Vario lydiniai, palyginti su nerūdijančiu plienu

I. Vario lydinių pranašumai prieš nerūdijantį plieną

1. Puikus šilumos ir elektros laidumas

Varis yra vienas iš labiausiai laidžių metalų (šilumos laidumas: ~401 W/m·K; elektros laidumas: ~58 MS/m grynam variui), o vario lydiniai išlaiko puikų laidumą net ir su legiravimo priedais:

Elektros programos: Idealiai tinka laidams, kabeliams, šynoms, elektros kontaktams ir grandinės pertraukikliams. Pavyzdžiui, varis C11000 be deguonies -dėl jo laidumo (98 % IACS), kuris yra 5–10 kartų didesnis nei nerūdijančio plieno (304 SS: ~1,45 MS/m), naudojamas aukštos-įtampos energijos perdavimui.

Šilumos valdymas: Naudojamas šilumokaičiuose, radiatoriuose ir aušinimo sistemose (pvz., jūriniuose kondensatoriuose su vario nikeliu C70600), nes jų šilumos laidumas yra 3–8 kartus didesnis nei nerūdijančio plieno (304 SS: ~16,2 W/m·K).

2. Puikus atsparumas korozijai konkrečiose aplinkose

Nors nerūdijantis plienas yra žinomas dėl bendro atsparumo korozijai, vario lydiniai puikiai tinka pagal tikslinius scenarijus:

Vandeninė aplinka: Atsparus korozijai gėlame vandenyje, jūros vandenyje ir drėgnoje aplinkoje. Vario nikelis (pvz., C71500, 70/30 Cu-Ni) yra plačiai naudojamas laivų techninėje įrangoje ir laivų korpusuose dėl atsparumo jūros vandens duobėms, plyšių korozijai ir biologiniam užteršimui (vario jonai slopina jūrų organizmų augimą).

Cheminė aplinka: Žalvaris (pvz., C28000) atsparus korozijai nuo ne-oksiduojančių rūgščių (pvz., praskiestos druskos rūgšties) ir organinių tirpiklių, todėl tinka cheminiams vožtuvams ir jungiamosioms detalėms.

Atmosferos korozija: Varis ir bronza sukuria natūralią apsauginę patiną (pvz., žalią žalumyną ant varinių stogų), kuri apsaugo nuo tolesnio degradacijos ir pralenkia nerūdijantį plieną užterštoje ar pakrantės atmosferoje.

3. Patobulintas formavimas ir apdirbamumas (daugeliui lydinių)

Dauguma vario lydinių pasižymi geresniu apdirbamumu, palyginti su nerūdijančiu plienu:

Formuojamumas: Lengvai apdirbamas šaltas-(valcavimas, tempimas, lenkimas) ir karštasis-(kalimas, ekstruzija) be įtrūkimų. Pavyzdžiui, dėl didelio lankstumo C26000 kasetės žalvaris naudojamas besiūliuose vamzdeliuose ir štampuotuose komponentuose.

Apdirbamumas: laisvai{0}}pjaunamas žalvaris (pvz., C36000 su švino priedais) arba alternatyvos be švino (pvz., C68700 su bismutu) pasižymi puikiais apdirbamumo įvertinimais (didesnis arba lygus 80 %, palyginti su. 304 SS: ~40 %), todėl sumažėja įrankių nusidėvėjimas ir gamybos laikas.

Išliejamumas: Bronza (pvz., C90300 alavo bronza) ir žalvaris idealiai tinka liejant smėliu ir liejant slėginiu būdu, gaminant sudėtingas formas (pvz., krumpliaračius, guolius) su geru matmenų tikslumu.

4. Antimikrobinės savybės

Varis ir jo lydiniai (pvz., žalvaris, bronza) pasižymi antimikrobiniu poveikiu:

Vario jonai ardo bakterijų ląstelių membranas ir per kelias valandas slopina patogenų (pvz., E. coli, S. aureus) augimą, todėl jie tinkami aukštai -higienos reikmėms (pvz., ligoninių durų rankenoms, maisto perdirbimo įrangai ir vandens vamzdžiams).

Nerūdijantis plienas neturi šios savybės ir netinkamai nuvalytas ant jo paviršiaus gali kauptis bakterijos.

5. Estetinis patrauklumas ir istorinė/architektūrinė vertė

Vario lydiniai vertinami dėl savo unikalios išvaizdos ir ilgaamžiškumo:

Estetika: nuo šilto aukso (žalvario) iki rausvai -rudos (vario) ir tamsios bronzos, su natūralia patina, kuri laikui bėgant formuojasi (pageidautina architektūrinėse srityse, pvz., stoguose, statulose ir dekoratyviniuose įrenginiuose).

Paveldo naudojimas: bronza buvo naudojama šimtmečius mene ir architektūroje (pvz., bronzos skulptūros, istoriniai varpai) dėl savo atsparumo dilimui ir nesenstančios išvaizdos.

6. Geresnis terminio plėtimosi suderinamumas su kitomis medžiagomis

Vario lydinių šiluminio plėtimosi koeficientas (pvz., grynas varis: ~16,5 × 10⁻⁶/laipsnis ) yra artimesnis stiklo, keramikos ir kai kurių polimerų šiluminiam plėtimosi koeficientui, todėl sumažėja surinktų komponentų (pvz., stiklo -į-metalinių sandariklių elektronikoje) šiluminis įtempis. Nerūdijančio plieno (304 SS: ~17,2 × 10⁻⁶/laipsnis) koeficientas yra šiek tiek didesnis, todėl didėja įtrūkimų rizika dirbant aukštoje temperatūroje.

info-446-441 info-445-447

II. Vario lydinių trūkumai, palyginti su nerūdijančiu plienu

1. Mažesnis mechaninis stiprumas (išskyrus specialius lydinius)

Daugumos vario lydinių tempiamasis stipris ir kietumas mažesnis nei nerūdijančio plieno, ypač esant aukštai{0}}temperatūrai:

Tempimo stiprumas: Gryno vario (C11000) tempiamasis stipris ~220 MPa (atkaitintas), o 304 nerūdijančio plieno ~515 MPa. Net žalvario (C26000) atsparumas tempimui yra ~345 MPa, žymiai mažesnis nei nerūdijančio plieno.

Aukštos{0}}temperatūros stiprumas: Copper alloys soften at temperatures above 200–300°C (e.g., pure copper's melting point: 1085°C, but strength drops sharply at >300 laipsnių), ribojantis jų naudojimą aukštoje temperatūroje (pvz., pramoninėse krosnyse, reaktyvinių variklių komponentuose). Nerūdijantis plienas (pvz., 316 SS) išlaiko stiprumą iki 800 laipsnių.

Išimtys: Specialūs vario lydiniai, tokie kaip berilio varis (C17200, tempimo stipris iki 1500 MPa po terminio apdorojimo), atitinka arba viršija nerūdijantį plieną, tačiau juos apdoroti brangu ir toksiškas.

2. Didesnė kaina (daugeliui lydinių)

Varis yra brangesnis netaurieji metalai nei geležis, todėl vario lydinių medžiagų sąnaudos yra didesnės:

Žaliavos kaina: Vario kainos paprastai yra 3–5 kartus didesnės nei geležies rūdos, todėl žalvaris ir bronza yra brangesni nei anglinio plieno ir daugumos nerūdijančio plieno rūšių (pvz., 304 SS).

Specialūs lydiniai: Vario nikelis (C71500) ir berilio varis (C17200) yra dar brangesni dėl retų legiruojančių elementų (Ni, Be) ir sudėtingo apdorojimo.

3. Prastas atsparumas oksiduojančioms rūgštims ir oksidacijai aukštoje{1}}temperatūroje

Vario lydiniai yra pažeidžiami korozijai agresyvioje oksiduojančioje aplinkoje:

Oksiduojančios rūgštys: jautrus azoto rūgšties, sieros rūgšties (koncentruotos, karštos) ir chromo rūgšties atakai, kurios ištirpdo vario matricą. Nerūdijantis plienas (pvz., 316 SS su Mo) atsparus šioms rūgštims dėl pasyvaus chromo oksido sluoksnio.

Aukštos{0}}temperatūrinės oksidacijos: Copper alloys form a porous oxide layer at temperatures >300 laipsnių, todėl greitai suyra. Nerūdijantis plienas sudaro tankų, apsauginį Cr₂O₃ sluoksnį, kuris apsaugo nuo oksidacijos iki 800–1000 laipsnių.

4. Jautrumas korozijos įtrūkimams (SCC) tam tikrose aplinkose

Kai kurie vario lydiniai tam tikromis sąlygomis yra linkę į SCC:

Žalvaris: jautrus „sezoniniam įtrūkimui“ (SCC) aplinkoje, kurioje yra amoniako (pvz., pramoniniuose dūmuose, valymo priemonėse) arba esant įtampai (pvz., šaltai{5}}apdorotiems komponentams, pvz., vožtuvams).

Bronza: gali nukentėti SCC aplinkoje, kurioje gausu chlorido, jei netinkamai termiškai{1}}apdorojama. Daugumoje scenarijų nerūdijantis plienas (pvz., 316 l su mažu anglies kiekiu) turi geresnį SCC atsparumą.

5. Mažesnis atsparumas dilimui (išskyrus guolio bronzą)

Daugumos vario lydinių kietumas ir atsparumas dilimui yra mažesnis nei nerūdijančio plieno:

Abrazyvinė aplinka: Vario lydiniai greitai susidėvi, kai yra trintis arba sąlytis su kietomis dalelėmis (pvz., pramoninių mašinų komponentais). Nerūdijantis plienas (pvz., 440 °C, turintis daug anglies) gali būti termiškai{6}}apdorotas iki didelio kietumo (HRC 58–60), kad būtų užtikrintas didesnis atsparumas dilimui.

Išimtys: Guolio bronzos (pvz., C93200 švino alavo bronzos) atsparumas dilimui yra geras dėl įterptų minkštųjų dalelių (Pb, Sn), todėl jos tinka mažo -greičio, didelės-apkrovos guoliams-, tačiau jie vis tiek yra prastesni nei nerūdijantis plienas esant dideliam-greičiui ar trinčiai.

6. Magnetinės savybės (kai kuriems lydiniams)

Nors grynas varis yra ne-magnetinis, kai kurie vario lydiniai (pvz., vario nikelis su dideliu Ni kiekiu) pasižymi silpnomis magnetinėmis savybėmis, todėl jų naudojimas ribojamas tais atvejais, kai reikalingas griežtas ne-magnetizmas (pvz., MRT įranga, kosmoso komponentai). Dauguma nerūdijančio plieno rūšių (pvz., 304, 316) yra austenitiniai ir ne{11}}magnetiniai, todėl tokiais atvejais jie yra universalesni.

7. Svorio trūkumas

Vario tankis yra didesnis (8,96 g/cm³) nei geležies (7,87 g/cm³), todėl vario lydiniai yra sunkesni už nerūdijantį plieną (tankis: 7,93 g/cm³ 304 SS):

Svoriui{0}}jautrios programos: Nerūdijantis plienas yra pirmenybė teikiama automobiliams, aviacijai ir nešiojamai įrangai, kur svorio mažinimas yra labai svarbus (pvz., orlaivio konstrukcijos komponentai, lengvi įrankiai).