Ist Kupfer duktil? Zusammensetzung und Eigenschaften von Kupfer und seinen Legierungen

Stärke. Festigkeit ist die Eigenschaft von Festkörpern, der Zerstörung sowie irreversiblen Formänderungen zu widerstehen. Der Hauptindikator für die Festigkeit ist der temporäre Widerstand, der beim Bruch einer zuvor geglühten zylindrischen Probe ermittelt wird. Aufgrund ihrer Festigkeit können Metalle in folgende Gruppen eingeteilt werden:

zerbrechlich(vorübergehender Widerstand überschreitet nicht 50 MPa) - Zinn, Blei, Wismut sowie weiche Alkalimetalle;

dauerhaft(von 50 bis 500 MPa) – Magnesium, Aluminium, Kupfer, Eisen, Titan und andere Metalle, die die Grundlage der wichtigsten Strukturlegierungen bilden;

hohe Festigkeit(mehr als 500 MPa) - Molybdän, Wolfram, Niob usw.

Der Begriff der Stärke gilt nicht für Quecksilber, da es eine Flüssigkeit ist.

Die Zugfestigkeit von Metallen ist in Tabelle 10 angegeben.

Tabelle 10. Festigkeit von Metallen

Plastik. Plastizität ist die Eigenschaft von Festkörpern, einen Teil ihrer Verformung beizubehalten, wenn die Belastungen, die sie verursacht haben, entfernt werden. Als Indikator für die Duktilität wird die relative Dehnung selektiv durch dieselben Tests wie die Zugfestigkeit bestimmt.

Nach dem Grad der Duktilität werden Metalle üblicherweise eingeteilt auf die folgende Weise:

sehr plastisch- (relative Dehnung über 40 %) – Metalle, die die Grundlage der meisten Strukturlegierungen bilden (Aluminium, Kupfer, Eisen, Titan, Blei) und „Leichtmetalle“ (Natrium, Kalium, Rubidium usw.);

Plastik- (relative Dehnung liegt zwischen 3 % und 40 %) - Magnesium, Zink, Molybdän, Wolfram, Wismut usw. (die umfangreichste Gruppe);

zerbrechlich- (relative Dehnung weniger als 3 %) - Chrom, Mangan, Colbat, Antimon.

Eine hohe Reinigung spröder Metalle erhöht die Duktilität geringfügig. Daraus gewonnene Legierungen sind unter Druck kaum zu verarbeiten. Industrieprodukte daraus werden häufig im Gussverfahren hergestellt. Die relative Dehnung von Metallen ist in Tabelle 11 charakterisiert.

Tabelle 11. Plastizität von Metallen.

Härte. Die Härte ist eine Eigenschaft eines Materials, die seine Festigkeit und Duktilität widerspiegelt und durch Einkerbung einer Kugel (Brinell-Methode) oder eines Prismas (Vickers-Methode) bestimmt wird. Eine quantitative Beurteilung der Härte ist die Härtezahl HB, gleich dem Verhältnis der Belastung (N) zur Oberfläche des Drucks (mm 2). Die Brinellhärtewerte von Metallen sind in Tabelle 12 angegeben.

Tabelle 12. Härte von Metallen.

Längselastizitätsmodul. Der Längselastizitätsmodul oder Elastizitätsmodul E bestimmt die Flüssigkeit des Metalls, d. h. die Intensität des Spannungsanstiegs mit zunehmender Verformungselastizität (Tabelle 13).

Tabelle 13. Elastizitätsmodul von Metallen bei 20 °C.

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KUPFER
Reines Kupfer steht hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit an zweiter Stelle nach Silber, das von allen bekannten Leitern die höchste Leitfähigkeit aufweist. Hohe Leitfähigkeit und Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion, kombiniert mit hoher Duktilität, machen Kupfer zum Hauptmaterial für Drähte.
Auf Sendung Kupferkabel oxidieren langsam und werden mit einer dünnen Schicht Oxid C bedeckt u O, verhindert eine weitere Oxidation von Kupfer. Kupferkorrosion wird durch Schwefeldioxid S0 verursacht 2, Schwefelwasserstoff H 2 S, Ammoniak NH 3 , Stickoxid NO, Salpetersäuredampf und einige andere Reagenzien.
Leitfähiges Kupfer wird durch galvanische Reinigung in elektrolytischen Bädern aus Barren gewonnen. Verunreinigungen verringern selbst in geringen Mengen die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer stark (Abb. 8-1) und machen es für Stromleiter ungeeignet. Daher werden gemäß GOST 859 nur zwei Kupferqualitäten als Elektrokupfer (M0 und M1) verwendet. 66, chemische Zusammensetzung die in der Tabelle angegeben sind. 8-1.
In der Tabelle 8-1 weist nicht auf sauerstofffreies Kupfer der Güteklasse M00 (99,99 % Cu) hin, das frei von Sauerstoff und Kupferoxiden ist und sich von den Kupfersorten M0 und M1 durch eine geringere Menge an Verunreinigungen und eine deutlich höhere Duktilität unterscheidet, was das Einziehen ermöglicht die dünnsten Drähte. Hinsichtlich der Leitfähigkeit unterscheidet sich Kupfer M00 nicht von Kupfer M0 und M1. Hochreines Kupfer wird häufig in der elektrischen Vakuumtechnologie verwendet.
Bi- und P-Verunreinigungen B in größeren Mengen als in der Tabelle angegeben. 8-1 macht das Warmwalzen von Kupfer unmöglich. Schwefel verursacht keine Hitzesprödigkeit von Kupfer, erhöht jedoch seine Sprödigkeit bei Kälte. Verunreinigungen in geringen Mengen an Ni, Ag, Zn und Sn beeinträchtigen die technologischen Eigenschaften nicht und erhöhen die mechanische Festigkeit und thermische Beständigkeit von Kupfer.
Sauerstoff als Verunreinigung in kleinen Dosen erhöht, ohne das Walzen wesentlich zu erschweren, die Leitfähigkeit von Kupfer geringfügig, da andere im Kupfer vorhandene Verunreinigungen durch Oxidation aus der festen Lösung entfernt werden und dort die Abnahme der Leitfähigkeit des Kupfers am stärksten beeinflussen Metall.
Ein erhöhter Sauerstoffgehalt verringert die Leitfähigkeit und macht Kupfer im kalten Zustand spröde, so dass in Elektrokupfersorten nur begrenzt Sauerstoff vorhanden ist (Tabelle 8-1). Auch sauerstoffhaltiges Kupfer ist anfällig für die Wasserstoffkrankheit. In einer reduzierenden Atmosphäre wird Kupferoxid zu Metall reduziert. Bei Reaktionen, die unter Bildung von Wasserdampf ablaufen, entstehen Mikrorisse im Kupfer.

Reis. 8-1. Der Einfluss von Verunreinigungen auf die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer.

Tabelle 8-1 Chemische Zusammensetzung von Leiterkupfer (GOST 859-66)

Fast alle leitfähigen Kupferprodukte werden durch Walzen, Pressen und Ziehen hergestellt. So können durch Ziehen Drähte mit einem Durchmesser von bis zu 0,005 mm, Bänder mit einer Dicke von bis zu 0,1 mm und Kupferfolien mit einer Dicke von bis zu 0,008 mm hergestellt werden.
Leitendes Kupfer wird sowohl in geglühter Form nach der Kaltumformung (Weichkupfersorte MM) als auch ohne Glühung (Hartkupfersorte MT) verwendet.
Bei der Kaltumformung erhöht sich die Festigkeit von Kupfer durch Kompression (Härtung) und die Dehnung nimmt ab, jedoch sind die langfristigen Betriebstemperaturen von gehärtetem Kupfer begrenzt und reichen bis zu 160-200 °C, danach aufgrund Durch den Rekristallisationsprozess kommt es zu einer Erweichung und einem starken Härteabfall des gehärteten Kupfers. Kupfer Je höher der Reduktionsgrad bei der Kaltumformung ist, desto niedriger sind die zulässigen Betriebstemperaturen von Massivkupfer.
Bei Wärmebehandlungstemperaturen über 900 °C aufgrund intensiven Kornwachstums mechanische Eigenschaften Kupfer verschlechtert sich stark. Die physikalischen und technologischen Eigenschaften von Kupfer sind in der Tabelle aufgeführt. 8-2.
Der Einfluss der Glühtemperatur auf die mechanischen Eigenschaften und die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer ist in Abb. dargestellt. 8-2.
Für elektrische Zwecke wird Kupfer sowohl im weichen (geglühten) als auch im harten Zustand zur Herstellung von Drähten, Bändern und Stromschienen verwendet.
Gemäß GOST 434-71 Brinell-Härtezahl fester Bänderbeim Test mit einer Kugel mit 5 mm Durchmesser, einer Belastung von 2500 N und einer Haltezeit von 30 s.
Abhängig von der Betriebstemperatur sind die mechanischen Eigenschaften von Kupfer in Tabelle 8-3 dargestellt.
Um die Kriechfestigkeit und thermische Stabilität zu erhöhen, wird Kupfer mit Silber im Bereich von 0,07–0,15 % sowie Magnesium, Cadmium, Chrom, Zirkonium und anderen Elementen legiert.
Derzeit wird Kupfer mit Silberzusätzen für Wicklungen schnelllaufender und hitzebeständiger Maschinen höherer Leistung verwendet, und mit verschiedenen Elementen legiertes Kupfer wird in Kommutatoren und Schleifringen hochbelasteter Maschinen verwendet.

Tabelle 8-2 Physikalische und technologische Eigenschaften von Kupfer

Reis. 8-2. Einfluss der Glühtemperatur auf die Eigenschaften von Kupfer.

Tabelle 8-3 Charakter der Änderungen der mechanischen Eigenschaften von Leiterkupfer in Abhängigkeit von der Temperatur

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Technisch reines Kupfer wird aufgrund seiner charakteristischen roten Farbe allgemein als Rotkupfer bezeichnet.

Kupfereigenschaften:

Spezifisches Gewicht.................................8,93

Schmelzpunkt.................................1083° C

Siedepunkt...................2310° C

Linearer Ausdehnungskoeffizient pro 1°C......16,8x10 -6

Volumenschrumpfung...................4,2 %

Reines Kupfer weist eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit, Duktilität und Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion auf. Die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer ist 5,7-mal höher als die elektrische Leitfähigkeit von Eisen. Die hohe elektrische Leitfähigkeit von Kupfer hat zu seiner weiten Verbreitung in der Elektroindustrie geführt. Die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer ist im Vergleich zu anderen Industriemetallen viel höher (z. B. 6,3-mal höher als die von Eisen). Aufgrund seiner hohen Duktilität kann Kupfer ohne technologische Schwierigkeiten zu dünnsten Blechen kaltgewalzt werden.

Mechanische Eigenschaften von geglühtem Kupfer:

Zugfestigkeit σ B .........nicht weniger als 20 kg/mm ​​​​2

Dehnung δ ......................bis zu 50 %

Brinellhärte H B ........... ca. 35 kg/mm ​​2

Die Festigkeitsgrenzen und die Härte von Kupfer können durch Kalthärtung erhöht werden, σ B auf 40–50 kg/mm 2 bzw. H B auf 100–220 kg/mm 2, während die plastischen Eigenschaften erheblich verringert werden.

Bei einer Temperaturabsenkung auf bis zu -253 °C nehmen die mechanischen Eigenschaften von Kupfer nicht ab, sondern die Zugfestigkeit und Dehnung nehmen im Gegenteil zu. Dieser Umstand ermöglicht die breite Verwendung von Kupfer bei der Herstellung von Strukturen, die bei niedrigen Temperaturen betrieben werden. Mit steigender Temperatur nimmt die Zugfestigkeit von Kupfer deutlich ab. Die plastischen Eigenschaften von erhitztem Kupfer nehmen bis zu einer Temperatur von 500–600 °C ab, mit steigender Temperatur nehmen sie zu und erreichen ihren größten Wert bei einer Temperatur von etwa 800 °C nicht niedriger als 600–700 °C.

Die Eigenschaften von Kupfer hängen weitgehend von den Bedingungen der mechanischen und thermischen Behandlung sowie vom Gehalt an Verunreinigungen ab. Kupfer kann Verunreinigungen wie Sauerstoff (O 2), Wismut (Bi), Blei (Pb), Schwefel (S), Phosphor (P), Antimon (Sb) und Arsen (As) enthalten. Schädliche Verunreinigungen, die die Festigkeit und die technologischen Eigenschaften beeinträchtigen, sind Wismut, Blei, Schwefel und Sauerstoff, daher sollte ihr Gehalt in Kupfer minimal sein.

Die gefährlichsten und schädlichsten Verunreinigungen sind Wismut und Blei. Sie sind in Kupfer unlöslich und bilden spröde und schmelzbare Schalen um die Körner. Daher ist ihr Inhalt in gute Sorten Kupfer ist begrenzt: Wismut darf nicht mehr als 0,002 % und Blei bis zu 0,005 % betragen. Der Gehalt an anderen Verunreinigungen ist bis zu Zehntelprozent zulässig, da sie die mechanischen Eigenschaften weniger schädlich beeinflussen.

Technisches und elektrolytisches Kupfer, das üblicherweise in der Produktion verwendet wird, enthält Sauerstoff, dessen Gehalt bis zu 0,1 % betragen darf. Sauerstoff in Kupfer liegt in Form von Einschlüssen von Kupferoxid (Cu 2 O) vor. Bei einem niedrigen Sauerstoffgehalt – bis zu 0,07 % – fördert das entstehende Kupferoxid die Kornfeinung, führt nicht zu einer Abnahme der Festigkeit und Duktilität und beeinträchtigt nicht Kaltverarbeitung. In gewalztem, geglühtem Kupfer liegt Kupferoxid in Form isolierter runder Einschlüsse vor. Diese Anordnung von Kupferoxid ist die günstigste, da es in dieser Form nahezu keinen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften hat. Wenn Kupfer mit einem Sauerstoffgehalt von mehr als 0,01 % auf Temperaturen über 750 °C erhitzt wird, entstehen Risse. Es ist zu beachten, dass dieses Phänomen nur dann beobachtet wird, wenn das Erhitzen in einer reduzierenden Atmosphäre erfolgt, die aus Wasserstoff (H 2), Kohlenmonoxid (CO), Methan (CH 4) und anderen reduzierenden Gasen besteht.

Wasserstoff und Kohlenmonoxid bei hohe Temperatur dringen leicht in festes Kupfer ein und reduzieren es, wenn es Kupferoxid (Cu 2 O) enthält, unter gleichzeitiger Bildung von Wasserdampf (H 2 O) oder Kohlendioxid(CO 2).

Die Kupferreduktionsreaktion verläuft nach den Formeln:

Cu 2 O + H 2 = 2Cu + H 2 O

Cu 2 O + CO = 2Cu + CO 2.

Der entstehende Wasserdampf bzw. Kohlendioxid ist in Kupfer unlöslich und kann nicht frei abgegeben werden.

Unter hohem Druck aufgrund der hohen Temperatur reißt Wasserdampf oder Kohlendioxid das Metall entlang der Korngrenzen auf und bildet große und kleine interkristalline Risse. Dieses Phänomen wird „Wasserstoffkrankheit“ genannt.

Kupfer drin flüssigen Zustand Absorbiert leicht Gase und oxidiert, was seine Verwendung für Gussprodukte einschränkt, da gelöste Gase bei der Erstarrung nicht vollständig freigesetzt werden und Porosität erzeugen. Die Industrie liefert hauptsächlich gewalztes oder gezogenes Kupfer in Form von Drähten, Bändern, Bändern, Blechen und Rohren sowie Elektrolyt- und Rohkupfer zur Herstellung von Legierungen. Typischerweise werden die Kupfersorten M0, M1, M2, MZ und MZS für die Herstellung verschiedener Kupferteile und -strukturen verwendet; Der Sauerstoffgehalt in den Bögen M2 und M3 darf bis zu 0,1 % betragen.

Die Herstellung von Kupfer mit geringem Sauerstoffgehalt, sogenanntem „sauerstofffreiem Kupfer“, birgt eine Reihe technologischer Schwierigkeiten.

Die Zusammensetzung und der Verwendungszweck verschiedener Qualitäten von technischem Kupfer, die in der Industrie verwendet werden, werden durch GOST 859-41 geregelt, das sechs Qualitäten vorsieht.

In den meisten Industriezweigen wird ein Metall wie Kupfer verwendet. Aufgrund seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit kommt kein einziger Bereich der Elektrotechnik ohne diesen Werkstoff aus. Es produziert Leiter mit ausgezeichneter Qualität Betriebsmerkmale. Zusätzlich zu diesen Eigenschaften weist Kupfer Duktilität und Feuerfestigkeit sowie Beständigkeit gegen Korrosion und aggressive Umgebungen auf. Und heute betrachten wir das Metall von allen Seiten: Wir geben den Preis für 1 kg Altkupfer an, wir informieren Sie über seine Verwendung und Produktion.

Konzept und Funktionen

Kupfer ist Chemisches Element, eilend zur ersten Gruppe Periodensystem benannt nach Mendelejew. Dieses duktile Metall hat eine goldene Farbe - pinke Farbe und ist eines von drei Metallen mit einer ausgeprägten Farbe. Seit der Antike wird es vom Menschen in vielen Bereichen der Industrie aktiv genutzt.

Das Hauptmerkmal des Metalls ist seine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit. Im Vergleich zu anderen Metallen ist die Leitfähigkeit geringer elektrischer Strom durch Kupfer ist 1,7-mal höher als die von Aluminium und fast 6-mal höher als die von Eisen.

Kupfer hat eine Nummer Unterscheidungsmerkmale vor anderen Metallen:

1. Plastik. Kupfer ist ein weiches und duktiles Metall. Berücksichtigt man Kupferdraht, lässt er sich leicht biegen, nimmt jede Position ein und verformt sich nicht. Es reicht aus, ein wenig auf das Metall selbst zu drücken, um diese Funktion zu überprüfen.
2. Korrosionsbeständigkeit. Dieses lichtempfindliche Material ist anders Hohe Resistenz zum Auftreten von Korrosion führen. Wenn Kupfer längere Zeit in einer feuchten Umgebung gelagert wird, beginnt sich auf seiner Oberfläche ein grüner Film zu bilden, der das Metall davor schützt negativer Einfluss Feuchtigkeit.
3. Reaktion auf Temperaturanstieg. Durch Erhitzen kann man Kupfer von anderen Metallen unterscheiden. Dabei beginnt das Kupfer seine Farbe zu verlieren und wird dann dunkler. Dadurch wird das Metall beim Erhitzen schwarz.

Dank dieser Merkmale kann man unterscheiden dieses Material aus und anderen Metallen.

Das Video unten verrät es Ihnen vorteilhafte Eigenschaften Kupfer:

Vorteile und Nachteile

Die Vorteile dieses Metalls sind:

• Hohe Wärmeleitfähigkeit;
• Korrosionsbeständigkeit;
• Ziemlich hohe Festigkeit;
• Hohe Plastizität, die bis zu einer Temperatur von -269 Grad erhalten bleibt;
• Gute elektrische Leitfähigkeit;
• Möglichkeit der Legierung mit verschiedenen Zusatzkomponenten.

Über Eigenschaften, körperliche und Chemische Eigenschaften Nachfolgend erfahren Sie mehr über die Metallsubstanzen von Kupfer und seinen Legierungen.

Eigenschaften und Eigenschaften

Kupfer interagiert als niedrigaktives Metall nicht mit Wasser, Salzen, Alkalien oder schwacher Schwefelsäure, sondern löst sich in konzentrierter Schwefel- und Salpetersäure auf.

Physikalische Eigenschaften von Metall:

• Der Schmelzpunkt von Kupfer liegt bei 1084°C;
• Der Siedepunkt von Kupfer liegt bei 2560°C;
• Dichte 8890 kg/m³;
• Elektrische Leitfähigkeit 58 MOhm/m;
• Wärmeleitfähigkeit 390 m*K.

Mechanische Eigenschaften:

• Die Zugfestigkeit im verformten Zustand beträgt 350–450 MPa, im geglühten Zustand 220–250 MPa;
• Die relative Verengung beträgt im verformten Zustand 40–60 %, im geglühten Zustand 70–80 %;
• Die relative Dehnung im verformten Zustand beträgt 5-6 δ ψ %, im geglühten Zustand – 45-50 δ ψ %;
• Die Härte im verformten Zustand beträgt 90-110 HB, im geglühten Zustand 35-55 HB.

Bei Temperaturen unter 0°C weist dieses Material eine höhere Festigkeit und Duktilität auf als bei +20°C.

Struktur und Verbindung

Kupfer, das einen hohen elektrischen Leitfähigkeitskoeffizienten aufweist, weist den niedrigsten Verunreinigungsgehalt auf. Ihr Anteil an der Zusammensetzung kann 0,1 % betragen. Um die Festigkeit von Kupfer zu erhöhen, werden ihm verschiedene Verunreinigungen zugesetzt: Antimon usw. Abhängig von seiner Zusammensetzung und dem Grad des Reinkupfergehalts werden mehrere Qualitäten unterschieden.

Der Strukturtyp von Kupfer kann auch Kristalle aus Silber, Kalzium, Aluminium, Gold und anderen Komponenten umfassen. Sie alle zeichnen sich durch vergleichsweise Weichheit und Plastizität aus. Das Kupferpartikel selbst hat eine kubische Form, deren Atome sich an den Spitzen der F-Zelle befinden. Jede Zelle besteht aus 4 Atomen.

Um zu erfahren, wo man Kupfer bekommt, schauen Sie sich dieses Video an:

Herstellung von Materialien

IN natürliche Bedingungen Dieses Metall kommt in einheimischen Kupfer- und Sulfiderzen vor. Bei der Kupferproduktion werden häufig Erze namens „Kupferglanz“ und „Kupferpyrit“ verwendet, die bis zu 2 % der erforderlichen Komponente enthalten.

Der größte Teil (bis zu 90 %) des Primärmetalls entsteht durch das pyrometallurgische Verfahren, das viele Stufen umfasst: Aufbereitungsprozess, Rösten, Schmelzen, Verarbeitung im Konverter und Raffination. Der verbleibende Teil wird durch die hydrometallurgische Methode gewonnen, bei der es mit verdünnter Schwefelsäure ausgelaugt wird.

Einsatzgebiete

in folgenden Bereichen:

• Elektroindustrie, die hauptsächlich in der Herstellung von Elektrodrähten besteht. Für diese Zwecke muss Kupfer möglichst rein sein, ohne fremde Verunreinigungen.
• Filigrane Produkte herstellen. Kupferdraht im geglühten Zustand zeichnet sich durch hohe Duktilität und Festigkeit aus. Aus diesem Grund wird es aktiv bei der Herstellung verschiedener Kordeln, Ornamente und anderer Designs eingesetzt.
• Kupferkathode zu Draht schmelzen. Verschiedenste Kupferprodukte werden zu Barren eingeschmolzen, die sich ideal zum Weiterwalzen eignen.

Kupfer wird in einer Vielzahl von Branchen aktiv eingesetzt. Es kann nicht nur Teil von Draht, sondern auch von Waffen und sogar Schmuck sein. Seine Eigenschaften und großer Anwendungsbereich Anwendungen wirkten sich positiv auf die Popularität aus.

Das folgende Video erklärt, wie Kupfer seine Eigenschaften verändern kann:

KUPFER und GEWALZTES KUPFER

Sorten und chemische Zusammensetzung von technischem Kupfer

Kupfersorten und ihre chemische Zusammensetzung sind in GOST 859-2001 definiert. Abgekürzt Nachfolgend finden Sie Informationen zu den Kupferqualitäten (angegeben sind der Mindestkupfergehalt und der Höchstgehalt von nur zwei Verunreinigungen – Sauerstoff und Phosphor):

Die erste Gruppe von Markierungen bezieht sich auf Kathodenkupfer, der Rest spiegelt die chemische Zusammensetzung verschiedener Kupferhalbzeuge (Kupferbarren, Walzdraht und daraus hergestellte Produkte, Walzprodukte) wider.

Spezielle Eigenschaften Das in verschiedenen Marken enthaltene Kupfer wird nicht durch den Kupfergehalt bestimmt (die Unterschiede betragen nicht mehr als 0,5 %), sondern durch den Gehalt an spezifischen Verunreinigungen (ihre Menge kann um das 10- bis 50-fache variieren). Eine Klassifizierung der Kupferqualitäten basierend auf dem Sauerstoffgehalt wird häufig verwendet:

Sauerstofffreies Kupfer (M00 , M0 und M1 ) mit Sauerstoffgehalt bis 0,001 %.

Raffiniertes Kupfer (M1f, M1r, M2r, M3r) mit einem Sauerstoffgehalt von bis zu 0,01 %, jedoch mit

hoher Phosphorgehalt.

Hochreines Kupfer (M00, M0, M1) mit einem Sauerstoffgehalt von 0,03–0,05 %.

Kupfer allgemeiner Zweck(M2, M3) mit Sauerstoffgehalt bis 0,08 %.

Ungefähr Die Entsprechung der nach unterschiedlichen Standards hergestellten Kupfersorten ist nachstehend aufgeführt:

Unterschiedliche Kupferqualitäten haben unterschiedliche Verwendungszwecke und sind durch Unterschiede in ihren Produktionsbedingungen bedingt bedeutsam Preisunterschiede.

Bei der Herstellung von Kabel- und Drahtprodukten werden Kathoden mit einer Technologie geschmolzen, die die Sättigung von Kupfer mit Sauerstoff bei der Herstellung der Produkte verhindert. Daher entspricht Kupfer in solchen Produkten den Sorten M00, M0 , M1 .

Die Anforderungen der meisten technischen Aufgaben werden von den relativ günstigen Marken M2 und M3 erfüllt. Dies bestimmt die Massenproduktion der wichtigsten Walzkupfersorten M2 und M3.

Walzprodukte der Sorten M1, M1f, M1r, M2r, M3r werden hauptsächlich für bestimmte Verbraucher hergestellt und sind deutlich teurer.

Physikalische Eigenschaften von Kupfer

Die Haupteigenschaft von Kupfer, die seine überwiegende Verwendung bestimmt, ist eine sehr hohe elektrische Leitfähigkeit (oder ein niedriger spezifischer elektrischer Widerstand). Verunreinigungen wie Phosphor, Eisen, Arsen, Antimon und Zinn beeinträchtigen die elektrische Leitfähigkeit erheblich. Der Wert der elektrischen Leitfähigkeit wird maßgeblich von der Art der Gewinnung des Halbzeugs und seinem mechanischen Zustand beeinflusst. Dies wird durch die folgende Tabelle veranschaulicht:

Unterschiede im Widerstand von Walzdraht der Qualitäten M00, M0 und M1 sind auf unterschiedliche Mengen an Verunreinigungen zurückzuführen und betragen etwa 1 %. Gleichzeitig betragen die Widerstandsunterschiede aufgrund unterschiedlicher mechanischer Bedingungen 2–3 %. Der spezifische Widerstand von Produkten aus Kupfer der Güteklasse M2 beträgt etwa 0,020 μOhm*m.

Zweite wichtigste Eigenschaft Kupfer – sehr hohe Wärmeleitfähigkeit.

Verunreinigungen und Legierungszusätze reduzieren die elektrische und thermische Leitfähigkeit von Kupfer, sodass Kupferbasislegierungen in diesen Indikatoren Kupfer deutlich unterlegen sind. Die Werte der Parameter der grundlegenden physikalischen Eigenschaften von Kupfer im Vergleich zu anderen Metallen sind in der Tabelle angegeben (Daten sind in zwei angegeben). verschiedene Systeme Maßeinheiten):

Hinsichtlich der elektrischen und thermischen Leitfähigkeit ist Kupfer unbedeutendan zweiter Stelle nach Silber.

Der Einfluss von Verunreinigungen und Merkmale der Eigenschaften von Kupfer verschiedener Qualitäten

Unterschiede in den Eigenschaften von Kupfer verschiedener Qualitäten hängen mit dem Einfluss von Verunreinigungen zusammen Grundeigenschaften Kupfer Über den Einfluss von Verunreinigungen auf physikalische Eigenschaften(thermische und elektrische Leitfähigkeit) wurde oben diskutiert. Betrachten wir ihren Einfluss auf andere Gruppen von Eigenschaften.

Einfluss auf mechanische Eigenschaften .

Eisen, Sauerstoff, Wismut, Blei, Antimon beeinträchtigen die Duktilität. Im Kupfer schlecht lösliche Verunreinigungen (Blei, Wismut, Sauerstoff, Schwefel) führen bei hohen Temperaturen zur Sprödigkeit.

Die Rekristallisationstemperatur von Kupfer beträgt für verschiedene Qualitäten 150–240 °C. Je mehr Verunreinigungen vorhanden sind, desto höher ist diese Temperatur.Eine deutliche Erhöhung der Rekristallisationstemperatur von Kupfer wird durch Silber und Zirkonium bewirkt. Beispielsweise erhöht sich die Einführung von 0,05 % AgRekristallisationstemperatur zweimal, was sich in einem Anstieg der Erweichungstemperatur und einer Abnahme des Kriechens bei hohen Temperaturen äußert, ohne dass die thermische und elektrische Leitfähigkeit verloren geht.

Auswirkungen auf technologische Eigenschaften .

ZU technologische Eigenschaften Dazu gehören 1) die Fähigkeit zur Druckverarbeitung bei niedrigen und hohen Temperaturen, 2) die Lötbarkeit und Schweißbarkeit der Produkte.

Verunreinigungen, insbesondere niedrig schmelzende, bilden bei hohen Temperaturen Sprödzonen, die eine Heißverarbeitung erschweren. Der Grad der Verunreinigungen in den Klassen M1 und M2 sorgt jedoch für die notwendige technologische Plastizität.

Bei der Kaltverformung macht sich der Einfluss von Verunreinigungen bei der Drahtherstellung deutlich bemerkbar. Bei gleicher Zugfestigkeit (? V = 16 kgf/mm 2) Walzdrähte der Sorten M00, M0 und M1 weisen unterschiedliche relative Dehnungen auf? (38 %, 35 % bzw. 30 %). Daher ist Walzdraht der Klasse A (die Sorte M00 entspricht ihm) bei der Herstellung von Drähten, insbesondere mit kleinen Durchmessern, technologisch fortschrittlicher. Die Verwendung von sauerstofffreiem Kupfer zur Herstellung von Stromleitern wird weniger von der Größe der elektrischen Leitfähigkeit als vielmehr von einem technologischen Faktor bestimmt.

Schweiß- und Lötprozesse werden deutlich schwieriger, wenn der Sauerstoffgehalt sowie Blei und Wismut steigen.

Der Einfluss von Sauerstoff und Wasserstoff auf Leistungseigenschaften .

Bei normale Bedingungen Die Betriebseigenschaften von Kupfer (hauptsächlich Haltbarkeit) sind bei verschiedenen Marken nahezu gleich. Gleichzeitig kann bei hohen Temperaturen die schädliche Wirkung des im Kupfer enthaltenen Sauerstoffs auftreten. Diese Möglichkeit wird üblicherweise durch Erhitzen von Kupfer in einer wasserstoffhaltigen Umgebung realisiert.

Sauerstoff ist zunächst in den Kupfersorten M0, M1, M2, M3 enthalten. Wenn außerdem sauerstofffreies Kupfer bei hohen Temperaturen an der Luft geglüht wird, liegt dies an der Sauerstoffdiffusion Oberflächenschicht Das Produkt wird sauerstoffhaltig. Sauerstoff liegt in Kupfer in Form von Kupferoxid vor, die entlang der Korngrenzen lokalisiert ist.

Kupfer kann neben Sauerstoff auch Wasserstoff enthalten. Wasserstoff gelangt bei der Elektrolyse oder beim Glühen in einer wasserdampfhaltigen Atmosphäre in Kupfer. Wasserdampf ist immer in der Luft vorhanden. Bei hohen Temperaturen zerfällt es zu Wasserstoff, der leicht in das Kupfer diffundiert.

In sauerstofffreiem Kupfer befinden sich Wasserstoffatome in den Zwischenräumen des Kristallgitters und haben keinen besonderen Einfluss auf die Eigenschaften des Metalls.

In sauerstoffhaltigem Kupfer reagiert Wasserstoff bei hohen Temperaturen mit Kupferoxid. Gleichzeitig bildet sich in der Dicke des Kupfers Wasserdampf. hoher Druck, was zu Schwellungen, Brüchen und Rissen führt. Dieses Phänomen ist als „Wasserstoffkrankheit“ oder „Wasserstoffversprödung“ bekannt. Es manifestiert sich, wenn ein Kupferprodukt bei höheren Temperaturen verwendet wird200 o C in einer Atmosphäre, die Wasserstoff oder Wasserdampf enthält.

Je höher der Sauerstoffgehalt im Kupfer und je höher die Betriebstemperatur, desto größer ist der Grad der Versprödung. Bei 200 o CDie Lebensdauer beträgt 1,5 Jahre bei 400 °C- 70 Stunden.

Besonders ausgeprägt ist es bei Produkten geringer Dicke (Röhren, Bänder).

Beim Erhitzen im Vakuum interagiert der zunächst im Kupfer enthaltene Wasserstoff mit Kupferoxid und führt zudem zur Versprödung des Produkts und zur Verschlechterung des Vakuums. Daher werden Produkte, die bei hohen Temperaturen betrieben werden, aus sauerstofffreien (raffinierten) Kupfersorten M1p, M2p, M3p hergestellt.

Mechanische Eigenschaften von gewalztem Kupfer

Der Großteil des zum Verkauf stehenden Walzkupfers wird aus der Güteklasse M2 hergestellt. Walzprodukte der Sorte M1 werden überwiegend auf Bestellung gefertigt und sind zudem ca. 20 % teurer.

Kaltgeformte Walzprodukte– Dabei handelt es sich um gezogene (Stäbe, Drähte, Rohre) und kaltgewalzte (Bleche, Bänder, Folien) Produkte. Es ist in den Zuständen hart, halbhart und weich (geglüht) erhältlich. Die Vermietung ist mit dem Buchstaben „D“ und der Lieferstatus mit den Buchstaben T, P oder M gekennzeichnet.

Warmverformte Walzprodukte– das Ergebnis des Pressens (Stäbe, Rohre) oder Warmwalzens (Bleche, Platten) bei Temperaturen oberhalb der Rekristallisationstemperatur. Eine solche Vermietung ist mit dem Buchstaben „G“ gekennzeichnet. In Bezug auf die mechanischen Eigenschaften sind warmverformte Walzprodukte den kaltverformten Walzprodukten im weichen Zustand ähnlich (aber nicht identisch).

Hohe Druckfestigkeit (55 - 65 kgf/mm²).) in Kombination mit hoher Duktilität bestimmt die weit verbreitete Verwendung von Kupfer als Dichtungen bei der Abdichtung fester Verbindungen mit Betriebstemperaturen bis zu 250 °C (Druck 35Kgs\cm2 für Dampf und 100 kgf\cm2 für Wasser).

Kupfer wird häufig in der Niedertemperaturtechnologie, einschließlich der Heliumtechnologie, eingesetzt. Bei niedrige Temperaturen Es behält die charakteristischen Festigkeits-, Duktilitäts- und Zähigkeitseigenschaften Zimmertemperatur. Die in der Kryotechnik am häufigsten genutzte Eigenschaft von Kupfer ist seine hohe Wärmeleitfähigkeit. Bei kryogenen Temperaturen kommt der Wärmeleitfähigkeit der Güteklassen M1 und M2 eine erhebliche Bedeutung zu, weshalb in der Kryotechnik die Verwendung der Güteklasse M1 von grundlegender Bedeutung ist.

Kupferstäbe werden gepresst (20 - 180 mm) und kaltverformt, in hartem, halbfestem und weichem Zustand (Durchmesser 3 - 50 mm) gemäß GOST 1535-2006 hergestellt.

Flaches Kupfer Allzweckprodukte werden in Form von Folien, Bändern, Platten und Platten gemäß GOST 1173-2006 hergestellt:

Kupferfolie – kaltgewalzt: 0,05 – 0,1 mm (nur im festen Zustand erhältlich)

Kupferbänder – kaltgewalzt: 0,1 – 6 mm.

Kupferbleche – kaltgewalzt: 0,2 – 12 mm

Warmgewalzt: 3 – 25 mm (mechanische Eigenschaften sind bis 12 mm reguliert)

Kupferplatten – warmgewalzt: über 25 mm (mechanische Eigenschaften sind nicht reguliert)

Warmgewalzte und weichkaltgewalzte Kupferbleche und -bänder bestehen den Biegetest um einen Dorn mit einem Durchmesser, der der Blechdicke entspricht. Bei einer Dicke von bis zu 5 mm halten sie einer Biegung stand, bis die Seiten sich berühren, und bei einer Dicke von 6–12 mm, bis die Seiten parallel sind. Kaltgewalzte halbharte Bleche und Bänder können dem 90-Grad-Biegetest standhalten.

Somit entspricht der zulässige Biegeradius von Kupferblechen und -bändern der Dicke des Blechs (Bands).

Kupferrohre für allgemeine Zwecke werden kaltverformt (im weichen, halbharten und harten Zustand) und gepresst (große Abschnitte) gemäß GOST 617-2006 hergestellt.

Kupferrohre werden nicht nur für Prozessflüssigkeiten verwendet, sondern auch für Wasser trinken. Kupfer ist gegenüber Chlor und Ozon, die zur Wasserreinigung verwendet werden, inert, hemmt das Wachstum von Bakterien und wenn Wasser gefriert, werden Kupferrohre verformt, ohne zu reißen. Kupferrohre für Wasser werden gemäß GOST R 52318-2005 hergestellt, bei dem der Gehalt an organischen Substanzen auf der Innenoberfläche begrenzt ist. Mindestbiegeradien und zulässige Drücke für weiche Kupferrohre sind unten angegeben:

Korrosionseigenschaften von Kupfer .

Bei normalen Temperaturen Kupfer stabil in folgenden Umgebungen:

Trockene Luft

Süßwasser (Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Chloride, Säuren beschleunigen die Korrosion)

IN Meerwasser bei niedrigen Wassergeschwindigkeiten

In nicht oxidierenden Säuren und Salzlösungen (in Abwesenheit von Sauerstoff)

Alkalische Lösungen (außer Ammoniak und Ammoniumsalze)

Trockene Halogengase

Organische Säuren, Alkohole, Phenolharze

Kupfer instabil in folgenden Umgebungen:

Ammoniak, Ammoniumchlorid

Oxidierende Mineralsäuren und Lösungen saurer Salze

Die Korrosionseigenschaften von Kupfer verschlechtern sich in manchen Umgebungen mit zunehmender Menge an Verunreinigungen merklich.

Kontaktkorrosion.

Der Kontakt von Kupfer mit Kupferlegierungen, Blei, Zinn in feuchter Atmosphäre, Süß- und Meerwasser ist erlaubt. Gleichzeitig ist der Kontakt mit Aluminium und Zink aufgrund ihrer schnellen Zerstörung nicht zulässig.

Die hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit von Kupfer erschwert das elektrische Schweißen (Punkt- und Rollenschweißen). Dies gilt insbesondere für massive Produkte. Mit Wolframelektroden können dünne Teile geschweißt werden. Teile mit einer Dicke von mehr als 2 mm können mit einer neutralen Acetylen-Sauerstoff-Flamme geschweißt werden. Zuverlässiger Weg Verbindungen Kupferprodukte– Löten mit Weich- und Hartloten. Weitere Informationen zum Kupferschweißen finden Sie unter www.weldingsite.com.ua

Technisches Kupfer weist eine geringe Festigkeit und Verschleißfestigkeit sowie schlechte Gieß- und Gleiteigenschaften auf. Kupferbasierte Legierungen haben diese Nachteile nicht -Messing Und Bronze . Diese Verbesserungen werden zwar durch die Verschlechterung der thermischen und elektrischen Leitfähigkeit erreicht.

Es gibt Sonderfälle, in denen es erforderlich ist, die hohe elektrische oder thermische Leitfähigkeit von Kupfer beizubehalten, ihm jedoch Hitzebeständigkeit oder Verschleißfestigkeit zu verleihen.

Wenn Kupfer über die Rekristallisationstemperatur erhitzt wird, kommt es zu einem starken Abfall der Streckgrenze und Härte. Dies erschwert den Einsatz von Kupfer in Widerstandsschweißelektroden. Daher werden zu diesem Zweck spezielle verwendet Kupferlegierungen mit Chrom, Zirkonium, Nickel, Cadmium (BrKh, BrKhTsr, BrKN, BrKd). Elektrodenlegierungen behalten bei Schweißprozesstemperaturen (ca. 600 °C) eine relativ hohe Härte und eine zufriedenstellende elektrische und thermische Leitfähigkeit).

Hitzebeständigkeit wird auch durch Legieren mit Silber erreicht. Solche Legierungen (MA) weisen bei unveränderter elektrischer und thermischer Leitfähigkeit ein geringeres Kriechen auf.

Für den Einsatz in beweglichen Kontakten (Kollektorplatten, Fahrdraht) wird Kupfer mit einem geringen Legierungsgrad mit Magnesium oder Cadmium BrKd, BrMg verwendet. Sie verfügen über eine erhöhte Verschleißfestigkeit und eine hohe elektrische Leitfähigkeit.

Für Kristallisatoren wird Kupfer mit Zusätzen von Eisen oder Zinn verwendet. Solche Legierungen haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit bei erhöhter Verschleißfestigkeit.

Bei niedriglegierten Kupfersorten handelt es sich im Wesentlichen um Bronzen, sie werden jedoch häufig als gewalzte Kupferprodukte mit den entsprechenden Kennzeichnungen (MS, MK, MF) klassifiziert..