ELMEDUR, ELMEDURY

Czysta miedź (o zawartości zanieczyszczeń maksymalnie 0,1%) jest powszechnie uważana za najlepszy dostępny na rynku materiał przewodzący prąd elektryczny, ze względu na jej doskonałą przewodność elektryczną i niską rezystancję. Ponad 50% światowej produkcji miedzi jest wykorzystywana w zastosowaniach elektrycznych, gdzie te własności są niezwykle przydatne. Powszechnie stosuje się ją w praktycznie wszystkich gałęziach przemysłu.

Największym ograniczeniem w stosowaniu czystej miedzi jest jej stosunkowo nieduża wytrzymałość oraz niska twardość, co sprawia, że nie nadaje się ona do użytku w przypadku komponentów pracujących pod większymi obciążeniami. Aby zniwelować ten problem rozwinięto szereg stopów miedzianych, o różnorodnych składach chemicznych i zastosowaniach. Problem ze stopami miedzi polega na tym, że wzrost zawartości pierwiastków stopowych powoduje drastyczny spadek własności elektrycznych materiału – wzrost oporności i spadek przewodności. Wybór stopu miedzi do danego zastosowania jest więc kompromisem pomiędzy wzrostem własności wytrzymałościowych a spadkiem elektrycznych.

Jednym ze stopów produkowanych z podwyższonymi własnościami mechanicznymi jest stop miedz-chrom-cyrkon (znany też pod nazwą elmedur). Stop ten zawiera zazwyczaj około 0.8% chromu oraz niewielki dodatek cyrkonu (0.06 do 0.08%), aczkolwiek istnieją też inne modyfikacje z dodatkiem berylu, niklu, krzemu etc.

Stop ten wywodzi się ze stopu miedzi z chromem, wyprodukowanego po raz pierwszy w latach 30-tych i stosowanego do produkcji elektrod do zgrzewania punktowego, w przypadku których dobra wytrzymałość i twardość, szczególnie w podwyższonych temperaturach oraz dobra przewodność elektryczna i cieplna są czynnikami kluczowymi. Istnieje kilka odmian tego stopu różniących się nieznacznie składem i własnościami. Wyróżniamy między innymi Elmedur X, Elmedur XS, Elmedur Z (bez chromu, ale z podwyższoną zawartością cyrkonu), Elmedur B2 (z dodatkiem berylu zamiast cyrkonu i chromu), Elmedur NCS (zawierający w swoim składzie nikiel, chrom oraz krzem),

Elmedur dostępny jest na terenie poszczególnych krajów pod różnymi nazwami. Zgodnie z normami europejskimi podstawowy materiał ten definiowany jest jako CW106C lub CuCr1Zr. Amerykańskiej stowarzyszenie ASTM przypisało mu numer C18150. W Japonii kryje się pod numerem 3234, a w Wielkiej Brytanii – CC102.

Aby stop elmedur uzyskał maksymalne własności wytrzymałościowe musi być poddany obróbce cieplnej, składającej się z przesycania i starzenia. Przesycanie prowadzi się w zakresie temperatur 950°C do 1000°C, a następnie szybko chłodzi stop do temperatury otoczenia. Celem tego etapu obróbki jest uzyskanie materiału w stanie niestabilnym, z rozpuszczonym w roztworze stałym chromem i cyrkonem. Następujące po przesycaniu starzenie, prowadzone w temperaturze 425°C – 500°C, powoduje wydzielanie się w stopie drobnych wydzieleni chromu i cyrkonu, które podnoszą jego wytrzymałość, twardość oraz odporność na pełzanie. Tego typu obróbka cieplna ułatwia obróbkę i formowanie materiału. Najpierw, kiedy jest jeszcze miękki, można nadać mu wymagany kształt, a dopiero potem finalne własności.

Własności stopu miedź-chrom-cyrkon

W zależności od składu chemicznego elmedur oferuje następujące własności:

– wytrzymałość na rozciąganie – 220-540 MPa;

– granica plastyczności – 100-440 MPa;

– wydłużenie – 35-50%

– twardość – 5-175 HV

– przewodność elektryczna – 80% IACS

– przewodność cieplna – 300 W/m*°C.

Jego dodatkową zaletą jest to, że spadek znaczący spadek własności wytrzymałościowych (o 10 %) następuje w temperaturze praktycznie dwukrotnie wyższej niż dla czystej miedzi (około 475°C dla elmeduru i około 220°C dla czystej miedzi) oraz pięć razy wyższej niż dla aluminium (około 100°C)

Elmedur charakteryzuje się dobrą podatnością do przeróbki plastycznej, zarówno na gorąco jak i na zimno, oraz do lutowania niskotemperaturowego. Spawalność stopu elmedur jest stosunkowo słaba. Praktycznie żadna z najpopularniejszych metod (MIG, elektrodą nietopliwą wolframową, wiązką lasera) nie jest w tym przypadku rekomendowana. Skrawalność stopu jest umiarkowana i wynosi 20- 30% (uznaje się, że 100% skrawalność ma mosiądz maszynowy). Rekomendowane jest użycie narzędzi tnących wyposażonych w łamacz wióra.

Materiał jest dostępny w różnych formach i kształtach, m.in. jako pręty okrągłe, sześciokątne, prostokątne oraz płaskowniki, profile, blachy, rury, odkuwki. Dodatkowo można go zakupić w postaci elektrod do spawania liniowego czy punktowego oraz czapki ochronne elektrod.

Odporność na korozję

Ze względu na stosunkową niedużą ilość dodatków stopowych odporność na korozję elmedur jest zbliżona do odporności miedzi o wysokiej czystości. Podobnie jak miedz może być stosowany we wszystkich standardowych warunkach eksploatacyjnych, a także zastępować w przemyśle chemicznym miedź w niektórych aplikacjach, głównie ze względu na swoje wyższe własności wytrzymałościowe. Elmedur charakteryzuje się również zbliżoną do zwykłej miedzi odpornością na utlenienie w wysokich temperaturach. Dodatek chromu, który jest pierwiastkiem wspomagającym żaroodporność, jest w tym przypadku niewystarczający aby podnieść odporność korozyjną tego materiału. Obróbka cieplna nie ma znaczącego wpływu na odporność korozyjną elmeduru.

Zastosowanie stopu miedź-chrom-cyrkon i jego modyfikacji

Typowe zastosowania wymagające połączenia właściwości stopu elmedur – wysokiej przewodności elektrycznej i cieplnej z podwyższoną wytrzymałością w porównaniu do czystej miedzi – obejmują: elektrody do zgrzewania oporowego oraz obróbki elektroiskrowej, rdzenie i uchwyty elektrod, dysze służące do prowadzenia drutu w metodach spawania z użyciem osłony gazowej, części w instalacjach i urządzeniach, które wymagają dużej przewodności elektrycznej a jednocześnie przenoszą wysokie obciążenia, formy wymagające odporności na zużycie i dużej przewodności, elementy służące do transportu energii elektrycznej.

Elmedur z dodatkiem berylu wykorzystuje się do konstrukcji form wtryskowych dla tworzyw sztucznych, w dyszach i igłach dla systemów gorąco kanałowych czy rurkach kondensatora w kokilach i formach. Można je również użyć jako wstawki w narzędziach ze stali, w których znajdują się obszary wymagające wyższej szybkości stygnięcia Stopy z dodatkiem niklu i krzemu są natomiast dobrym rozwiązaniem na tłoki do maszyn ciśnieniowych (zimo komorowych)m dysze do spawania łukiem krytym, formy wtryskowe oraz wkładki czy wyrzutniki do ich budowy.