά είναι πολύ φθηνότερο.
Κοινές ταξινομήσεις
Πολλοί άνθρωποι πιστεύουν ότι υπάρχει μόνο ένας τύπος χαλκού. Ωστόσο, υπάρχουν στην πραγματικότητα πολλοί διαφορετικοί τύποι χαλκού. Για παράδειγμα, κράματα χαλκού. Ο ορείχαλκος είναι ένα κράμα χαλκού και ψευδαργύρου. Ο λευκός χαλκός είναι ένα κράμα χαλκού και νικελίου. Το χάλκινο είναι ένα κράμα χαλκού με στοιχεία διαφορετικά από το ψευδάργυρο και το νικέλιο, κυρίως χάλκινο κασσίτερο και χάλκινο αλουμινίου. Και ο κόκκινος χαλκός είναι χαλκός με πολύ υψηλή περιεκτικότητα σε χαλκό, με το συνολικό περιεχόμενο ακαθαρσίας κάτω από 1%. Τα υλικά χαλκού περιλαμβάνουν θειικό χαλκό, χλωριούχο χαλκό, ράβδους χαλκού, ράβδους χαλκού, χάλκινα πλέγματα, πλάκες χαλκού, σύρμα χαλκού, κράματα χαλκού, ακατέργαστο χαλκό, λωρίδα χαλκού, οξείδιο χαλκού, φύλλο χαλκού, σωλήνες χαλκού, φύλλο χαλκού, λάσπη χαλκού, χυτά χαλκού, ηλεκτρολυτικό χαλκό και άλλα κράματα χαλκού.
Τα υλικά χαλκού είναι οποιοδήποτε υλικό από καθαρά κράματα χαλκού ή χαλκού σε διάφορα σχήματα, συμπεριλαμβανομένων ράβδων, καλωδίων, πλακών, λωρίδων, ράβδων, σωλήνων και αλουμινόχαρτου. Τα υλικά χαλκού επεξεργάζονται με κύλιση, εξώθηση και σχεδίαση. Οι πλάκες και οι ράβδοι είναι είτε καυτές είτε με κρύο, ενώ οι λωρίδες και το αλουμινόχαρτο είναι ψυχρές. Οι σωλήνες και οι ράβδοι είτε εξωθούνται είτε σχεδιάζονται, ενώ τραβιέται σύρμα.
1. Καθαρός χαλκός
Ο καθαρός χαλκός είναι ένα τριαντάφυλλο-κόκκινο μέταλλο που γίνεται μοβ μετά από μια μεμβράνη οξειδίου του χαλκού στην επιφάνεια του. Ως εκ τούτου, ο βιομηχανικός καθαρός χαλκός συχνά ονομάζεται κόκκινος χαλκός ή ηλεκτρολυτικός χαλκός. Με πυκνότητα 8-9 g/cm2 και σημείο τήξης 1083 βαθμών, ο καθαρός χαλκός έχει εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα και χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή καλωδίων, καλωδίων, βούρτσες και άλλων υλικών. Έχει επίσης εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και χρησιμοποιείται συχνά στην κατασκευή μαγνητικών οργάνων και μετρητών που πρέπει να προστατεύονται από μαγνητικές παρεμβολές, όπως πυξίδες και εργαλεία αεροπορίας. Η εξαιρετική πλαστικότητά του καθιστά εύκολη την καυτή πίεση και την ψυχρή μορφή και μπορεί να γίνει σε σωλήνες, ράβδους, καλώδια, λωρίδες, λωρίδες, πλάκες, αλουμινόχαρτο και άλλα υλικά. Τα καθαρά προϊόντα χαλκού έρχονται τόσο σε μολυσμένες όσο και σε επεξεργασμένες μορφές.
Τα κινεζικά επεξεργασμένα υλικά χαλκού μπορούν να χωριστούν σε τέσσερις κατηγορίες με βάση τη σύνθεσή τους: ο συνηθισμένος χαλκός (T1, T2, T3 και T4), χαλκός χωρίς οξυγόνο (Tu1, Tu2 και υψηλής καθαρότητας, χαλκός χωρίς κενό)
Η ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα του Pure Copper είναι δεύτερη μόνο σε ασήμι, καθιστώντας το ευρέως χρησιμοποιούμενο στην κατασκευή ηλεκτρικών και θερμικών αγώγιμων υλικών. Ο κόκκινος χαλκός παρουσιάζει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση στον αέρα, το θαλασσινό νερό, ορισμένα μη οξειδωτικά οξέα (υδροχλωρικό οξύ, αραιό θειικό οξύ), αλκαλικά, διαλύματα αλατόνερου και διάφορα οργανικά οξέα (οξικό οξύ, κιτρικό οξύ), καθιστώντας την χημική βιομηχανία. Ο κόκκινος χαλκός παρουσιάζει επίσης εξαιρετική συγκόλληση και μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία μέσω ψυχρής και καυτής πλαστικής επεξεργασίας σε μια ποικιλία ημι-τελειωμένων και τελικών προϊόντων. Στη δεκαετία του 1970, η παραγωγή κόκκινου χαλκού ξεπέρασε τη συνολική παραγωγή όλων των άλλων κραμάτων χαλκού.
Οι ακαθαρσίες ιχνοστοιχείων στον καθαρό χαλκό έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα του. Το τιτάνιο, ο φωσφόρος, ο σίδηρος και το πυρίτιο μειώνουν σημαντικά την ηλεκτρική αγωγιμότητα, ενώ το κάδμιο και ο ψευδάργυρος έχουν ελάχιστη επίδραση. Το οξυγόνο, το θείο, το σελήνιο και το Tellurium έχουν χαμηλή στερεή διαλυτότητα στον χαλκό και μπορούν να σχηματίσουν εύθραυστες ενώσεις μαζί του. Αυτό έχει ελάχιστη επίδραση στην ηλεκτρική αγωγιμότητα, αλλά μπορεί να μειώσει την πλαστικότητα της επεξεργασίας. Όταν ο συνηθισμένος κόκκινος χαλκός θερμαίνεται σε μια μειωμένη ατμόσφαιρα που περιέχει υδρογόνο ή μονοξείδιο του άνθρακα, το μονοξείδιο του υδρογόνου ή του άνθρακα αντιδρά με το οξείδιο του χαλιού (Cu2O) στα όρια των κόκκων, δημιουργώντας αέριο υδρατμών υψηλής πίεσης ή διοξειδίου του άνθρακα, το οποίο μπορεί να προκαλέσει σπάσιμο του χαλκού. Αυτό το φαινόμενο αναφέρεται συχνά ως "ασθένεια υδρογόνου" του χαλκού. Το οξυγόνο είναι επιζήμιο για τη συγκολλητικότητα του χαλκού. Το βισμούθιο ή το μόλυβδο σχηματίζουν ένα ευτηκτικό με χαμηλό τέλους με χαλκό, προκαλώντας καυτή γευστικότητα. Όταν το εύθραυστο βισμούθιο σχηματίζει λεπτές μεμβράνες στα όρια των κόκκων, προκαλεί κρύα ευφυΐα. Ο φωσφόρος μειώνει σημαντικά την αγωγιμότητα του χαλκού, αλλά αυξάνει τη ρευστότητα του τετηγμένου χαλκού και βελτιώνει τη δυνατότητα συγκόλλησης. Οι κατάλληλες ποσότητες μολύβδου, Tellurium και Sulphur μπορούν να βελτιώσουν τη δυνατότητα μηχανής.
2. Ορείχαλκο
Ο Brass είναι ένα κράμα χαλκού και ψευδαργύρου. Το απλούστερο ορείχαλκο είναι ένα δυαδικό κράμα χαλκού και ψευδαργύρου, γνωστό ως απλό ορείχαλκο ή συνηθισμένο ορείχαλκο. Η μεταβολή της περιεκτικότητας σε ψευδάργυρο στο ορείχαλκο μπορεί να παράγει ορείχαλκο με ποικίλες μηχανικές ιδιότητες. Μια υψηλότερη περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο αυξάνει τη δύναμή του και μειώνει την ολκιμότητά του. Η βιομηχανική χρησιμοποιούμενη ορείχαλκο δεν πρέπει να περιέχει περισσότερο από 45% ψευδάργυρο. Τα υψηλότερα περιεχόμενα ψευδαργύρου θα προκαλέσουν ευγένεια και θα επιδεινώσουν τις ιδιότητες του κράματος. Ο ορείχαλκος μπορεί να κατηγοριοποιηθεί ως cast ή press-εργαζόμενος.
Ο Brass κατηγοριοποιείται περαιτέρω ως εξής:
1) Συνηθισμένο ορείχαλκο
Είναι ένα κράμα χαλκού και ψευδαργύρου. Όταν η περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο είναι μικρότερο από 39%, ο ψευδάργυρος διαλύεται στον χαλκό για να σχηματίσει μια ενιαία φάση, που ονομάζεται ορείχαλκος ενός φάσης. Αυτό έχει εξαιρετική πλαστικότητα και είναι κατάλληλη για ζεστό και κρύο τύπο εργασίας. Όταν η περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο υπερβαίνει το 39%, ο ορείχαλκος περιέχει τόσο ορείχαλκο ενός φάσης (Α) όσο και ένα στερεό διάλυμα χαλκού-ψευδαργύρου (Β), γνωστό ως Duplex Brass. Η φάση (β) μειώνει την πλαστικότητα, αλλά αυξάνει την αντοχή εφελκυσμού, καθιστώντας την κατάλληλη μόνο για το Hot Press Working.
Ο χαρακτηρισμός είναι "H + A Number", όπου το H αντιπροσωπεύει ορείχαλκο και ο αριθμός αντιπροσωπεύει το κλάσμα μάζας του χαλκού. Για παράδειγμα, το H68 αντιπροσωπεύει ορείχαλκο με περιεκτικότητα σε χαλκό 68% και περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο 32%. Το Cast Brass έχει ένα "Z" πριν από την ονομασία, όπως το ZH62.
Τα H90 και H80 είναι ορείχαλκο με ένα φάσμα με χρυσό χρώμα, εξ ου και το κοινό όνομα "χρυσό". Χρησιμοποιούνται για επιμετάλλωση, διακοσμήσεις, μετάλλια και τα παρόμοια. Τα H68 και H59 είναι διπλά ορείχαλκο, που χρησιμοποιούνται ευρέως σε ηλεκτρικά εξαρτήματα όπως μπουλόνια, παξιμάδια, ροδέλες και ελατήρια. Γενικά, ο ορείχαλκος ενός φάσης χρησιμοποιείται για ψυχρή παραμόρφωση, ενώ ο ορείχαλκος διπλής όψης χρησιμοποιείται για καυτή παραμόρφωση.
2) Ειδικά ορείχαλκο
Τα κράματα που σχηματίζονται με την προσθήκη άλλων στοιχείων κράματος σε συνηθισμένο ορείχαλκο ονομάζονται Brasses. Συνήθως προστιθέμενα στοιχεία περιλαμβάνουν μολύβδου, κασσίτερου και αλουμινίου, με αποτέλεσμα αντίστοιχα ονόματα όπως ορείχαλκο μολύβδου, ορείχαλκο κασσίτερου και ορείχαλκο αλουμινίου. Ο σκοπός της προσθήκης στοιχείων κράματος είναι κυρίως η αύξηση της αντοχής σε εφελκυσμό και η βελτίωση της επεξεργασίας.
Ο χαρακτηρισμός είναι "H + σύμβολο του κύριου προστιθέμενου στοιχείου (εξαιρουμένων του ψευδαργύρου) + μάζας του κλάσματος χαλκού + μάζας του κύριου προστιθέμενου στοιχείου + κλάσματος μάζας άλλων στοιχείων".
Για παράδειγμα, το HPB59-1 αντιπροσωπεύει ορείχαλκο μολύβδου με μαζικό κλάσμα 59% χαλκού, 1% μολύβι ως κύριο προστιθέμενο στοιχείο και η ισορροπία είναι ψευδάργυρος.
3. Χάλκινο
Το χάλκινο είναι ένα από τα πρώτα κράματα που χρησιμοποιούνται στην ιστορία. Αρχικά αναφερόμενος σε κράμα χαλκού-tin, ονομάστηκε χάλκινο λόγω του γαλαζοπράσιου-γκρίζου χρώματος του. Για να βελτιωθεί η επεξεργασία και οι μηχανικές ιδιότητες του κράματος, τα περισσότερα χάλκινα περιέχουν επίσης άλλα στοιχεία κράματος όπως μολύβδου, ψευδαργύρου και φωσφόρου. Επειδή το κασσίτερο είναι ένα σπάνιο στοιχείο, πολλά χάλκινα χωρίς κασσίτερο, χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία. Αυτά δεν είναι μόνο φθηνά, αλλά επίσης διαθέτουν τις επιθυμητές ειδικές ιδιότητες. Το χάλκινο χωρίζεται επίσης σε δύο κατηγορίες: προϊόντα που εργάζονται με πρέσα και προϊόντα.
Κωδικοί: Ο χαρακτηρισμός αποτελείται από το "Q + το σύμβολο και το κλάσμα μάζας του πρωτεύοντος στοιχείου + τα κλάσματα μάζας άλλων στοιχείων". Τα προϊόντα cast είναι προθέματα με ένα "Z." Για παράδειγμα, το QAL7 αντιπροσωπεύει το χάλκινο αλουμίνιο με 5% αλουμίνιο και το χαλκό ισορροπίας. Το ZQSN10-1 αντιπροσωπεύει χυτό χάλκινο με 10% κασσίτερο, 1% άλλα στοιχεία κράματος και το χαλκό ισορροπίας. Το χάλκινο χωρίζεται περαιτέρω σε χάλκινο κασσίτερο και ειδικό χάλκινο (επίσης γνωστό ως χάλκινο χωρίς κασσίτερο). (1) Ένα κράμα χαλκού-tin με κασσίτερο ως κύριο στοιχείο, γνωστό και ως χάλκινο κασσίτερο. Όταν η περιεκτικότητα σε κασσίτερο είναι μικρότερη από 5-6%, ο κασσίτερος διαλύεται σε χαλκό για να σχηματίσει ένα στερεό διάλυμα και η πλαστικότητα αυξάνεται. Όταν η περιεκτικότητα σε κασσίτερο είναι μεγαλύτερη από 5-6%, λόγω της εμφάνισης ενός στερεού διαλύματος που βασίζεται στο Cu31SB8, η αντοχή εφελκυσμού μειώνεται. Ως εκ τούτου, η περιεκτικότητα σε κασσίτερο του χάλκινου κασσίτερου είναι ως επί το πλείστον μεταξύ 3-14%. Όταν η περιεκτικότητα σε κασσίτερο είναι μικρότερη από 5%, είναι κατάλληλο για επεξεργασία ψυχρής παραμόρφωσης. Όταν η περιεκτικότητα σε κασσίτερο είναι 5-7%, είναι κατάλληλο για επεξεργασία θερμής παραμόρφωσης. Όταν η περιεκτικότητα σε κασσίτερο είναι μεγαλύτερη από 10%, είναι κατάλληλο για χύτευση. Επειδή το Α είναι κοντά στο δυναμικό του ηλεκτροδίου και ο κασσίτερος στη σύνθεση σχηματίζει μια πυκνή μεμβράνη διοξειδίου του κασσίτερου μετά την νιτροποίηση, η αντοχή στη διάβρωση στην ατμόσφαιρα και το θαλασσινό νερό αυξάνεται, αλλά η αντίσταση όξινων είναι φτωχή. Επειδή το χάλκινο κασσίτερο έχει ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασίας κρυστάλλωσης και κακή ρευστότητα, είναι λιγότερο πιθανό να σχηματίσει συγκεντρωμένες κοιλότητες συρρίκνωσης, αλλά πιο πιθανό να σχηματίσουν δενδριτικό διαχωρισμό και διασκορπισμένες κοιλότητες συρρίκνωσης. Η χαμηλή συρρίκνωση της χύτευσης επιτρέπει τα χύτευση με διαστάσεις πολύ κοντά στο καλούπι. Ως εκ τούτου, είναι κατάλληλο για τη χύτευση σύνθετων σχημάτων και παχύτερων τοίχων, αλλά όχι για χύτευση που απαιτούν υψηλή πυκνότητα και στεγανότητα. Το χάλκινο κασσίτερο παρουσιάζει εξαιρετικές ιδιότητες κατά της τριβής, αντι-μαγνητικές ιδιότητες και σκληρότητα χαμηλής θερμοκρασίας. Με βάση τη μέθοδο παραγωγής της, το χάλκινο κασσίτερο μπορεί να χωριστεί σε δύο κατηγορίες: χάλκινο κασσίτερο που σχηματίζεται από τύπους και χάλκινο χάλκινο.
Α. Χάλκινο κασσίτερο που σχηματίζεται από τύπους
Η περιεκτικότητα σε κασσίτερο είναι γενικά μικρότερη από 8%. Είναι κατάλληλο για ζεστό ή κρύο πάτημα που σχηματίζεται σε προφίλ όπως πλάκες, λωρίδες, ράβδους και σωλήνες. Μετά τη σκλήρυνση της εργασίας, η δύναμη εφελκυσμού και η σκληρότητα του αυξάνονται, ενώ η ολκιμότητά του μειώνεται. Η ανόπτηση μπορεί να βελτιώσει την ολκιμότητα διατηρώντας ταυτόχρονα υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό, ιδίως επιτυγχάνοντας ένα υψηλό ελαστικό όριο. Οι συνήθως χρησιμοποιούμενες βαθμοί περιλαμβάνουν QSN4-3 και QSN6.5-0.1 για όργανα διάβρωσης και φθοράς, ελαστικά συστατικά, αντι-μαγνητικά συστατικά και συρόμενα ρουλεμάν και δακτυλίους σε μηχανήματα. Β. Χάλκινο χάλκινο
Παρέχεται ως πλινθώματα, χυτεύεται σε χυτά στο χυτήριο. Είναι κατάλληλο για χύτευση με σύνθετα σχήματα, αλλά απαιτήσεις χαμηλής πυκνότητας, όπως συρόμενα ρουλεμάν και γρανάζια. Οι συνήθως χρησιμοποιούμενες βαθμοί περιλαμβάνουν ZQSN10-1 και ZQSN6-6-3.
2) Ειδικό χάλκινο
Άλλα στοιχεία προστίθενται για να αντικατασταθούν το κασσίτερο ή χρησιμοποιούνται χάλκινα χωρίς κασσίτερο. Τα περισσότερα ειδικά χάλκινα προσφέρουν υψηλότερες μηχανικές ιδιότητες, αντίσταση στη φθορά και αντοχή στη διάβρωση από τα χάλκινα κασσίτερου. Οι συνήθως χρησιμοποιούμενες βαθμοί περιλαμβάνουν χαλκό αλουμίνιο (QAL7 και QAL5) και χάλκινο μολύβι (ZQPB30).
Τα κράματα με βάση το χαλκό με νικέλιο ως πρωταρχικό πρόσθετο είναι ασημένια λευκά και ονομάζονται λευκό χαλκό. Το περιεχόμενο νικελίου είναι συνήθως 10%, 15%ή 20%, με το υψηλότερο είναι το περιεχόμενο, το λευκό χρώμα. Τα δυαδικά κράματα χαλκού-νικελλών ονομάζονται συνηθισμένο λευκό χαλκό, ενώ τα κράματα χαλκού-νικελίου με πρόσθετα στοιχεία όπως το μαγγάνιο, ο σίδηρος, ο ψευδάργυρος και το αλουμίνιο ονομάζονται σύνθετο λευκό χαλκό. Η προσθήκη νικελίου σε καθαρό χαλκό βελτιώνει σημαντικά τη δύναμη, την αντίσταση στη διάβρωση, την ηλεκτρική αντίσταση και τις θερμοηλεκτρικές ιδιότητες. Το Industrial Cupronickel χωρίζεται σε δομικό cupronickel και ηλεκτρικό cupronickel σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά και τις χρήσεις απόδοσης, τα οποία αντιστοιχούν αντίστοιχα ικανοποιούν διάφορες αντοχές στη διάβρωση και ειδικές ηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες.
4. Τα κράματα με βάση το χαλκό με νικέλιο ως πρωταρχικό πρόσθετο είναι ασημί λευκά και ονομάζονται λευκό χαλκό. Τα δυαδικά κράματα χαλκού-νικελλών ονομάζονται συνηθισμένο λευκό χαλκό, ενώ τα κράματα χαλκού-νικελίου με πρόσθετα στοιχεία όπως το μαγγάνιο, ο σίδηρος, ο ψευδάργυρος και το αλουμίνιο ονομάζονται σύνθετο λευκό χαλκό. Η προσθήκη νικελίου σε καθαρό χαλκό βελτιώνει σημαντικά την αντοχή του, την αντίσταση στη διάβρωση, την ηλεκτρική αντίσταση και τις θερμοηλεκτρικές ιδιότητες. Ο βιομηχανικός λευκός χαλκός χωρίζεται σε δομικό λευκό χαλκό και ηλεκτρικό λευκό χαλκό, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά και την εφαρμογή απόδοσης του, ικανοποιώντας διάφορες απαιτήσεις αντοχής στη διάβρωση και ειδικές ηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες.
Η εταιρεία διαθέτει ένα σύμπλεγμα κορυφαίων γραμμών παραγωγής χαλκού στην Κίνα, όπως:
Γερμανική εισαγόμενη γραμμή παραγωγής σωλήνα χαλκού ακριβείας (ετήσια παραγωγή 30.000 τόνων)
Ιαπωνική Τεχνολογία Τεχνολογική Γραμμή Κύλινδρου Φορείς (λεπτή έως 6 μm)
Πλήρως αυτόματη γραμμή συνεχούς εξώθησης χαλκού
Έξυπνο φύλλο χαλκού και μονάδα μύλου τελειώματος
Ο ψηφιοποιημένος έλεγχος και διαχείριση ολόκληρης της παραγωγικής διαδικασίας πραγματοποιείται μέσω του συστήματος MES και η ακρίβεια των διαστάσεων των προϊόντων μπορεί να φτάσει ± 0,01mm.
