Διαφορές μπρούντζου - ορείχαλκου

Αναδημοσίευση από https://eclass.teiwm.gr/modules/document/file.php/.../KRAMATA%20XALKOY.doc

ΚΡΑΜΑΤΑ ΧΑΛΚΟΥ (Cu)

Μπρούντζος (κρατερωμα)

O μπρούντζος είναι κράμα χαλκού–κασσίτερου, αν και ο όρος χρησιμοποιείται και για πολλά άλλα κράματα χαλκού.

Συχνά το συγχέεται με τον ορείχαλκο, που είναι κατά βάση κράμα χαλκού–ψευδαργύρου. Αυτό συμβαίνει επειδή συνήθως η διάκριση γίνεται κυρίως με βάση το χρώμα: στην γλώσσα της αγοράς, «μπρούντζοι» ή «κρατερώματα» αποκαλούνται τα πιο καφεκόκκινα κράματα χαλκού, ενώ τα κράματα χαλκού με χρώμα κιτρινόχρυσο αποκαλούνται ορείχαλκοι.

Το διάγραμμα φάσεων Cu–Sn.
Η περιεκτικότητα του μπρούντζου σε κασσίτερο καθορίζει και τις ιδιότητες του κράματος. Για περιεκτικότητα έως 10,5% κ.β. Sn, η φάση που δημιουργείται είναι ο α-Cu, δηλ. ένα στερεό διάλυμα Sn εντός Cu. Για περιεκτικότητα 10,5–15% κ.β. Sn, δημιουργείται η φάση δ, που είναι εύθραυστη. Πάντως, για περιεκτικότητα μεγαλύτερη από 15% κ.β. Sn το κράμα γίνεται πιο εύτηκτο.

Στα συνήθη κρατερώματα, η περιεκτικότητα σε κασσίτερο κυμαίνεται από 0,5 έως 11% κ.β. Σ' αυτά τα κρατερώματα, συνήθως προστίθεται και φώσφορος από 0,01 έως 0,35% κ.β. για καλύτερη αντοχή στην μηχανική φθορά και για μεγαλύτερη σκληρότητα. Επίσης, στο κοινό κρατέρωμα συχνά προστίθεται και μόλυβδος (έως 3% κ.β.). Ο μόλυβδος κατακρημνίζεται στα όρια των κόκκων α, οπότε το κράμα γίνεται πιο μαλακό στην κατεργασία. Η παρουσία του μολύβδου κάνει επίσης το κράμα πιο εύτηκτο.
Χρήσεις

Το κρατέρωμα χρησιμοποιείται στην γλυπτική, την κατασκευή μεγάλων χυτών αντικειμένων (π.χ. καμπάνες εκκλησιών, κανόνια, κ.λπ.), την νομισματοκοπία, την κατασκευή εξαρτημάτων μηχανών, την κατασκευή ελατηρίων, κ.ά.

Σε σύγκριση με τους ορείχαλκους («εμπορικός μπρούντζος», κ.ά.), τα κρατερώματα παρουσιάζουν μεγαλύτερη αντοχή στην μηχανική φθορά και στην χημική διάβρωση. Ωστόσο τα κρατερώματα είναι πιο σκληρά και έχουν υψηλότερο κόστος αγοράς

Μικροφωτογραφία CuSn11 (11% Sn) με χαρακτηριστική δενδριτική δομή (x50-100 ).

Το κράμα χρησιμοποιούνταν στην κατασκευή οικιακών σκεών (κουτάλια, πιάτα, κ.λπ.), είναι σχεδόν καθαρός κασσίτερος (85–99% κ.β.) με μικρές προσμίξεις από αντιμόνιο (1–8% κ.β.) και χαλκό (0,35–3% κ.β.). Οι προσμίξεις προσδίνουν σκληρότητα στο κράμα. Παλαιότερα στο κράμα πιούτερ έβαζαν και μόλυβδο (έως και 15% κ.β.) για να διατηρεί το μέταλλο την λάμψη του. Σήμερα το κράμα πιούτερ χρησιμοποιείται για την παρασκευή μικρών διακοσμητικών αντικειμένων, ενώ αντί για μόλυβδο προστίθεται βισμούθιο, επειδή ο μόλυβδος προκαλεί σοβαρές ασθένειες στον άνθρωπο.

Τυποποίηση
Η τυποποιημένη κατά UNS αρίθμηση των κρατερωμάτων είναι:
C5xxxx: Cu–Sn–P
C60600–C64200: Cu–Al
C64700–C66100: Cu–Si
C7xxxx: Cu–Ni

ΟρείχαλκοςΟ ορείχαλκος είναι κράμα χαλκού–ψευδαργύρου που χρησιμοποιείται από την ελληνιστική εποχή μέχρι τις ημέρες μας σε πάρα πολλές εφαρμογές, μεταξύ άλλων και στην κατασκευή των χάλκινων πνευστών μουσικών οργάνων (τα γνωστά «χάλκινα»).

Το διάγραμμα φάσεων Cu–Zn (ορείχαλκος).

Σύσταση και ιδιότητες
Η περιεκτικότητα του ορείχαλκου σε ψευδάργυρο καθορίζει και τις ιδιότητες του μετάλλου. Για περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο έως και 35% κ.β. περίπου, η φάση που δημιουργείται είναι ο α-Cu, δηλ. ένα στερεό διάλυμα Zn εντός Cu. Για περιεκτικότητα 32–39% κ.β. Zn, η φάση α συνυπάρχει με την φάση β, ενώ για περιεκτικότητα μεγαλύτερη από 39% κ.β. Zn δημιουργείται και η φάση γ, που είναι εύθραυστη.

Το χρώμα του ορείχαλκου αλλάζει επίσης αναλόγως με την περιεκτικότητά του σε ψευδάργυρο. Όταν η περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο είναι χαμηλή, ο ορείχαλκος έχει ένα καφεκόκκινο χρώμα που πλησιάζει το κεραμιδί χρώμα του χαλκού. Για περιεκτικότητα σε Zn περίπου 30% κ.β., ο ορείχαλκος έχει το χρώμα του χρυσού, αλλά, για ακόμα πιο υψηλή περιεκτικότητα σε Zn, το χρώμα του γίνεται και πάλι καφεκόκκινο.

Οι ορείχαλκοι με Zn < 35% κ.β. (ορείχαλκοι α) παρουσιάζουν καλή μηχανική αντοχή και καλή αντοχή στην διάβρωση. Οι ορείχαλκοι με 32% κ.β. < Zn < 39% κ.β. (ορείχαλκοι α+β) έχουν ακόμα καλύτερη μηχανική αντοχή, μεγαλύτερη ελαστικότητα και μεγαλύτερη ολκιμότητα, αλλά κάπως μειωμένη αντοχή στην διάβρωση σε σύγκριση με τους ορείχαλκους α. Οι ορείχαλκοι με Zn > 39% κ.β. (ορείχαλκοι β) παρουσιάζουν μεγάλη μηχανική αντοχή, αλλά είναι ευκατέργαστοι μόνον εν θερμώ· σε χαμηλές θερμοκρασίες έχουν μικρή ολκιμότητα.
Xρήσεις

Ο ορείχαλκος χρησιμοποιείται σε πάρα πολλές εφαρμογές: στην παραγωγή βαλβίδων και τριβείων (ρουλεμάν), στην παραγωγή σωλήνων χωρίς ραφή και άλλων εξαρτημάτων ύδρευσης, στην κατασκευή όπλων και εξαρτημάτων μηχανών, στην κατασκευή πνευστών μουσικών οργάνων, κ.ά. Οι πιο κοινοί ορείχαλκοι είναι οι εξής:
ορείχαλκος επιχρύσωσης Zn = 5,0% κ.β.
εμπορικός μπρούντζος Zn = 10,0% κ.β.
μπρούντζος κοσμηματοποιίας Zn = 12,5% κ.β.
ερυθρός ορείχαλκος Zn = 15,0% κ.β.
ορείχαλκος καλύκων Zn = 30,0% κ.β.
μέταλλο Muntz Zn = 40,0% κ.β.

Ορείχαλκοι με περιεκτικότητα σε Zn > 15% κ.β., όταν βρεθούν σε στάσιμα όξινα νερά, παθαίνουν διάβρωση με αποψευδαργύρωση: ο περιεχόμενος ψευδάργυρος διαλύεται και το παραμένον μέταλλο γίνεται πορώδες και εύθραυστο. Ο ορείχαλκος επίσης παθαίνει εργοδιάβρωση όταν βρίσκεται υπό μηχανική καταπόνηση σε περιβάλλον που περιέχει αμμωνία, αμίνες ή υδράργυρο.

Η αποψευδαργύρωση αντιμετωπίζεται με την προσθήκη κασσίτερου στο κράμα. Οι κασσιτερούχοι ορείχαλκοι περιέχουν 2–40% κ.β. Zn και 0,2–3,0% κ.β. Sn. Κασσιτερούχος ορείχαλκος είναι, π.χ., ο ορείχαλκος του Ναυαρχείου ή ναυτικός ορείχαλκος περιέχει 30–40% κ.β. Zn και 1% κ.β. Sn. Επίσης, με προσθήκη μαγγανίου, βελτιώνεται η αντοχή του ορείχαλκου στην διάβρωση, γι' αυτό και μαγγανιούχοι ορείχαλκοι βρίσκουν εφαρμογή σε ναυπηγικές χρήσεις, π.χ. στην χύτευση προπελών.

Συχνά στους ορείχαλκους προστίθεται και μόλυβδος σε πολύ μικρό ποσοστό (< 3,5% κ.β.). Ο μόλυβδος δεν διαλύεται στις κύριες φάσεις του ορείχαλκου, αλλά δημιουργεί μικρά κατακρημνίσματα στα όρια των κρυστάλλων. Η παρουσία των κατακρημνισμάτων μολύβδου κάνει τον ορείχαλκο πιο ευκατέργαστο σε μηχανουργικές κατεργασίες.

Οι πυριτιούχοι ορείχαλκοι είναι ορείχαλκοι α φάσης (Zn < 20% κ.β.) στους οποίους έχει γίνει προσθήκη πυριτίου έως 6% κ.β. Οι ορείχαλκοι αυτοί είναι εξαιρετικά μεγάλης αντοχής και χρησιμοποιούνται για την κατασκευή πολύ ανθεκτικών βαλβίδων.

Μπρούντζος και ορείχαλκος
Τα κράματα του χαλκού παρουσιάζουν μεγάλη ποικιλία χρωμάτων.
C11000: Χαλκός Cu 99,9%.
C22000: Εμπορικός μπρούντζος, 90% (Cu 90%, Zn 10%).
C23000: Ερυθρός ορείχαλκος, 85% (Cu 85%, Zn 15%).
C26000: Ορείχαλκος καλύκων, 70% (Cu 70%, Zn 30%).
C28000: Μέταλλο Muntz, 60% (Cu 60%, Zn 40%).
C38500: Αρχιτεκτονικός μπρούντζος (Cu 57%, Pb 3%, Zn 40%).
C65500 Μπρούντζος υψηλού πυριτίου A (Cu 97%, Si 3%).
C74500: «Άργυρος» νικελίου 65-10 (Cu 65%, Ni 10%, Zn 25%).
C70600: Χαλκονικέλιο (Cu 90%, Ni 10%).

Ο ορείχαλκος συγχέεται πολύ συχνά με τον μπρούντζο ή κρατέρωμα, που είναι κατά βάση κράμα χαλκού–κασσίτερου. Στα ελληνικά, ο όρος μπρούντζος ή μπρούτζος χρησιμοποιείται συχνά αδιακρίτως για ορείχαλκους και για κρατερώματα. Αλλά η ίδια σύγχυση υπάρχει και στα αγγλικά, όπου το κρατέρωμα αποκαλείται bronze και ο ορείχαλκος αποκαλείται brass.

Για παράδειγμα, ο «εμπορικός μπρούντζος» και ο «μπρούντζος κοσμηματοποιίας» δεν είναι κρατερώματα αλλά ορείχαλκοι. Tο «αρχιτεκτονικό κρατέρωμα» είναι επίσης ορείχαλκος με 40% κ.β. Zn και 3% κ.β. Pb.

Αντιθέτως, ένα κρατέρωμα υψηλής αντοχής (10–14% κ.β. Sn, 2–3% κ.β. Zn, 0–0,8% κ.β. P), το οποίο χρησιμοποιούνταν στο παρελθόν για την κατασκευή πυροβόλων όπλων, ονομάζεται συχνά στα αγγλικά «ερυθρός ορείχαλκος» (red brass) δημιουργώντας έτσι σύγχυση με τον κοινό ερυθρό ορείχαλκο, που περιέχει 15% κ.β. Zn. (Το κρατέρωμα «ερυθρός ορείχαλκος» αποκαλείται επίσης και «μέταλλο όπλων» οπότε αποφεύγεται η σύγχυση.)

Η σύγχυση ανάμεσα στον ορείχαλκο και τον μπρούντζο ή κρατέρωμα οφείλεται στο γεγονός ότι οι μεταλλουργοί διακρίνουν τα δύο μεταλλικά υλικά όχι τόσο με βάση την σύσταση, αλλά περισσότερο με βάση το χρώμα. Γενικότερα στην αγορά, ορείχαλκοι αποκαλούνται τα κράματα χαλκού με χρυσοκίτρινο χρώμα, ενώ μπρούντζοι ή κρατερώματα αποκαλούνται τα κράματα χαλκού με καφεκόκκινο χρώμα.
Τυποποίηση

Η τυποποιημένη κατά UNS αρίθμηση των ορείχαλκων είναι C1xxxx–C4xxxx και C66400–C69800.

Χαλκοαλουμίνιο
Το Χαλκοαλουμίνιο, ή χαλκαλουμίνιο, όπως μαρτυρά και από την ονομασία του είναι κράμα χαλκού (Cu), και αλουμινίου (Al). Ανάλογα δε της περιεκτικότητα του Al, που όμως δεν υπερβαίνει το 14% κ.β., παράγονται πολλοί τύποι χαλκοαλουμίνιων για διάφορες χρήσεις.

Κατά κανόνα τα χαλκοαλουμίνια εμφανίζουν υψηλή μηχανική αντοχή και καλή αντίσταση στη διάβρωση. Τα καθαρά διμερή κράματα με περιεκτικότητα αλουμινίου μέχρι 8,5% κ.β. παρουσιάζουν μονοφασική δομή. Είναι ιδιαίτερα μαλακτά, κατάλληλα σε ολκή, εξέλαση, σφράγιση ή και βαθιά εκκοίλανση. Λαμβάνουν δε προσδιοριστική ονομασία και με τον αριθμό της εκατοστιαίας περιεκτικότητας αλουμινίου, όπως π.χ. "χαλκοαλουμίνιο 5", που σημαίνει ότι το κράμα αυτό περιέχει 5% Al, ή "χαλκοαλουμίνιο 8", ομοίως.

Στη πραγματικότητα τα χαλκοαλουμίνια προκειμένου να παρουσιάσουν βελτιωμένες μεταλλουργικές ιδιότητες προσμιγνύονται και με άλλα μέταλλα και ειδικότερα με νικέλιο, μαγγάνιο, σίδηρο, ψευδάργυρο και αρσενικό, λαμβάνοντας ανάλογη επιπρόσθετη ονομασία εξ όσων στοιχείων η περιεκτικότητα είναι μεγαλύτερη από το 0,5 %, παραλείποντας τα άλλα όπως π.χ. χαλκοαλουμινονικέλιο, χαλκοαλουμινομαγγάνιο, ή χαλκοαλουμινοσίδηρος.
Χρήσεις

Τα χαλκοαλουμίνια χρησμοποιούνται κυρίως ως αντιδιαβρωτκά υλικά. Ειδικότερα τα φερόμενα με περιεκτικότητα 6% αλουμινίου και 2% νικελίου χρησιμοποιούνται στη νομισματοκοπία. Με μεγαλύτερη περιεκτικότητα αλουμινίου χρησιμοποιούνται ευρύτατα στη ναυπηγική, την αεροναυπηγική, σε εξαρτήματα μηχανών θαλάσσης (εσω-εξωλέμβιες) κ.λπ. Τα φερόμενα με προσμίξεις μαγγανίου διευκολύνουν την εν θερμώ κατεργασία και συγκόλληση, ενώ με προσμίξεις σιδήρου χρησιμοποιούνται σε βαρύτερες κατασκευές.

Χαλκονικέλιο
Το χαλκονικέλιο είναι κράμα χαλκού, νικελίου (σε περιεκτικότητα λιγότερο από το 50% κ.β.) και προσμίξεις σκληρυντικών μετάλλων, όπως ο σίδηρος (0,5 - 6%) και το μαγγάνιο (0,3 - 1%).

Βασική ιδιότητα του χαλκονικέλιου είναι ότι δεν διαβρώνεται εύκολα από το θαλασσινό νερό. Ιδιότητα που αυξάνεται όσο ψηλότερη είναι η περιεκτικότητα σε νικέλιο. Για τον λόγο αυτό χρησιμοποιείται ευρέως σε μεταλλικά μέρη σκαφών.


Το διάγραμμα φάσεων Cu–Ni.
Το κράμα αυτό διατίθεται στο εμπόριο σε μορφή πλακών, ελασμάτων, ταινιών, σωλήνων, ράβδων και συρμάτων. Η πιο ευρεία πάντως χρήση του είναι στην παραγωγή κερμάτων με ασημένια απόχρωση. Στην νομισματοκοπία, η αναλογία του κράματος είναι περίπου 75% κ.β. χαλκός και 25% κ.β. νικέλιο. Χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή ανθεκτικών ηλεκτρικών αντιστάσεων και θερμοστοιχείων.

Χαλκοβηρύλλιο
Το Χαλκοβηρύλλιο, όπως προσδιορίζει και η σύνθετη ονομασία του είναι κράμα χαλκού (Cu) και βηρυλλίου,(Be), περιεκτικότητας 2%.

Το χαλκοβηρύλλιο φέρεται σε πολλές των περιπτώσεων και με προσμίξεις νικελίου, ή κοβαλτίου. Πρόκειται για το σκληρότερο αλλά και ελαστικότερο απ΄ όλα τα κράματα του χαλκού όπου και εξ αυτών των ιδιοτήτων ονομάζεται καταχρηστικά "μπρούτζος βηρυλλίου".
Ιδιότητες

Είναι κράμα σχετικά μαλακό, όλκιμο και εύκολα μπορεί να διαμορφωθεί, ειδικά μετά από επεξεργασία βαφής, ενώ μετά από επαναφορά καθίσταται σκληρό και ελαστικό. Γενικά παρουσιάζει αξιοσημείωτα χαρακτηριστικά τόσο μηχανικά όσο και ηλεκτρικά που το καθιστούν κατάλληλο σε πολλές εφαρμογές.

Κυριότερο δε χαρακτηριστικό του είναι ότι τα διάφορα εργαλεία που κατασκευάζονται με αυτό το κράμα δεν παράγουν σπινθήρες και είναι αυτά που χρησιμοποιούνται σε ορυχεία, πυριτιδοποιεία και σε χώρους όπου παρατηρούνται επικίνδυνα αέρια.
Σημειώνεται ότι σε όλα τα δεξαμενόπλοια, υγραεριοφόρα ή άλλα πλοία που μεταφέρουν επικίνδυνα πτητικά φορτία (εκρηκτικά αέρια), καθώς και σε πλωτές εξέδρες εξόρυξης πετρελαίου, όπως και σε συναφείς εγκαταστάσεις ξηράς, υποχρεωτικά για λόγους ασφαλείας όλα τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται π.χ. κλειδιά, πένσες, ξύστρες, σφυριά κοινώς ματσακόνια, αεροματσάκονα κ.λπ. πρέπει να είναι από χαλκοβηρύλλιο τα οποία και είναι υποκείμενα αυστηρού ελέγχου υπό επιθεωρητών και νηογνωμόνων.

Άλλες συνηθέστερες εφαρμογές του χαλκοβηρυλλίου είναι σε κατασκευές ελατηρίων, αποζευκτών και ηλεκτρικών επαφών, στη κατασκευή ψυγείων, καθώς λόγω της σκληρότητάς του και ως αλεξίσφαιρο υλικό σε θωράκιση θυρών, οχημάτων κ.λπ.. Με προσμίξεις μικρής περιεκτικότητας κοβαλτίου κατασκευάζονται κυρίως καλούπια περιορισμένης χύτευσης.

Χαλκομόλυβδος
Ο χαλκομόλυβδος, ή μολυβδόχαλκος, όπως δηλώνει και το σύνθετο όνομά του είναι κράμα χαλκού και μολύβδου με περιεκτικότητα σε μόλυβδο από 25 μέχρι 40%. Χρησιμοποιείται ως αντιτριβικό σε επιφάνειες τριβών, όπου σε περίπτωση υπερθέρμανσης, κατά τη λειτουργία, ο μόλυβδος, ως μαλακότερο στοιχείο, επενεργεί ως λιπαντικό.

Το κράμα αυτό φέρεται συχνότερα και με προσμίξεις κασσίτερου, νικελίου και αντιμονίου.

Επιμέλεια άρθρου G.T.

Διαβάστε το άρθρο από τη πηγή: