Cupru si aliaje de cupru

Cupru si aliaje de cupru .

1. Structura cuprului .

Cupru tehnic are intotdeauna o serie de impuritati, unele avantajoase Fe, Ni, P, As, Si, Mn in sensul ca-i ridica caracteristicile de rezistenta, iar S, Se, Bi, O₂, Te, Pb coborandu-le, sunt considerate dezavantajoase. Cele mai daunatoare sunt Bi si Pb deoarece formeaza eutectice usor fuzibile si cuprul devine fragil la cald.

Fig 1. Cupru deformat si Fig. 2. Cupru metalurgic . recopt. MOx500 nedezoxidat, dendrite . de Cu, O-Cu. MOx500 .

Toate elementele si mai ales cele care formeaza solutii solide cu Cu reduc conductivitatea electrica, motiv pentru care Cu pentru conductori electrici, de exemplu, trebuie rafinat electrolitic pana la grade de puritate mai mari de 99,95%.

Cuprul prezinta o structura poliedrica, dar daca a fost ecruisat ( laminat ) si apoi recopt structura este formata din poliedre cu numeroase macle ( figura 1 ), marimea grauntilor fiind in functie de gradul de deformare si de temperaturile de recoacere. In cupru metalurgic se gaseste oxigen sub forma de Cu₂O. Aceasta formeaza un eutectic Cu-Cu₂O, continand 0,39% O₂. La un aliaj hipereutectic, cu un continut de 0,50% O₂, structura este formata din dendrite de Cu₂O intr-o matrice eutectica ( figura 2. ) .

2. Structura alamelor

Alamele sunt aliaje ale Cu cu Zn si contin cel putin 0,55% Cu. Continuturi mai mici se folosesc doar la alamele pentru lipit. Din diagrama Cu-Zn se constata ( figura 3. ) ca pana la 37% Zn structura este formata din solutie solida a. La racirea lenta sau in stare recoapta, solutia solida a prezinta o structura poliedrica ( figura 4. ), iar daca racirea este rapida dupa turnare, structura este dentritica.

Alamele cu continut mai mare de 37% Zn au in structura pe langa solutia solida a si o faza intermetalica b ( figura 5. ). Aceste alame sunt dure si fragile si sunt prelucrabile prin deformare plastica doar la cald.

Figura 3. Diagrama de echilibru Cu-Zn

Alamele pot fi tratate termic in vederea obtinerii unor proprietati tehnologice sau mecanice mai bune. Astfel, produselor laminate sau trase la rece li se aplica o recoacere de recristalizare, parametrii tehnologici depinzand de gradul de deformare si de marimea granulatiei ce se formeaza. Alamele bifazice dupa turnare au o structura formata din cristale de solutie solida a cu macle ( culoare deschisa ) si cristale de solutie solida b ( culoare inchisa ). Astfel, daca unei alame cu 42% Zn i se aplica o incalzire de 1073^oK urmata de o racire rapida ( in apa ) se fixeaza la temperatura ambianta structura

Fig 4. Alama monofazica Fig 5. Alama bifazica a b

( solutie solida a cu macle ) .  MOx500.

MOx500

mozaic, optima pentru exploatarea alamelor bifazice ( figura 6. ) .

In urma revenirii inalte alamele calite prezinta precipitari de solutie solida a in interiorul si mai ales pe marginea grauntilor ( figura 7. ). Structural alamele aliate nu prezinta deosebiri marcante fata de cele obisnuite.

3.Bronzurile

Bronzurile sunt aliaje ale Cu cu staniu. Daca in loc de staniu mai participa si alte elemente ( Zn, Pb, P, Al, Be, Ni etc. ) atunci se formeaza bronzuri speciale sau aliate si poarta denumirea dupa elementul de aliere ( bronz, bronz fosforos, bronz de plumb ). Bronzurile obisnuite ( Cu-Sn ) se studiaza cu ajutorul diagramei de echilibru ( figura 8. ). Pana la 14% Sn bronzurile au structura alcatuita numai din solutie solida a. Structura de turnare ( Bz 10 T ) se caracterizeaza prin aspectul dendritic, adica solutie solida a neomogena ( figura 9. ). In stare recoapta structura este formata din poliedre de solutie solida a ( figura 10. ). Bronzurile mai bogate in Sn ( 20% ) prezinta in structura pe langa solutie solida a si amestecul eutectoid a d ( figura 11. ) .

Pentru a se evita segregarea, aliajul este incalzit la 923.973^oK timp de 3.5 ore si este racit lent. Adeseori bronzurile bifazice li se aplica tratamentul de calire. Daca se incalzeste un bronz cu 20% Sn pana la aproximativ

Figura 8. Diagrama de echilibru Cu-Sn .

823^oK si se raceste brusc, se impiedica descompunerea eutectoida iar structura va fi formata din solutie solida a si cristale aciculare b ( figura 12. ) .

Bronzurile cu Al prezinta pana la 9,8%Al doar solutia solida a. Aliajele cele mai bogate in Al sunt foarte dure si fragile datorita prezentei amestecului mecanic a g si din aceasta cauza au o utilizare mai restransa. In cazul unei raciri mai rapide ( peste 4^oK/min. ) apare in structura eutectoidul ( a g ) si la concentratii de 7,5% Al ( figura 13. ). Bronzurile de Al au o rezistenta mecanica buna, rezistenta ridicata la coroziune, dar au calitati de antifrictiune mai slabe decat cele obisnuite.

Figura 9. Bronz turnat ( Bz 10 T ) . MOx300 .

Sunt utilizate de obicei in stare turnata sau laminata, bronzurile cu Pb. Aceste aliaje contin in jur de 30% Pb si au bune calitati de antifrictiune.  Structura va fi formata din solutia solida a ( foarte bogata in Cu ) care formeaza matricea si incluziuni de Pb. Pentru a realiza o dispersie fina si uniforma a plumbului, se recomanda o racire rapida si vibrare in timpul solidificarii. Aceste bronzuri sunt folosite pentru lagare de alunecare, dar au o rezistenta mecanica scazuta. Bronzurile cu beriliu. O caracteristica deosebit de importanta a acestor este aceea ca solubilitatea cu Cu a Be in stare solida variaza cu temperatura si pot fi durificate prin dispersie. Bronzurile cu Be prezinta proprietati complexe deosebit de importante : rezistenta la rupere, limita de elasticitate, rezistenta la coroziune de valori mari, prelucrabilitate buna prin deformare si aschiere, buna sudabilitate, nu produc scantei la lovire.

Figura 12.Bronz cu 20%   Figura 13. Bronz cu 7,8%Al,

Sn calit . MOx100. solutie solida a+eutectoid ( a g MOx500

Figura 14. Bronz cu beriliu;

calit si revenit la 00^oC. MOx500

Ridicarea proprietatilor mecanice se datoreaza precipitatilor fini de Cu-Be ( faza b ) care se separa la revenire din solutia solida a suprasaturata (figura 14. )