Bezüglich der Wärmebehandlung von Kupfernickel werden die mechanischen Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten der Kupfernickel-Sorten erläutert.
1. Einführung in weißes Kupfer
Kupfer-Nickel-Legierungen mit Ni<50% (wt) are called white copper.
Da die beiden Elemente Kupfer und Nickel im Periodensystem sehr nahe beieinander liegen, sich ihre elektrochemischen Eigenschaften und Atomradien kaum unterscheiden und es sich bei beiden um kubisch flächenzentrierte Gitter handelt, sind sie unendlich ineinander löslich. Kupfer ist nicht magnetisch und Nickel ist ferromagnetisch. Bei binären Cu-Ni-Legierungen sinkt der Curie-Punkt der Legierung, wenn der Ni-Gehalt abnimmt. Wenn der Nickelgehalt auf 74 % sinkt, sinkt der Curie-Punkt auf Raumtemperatur; Wenn der Nickelgehalt auf 50 % sinkt, sinkt der Curie-Punkt auf unter -200 Grad.
Durch die Zugabe von Nickel zu Kupfer können Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, elektrischer Widerstand und thermoelektrische Eigenschaften deutlich verbessert werden. Industrielle Kupfer-Nickel-Legierungen werden aufgrund unterschiedlicher Leistungsmerkmale und Verwendungszwecke in strukturelles Weißkupfer und elektrisches Weißkupfer unterteilt. Die binäre Kupfer-Nickel-Legierung wird einfaches Weißkupfer genannt. Die herausragenden Eigenschaften von einfachem Weißkupfer sind seine hohe chemische Stabilität in verschiedenen korrosiven Medien wie Meerwasser, organischen Säuren und verschiedenen Salzlösungen sowie hervorragende Kalt- und Heißverarbeitungseigenschaften. Der Nummer des Weißkupfergrades wird „B“ vorangestellt, gefolgt vom Nickelgehalt (%). Kupfernickel, das auch andere Elemente enthält, wird komplexes Kupfernickel oder spezielles Kupfernickel genannt.
Kupfernickel, das Mn enthält, wird Mangan-Kupfernickel genannt, auch bekannt als Konstantan, wie zum Beispiel BMn40-1.5. Seine Zusammensetzung (Gew.) beträgt 40 % Ni und 1,5 % Mn.
Durch die Zugabe einer kleinen Menge Mangan oder Eisen zu Weißkupfer kann nicht nur die Korngröße verfeinert, sondern auch die Korrosionsbeständigkeit deutlich verbessert werden. Daher kann der eisenhaltige Komplex Weißkupfer – Eisenweißkupfer BFe30-1-1 und BFe5-1 – als Arbeitsteile in Seeschiffen und anderen stark korrosiven Medien eingesetzt werden.
Die Hauptaufgabe von Zink in Kupfer-Nickel-Legierungen ist die Festigung fester Lösungen und die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit. Zink-Nickel-Kupfer enthält Ni zwischen 5 %-35 % (Gew.) und Zn zwischen 13 %-45 % (Gew.). Unter diesen ist BZn15-20 das am weitesten verbreitete. Es verfügt über eine hohe Korrosionsbeständigkeit, eine gute Verarbeitungsleistung, eine schöne silberweiße Farbe, ein geringes spezifisches Gewicht und niedrige Kosten. Das Zink-Nickel-Kupfer wird mit hinzugefügt<2% (wt) Pb and Trace amounts of selenium (Se) and tellurium (Te) can improve processability and are suitable for manufacturing precision mechanical parts.
Die Löslichkeit von Aluminium in Kupfer-Nickel-Legierungen nimmt mit sinkender Temperatur ab und kann mischkristallfest gemacht werden. Beispielsweise verfügen Aluminium-Nickel-Kupfer BAl13-3 und BAl16-1.5 nicht nur über hervorragende mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit, sondern auch über eine hohe Elastizität und Kältebeständigkeit. Bei einer niedrigen Temperatur von 90 K (-183 Grad) nehmen die mechanischen Eigenschaften nicht nur nicht ab, sondern verbessern sich sogar. verbessern!
Die Zugabe von Ti (Titan), Zr (Zirkon), Ne (Niob), Mo und anderen Elementen zu Kupfer-Niob-Legierungen kann die Gießleistung der Legierung verbessern, die mechanischen Eigenschaften und die Thermoplastizität bei Raumtemperatur verbessern und wirkt sich auch positiv auf Schweißen und Korrosion aus Widerstand.
Nachfolgend sind die mechanischen Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten von Kupfernickel für korrosionsbeständige Strukturen aufgeführt:
B5
Streifen M, Zugfestigkeit 220 MPa, Dehnung 32 %
Streifen Y, Zugfestigkeit 400 MPa, Dehnung 10 %
Wird für korrosionsbeständige Schiffsteile verwendet.
B19
Streifen Y, Zugfestigkeit 400 MPa, Dehnung 10 %
Streifen M, Zugfestigkeit 300 MPa, Dehnung 25 %
Streifen Y, Zugfestigkeit 400 MPa, Dehnung 3 %
Platte M, Zugfestigkeit 300 MPa, Dehnung 30 %
Platte Y, Zugfestigkeit 400 MPa, Dehnung 3 %
Es wird für Präzisionsinstrumente, Instrumententeile sowie Metallgewebe und chemisch korrosionsbeständige Teile verwendet, die in Dampf, Süßwasser und Meerwasser arbeiten.
B30
Streifen M, Zugfestigkeit 380 MPa
Streifen Y, Zugfestigkeit 550 MPa
Platte M, Zugfestigkeit 380 MPa, Dehnung 23 %
Platte Y, Zugfestigkeit 550 MPa, Dehnung 3 %
Es wird für korrosionsbeständige Teile verwendet, die in Dampf und Meerwasser betrieben werden, sowie für Metallrohre und Kondensationsrohre, die unter hohen Temperaturen und hohem Druck betrieben werden.
BMn3-12
Streifen M, Zugfestigkeit 360 MPa, Dehnung 25 %
Platte Y, Zugfestigkeit 360 MPa, Dehnung 25 %
Der Zweck ist derselbe wie oben.
BZn15-20
Streifen M, Zugfestigkeit 350 MPa, Dehnung 3,5 %
Streifen Y, Zugfestigkeit 550 MPa, Dehnung 1,5 %
Streifen T, Zugfestigkeit 650 MPa, Dehnung 1 %
Platte M, Zugfestigkeit 350 MPa, Dehnung 3,5 %
Streifen Y, Zugfestigkeit 550 MPa, Dehnung 2 %
Platte T, Zugfestigkeit 650 MPa, Dehnung 1 %
Steuerstab Y, Durchmesser 5-20mm, Zugfestigkeit 450 MPa, Dehnung 5 %
Steuerstab Y, Durchmesser 21-30mm, Zugfestigkeit 400 MPa, Dehnung 7 %
Steuerstab Y, Durchmesser 31-40mm, Zugfestigkeit 350 MPa, Dehnung 12 %
Steuerstab M, Zugfestigkeit 300 MPa, Dehnung 30 %
Wird in Instrumenten-Präzisionsmaschinenteilen, Industriegeräten und medizinischen Geräten verwendet.
BAl6-1.5
Platte, Zugfestigkeit 550 MPa, Dehnung 3 %
Wird zur Herstellung von Federn und elastischen Teilen verwendet.
2. Im Folgenden werden die wichtigsten physikalischen Eigenschaften des häufig verwendeten elektrischen Weißkupfers vorgestellt.
Einfaches weißes Kupfer B0.6
Wärmeleitfähigkeit λ272w/(m·Grad)
Spezifischer Widerstand ρ0.031×10ˉ6Ω·m
Widerstandstemperaturkoeffizient 0.0028/ Grad
Einfaches weißes Kupfer B16
Linearer Ausdehnungskoeffizient 15,3×10ˉ6/Grad
Spezifischer Widerstand ρ0.223×10ˉ6Ω·m
Widerstandstemperaturkoeffizient 0.0028/ Grad
Mangan-Kupfer BMn3-12
Linearer Ausdehnungskoeffizient 16.0×10ˉ6/ Grad
Spezifische Wärme c410J/kg · Grad
Wärmeleitfähigkeit λ22w/(m·Grad)
Spezifischer Widerstand ρ0.435×10ˉ6Ω·m
Widerstandstemperaturkoeffizient 0.00003/ Grad
Konstantan BMn40-1.5
Linearer Ausdehnungskoeffizient 14,4×10ˉ6/Grad
Spezifische Wärme c410J/kg · Grad
Wärmeleitfähigkeit λ21w/(m·Grad)
Spezifischer Widerstand ρ0.435×10ˉ6Ω·m
Widerstandstemperaturkoeffizient 0.00002/ Grad
Testen Sie Bronze BMn43-0.5
Linearer Ausdehnungskoeffizient 14,4×10ˉ6/Grad
Wärmeleitfähigkeit λ24w/(m·Grad)
Spezifischer Widerstand ρ0.49×10ˉ6Ω·m
Widerstandstemperaturkoeffizient-0.00014/ Grad
3. Wärmebehandlung von Weißkupfer
Aluminiumweißkupfer BAl2-3 kann durch Wärmebehandlung verstärkt werden. Nach der festen Lösung bei 900 Grad, dem Kaltwalzen bei 50 % und der Alterung bei 550 Grad kann die Festigkeit 800-1000MPa erreichen, und der feste Lösungszustand beträgt nur 250-350MPa.
Die intrakristalline Entmischung des weißen Kupferbarrens ist schwerwiegend und es muss ein Homogenisierungsglühen durchgeführt werden. Das Homogenisierungsglühsystem für Weißkupfer ist wie folgt:
B19, B30, Temperatur 100-1050 Grad, Zeit 3-4h
BMn3-12, Temperatur 830-870 Grad, Zeit 2-3h
BMn40-1.5, Temperatur 1050-1150 Grad, Zeit 3-4h
BZn15-20, Temperatur 940-970 Grad, Zeit 2-3h
Verschiedene Wärmebehandlungsprozesse von Weißkupfer haben großen Einfluss auf seine Leistung. BMn3-12, das für Präzisionsinstrumente verwendet wird, sollte spannungsarm geglüht und geglüht werden, um den Widerstand zu stabilisieren.
BMn40-1.5, das bei hohen Temperaturen arbeitet, sollte kurzzeitig bei einer höheren Temperatur von 750-850 Grad geglüht, wassergekühlt oder luftgekühlt werden.
Das zur Herstellung elastischer Komponenten verwendete Zink-Nickel-Kupfer BZn15-20 kann bei einer niedrigen Temperatur von 325-375 Grad geglüht werden.
Die Zwischenglühtemperatur (Grad) von bearbeiteten Weißkupferteilen muss entsprechend verringert werden, wenn die effektive Dicke (mm) abnimmt, wie unten aufgeführt:
B19, B25
750-780℃ (>5mm) 700-750 Grad (15-mm)
{{0}} Grad (0,5-1mm) 530-620 Grad (<0.5mm)
BZn15-20\bmN3-12
700-750 Grad (größer als 5 mm) 680-730 Grad (1-5 mm)
{{0}} Grad (0.5-1mm) 520-600 Grad (<0,5 mm)
BAl6-1.5, BAl13-3
700-750℃ (>5mm) 700-730 (1-5mm)
{{0}} Grad (0,5-1mm) 550-600 Grad (<0.5mm)
BMn40-1.5
800-850℃ (>5mm) 750-800 Grad (1-5mm)
{{0}} Grad (0.5-1mm) 550-600 Grad (<0,5 mm)
Die Glühtemperatur fertiger Kupfer-Nickel-Stäbe und -Drähte variiert auch je nach den verschiedenen Zuständen „halbhart und weich“ vor dem Glühen, wie unten aufgeführt:
BZn15-20
Stab, halbharter 400-420-Grad, weicher 650-700-Grad
Draht Φ{{0}}.3-Φ6,0, weicher 650-700 Grad
BMn3-12
Draht Φ{{0}}.3-Φ6,0, weicher 500-540 Grad
BMn40-1.5
Draht Φ{{0}}.3-Φ0,8, weicher 670-680 Grad
Draht Φ{{0}}.85-Φ2,0, weicher 690-700 Grad
Draht Φ2.1-Φ6.0, weich 710-730 Grad
