Dowiedz się o właściwościach i zastosowaniach mosiądzu

ThinkCo / Ashley Nicole DeLeon

Mosiądz jest binarny stop złożony z miedź oraz cynk produkowany od tysiącleci i ceniony za urabialność, twardość,korozjaodporność i atrakcyjny wygląd.

Nieruchomości

• Typ stopu: Binarny
• Zawartość: miedź i cynk
• Gęstość: 8,3-8,7 g/cm³
• Temperatura topnienia: 1652-1724 ° F (900-940 ° C)
• Twardość Moha: 3-4

Charakterystyka

Dokładne właściwości różnych mosiądzów zależą od składu stopu mosiądzu, w szczególności stosunku miedzi do cynku. Ogólnie jednak wszystkie mosiądze są cenione ze względu na ich obrabialność lub łatwość, z jaką metal można formować w pożądane kształty i formy przy zachowaniu wysokiej wytrzymałości.

Chociaż istnieją różnice między mosiądzami o wysokiej i niskiej zawartości cynku, brane są pod uwagę wszystkie mosiądze ciągliwy oraz plastyczny (bardziej mosiądze o niskiej zawartości cynku). Ze względu na niską temperaturę topnienia mosiądz można również stosunkowo łatwo odlewać. Jednak w przypadku zastosowań odlewniczych zwykle korzystna jest wysoka zawartość cynku.

Mosiądz o niższej zawartości cynku można łatwo obrabiać na zimno, spawać i lutować. Wysoka zawartość miedzi umożliwia również metalowi tworzenie ochronnej warstwy tlenku (patyny) na jego powierzchni, która chroni przed dalszą korozją, co jest cenną właściwością w zastosowaniach, które wystawiają metal na działanie wilgoci i warunków atmosferycznych.

Metal ma zarówno dobre ciepło, jak i przewodnictwo elektryczne (jego przewodność elektryczna może wynosić od 23% do 44% czystej miedzi) i jest odporny na zużycie i iskry. Podobnie jak miedź, jej właściwości bakteriostatyczne spowodowały, że znalazła zastosowanie w wyposażeniu łazienek i placówkach służby zdrowia.

Mosiądz jest uważany za stop o niskim współczynniku tarcia i niemagnetyczny, a jego właściwości akustyczne zaowocowały zastosowaniem go w wielu instrumentach muzycznych typu „brązowy”. Artyści i architekci cenią sobie walory estetyczne metalu, ponieważ może on być produkowany w szerokiej gamie kolorów, od głębokiej czerwieni po złocistożółty.

Aplikacje

Cenne właściwości mosiądzu i względna łatwość produkcji sprawiły, że jest to jeden z najczęściej stosowanych stopów. Opracowanie pełnej listy wszystkich zastosowań mosiądzu byłoby kolosalnym zadaniem, ale aby zorientować się w branżach i rodzajach produktów, w których występuje mosiądz, możemy skategoryzować i podsumować niektóre zastosowania końcowe w oparciu o gatunek użytego mosiądzu:

Mosiądz automatowy (np. mosiądz C38500 lub 60/40):

• Nakrętki, śruby, części gwintowane
• Terminale
• Dysze
• Opukanie
• Wtryskiwacze

Historia

Stopy miedzi z cynkiem były produkowane już w V wieku p.n.e. w Chinach i były szeroko stosowane w Azji Środkowej w II i III wieku p.n.e. Te ozdobne elementy metalowe można jednak najlepiej nazwać „stopami naturalnymi”, ponieważ nie ma dowodów na to, że ich producenci świadomie stosowali miedź i cynk. Zamiast tego jest prawdopodobne, że stopy zostały wytopione z bogatych w cynk rud miedzi, wytwarzając surowe metale podobne do mosiądzu.

Dokumenty greckie i rzymskie sugerują, że celowe wytwarzanie stopów podobnych do współczesnego mosiądzu, używając miedzi a bogata w tlenek cynku ruda znana jako kalamina pojawiła się około I wieku p.n.e. Mosiądz kalaminowy został wyprodukowany w procesie cementacji, w którym miedź topiono w tyglu z mieloną rudą smithsonitu (lub kalaminy).

W wysokich temperaturach cynk obecny w takiej rudzie zamienia się w parę i przenika przez miedź, dając w ten sposób stosunkowo czysty mosiądz o zawartości 17-30% cynku. Ta metoda produkcji mosiądzu była stosowana przez prawie 2000 lat, aż do początku XIX wieku. Niedługo po tym, jak Rzymianie odkryli, jak wytwarzać mosiądz, stop ten był używany do produkcji monet na obszarach dzisiejszej Turcji. Wkrótce rozprzestrzeniło się to na całe Imperium Rzymskie.

Rodzaje

„Mosiądz” to ogólny termin odnoszący się do szerokiej gamy stopów miedzi z cynkiem. W rzeczywistości istnieje ponad 60 różnych rodzajów mosiądzu określonych przez normy EN (normy europejskie). Stopy te mogą mieć szeroki zakres różnych składów, w zależności od właściwości wymaganych dla konkretnego zastosowania.

Produkcja

Mosiądz jest najczęściej produkowany ze złomu miedzi i wlewków cynkowych. Złom miedzi jest wybierany na podstawie jego zanieczyszczeń, ponieważ potrzebne są pewne dodatkowe pierwiastki, aby wytworzyć dokładnie wymagany gatunek mosiądzu.

Ponieważ cynk zaczyna wrzeć i paruje w temperaturze 1665°F (907°C), poniżej temperatury topnienia miedzi 1981°F (1083°C), miedź musi być najpierw stopiona. Po stopieniu cynk jest dodawany w proporcji odpowiedniej dla gatunku produkowanego mosiądzu. Chociaż nadal uwzględniono pewną utratę cynku w wyniku parowania.

W tym momencie wszelkie inne dodatkowe metale, takie jak Ołów , aluminium, krzem lub arsen są dodawane do mieszaniny w celu uzyskania pożądanego stopu. Gdy stopiony stop jest gotowy, jest wlewany do form, gdzie zestala się w duże płyty lub kęsy. Wlewki – najczęściej z mosiądzu alfa-beta – mogą być bezpośrednio przetwarzane na druty, rury i rury poprzez wytłaczanie na gorąco, które polega na przepychaniu nagrzanego metalu przez matrycę lub kucie na gorąco.

Jeśli kęsy nie są wytłaczane ani kute, kęsy są następnie ponownie podgrzewane i podawane przez stalowe rolki (proces znany jako walcowanie na gorąco). Rezultatem są płyty o grubości mniejszej niż pół cala (<13mm). After cooling, the brass is then fed through a milling machine, or scalper, that cuts a thin layer from the metal in order to remove surface casting defects and oxide.

W atmosferze gazowej, aby zapobiec utlenianiu, stop jest ponownie podgrzewany i walcowany w procesie znanym jako wyżarzanie , przed ponownym walcowaniem w niższych temperaturach (walcowanie na zimno) na arkusze o grubości około 0,1' (2,5 mm). Proces walcowania na zimno odkształca wewnętrzną strukturę ziarna mosiądzu, co skutkuje znacznie mocniejszym i twardszym metalem. Ten krok można powtarzać, aż do uzyskania pożądanej grubości lub twardości.

Na koniec arkusze są piłowane i cięte, aby uzyskać wymaganą szerokość i długość. Wszystkie blachy, odlewane, kute i wytłaczane materiały mosiężne poddawane są kąpieli chemicznej, zwykle wykonanej z kwasu solnego i siarkowego, w celu usunięcia czarnego kamienia tlenku miedzi i nalotu.