Различия между медью, латунью и бронзой

Введение

Медь, латунь и бронзу часто называют красными металлами. Хотя они очень похожи по цвету, они сильно различаются по составу, свойствам и применению. Понимание различий между медью, латунью и бронзой имеет важное значение для выбора подходящего материала для вашего проекта. В этой статье мы сравним свойства этих трех металлов с разных сторон и рассмотрим, как эти свойства влияют на их применение, чтобы предоставить ценную информацию и рекомендации по выбору материалов для вашего проекта.

Разница между медью, латунью и бронзой

Появление

Хотя медь, латунь и бронза относятся к “красным металлам”, их разный состав придает им разный металлический вид.

Природная чистая медь имеет красновато-коричневый оттенок с металлическим блеском.

Латунь имеет яркий золотистый оттенок, похожий на золото. Как сплав меди и цинка, цвет латуни зависит от её химического состава. При высоком содержании меди цвет латуни приобретает красновато-коричневый оттенок чистой меди; при высоком содержании цинка цвет латуни становится более ярко-золотисто-жёлтым.;

Бронза имеет в целом тёмно-золотистый цвет.

Общие сорта и химический состав

Медь

Медь — один из немногих чистых металлов, встречающихся в природе. Ниже перечислены некоторые распространенные виды чистой меди.

Бескислородная медь

Бескислородная медь обозначается как OFC. Это тип электролитически очищенной чистой меди. Содержание кислорода в такой чистой меди составляет менее 0,001%, что практически равно нулю.

Бескислородная электронная медь (OFE)

Этот тип чистой меди имеет содержание меди 99,991 TP3T и содержание кислорода 0,00051 TP3T. Обработка этой чистой меди проводится в строго контролируемой бескислородной среде.

Электролитически модифицированная медь (ETP)

Этот тип чистой меди в основном получают методом электролитической плавки. Это наиболее распространенный вид чистой меди, используемый в электротехнике. Чистота меди составляет 99,91 TP3T, а содержание кислорода — от 0,021 TP3T до 0,041 TP3T.

Окисленная медь с высоким содержанием фосфора (DHP)

Медь DHP получают путем добавления фосфора для деоксидации меди с образованием чистой меди с превосходной коррозионной стойкостью. Эта чистая медь часто используется в областях применения, требующих высокой электропроводности и хорошей коррозионной стойкости, таких как кабельные проводники, трансформаторы, контакторы и т. д. в энергетической промышленности.

Теллуровая медь

Теллуровая медь — это медный сплав, в который к чистой меди добавлено небольшое количество теллура. Теллур добавляют в медь для улучшения технологических свойств материала. Теллуровая медь идеально подходит для изготовления различных режущих инструментов.

Бериллиймедь

Бериллиевая медь — это медный сплав, в который к чистой меди добавлено 0,5–31ТП3Т бериллия. Бериллий может значительно повысить прочность и твердость материала. Бериллиевая медь используется для изготовления прецизионных шестерен, подшипников и других износостойких деталей.

Таблица химического состава чистой меди и медных сплавов

Латунь

Латунь — это сплав меди и цинка, причём содержание меди в ней выше. Медь составляет около двух третей от общего количества, а цинк — около одной трети. Для улучшения характеристик медно-цинковых сплавов могут добавляться такие элементы, как мышьяк, свинец, фосфор, алюминий, марганец и кремний. К распространённым типам латунных сплавов относятся следующие:

Адмиралтейская латунь

Адмиралтейская латунь — это медно-цинковый сплав с содержанием меди около 701 TP3T, цинка около 291 TP3T и добавкой олова 11 TP3T. Олово делает адмиралтейскую латунь более коррозионностойкой в морских условиях. Основные марки адмиралтейской латуни различаются содержанием мышьяка, сурьмы и фосфора. Адмиралтейская латунь обычно используется для изготовления листовой и трубной продукции, а также для производства конденсаторных трубок, трубок испарителей и теплообменников, трубок дистилляторов и трубок перегонных аппаратов.

Военно-морская латунь

Морская латунь состоит примерно из 591 ТБ меди, 401 ТБ цинка и 11 ТБ олова, а также небольшого количества свинца. По сравнению с адмиралтейской латунью, морская латунь имеет более низкое содержание меди и более высокое содержание цинка. Олово в составе морской латуни препятствует выщелачиванию цинка. Морская латунь широко используется в производстве судового оборудования.

Желтая латунь и красная латунь

Жёлтая латунь — это медно-цинковый сплав с высоким содержанием цинка. Содержание меди составляет примерно от 601Т3Т до 701Т3Т, а содержание цинка — от 301Т3Т до 401Т3Т. Состав красной латуни характеризуется высоким содержанием меди, обычно 851Т3Т, и содержанием цинка 151Т3Т. Красную латунь часто сравнивают с жёлтой латунью. Благодаря высокому содержанию меди, красная латунь имеет красноватый цвет и высокую коррозионную стойкость. Она используется в производстве металлических изделий в условиях морской воды или химического контакта; в то время как жёлтая латунь имеет высокое содержание цинка, обладает золотистым блеском и хорошими технологическими свойствами. Её можно использовать для изготовления декоративных деталей, дверных ручек, светильников, аксессуаров и т. д.

Латунный патрон

Латунь для патронов в основном состоит из меди марки 70% (Cu) и цинка марки 30% (Zn). Этот медно-цинковый сплав широко используется в производстве гильз, отсюда и название.

Латунь, легко поддающаяся резке

Латунь для свободной резки содержит около 601Т3Т меди и около 351Т3Т цинка. В нее также добавлено 2,51Т3Т-3,01Т3Т свинца. При резке частицы свинца действуют как смазка, благодаря чему стружка измельчается чище и легче удаляется, отсюда и название «латунь для свободной резки».

Архитектурная латунь

Архитектурная латунь содержит 601 TP3T меди и 30-401 TP3T цинка. Добавление свинца и железа позволяет улучшить технологические свойства и прочность латунного сплава, а высокое содержание цинка придает ему золотистый оттенок и высокую эстетическую привлекательность, что делает его очень подходящим для некоторых архитектурных наружных конструкций.

Латунные часы

Латунь для часов содержит примерно 60% меди и от 30% до 40% цинка, а также следовые количества свинца и железа. Свинец и железо улучшают прочность, долговечность и обрабатываемость медно-цинкового сплава, поэтому латунь для часов может использоваться для изготовления прецизионных деталей, таких как детали часов.

Таблица марок латунных сплавов и их химического состава.

Бронза

Бронза — это сплав меди и олова с содержанием олова от 121Т3Т до 12,51Т3Т. В сплав можно добавлять и другие металлические элементы, включая алюминий, марганец, никель, цинк, неметаллы, такие как фосфор, или металлоиды, такие как мышьяк или кремний. Эти дополнительные элементы могут улучшить свойства медно-оловянных сплавов.

Алюминиевая бронза

Алюминиевая бронза — это бронза, в которой алюминий является основным легирующим элементом, с содержанием алюминия от 41 до 111 триллионов танинов. Алюминиевая бронза также содержит другие элементы, такие как железо, никель и марганец. Алюминиевая бронза известна своей прочностью и коррозионной стойкостью, поэтому она в основном используется для изготовления подшипников скольжения и компонентов шасси самолетов, компонентов клапанов, компонентов двигателей (особенно океанских судов), подводных крепежных элементов для судов и судовых винтов.

Фосфорная бронза

Фосфорная бронза — это сплав фосфора и меди. Содержание олова составляет примерно от 0,51Т3Т до 111Т3Т, а содержание фосфора — от 0,011Т3Т до 0,351Т3Т. Олово улучшает коррозионную стойкость и прочность фосфорной бронзы, а фосфор — износостойкость и жесткость. Режущие свойства фосфорной бронзы можно улучшить добавлением свинца в количестве от 0,51Т3Т до 31Т3Т. Фосфорная бронза может использоваться для изготовления пружин, болтов, втулок, подшипников и т. д.

Оловянная бронза

Основным легирующим элементом оловянной бронзы является олово, содержание которого может достигать 12% и выше, а также присутствуют следовые количества свинца. Оловянная бронза обладает превосходной литейной способностью и высокой коррозионной стойкостью, поэтому её можно использовать для изготовления шестерен, втулок, подшипников, рабочих колес насосов и т. д.

Высокосвинцовые оловянно-бронзовые сплавы

Этот оловянно-бронзовый сплав имеет высокое содержание свинца — примерно от 71 до 301 Т3Т. Высокое содержание свинца обеспечивает этому типу оловянно-бронзового сплава отличную теплопроводность и легкость резки. Оловянно-бронзовые сплавы обладают механизмом медленного разрушения, который временно предотвращает износ и заклинивание. Принцип действия механизма медленного разрушения заключается в том, что свинец вытекает из сплава и размазывается по поверхности цапфы. Поэтому этот оловянно-бронзовый сплав широко используется в подшипниках и втулках.

Кремниевая бронза

Основным элементом кремниевой бронзы является кремний, содержание которого составляет от 2,51 до 61 ТТ3Т. Строго говоря, этот медный сплав можно называть либо красной кремниевой латунью, либо красной кремниевой бронзой, в зависимости от содержания цинка и олова. При более высоком содержании цинка и более низком содержании олова медный сплав ведет себя больше как латунь; при более высоком содержании олова и более низком содержании цинка его характеристики ближе к бронзе. Наличие кремния делает этот медно-кремниевый сплав более коррозионностойким в морских условиях, а также обеспечивает более высокую прочность и твердость.

Марганцевая бронза

Марганцевая бронза — это высокопрочный бронзовый сплав, в котором легирующие элементы, такие как марганец, алюминий и олово, эффективно повышают прочность и коррозионную стойкость сплава. Предел прочности на растяжение марганцевой бронзы достигает 110 000 PSI. Она подходит для применений, требующих износостойкости и несущей способности.

Марки и химический состав бронзовых сплавов

Твердость

Из трех материалов латунь обладает наибольшей твердостью в нормальных условиях. Латунь — это сплав меди и цинка, причем цинк повышает прочность и твердость материала. Чем выше содержание цинка в латуни, тем выше ее твердость и тем лучше она выдерживает механические нагрузки и трение. Латунь подходит для изготовления прецизионных шестерен, клапанов, деталей оборудования, электронных разъемов и других изделий, требующих хорошей износостойкости и механической прочности. Твердость обычной бронзы ниже, чем у латуни. Однако, путем добавления некоторых легирующих элементов твердость бронзы может быть эффективно улучшена. Фосфорная бронза, кремниевая бронза, алюминиевая бронза и др. обладают более высокой твердостью, чем латунь. В то же время бронза обладает высокой коррозионной стойкостью и широко используется в морских приложениях, таких как морские сооружения, суда, гребные винты и т. д. Для морских применений бронза является решением, которое учитывает как твердость, так и коррозионную стойкость. Медь имеет самую низкую твердость, и твердость не является ее главным преимуществом. Но при выборе материалов мы также должны помнить, что чем тверже материал, тем он хрупкее.

Сила

Когда мы говорим о прочности материала, мы обычно имеем в виду его предел прочности на растяжение и предел текучести. Бронза обладает самым высоким пределом прочности на растяжение и пределом текучести из этих трех материалов, что делает ее особенно подходящей для применений, требующих высокой прочности, высокой износостойкости и хорошей несущей способности, таких как шестерни и червячные передачи, подшипники и втулки подшипников скольжения, морские гребные винты и т. д. Латунь слабее бронзы, поэтому она в основном используется в некоторых легконагруженных механических деталях или деталях, не подвергающихся высоким нагрузкам, таких как фитинги клапанов, гайки и болты и т. д. Медь имеет самую низкую прочность из этих трех металлов и не подходит для применений, где предъявляются высокие требования к несущей способности материала.

Температура плавления и формуемость при высоких температурах

В целом, в процессе горячей формовки, чем ниже температура плавления материала, тем ниже требуемая температура нагрева, тем ниже энергопотребление, и, следовательно, тем легче формовка. В следующей таблице приведены диапазоны температур плавления трех материалов только для справки. Температура плавления чистой меди составляет 1084 °C, диапазон температур плавления латуни — от 900 °C до 1025 °C, а диапазон температур плавления бронзы — от 600 °C до 913 °C. Среди них медь имеет самую высокую температуру плавления, поэтому потребление энергии на горячую формовку для нее больше. Температура плавления латуни ниже, чем у меди, поэтому она обладает лучшими характеристиками горячей формовки. Температура плавления бронзы ниже, чем у латуни, и она демонстрирует отличные характеристики горячей формовки.

Коррозионная стойкость и долговечность

Основными компонентами чистой меди, латуни и бронзы являются элементы меди. При контакте с кислородом элементы меди вступают в реакцию с кислородом, образуя плотную пленку оксида меди (CuO) или оксида меди(I) (Cu₂O). Эта оксидная пленка обладает защитным действием и предотвращает дальнейшее окисление и коррозию металла.

Бронзовые сплавы, такие как оловянная бронза, алюминиевая бронза и марганцевая бронза, содержат элементы олова, алюминия и марганца, которые реагируют с кислородом, образуя оксидную пленку, предотвращающую коррозию материала, а также обладают устойчивостью к коррозии под воздействием сульфидов и хлоридов. Поэтому, по сравнению с медью и латунью, бронза больше подходит для применения в условиях, подверженных воздействию природных или морских сред.

Основными компонентами обычных латунных сплавов являются медь и цинк. Хотя цинк улучшает пластичность латунных материалов, сам по себе он обладает высокой коррозионной активностью. При использовании в морской воде или среде с хлоридами цинк действует как анод в морской воде, вызывая окисление, высвобождение электронов и образование ионов цинка. Ионы цинка реагируют с другими компонентами морской воды (такими как хлориды, сульфиды и т. д.), образуя соли цинка или другие продукты коррозии. Эти продукты коррозии могут образовывать локальные коррозионные ямки или трещины на поверхности металла, еще больше ускоряя коррозию металла.

Таким образом, бронза обладает наилучшей коррозионной стойкостью и является самым прочным и долговечным из трех материалов. Чистая медь имеет несколько меньшую коррозионную стойкость, чем бронза. Латунь обладает наихудшей коррозионной стойкостью и склонна к растрескиванию в некоторых морских условиях.

Теплопроводность

В электронном оборудовании и таких устройствах, как радиаторы и теплообменники, теплопроводность является очень важным фактором при выборе материалов. Теплопроводность определяет способность материала проводить тепло. Среди них медь обладает самой высокой теплопроводностью, поэтому мы часто видим, что во многих теплообменниках используются медные ребристые трубки, а на некоторых материнских платах ноутбуков можно встретить модули теплоотвода из чистой меди. Теплопроводность латуни ниже, чем у чистой меди, но она обладает хорошими механическими свойствами и подходит для применений, требующих как долговечности, так и средней теплопроводности. Бронза имеет самую низкую теплопроводность и не является хорошим выбором для таких применений, требующих теплопроводности.

Электропроводность

В областях передачи электроэнергии, электронных компонентов, проводов и кабелей электропроводность является ключевым фактором при выборе материалов. На основании приведенных ниже двух таблиц чистая медь обладает очень высокой электропроводностью, уступая только серебру, и является наиболее идеальным электрическим проводником. Благодаря своей превосходной электропроводности чистая медь используется в кабелях, проводах и электронном оборудовании. Электропроводность латуни находится между электропроводностью чистой меди и бронзы. Латунь подходит для применений со средними требованиями к электропроводности; бронза подходит для электрических применений, не требующих высокой электропроводности, но имеющих требования к коррозионной стойкости, износостойкости и механической прочности материала.

* Показатели проводимости выражены в относительном измерении по отношению к меди. Обозначение 100% не означает отсутствие сопротивления.

Обрабатываемость и свариваемость

Чистая медь

Чистая медь обладает низкой твердостью и прочностью, что делает ее очень пластичной и податливой при обработке. Она может выдерживать значительные деформации при холодной обработке, не ломаясь легко, поэтому подходит для различных видов холодной обработки, таких как волочение, штамповка, экструзия и т. д. Чистая медь обладает хорошими режущими свойствами, требует низкого усилия резания при обработке, имеет меньший износ инструмента, но следует соблюдать осторожность, чтобы избежать прилипания. Из-за низкой прочности чистая медь плохо подходит для применений с высокими требованиями к прочности, но хорошо работает в большинстве применений с низкими требованиями к прочности.

Что касается термообработки, чистая медь обладает хорошей термической стабильностью и может восстанавливать свою высокую пластичность после отжига, что делает ее пригодной для обработки в горячем состоянии. Сварочные свойства также очень хороши, и распространенные методы сварки (такие как дуговая сварка и газовая сварка) хорошо подходят для чистой меди.

Бронза

Бронза — это сплав меди и олова (или других элементов, таких как алюминий, марганец и т. д.), который обычно обладает высокой прочностью и твердостью. Из-за высокой твердости бронза имеет относительно плохую обрабатываемость, особенно при резке, что требует большей силы резания и высококачественных инструментов, что легко приводит к износу инструмента. Бронза обладает низкой пластичностью, особенно бронза с высоким содержанием олова, которая склонна к растрескиванию или разрушению при холодной обработке, поэтому для улучшения ее пластичности обычно требуется горячая обработка.

Бронза обладает плохими сварочными свойствами, особенно высокооловянная бронза. Температура плавления олова (231,93 °C / 449,47 °F) ниже, чем у меди (1084 °C / 1983 °F). Во время сварки локальный перегрев сплава может привести к быстрому растворению олова, образованию относительно слабых участков и, следовательно, увеличению риска образования трещин.

Латунь

Латунь — это сплав меди и цинка, обладающий большей прочностью, чем чистая медь, и при этом сохраняющий хорошую пластичность. Латунь имеет умеренную твердость и прочность, что делает её обрабатываемую структуру промежуточной между чистой медью и бронзой. Латунь обладает хорошими режущими свойствами. По сравнению с бронзой, она имеет меньшую силу резания и не склонна к прилипанию к ножу. Она подходит для высокоскоростной резки и прецизионной обработки. Обладает хорошей пластичностью и подходит для холодной обработки, особенно для изготовления тонкостенных и прецизионных деталей.

С точки зрения термообработки, латунь обладает хорошей термической стабильностью, а её пластичность и технологические свойства могут быть улучшены отжигом. Латунь обладает хорошими сварочными свойствами, к ней можно эффективно применять стандартные сварочные процессы, и при сварке редко образуются трещины или неплотные соединения. Латунь обладает лучшей износостойкостью, чем чистая медь, но уступает бронзе, и подходит для общего применения в машиностроении и строительстве, например, для изготовления труб, декоративных и механических деталей.

Таким образом, с точки зрения обрабатываемости материала, наилучшие характеристики демонстрирует чистая медь, за ней следует латунь, а бронза имеет худшие характеристики.

Масса

Вес является прямым фактором, позволяющим отличить медь, бронзу от латуни. Медь имеет наибольший вес, удельный вес составляет 8960 кг/м³. С другой стороны, бронза весит 8800 кг/м³, а латунь — 8720 кг/м³. Следовательно, медь тяжелее бронзы, а латунь — легче.

Расходы

В целом, на цену материалов влияют многие факторы, такие как конкретный состав сплава, технология обработки и т. д. Но чистая медь обычно является самым дорогим из трех металлов. Во-первых, содержание меди в чистой меди значительно выше, чем в бронзе и латуни. Во-вторых, производство чистой меди осуществляется в бескислородной среде, и себестоимость производства высока. По составу бронза представляет собой в основном сплав меди и олова с добавлением других легирующих элементов (таких как алюминий, марганец и т. д.), тогда как латунь представляет собой в основном сплав меди и цинка. Стоимость олова, как правило, выше, чем стоимость цинка, поэтому стоимость бронзы выше, чем стоимость латуни.

Таким образом, с точки зрения стоимости, чистая медь дороже бронзы, а латунь стоит дешевле всего.

Упрощенная сравнительная таблица меди, латуни и бронзы.

В предыдущем разделе мы подробно сравнили преимущества и недостатки меди, бронзы и латуни с разных точек зрения и в зависимости от области применения. Ниже приведена простая таблица, которая поможет вам быстро сравнить эти три материала.

Выберите HYT для решения задач, связанных с медью и медными сплавами.

Выбор материалов, учитывая множество факторов, зависящих от проекта, всегда представляет собой сложную задачу. Благодаря многолетнему опыту работы над проектами и отраслевой экспертизе, техническая команда HYT может предложить вам наиболее подходящее решение по материалам для вашего проекта, исходя из его описания, и предоставить удовлетворительное ценовое предложение. Пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации. изделия из меди, латуни и бронзы.