Почему важна температура плавления красной меди
Красная медь, торговое название меди высокой-чистоты, используется для изготовления шин, проводов и кабелей, кровли, посуды и механически обработанных компонентов из-за ее выдающейся электро- и теплопроводности, а также пластичности. Точное знание того, где металл переходит из твердого состояния в жидкое, определяет выбор печи и тигля, температуры заливки и скорости охлаждения при литье, а также определяет рабочее окно для сварки, пайки и термообработки. В этом руководстве собраны данные о плавлении красной меди, объясняется, как чистота и легирование меняют диапазон плавления, а также сравнивается медь с другими распространенными металлами.
Точка плавления — это температура, при которой вещество переходит из твердого состояния в жидкое при заданном давлении. Для чистого металла, такого как красная медь, это изменение происходит при одной температуре, а принятое значение для меди составляет 1084,6 градуса при стандартном атмосферном давлении, обычно округляемое до 1084 градусов или обозначаемое как 1984 градуса по Фаренгейту. В коммерческой литературе иногда упоминается 1083 градуса, а смешивание 1083 градусов и 1084 градусов в одном наборе данных создает путаницу, которой можно избежать; для управления процессом лучше работать последовательно примерно с 1084 градусами (1984 градуса по Фаренгейту).
Сплав ведет себя по-другому. Он начинает плавиться при солидусе и становится полностью жидким только при ликвидусе, а интервал между ними представляет собой интервал замерзания. Вот почему латунь или медь-никель описываются диапазоном плавления, а не одной температурой плавления, тогда как красная медь, будучи практически нелегированной, плавится при одной температуре.
Температура плавления обычных марок красной меди
Красная медь рафинируется до содержания меди более 99,9%, а стандартные марки различаются в основном содержанием кислорода и остаточных примесей, а не поведением плавления. Поскольку используемые добавки измеряются в частях на тысячу, температура плавления всех этих марок фактически одинакова.
| Оценка | Типичный состав | Температура плавления | Типичное использование |
|---|---|---|---|
| T1 | Бескислородная-медь, минимум Cu примерно 99,95 %. | 1084 градуса (1984 градуса по Фаренгейту) | Провода, кабели, проводящие винты и корпуса с высокой-проводимостью |
| T2 | Электролитическая медь с твердым пеком, медь минимум около 99,90%. | 1084 градуса (1984 градуса по Фаренгейту) | Электрические, строительные и механические компоненты, сварные и паяные узлы |
| T3 | Медь с небольшим количеством остаточных примесей, Cu около 99,70% минимум. | 1084 градуса (1984 градуса по Фаренгейту) | Общие проводящие и коррозионно--стойкие детали |
| ТУ1 | Бескислородная-медь, минимум Cu примерно 99,97 %. | 1084 градуса (1984 градуса по Фаренгейту) | Работа с кабелями и радиаторами, где содержание кислорода должно быть сведено к минимуму |
| ТУ2 | Бескислородная-медь, минимум Cu примерно 99,95 %. | 1084 градуса (1984 градуса по Фаренгейту) | Компоненты, требующие высокой электро- и теплопроводности. |
| ТП1 | Фосфор-раскисленная медь, Р около 0,005-0,012 % | 1084 градуса (1984 градуса по Фаренгейту) | Сварочная проволока, кабели и паяные сборки |
| ТП2 | Медь фосфор-раскисленная, Р около 0,013-0,050 % | 1084 градуса (1984 градуса по Фаренгейту) | Трубопроводная и сварочная работа, где раскисление имеет важное значение. |
Фосфор – единственная добавка, оказывающая измеримое влияние на затвердевание. Поскольку фосфор является мощным раскислителем, TP1 и TP2 остаются работоспособными во время сварки и пайки, а узкий диапазон плавления, который обеспечивает фосфор, является скорее преимуществом, чем недостатком этих процессов. Обозначения марок соответствуют китайской системе производства меди, в которой буква T обозначает чистую медь, U обозначает медь, не содержащую кислорода,-бескислородную, а P обозначает медь, раскисленную фосфором-.
Факторы, изменяющие поведение плавления
Легирующие элементы: никель, цинк и олово заметно понижают солидус и даже на несколько десятых процента расширяют диапазон замерзания.
Остаточные и примесные элементы: сера, свинец и висмут практически нерастворимы в меди и могут как понижать интервал плавления, так и вызывать ломкость при горячей обработке.
Содержание кислорода: медь с твердым пеком содержит 0,02-0,04% кислорода в виде оксида меди, который не меняет температуру плавления, но реагирует с водородом в восстановительной атмосфере, вызывая паровую пористость, поэтому кислородсодержащие марки-непригодны для водородсодержащей атмосферы в печах или для сборок, которые будут паяться в восстановительном газе.
Давление: температура плавления меди повышается с увеличением давления, но сдвиг становится значительным только при давлении, намного превышающем любое, используемое в литейной практике.
Условия измерения: чистота образца, калибровка термопары и атмосфера печи могут изменить измеренное значение на несколько градусов, поэтому для коммерческих работ указывается диапазон допуска, а не отдельное значение.
Практическая практика плавки и литья
Красную медь необходимо нагреть выше температуры плавления, прежде чем она станет полностью жидкой, а при производстве оставляют запас, чтобы расплав достиг необходимой температуры заливки, сохраняя при этом текучесть. Используются печи сопротивления, индукционные печи и газовые печи; индукционная плавка предпочтительна там, где важен строгий контроль температуры и низкий уровень улавливания газа, в то время как газовые печи остаются обычным явлением для более крупных плавок.
Три контроля определяют качество медного расплава. Во-первых, необходимо регулировать температуру печи и скорость нагрева, чтобы избежать перегрева, который увеличивает поглощение газа и потери на окисление. Во-вторых, расплав должен быть защищен подходящей крышкой или контролируемой атмосферой, поскольку медь легко окисляется при температуре разливки. В-третьих, плавильное и разливочное оборудование должно быть облицовано и очищено так, чтобы в расплав не попадали загрязнения железом, серой или свинцом от предыдущих плавок, поскольку эти элементы ухудшают как проводимость, так и пластичность в горячем состоянии.
Сравнение с другими металлами и руководство по применению
| Металл | Температура плавления |
|---|---|
| Олово | 232 градуса |
| Вести | 327 градусов |
| Цинк | 419 градусов |
| Алюминий | 660 градусов |
| Серебро | 962 градуса |
| Золото | 1064 градуса |
| Красная медь | 1084 градуса |
| Никель | 1455 градусов |
| Железо | 1538 градусов |
Медь плавится выше серебра и золота, но гораздо ниже никеля и железа, что является основой ее использования в паяных и паяных узлах: серебряный-наполнитель на основе олова-может расплавляться в месте соединения, в то время как сама медь остается твердой. Медные сплавы, такие как латунь и медь-никель, плавятся ниже температуры плавления красной меди, а диапазон их замерзания определяется легирующими добавками.
Как данные о плавлении определяют применение
При механической обработке точка плавления определяет температурный потолок для сухой резки и выбора стратегии охлаждения, а также объясняет, почему медь требует более высокой скорости резания и более острой кромки, чем сталь. При сварке и пайке он определяет межпроходную температуру, которая обеспечивает низкую деформацию во время формирования соединения. При плавке и непрерывном литье он устанавливает доступный перегрев, и именно по этой причине медь разливают в формах с водяным-охлаждением и с графитовой или огнеупорной футеровкой, которая выдерживает высокие температурные градиенты. Пользователи, работающие при высоких-температурах, также должны помнить, что, хотя медь очень хорошо проводит тепло и достаточно хорошо противостоит окислению, ее прочность и твердость постоянно падают с повышением температуры, поэтому компоненты, предназначенные для работы в горячих условиях, обычно нуждаются либо в марке с дисперсионно-упрочненным-упрочнением, либо в изменении сечения.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Какова температура плавления красной меди?
Чистая красная медь плавится при температуре около 1084 градусов (1984 градусов по Фаренгейту) при стандартном атмосферном давлении. Значение 1084,6 градуса является общепринятым эталонным значением, а более старая цифра 1083 градуса, которая до сих пор появляется в некоторых каталогах, отражает округление и ранние измерения, а не другой материал.
Вопрос: Имеют ли марки T1, T2, TU2 и TP2 разные температуры плавления?
Нет. Их добавки измеряются в частях на тысячу, поэтому температура плавления практически одинакова, около 1084 градусов. Выбор марки определяется содержанием кислорода, проводимостью и требованиями изготовления, а не поведением при плавлении.
Вопрос: Медные сплавы плавятся при более низкой температуре, чем красная медь?
В целом да. Добавление цинка, олова или никеля снижает солидус и создает диапазон плавления вместо единой точки плавления, поэтому латунь и медь-никель начинают плавиться ниже температуры плавления чистой меди.
Вопрос: Почему температура плавления важна для литья и сварки?
Он определяет заданную температуру печи, перегрев при заливке, температуру предварительного нагрева и между проходами, а также скорость охлаждения. Работа с постоянной температурой плавления позволяет избежать перегрева, чрезмерного окисления и дефектов усадки.
Вопрос: Изменяет ли давление температуру плавления меди?
Температура плавления повышается с увеличением давления, но этот эффект незначителен при давлениях, используемых в литейном производстве и практике термической обработки, и становится измеримым только в экстремальных условиях.
Вопрос: В чем разница между бескислородной-медью и медью с твердым пеком?
Бескислородные-марки, такие как T1 и TU2, содержат очень мало кислорода, тогда как твердая медь, такая как T2, содержит 0,02-0,04% кислорода в виде оксида меди. Температура плавления не меняется, но медь с твердым пеком может образовывать паровую пористость в восстановительной атмосфере, поэтому для паяных и сварных узлов рекомендуются марки, не содержащие кислорода или раскисленные фосфором.
