Χαλκός vs Brass vs Bronze: Σύνθεση, Ιδιότητες και Εφαρμογές

Συγκρίνονται τα τρία κόκκινα μέταλλα

Ο χαλκός, ο ορείχαλκος και ο μπρούντζος είναι γνωστά ως κόκκινα μέταλλα επειδή μοιράζονται έναν ζεστό κοκκινωπό ή χρυσό τόνο, ωστόσο οι συνθέσεις και οι ιδιότητές τους είναι αρκετά διαφορετικές. Ο χαλκός είναι ένα καθαρό στοιχειώδες μέταλλο με χαρακτηριστικό κοκκινωπό-καφέ χρώμα και εξαιρετική θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα. Ο ορείχαλκος είναι ένα κράμα χαλκού και ψευδαργύρου, πιο φωτεινό και πιο κίτρινο, με ενισχυμένη αντοχή και ελαττότητα για διακοσμητικές εργασίες, υδραυλικά και μουσικά όργανα. Ο μπρούτζος είναι κυρίως ένα κράμα χαλκού και κασσίτερου, πιο σκληρό και πιο ανθεκτικό στη διάβρωση, γεγονός που τον καθιστά το υλικό επιλογής για ναυτιλιακά εξαρτήματα, γλυπτά και ρουλεμάν. Η σύγκριση των τριών δείχνει πόσο μικρές αλλαγές στη σύνθεση προκαλούν πολύ διαφορετική συμπεριφορά μηχανικής.

Χαλκός: Ιδιότητες και εφαρμογές καθαρού μετάλλου

Ο χαλκός χρησιμοποιείται σε ένα ευρύ φάσμα προϊόντων λόγω της ηλεκτρικής και θερμικής αγωγιμότητας, της αντοχής, της μορφοποίησης και της αντοχής στη διάβρωση. Τα εξαρτήματα σωλήνων και σωλήνων κατασκευάζονται συνήθως από χαλκό ακριβώς για αυτόν τον λόγο και μπορούν να συγκολληθούν, να συγκολληθούν και να συγκολληθούν με μεθόδους αερίου, τόξου και αντίστασης πριν γυαλιστούν ή γυαλιστούν σε σχεδόν οποιαδήποτε υφή και λάμψη. Υπάρχουν διάφορες ποιότητες μη κράματος χαλκού που διαφέρουν ως προς το επίπεδο των υπολειμματικών ακαθαρσιών. Καθορίζονται ποιότητες ελεύθερου οξυγόνου- όπου απαιτούνται και οι δύο υψηλή αγωγιμότητα και ολκιμότητα.

Μία από τις χαρακτηριστικές ιδιότητες του χαλκού είναι η ικανότητά του να καταπολεμά τα βακτήρια. Μετά από εκτεταμένες αντιμικροβιακές δοκιμές, 355 κράματα χαλκού, συμπεριλαμβανομένων πολλών ορείχαλκων, βρέθηκαν να σκοτώνουν περισσότερο από το 99,9% των βακτηρίων μέσα σε δύο ώρες από την επαφή και η κανονική αμαύρωση δεν βλάπτει αυτή την αποτελεσματικότητα. Ο χαλκός ήταν από τα πρώτα μέταλλα που χρησιμοποιήθηκαν από τον άνθρωπο, πρώτα για εργαλεία και στολίδια, και σήμερα είναι πιο οικείος ως ηλεκτρικός αγωγός και ως σωλήνας για συστήματα νερού και ψύξης.

Ορείχαλκος: Χαλκός σε κράμα με ψευδάργυρο

Ο ορείχαλκος είναι χαλκός με προσθήκη ψευδαργύρου και η περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο μπορεί να ποικίλλει για να παράγει ένα ευρύ φάσμα ιδιοτήτων και χρωμάτων, από κόκκινο έως κίτρινο. Η αύξηση του ψευδαργύρου αυξάνει τόσο τη δύναμη όσο και την ολκιμότητα. Όταν η περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο είναι μεταξύ 32% και 39%, το κράμα έχει βελτιωμένα χαρακτηριστικά θερμής λειτουργίας ενώ η ψυχρή επεξεργασία γίνεται πιο περιορισμένη. Πάνω από 39% ψευδάργυρο, όπως στο μέταλλο Muntz, το κράμα αποκτά μεγαλύτερη αντοχή αλλά χάνει ολκιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου.

Ο ορείχαλκος χρησιμοποιείται ευρέως για διακοσμητικούς σκοπούς επειδή μοιάζει με χρυσό και για μουσικά όργανα λόγω της εργασιμότητας και της αντοχής του. Οι ορείχαλκοι που φέρουν κασσίτερο-αποτελούν μια σημαντική υποομάδα: ο ορείχαλκος του ναυαρχείου, ο ορείχαλκος ναυτικού και ο ορείχαλκος ελεύθερος-με μηχανική κατεργασία περιέχουν όλοι κασσίτερο που αναστέλλει την αποψευδαργύρωση, την έκπλυση ψευδαργύρου από το κράμα. Αυτοί οι βαθμοί συνδυάζουν χαμηλή ευαισθησία στην αποψευδαργύρωση με μέτρια αντοχή, καλή αντίσταση στην ατμοσφαιρική και υδατική διάβρωση και εξαιρετική ηλεκτρική αγωγιμότητα και χρησιμοποιούνται για συνδετήρες, εξοπλισμό θαλάσσης, εξαρτήματα μηχανών βιδών, άξονες αντλιών και άλλα ανθεκτικά στη διάβρωση μηχανικά προϊόντα.

Χάλκινος: Χαλκός σε κράμα με κασσίτερο

Ο μπρούντζος αποτελείται κυρίως από χαλκό με προσθήκη άλλων στοιχείων, συνηθέστερα κασσίτερου, αν και αρσενικό, φώσφορος, αλουμίνιο, μαγγάνιο και πυρίτιο χρησιμοποιούνται επίσης για την απόκτηση ειδικών ιδιοτήτων. Όλες αυτές οι προσθήκες παράγουν ένα κράμα πολύ πιο σκληρό από τον χαλκό μόνο. Ο μπρούτζος έχει ένα θαμπό χρυσό χρώμα και συχνά εμφανίζει αμυδρά δαχτυλίδια στην επιφάνειά του, γεγονός που τον βοηθά να ξεχωρίζει από τον ορείχαλκο. Χρησιμοποιείται για γλυπτά, μουσικά όργανα και μετάλλια και στη βιομηχανία για δακτυλίους και ρουλεμάν όπου η χαμηλή τριβή μετάλλων-σε-μετάλλων αποτελεί πλεονέκτημα, καθώς και σε ναυτικές εφαρμογές όπου η αντίσταση στη διάβρωση έχει σημασία.

Στους μπρούτζους φωσφόρου η περιεκτικότητα σε κασσίτερο αυξάνει την αντοχή στη διάβρωση και την αντοχή σε εφελκυσμό ενώ ο φώσφορος αυξάνει την αντοχή στη φθορά και την ακαμψία, γι' αυτό η οικογένεια εμφανίζεται σε ηλεκτρικά προϊόντα, φυσούνες, ελατήρια και ροδέλες. Ο μπρούτζος αλουμινίου χρησιμοποιείται για ναυτικό υλικό, ρουλεμάν χιτώνων και αντλίες ή βαλβίδες που χειρίζονται διαβρωτικά υγρά. Το Cupronickel, με την ανοχή του στην καταπόνηση της διάβρωσης και στην οξείδωση στον ατμό ή τον υγρό αέρα, χρησιμοποιείται για ναυτιλιακό εξοπλισμό, βαλβίδες, αντλίες και κύτους πλοίων.

Πώς να ξεχωρίσετε το μπρούτζο από τον ορείχαλκο

Σύνθεση: ο μπρούντζος είναι κυρίως χαλκός και κασσίτερος, με κασσίτερο συνήθως 5-12%, ενώ ο ορείχαλκος είναι χαλκός και ψευδάργυρος με περιεκτικότητα σε ψευδάργυρο από κάτω από 10% έως πάνω από 40%.

Χρώμα: ο μπρούτζος τείνει σε μια ελαφρώς κοκκινωπή ή ροζ απόχρωση, ο ορείχαλκος σε μια πιο κιτρινωπή, αν και το χρώμα από μόνο του δεν είναι καθοριστικό.

Πυκνότητα: ο μπρούτζος είναι γενικά πιο πυκνός, επομένως ένα αντικείμενο ίδιου μεγέθους φαίνεται πιο βαρύ.

Μαγνητισμός: ο ορείχαλκος δεν είναι μαγνητικός, ενώ ορισμένα κράματα μπρούντζου εμφανίζουν ασθενή μαγνητική απόκριση λόγω σιδήρου ή άλλων προσθηκών.

Ήχος: το χτυπημένο μπρούτζο δίνει μια νότα χαμηλότερης έντασης, πιο ηχηρή από τον ορείχαλκο, που ακούγεται ψηλότερα.

Κόστος και διάρκεια ζωής

Ο χαλκός είναι συνήθως το πιο ακριβό από τα τρία κόκκινα μέταλλα, επειδή ο ορείχαλκος και ο μπρούντζος περιέχουν χαμηλότερο ποσοστό χαλκού μόλις μετρηθούν τα στοιχεία κράματος. Ο μπρούτζος είναι συνήθως πιο ακριβός από τον ορείχαλκο, εν μέρει λόγω της επιπλέον επεξεργασίας που απαιτεί το κράμα.

Η διάρκεια ζωής εξαρτάται από τη σύνθεση του κράματος, το περιβάλλον και τη λειτουργία. Ο ορείχαλκος έχει καλή αντοχή στη διάβρωση και διαρκεί καλά στις περισσότερες συνθήκες, αν και μπορεί να υποβαθμιστεί σε σκληρά ή διαβρωτικά περιβάλλοντα και επωφελείται από τη συντήρηση και τις προστατευτικές επιστρώσεις. Ο μπρούτζος αντιστέκεται έντονα στην υγρασία και τη διάβρωση και συχνά υπερτερεί του καθαρού χαλκού και ορισμένων ορείχαλκων σε υγρή λειτουργία. Ο ίδιος ο χαλκός είναι πολύ ανθεκτικός στη διάβρωση στα περισσότερα περιβάλλοντα, αλλά σταδιακά οξειδώνεται σε μια πρασινωπή πατίνα. Η διάρκεια ζωής επηρεάζεται επίσης από την υγρασία, την έκθεση σε αλμυρό νερό, τη μηχανική καταπόνηση, το pH, τη θερμοκρασία λειτουργίας, τη χημική επαφή, τη συχνότητα χρήσης, το σχεδιασμό και την εγκατάσταση και οποιαδήποτε εφαρμοσμένη επιφανειακή επεξεργασία.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε: Ποια είναι η κύρια διαφορά μεταξύ ορείχαλκου και μπρούτζου;
Ο ορείχαλκος είναι κράμα χαλκού με ψευδάργυρο, ενώ ο χαλκός είναι κράμα χαλκού κυρίως με κασσίτερο. Αυτή η μοναδική διαφορά εξηγεί το μεγαλύτερο μέρος της αντίθεσης στο χρώμα, τη σκληρότητα, τη συμπεριφορά διάβρωσης και την εφαρμογή.

Ε: Ποιο είναι πιο ακριβό, ο χαλκός, ο ορείχαλκος ή ο μπρούτζος;
Ο χαλκός είναι συνήθως το πιο ακριβό από τα τρία επειδή είναι το καθαρό μέταλλο και ο μπρούτζος είναι συνήθως πιο ακριβός από τον ορείχαλκο λόγω της πρόσθετης επεξεργασίας που απαιτούν τα κράματά του.

Ε: Είναι ο ορείχαλκος μέταλλο;
Ο ορείχαλκος είναι ένα κράμα μετάλλων που παίρνει τις μεταλλικές του ιδιότητες από τον χαλκό ως κύριο συστατικό, ενώ κερδίζει επιπλέον χαρακτηριστικά από τον ψευδάργυρο και οποιαδήποτε άλλα στοιχεία κραματώνονται με αυτόν.

Ε: Από τι είναι φτιαγμένος ο μπρούτζος;
Ο μπρούτζος είναι ένα κράμα χαλκού και κασσίτερου, συνήθως περίπου 88% χαλκό και 12% κασσίτερο, και μπορεί επίσης να περιέχει αλουμίνιο, μαγγάνιο, νικέλιο ή φώσφορο για να αναπτύξει συγκεκριμένες ιδιότητες.

Ε: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ του μπρούτζου και του χαλκού;
Ο χαλκός είναι ένα καθαρό μεταλλικό στοιχείο με το σύμβολο Cu και τον ατομικό αριθμό 29, ενώ ο μπρούτζος είναι ένα κράμα με βάση τον χαλκό με τον κασσίτερο και άλλα στοιχεία που προστίθενται για αύξηση της αντοχής και της σκληρότητας.

Ε: Ποιο κόκκινο μέταλλο διαρκεί περισσότερο σε διαβρωτικό σέρβις;
Η σύνθεση, το περιβάλλον και το καθήκον καθορίζουν το αποτέλεσμα, αλλά ο μπρούτζος γενικά αντέχει τον καθαρό χαλκό και ορισμένους ορείχαλκους σε υγρές ή θαλάσσιες συνθήκες λόγω της αντοχής του στη διάβρωση και την υγρασία.

Ε: Ποια αναλογία ψευδαργύρου χρησιμοποιείται στον ορείχαλκο;
Ο ορείχαλκος περιέχει συνήθως περίπου 55% έως 95% χαλκό και 5% έως 45% ψευδάργυρο, με μικρές προσθήκες όπως μόλυβδος για μηχανική επεξεργασία ή κασσίτερο για αντοχή στη διάβρωση όπου τις απαιτεί η εφαρμογή.