Vara sakausējumi salīdzinājumā ar nerūsējošo tēraudu

I. Vara sakausējumu priekšrocības salīdzinājumā ar nerūsējošo tēraudu

1. Izcila siltumvadītspēja un elektriskā vadītspēja

Varš ir viens no visvairāk vadošajiem metāliem (siltuma vadītspēja: ~401 W/m·K; elektrovadītspēja: ~58 MS/m tīram varam), un vara sakausējumi saglabā izcilu vadītspēju pat ar sakausējuma piedevām:

Elektriskie pielietojumi: Ideāli piemērots vadiem, kabeļiem, kopnēm, elektriskajiem kontaktiem un slēdžiem. Piemēram, C11000 bezskābekļa -varš tiek izmantots augstsprieguma-elektroenerģijas pārvadē tā vadītspējas (98% IACS) dēļ, kas ir 5–10 reizes augstāka nekā nerūsējošajam tēraudam (304 SS: ~1,45 MS/m).

Termiskā vadība: izmanto siltummaiņos, radiatoros un dzesēšanas sistēmās (piemēram, jūras kondensatoros ar cupronickel C70600), jo to siltumvadītspēja ir 3–8 reizes lielāka nekā nerūsējošā tērauda (304 SS: ~16,2 W/m·K).

2. Lieliska izturība pret koroziju īpašās vidēs

Lai gan nerūsējošais tērauds ir slavens ar vispārējo izturību pret koroziju, vara sakausējumi ir izcili mērķtiecīgos scenārijos:

Ūdens vide: Izturieties pret koroziju saldūdenī, jūras ūdenī un mitrā atmosfērā. Cuproniķelis (piemēram, C71500, 70/30 Cu-Ni) tiek plaši izmantots kuģu aparatūrā un kuģu korpusos, jo tas ir izturīgs pret jūras ūdens skrāpējumu, plaisu koroziju un bioloģisko piesārņojumu (vara joni kavē jūras organismu augšanu).

Ķīmiskā vide: Misiņš (piem., C28000) ir izturīgs pret koroziju no neoksidējošām skābēm (piem., atšķaidīta sālsskābe) un organiskiem šķīdinātājiem, tāpēc tas ir piemērots ķīmiskiem vārstiem un veidgabaliem.

Atmosfēras korozija: Varš un bronza veido dabisku, aizsargājošu patinu (piemēram, zaļš verdigris uz vara jumtiem), kas novērš turpmāku degradāciju, pārspējot nerūsējošā tērauda veiktspēju piesārņotā vai piekrastes atmosfērā.

3. Uzlabota formējamība un apstrādājamība (lielākajai daļai sakausējumu)

Lielākā daļa vara sakausējumu nodrošina izcilu apstrādājamību salīdzinājumā ar nerūsējošo tēraudu:

Veidojamība: Ērta aukstā -apstrāde (velmēšana, vilkšana, locīšana) un karstā-apstrāde (kalšana, ekstrūzija) bez plaisāšanas. Piemēram, C26000 kasetnes misiņš tiek izmantots bezšuvju caurulēs un štancētās detaļās tā augstās elastības dēļ.

Apstrādājamība: bezmaksas-griešanas misiņam (piem., C36000 ar svina piedevām) vai svina-nesaturošām alternatīvām (piem., C68700 ar bismutu) ir lieliski apstrādājamības rādītāji (lielāks par vai vienāds ar 80% pret. 304 SS: ~40%), samazinot instrumenta nodilumu un ražošanas laiku.

Castability: Bronza (piem., alvas bronza C90300) un misiņš ir ideāli piemēroti smilšu liešanai un liešanai, radot sarežģītas formas (piemēram, zobratus, gultņus) ar labu izmēru precizitāti.

4. Pretmikrobu īpašības

Vara un tā sakausējumiem (piemēram, misiņam, bronzai) ir raksturīga pretmikrobu iedarbība:

Vara joni izjauc baktēriju šūnu membrānas un kavē patogēnu (piem., E. coli, S. aureus) augšanu dažu stundu laikā, padarot tos piemērotus augstas -higiēnas vajadzībām (piemēram, slimnīcu durvju rokturiem, pārtikas pārstrādes iekārtām un ūdensvadiem).

Nerūsējošajam tēraudam trūkst šīs īpašības, un, ja tas netiek pareizi notīrīts, uz tā virsmas var atrasties baktērijas.

5. Estētiskā pievilcība un vēsturiskā/arhitektoniskā vērtība

Vara sakausējumi tiek novērtēti to unikālā izskata un izturības dēļ:

Estētika: diapazons no silta zelta (misiņa) līdz sarkanbrūnai-brūnai (varš) un tumšai bronzai ar dabisku patinu, kas laika gaitā veidojas (vēlams arhitektūras pielietojumos, piemēram, jumtos, statujās un dekoratīvos ķermeņos).

Mantojuma izmantošana: Bronza ir izmantota gadsimtiem ilgi mākslā un arhitektūrā (piemēram, bronzas skulptūrās, vēsturiskajos zvanos), pateicoties tās nodilumizturībai un mūžīgajam izskatam.

6. Labāka termiskās izplešanās savietojamība ar citiem materiāliem

Vara sakausējumu termiskās izplešanās koeficients (piemēram, tīrs varš: ~16,5 × 10⁻⁶/grāds) ir tuvāks stikla, keramikas un dažu polimēru termiskās izplešanās koeficientam, samazinot termisko spriegumu samontētajās detaļās (piem., stikla -līdz-metāla blīvējumos elektronikā). Nerūsējošajam tēraudam (304 SS: ~17,2 × 10⁻⁶/grāds) ir nedaudz augstāks koeficients, kas palielina plaisāšanas risku, pārvietojoties augstā temperatūrā.

info-446-441 info-445-447

II. Vara sakausējumu trūkumi salīdzinājumā ar nerūsējošo tēraudu

1. Zemāka mehāniskā izturība (izņemot īpašus sakausējumus)

Lielākajai daļai vara sakausējumu stiepes izturība un cietība ir zemāka nekā nerūsējošajam tēraudam, īpaši augstas{0}}temperatūras vidēs:

Stiepes izturība: Tīra vara (C11000) stiepes izturība ir ~220 MPa (atkvēlināta), savukārt 304 nerūsējošajam tēraudam ir ~515 MPa. Pat misiņam (C26000) stiepes izturība ir ~345 MPa, kas ir ievērojami zemāka nekā nerūsējošajam tēraudam.

Augsta{0}}temperatūra: Copper alloys soften at temperatures above 200–300°C (e.g., pure copper's melting point: 1085°C, but strength drops sharply at >300 grādi), ierobežojot to izmantošanu augstas temperatūras{1}}lietotnēs (piemēram, rūpnieciskās krāsnis, reaktīvo dzinēju komponenti). Nerūsējošais tērauds (piemēram, 316 SS) saglabā izturību līdz 800 grādiem.

IzņēmumiSpeciālie vara sakausējumi, piemēram, berilija varš (C17200, stiepes izturība līdz 1500 MPa pēc termiskās apstrādes), atbilst nerūsējošajam tēraudam vai pārsniedz to, taču to apstrāde ir dārga un toksiska.

2. augstākas izmaksas (lielākajai daļai sakausējumu)

Varš ir dārgāks parastais metāls nekā dzelzs, kā rezultātā vara sakausējumiem ir augstākas materiālu izmaksas:

Izejvielu izmaksas: Vara cenas parasti ir 3–5 reizes augstākas nekā dzelzsrūdas cenas, padarot misiņu un bronzu dārgāku nekā oglekļa tēraudu un lielāko daļu nerūsējošā tērauda šķirņu (piemēram, 304 SS).

Speciālie sakausējumi: Cupronickel (C71500) un berilija varš (C17200) ir vēl dārgāki reto leģējošu elementu (Ni, Be) un sarežģītās apstrādes dēļ.

3. Vāja izturība pret oksidējošām skābēm un oksidēšanās augstā temperatūrā{1}}

Vara sakausējumi ir neaizsargāti pret koroziju agresīvā oksidējošā vidē:

Oksidējošās skābes: jutīgs pret slāpekļskābes, sērskābes (koncentrētas, karstas) un hromskābes iedarbību, kas izšķīdina vara matricu. Nerūsējošais tērauds (piemēram, 316 SS ar Mo) ir izturīgs pret šīm skābēm, pateicoties tā pasīvajam hroma oksīda slānim.

Augstas{0}}temperatūras oksidēšana: Copper alloys form a porous oxide layer at temperatures >300 grādi, kas izraisa strauju degradāciju. Nerūsējošais tērauds veido blīvu, aizsargājošu Cr₂O₃ slāni, kas novērš oksidēšanos līdz 800–1000 grādiem.

4. Jutība pret spriedzes korozijas plaisāšanu (SCC) noteiktās vidēs

Daži vara sakausējumi ir pakļauti SCC konkrētos apstākļos:

Misiņš: jutīga pret "sezonas plaisāšanu" (SCC) vidē, kas satur amonjaku (piemēram, rūpnieciskos izgarojumos, tīrīšanas līdzekļos) vai noslogotā stāvoklī (piem., auksti{5}}apstrādātas sastāvdaļas, piemēram, vārsti).

Bronza: Hlorīdu{0}}bagātajā vidē var rasties SCC, ja tas netiek pienācīgi termiski{1}}apstrādāts. Vairumā gadījumu nerūsējošajam tēraudam (piemēram, 316 L ar zemu oglekļa saturu) ir labāka SCC izturība.

5. Zemāka nodilumizturība (izņemot gultņu bronzu)

Lielākajai daļai vara sakausējumu ir zemāka cietība un nodilumizturība nekā nerūsējošajam tēraudam:

Abrazīvās vides: Vara sakausējumi ātri nodilst lietojumos, kas saistīti ar berzi vai saskari ar cietām daļiņām (piemēram, rūpniecisko iekārtu komponentiem). Nerūsējošo tēraudu (piem., 440C ar augstu oglekļa saturu) var termiski-apstrādāt līdz augstai cietībai (HRC 58–60), lai nodrošinātu izcilu nodilumizturību.

Izņēmumi: Gultņu bronzai (piem., C93200 svina alvas bronzai) ir laba nodilumizturība, pateicoties iegultajām mīkstajām daļiņām (Pb, Sn), tādēļ tās ir piemērotas zema -ātruma, lielas-slodzes gultņiem-, taču tie joprojām ir sliktāki nekā nerūsējošais tērauds lielā ātrumā vai abrazīvos apstākļos.

6. Magnētiskās īpašības (dažiem sakausējumiem)

Lai gan tīrs varš nav-magnētisks, dažiem vara sakausējumiem (piemēram, vara niķelim ar augstu Ni saturu) ir vājas magnētiskās īpašības, kas ierobežo to izmantošanu lietojumos, kuros nepieciešams stingrs magnētisms (piemēram, MRI iekārtas, kosmosa komponenti). Lielākā daļa nerūsējošā tērauda marku (piem., 304, 316) ir austenīta un ne{11}}magnētiskas, tādēļ tās ir daudzpusīgākas šādos gadījumos.

7. Svara trūkums

Vara ir lielāks blīvums (8,96 g/cm³) nekā dzelzs (7,87 g/cm³), tāpēc vara sakausējumi ir smagāki par nerūsējošo tēraudu (blīvums: 7,93 g/cm³ 304 SS):

Svara{0}}jutīgas lietojumprogrammas: Nerūsējošais tērauds ir priekšroka automobiļu, kosmosa un pārnēsājamām iekārtām, kur svara samazināšana ir ļoti svarīga (piemēram, gaisa kuģa konstrukcijas komponenti, vieglie instrumenti).