Латунь, оловянная бронза, красная и белая медь: Различия объяснены

Самые ранние свидетельства использования меди человеком датируются примерно 10 000 лет назад: археологи обнаружили медные бусы, сделанные из самородной меди в северном Ираке. В Китае медь начали использовать около 4 000 лет назад. Изначально для создания предметов использовалась рафинированная медь, но ее мягкость и ограниченная прочность привели к созданию медных сплавов путем сочетания меди с другими металлами для улучшения ее свойств.

Сегодня медные сплавы делятся на несколько категорий в зависимости от их состава и свойств:

• Белая медь (также известная как никелевое или немецкое серебро): Сплав меди, никеля и цинка, не содержащий серебра. Имеет серебристо-белый вид и хорошую коррозионную стойкость. Белая медь используется в ювелирных изделиях, столовом серебре и электрических контактах.
• Медь: Чистая медь и сплавы с высоким содержанием меди (содержащие не менее 99,3% меди) обладают превосходной электро- и теплопроводностью, коррозионной стойкостью и пластичностью. Они используются в электропроводке, водопроводе и теплообменниках.
• Латунь: Сплав меди и цинка, содержание цинка обычно варьируется от 5% до 45%. Латунь обладает повышенной прочностью, обрабатываемостью и коррозионной стойкостью по сравнению с чистой медью. Золотистый цвет и акустические свойства делают ее популярной в производстве музыкальных инструментов, декоративных изделий и морской техники.
• Бронза: традиционно представляет собой сплав меди и олова, но современные бронзы могут включать другие элементы, такие как алюминий, кремний или никель. Бронза обладает более высокой прочностью и коррозионной стойкостью, чем латунь. Она широко используется в морском оборудовании, скульптурах и подшипниках.

В чем разница между ними?

Красная медь

Красная медь, также известная как чистая медь, представляет собой медный сплав высокой чистоты, содержащий от 99,5% до 99,95% меди, а остальная часть состоит из следовых примесей. Этот материал отличается характерным розово-красным цветом, который при окислении приобретает пурпурный оттенок.

В системе обозначения марок чистой меди обычно используется префикс "T", за которым следует числовой ряд. По мере увеличения порядкового номера содержание меди обычно уменьшается. Например, T1 обозначает более высокую чистоту, чем T3. Другие марки чистой меди включают TP2 и TAg0.1, последняя содержит небольшое количество серебра для улучшения свойств. Бескислородные марки меди, которые обеспечивают превосходную электропроводность и формуемость, обозначаются как TU1 и TU2.

Красная медь обладает отличной электро- и теплопроводностью, высокой пластичностью и хорошей коррозионной стойкостью. Эти свойства делают ее идеальным материалом для различных применений, особенно в электротехнической и электронной промышленности. Она широко используется при производстве электрических проводников, включая кабели и провода, а также шин, разъемов и других компонентов, требующих высокой электропроводности и пластичности.

Высокая чистота материала также способствует его превосходной обрабатываемости, что позволяет эффективно использовать такие процессы формования, как волочение, прокатка и экструзия. Эта характеристика, в сочетании с устойчивостью к закалке, делает красную медь пригодной для применения в производстве сложных форм или тонкой проволоки.

Помимо электротехнического применения, красная медь находит применение в системах терморегулирования, сантехнической арматуре и архитектурных элементах, где ценится ее эстетическая привлекательность и коррозионная стойкость. Благодаря своей биосовместимости она также подходит для некоторых медицинских применений.

Латунь

Латунь - это универсальный сплав, состоящий в основном из меди и цинка, причем медь является преобладающим элементом. Хотя эти два металла составляют основу сплава, в него часто добавляют другие элементы, такие как свинец, олово, алюминий, марганец и никель, для повышения таких специфических свойств, как твердость, прочность, обрабатываемость и коррозионная стойкость. Характерный золотистый оттенок латуни зависит от ее состава и обычно становится более красноватым при более высоком содержании меди.

Классификация латуни обычно основывается на содержании меди, обозначаемом буквой "H", за которой следует процентное содержание меди. Например, H59 содержит около 59% меди, а H90 - около 90% меди. Более сложные латунные сплавы обозначаются по расширенной номенклатуре, включающей химические символы основных легирующих элементов и их соответствующие процентные содержания. Например, HPb89-2 обозначает латунный сплав с 89% меди и 2% свинца.

Латунь обладает превосходными механическими свойствами, включая хорошую пластичность, формуемость и износостойкость. Ее относительно низкая температура плавления (от 900 до 940 °C в зависимости от состава) облегчает процессы литья и механической обработки. Присущая сплаву мягкость в сочетании с износостойкостью делает его идеальным для применения в клапанах, трубопроводах и системах обработки жидкостей, где требуется частое приведение в действие.

Кроме того, латунь обладает замечательными акустическими свойствами, что обусловило ее широкое применение в музыкальных инструментах - трубах, тромбонах и саксофонах. Способность материала легко обрабатываться и устойчивость к коррозии сделали его предпочтительным выбором для изготовления гильз для огнестрельного оружия, а также декоративных архитектурных элементов и морской фурнитуры.

В промышленности латунь часто выбирают за ее электро- и теплопроводность, которая, хотя и не так высока, как у чистой меди, все же значительна. Это свойство в сочетании с коррозионной стойкостью делает латунь пригодной для изготовления электрических компонентов и теплообменников в менее агрессивных средах.

Похожие статьи: Виды латуни

Бронза

Бронза - это сплав, который использовался с древности. Самая ранняя форма, известная как оловянная бронза, состояла в основном из меди и олова.

Со временем определение бронзы расширилось и стало включать все медные сплавы, кроме тех, которые содержат значительное количество цинка (латунь) или никеля (мельхиор). Среди сплавов бронзы можно выделить свинцовую, алюминиевую и кремниевую бронзы. Бронза обычно имеет характерный красновато-коричневый цвет с сине-зеленым налетом, когда подвергается воздействию окружающей среды. В Китае бронзовые сплавы часто обозначаются буквой "Q", за которой следует химический символ основного легирующего элемента и его процентное содержание, исключая цинк. Например, Q Al5 обозначает алюминиевую бронзу, содержащую примерно 5% алюминия.

В промышленности широко используются несколько стандартизированных марок литых медных сплавов. Например, оловянная бронза 5-5-5 (ZCuSnPb5Zn5) содержит примерно по 5% олова, свинца и цинка, а остальное - медь. Еще один распространенный сплав - алюминиевая бронза 10-3 (ZCuAl10Fe3), которая содержит около 10% алюминия и 3% железа. Сплавы оловянистой бронзы известны своей превосходной литейной способностью и минимальной усадкой при затвердевании, что делает их идеальными для изготовления прецизионных компонентов, таких как лопатки турбин, шестерни, подшипники и седла клапанов в сложных условиях эксплуатации.

Каждый бронзовый сплав обладает уникальными свойствами, подходящими для конкретных областей применения. Например, алюминиевые бронзы обеспечивают превосходную прочность и коррозионную стойкость, особенно в морской среде, а свинцовые бронзы обладают повышенной обрабатываемостью и часто используются во втулках и подшипниках. Выбор конкретного бронзового сплава зависит от специфических требований к применению, включая механические свойства, коррозионную стойкость, износостойкость и простоту изготовления.

Белая медь

Белая медь, также известная как никелевое или немецкое серебро, представляет собой сплав, состоящий в основном из меди и никеля, а в качестве третьего компонента часто добавляется цинк. Его характерный серебристо-белый вид скрывает его состав на основе меди. Хотя конкретные обозначения могут варьироваться в зависимости от региона и области применения, общепринятые номенклатуры включают систему "CUXXX" в некоторых стандартах.

Белые медные сплавы подразделяются на два основных типа в зависимости от их основного применения:

1. Структурная белая медь: Эти сплавы ценятся за отличную коррозионную стойкость, особенно в морской среде, и способность сохранять блестящую отделку. Они обладают хорошими механическими свойствами, включая прочность и пластичность. К распространенным сортам относятся:

• B30 (Cu-30Ni): Содержит примерно 30% никеля, обеспечивая превосходную коррозионную стойкость.
• B10 (Cu-10Ni): Сплав содержит около 10% никеля, что обеспечивает баланс свойств и экономичности. Эти сплавы находят широкое применение в точных приборах, медицинском оборудовании, морской арматуре и архитектурных объектах, где эстетика и долговечность имеют решающее значение.

2. Белая электротехническая медь: Эти сплавы разработаны с учетом их особых электрических и термических свойств, в частности, высокого удельного электрического сопротивления и низкого температурного коэффициента сопротивления. К ним относятся:

• BMn3-12: Этот сплав обычно содержит 3% марганца и 12% никеля, обеспечивая превосходные термоэлектрические свойства. Электрические сплавы белой меди широко используются в элементах сопротивления, термопарах и других электрических компонентах, где необходимо стабильное сопротивление в диапазоне температур.

Цена

С точки зрения цены медные сплавы имеют четкую иерархию, причем чистая медь (часто называемая красной медью) имеет самую высокую цену. Это объясняется прежде всего ее превосходной электро- и теплопроводностью, а также отличной коррозионной стойкостью. После чистой меди на втором месте по стоимости идет мельхиор (также известный как белая медь). Этот сплав, обычно состоящий из меди и никеля, обеспечивает повышенную прочность и коррозионную стойкость, особенно в морской среде.

Бронза, сплав, состоящий в основном из меди и олова, занимает третью позицию в ценовом спектре. Ее стоимость зависит от конкретного состава, а некоторые специализированные бронзы (например, алюминиевая или кремниевая) могут иметь более высокую цену благодаря своим уникальным свойствам.

Латунь, сплав меди и цинка, как правило, является наиболее экономичным вариантом среди медных сплавов. Ее низкая стоимость в сочетании с хорошей обрабатываемостью и привлекательным внешним видом делает ее популярным выбором для различных применений. Однако важно отметить, что, несмотря на то, что латунь является наименее дорогим медным сплавом, ее цена все равно значительно выше по сравнению с черными металлами, такими как железо или сталь.

Такая структура цен отражает не только стоимость сырья, но и специфические свойства, производственные процессы и рыночный спрос на каждый сплав. При выборе материалов для инженерных применений важно учитывать не только первоначальную стоимость материала, но и такие факторы, как долговечность, эксплуатационные характеристики в предполагаемой среде и общая стоимость жизненного цикла.