황동 대 구리: 차이점 및 응용 분야 이해

황동과 구리의 차이점에 대해 궁금한 적이 있나요? 이 블로그 게시물에서는 두 금속의 고유한 특성, 응용 분야, 그리고 서로 비교하는 방법을 살펴보면서 이 두 금속의 매혹적인 세계에 대해 자세히 알아볼 것입니다. 숙련된 기계 엔지니어로서 황동과 구리의 주요 차이점을 이해하는 데 도움이 되는 인사이트와 지식을 공유하겠습니다. 두 금속의 구성, 물리적 특성, 다양한 산업에서 어떻게 사용되는지 알아보세요.

목차

구리

황동은 산업용 순수 구리입니다. 장미 빛 붉은 색과 산화막이 형성된 후 표면이 자주색으로 변하기 때문에 일반적으로 황동 또는 적색 구리라고 불립니다.

일정량의 산소를 함유한 구리 합금으로 옥시-구리라고도 하며 때로는 구리 합금으로 간주될 수 있습니다.

적색 구리는 전기 전도성과 열 전도성이 뛰어나며 가단성이 매우 뛰어납니다. 고온 또는 저온 압력으로 가공하기 쉬우며 전선, 케이블, 전기 브러시, 전기 스파크용 특수 전기 침식 구리 등 전기 전도성이 좋은 제품을 제조하는 데 널리 사용됩니다.

구리는 은 다음으로 전기 전도도와 열 전도도가 높은 금속으로 전도성 및 열 전도성 소재의 생산에 널리 사용됩니다.

구리는 대기, 해수, 특정 비산화성 산(염산, 묽은 황산), 알칼리, 소금 용액 및 다양한 유기산(아세트산, 구연산)에 대한 내식성이 우수하며 화학 산업에서 사용됩니다.

또한 구리는 용접성 냉가소성 또는 열가소성 가공을 통해 다양한 반제품 및 완제품으로 만들 수 있습니다.

1970년대에는 구리의 생산량이 다른 유형의 구리 합금의 총 생산량을 초과했습니다.

자연 분류

구리는 보라색-빨간색을 띠기 때문에 이름이 붙여졌습니다. 반드시 순수한 구리는 아니며, 소재와 성능을 향상시키기 위해 소량의 탈산 원소나 다른 원소를 첨가하는 경우도 있으므로 구리 합금으로 분류하기도 합니다.

구리 소재는 성분에 따라 일반 구리(T1, T2, T3), 무산소 구리(TU1, TU2 및 고순도 진공 무산소 구리), 탈산소 구리(TUP, TUMn), 소량의 특수 구리 등 4가지로 나눌 수 있습니다. 합금 원소 첨가(비소 구리, 텔루륨 구리, 은 구리).

구리는 은 다음으로 전기 전도도와 열 전도도가 높은 금속으로 전도성 및 열 전도성 소재의 생산에 널리 사용됩니다.

구리는 대기, 해수, 특정 비산화성 산(염산, 묽은 황산), 알칼리, 소금 용액 및 다양한 유기산(아세트산, 구연산)에 대한 내식성이 우수합니다.

일반적인 구리 합금은 황동, 청동, 황동의 세 가지 범주로 분류됩니다. 흰색 구리.

구리 성능

속성 분류:

구리는 비교적 순수한 유형의 구리이며 일반적으로 전기 전도성과 연성이 좋은 순수 구리로 간주 될 수 있습니다. 강도 및 경도. 보라색 구리는 열전도율, 연성 및 내식성이 뛰어납니다.

보라색 구리의 미량 불순물은 구리의 전기 전도도와 열 전도도에 심각한 영향을 미칩니다.

티타늄인, 철, 규소 및 기타 원소는 전기 전도도를 크게 감소시킬 수 있지만 카드뮴, 아연 및 기타 원소는 거의 영향을 미치지 않습니다.

황, 셀레늄, 텔루륨 및 기타 원소는 구리에 대한 용해도가 작고 구리와 부서지기 쉬운 화합물을 형성하여 전기 전도도에는 거의 영향을 미치지 않지만 가공 가소성을 감소시킬 수 있습니다.

보라색 구리는 대기, 해수, 특정 비산화성 산(염산, 묽은 황산), 알칼리, 소금 용액 및 다양한 유기산(아세트산, 구연산)에서 내식성이 우수하며 화학 산업에서 사용됩니다.

또한 보라색 구리는 용접성이 우수하고 냉간 또는 고온 가소성 가공을 통해 다양한 반제품 및 완제품으로 만들 수 있습니다.

1970년대에는 보라색 구리의 생산량이 다른 유형의 구리 합금의 총 생산량을 초과했습니다.

물리적 속성:

보라색 구리의 미량 불순물은 구리의 전기 전도도와 열 전도도에 심각한 영향을 미칩니다.

티타늄, 인, 철, 실리콘 및 기타 원소는 전기 전도도를 크게 감소시킬 수 있지만 카드뮴, 아연 및 기타 원소는 거의 영향을 미치지 않습니다.

산소, 황, 셀레늄, 텔루륨 및 기타 원소는 구리에 대한 용해도가 작고 구리와 취성 화합물을 형성할 수 있어 전기 전도도에는 거의 영향을 미치지 않지만 가공 가소성을 감소시킬 수 있습니다.

일반 보라색 구리를 수소 또는 일산화탄소가 포함된 환원 분위기에서 가열하면 수소 또는 일산화탄소가 산화물 구리(Cu2O)가 입자 경계에서 고압의 수증기 또는 이산화탄소 가스를 생성하여 구리를 파열시킬 수 있습니다.

이 현상은 일반적으로 구리의 '수소 질환'으로 알려져 있습니다.

산소는 구리의 용접성에 해롭습니다. 비스무트 또는 납은 구리와 저융점 공융체를 형성하여 구리의 고온 취성을 유발하고, 취성 비스무트는 결정립 경계에 필름과 같은 분포를 형성하여 구리의 저온 취성을 유발합니다.

인은 구리의 전기 전도성은 구리 액체의 유동성과 용접 특성을 향상시킬 수 있습니다. 적절한 양의 납, 텔루륨, 황 및 기타 원소를 사용하면 기계 가공성을 향상시킬 수 있습니다.

상온에서 어닐링된 보라색 동판의 인장 강도는 22-25 kgf/mm입니다.2연신율은 45-50%, 그리고 브리넬 경도 (HB)는 35-45입니다.

순수 구리의 열전도율은 386.4W/(m-K)입니다.

애플리케이션

구리는 순수 철보다 더 많은 용도로 널리 사용됩니다. 50%의 구리는 전기 산업에서 사용하기 위해 전해질로 순수 구리로 정제됩니다.

여기에 사용되는 구리는 구리 함량이 99.95% 이상으로 매우 순수해야 하며, 특히 인, 비소, 알루미늄 등의 불순물이 매우 적어 구리의 전기 전도도를 크게 떨어뜨릴 수 있습니다.

주로 발전기, 버스, 케이블, 스위치, 변압기와 같은 전기 장비와 파이프 라인용 열교환기, 태양열 난방 장치, 평판 집열기 및 기타 열 전도성 재료와 같은 열 전달 장비를 만드는 데 사용됩니다.

구리의 산소(구리 정제 과정에서 소량의 산소와 쉽게 혼합됨)는 전기 전도도에 큰 영향을 미칩니다.

전기 산업에서 사용되는 구리는 일반적으로 산소가 없는 구리여야 합니다. 또한 납, 안티몬, 비스무트와 같은 불순물은 구리의 결정화가 서로 결합하는 것을 방해하여 뜨거운 취성을 유발하고 순수 구리의 가공에 영향을 미칩니다.

이 고순도 구리는 일반적으로 전기분해를 통해 정제됩니다. 불순한 구리(즉, 조동)를 양극으로, 순수한 구리를 음극으로 사용하고 황산구리 용액을 전해질로 사용합니다.

전류가 흐르면 양극의 불순한 구리는 서서히 녹고 음극에는 순수한 구리가 침전됩니다. 이렇게 정제된 구리의 순도는 최대 99.99%입니다.

보라색 구리는 모터, 인덕션 히터, 고전력 전자 부품, 배선 단자 및 기타 부품의 단락 링 생산에도 사용됩니다.

보라색 구리는 문, 창문, 난간과 같은 가구와 장식에도 사용됩니다.

황동

황동은 구리와 아연으로 구성된 합금입니다. 구리와 아연으로만 구성된 경우 일반 황동이라고 합니다.

납, 주석, 망간, 니켈, 납, 철, 실리콘으로 구성된 구리 합금과 같이 두 가지 이상의 원소로 구성된 경우 특수 황동이라고 합니다.

황동은 내마모성이 강합니다. 특수 합금 황동이라고도 하는 특수 황동은 강도가 높고 경도가 크며 화학적 부식에 대한 저항성이 강하고 절삭 가공에 뛰어난 기계적 특성을 가지고 있습니다.

황동으로 만든 이음매 없는 구리 튜브는 부드러운 질감과 강한 내마모성을 가지고 있으며 열교환기, 응축기, 저온 파이프 라인, 해저 수송관 및 시트, 봉, 파이프, 주조 부품 등의 제조에 사용할 수 있습니다.

황동의 구리 함량은 62%~68%이며 가소성이 강해 내압성 장비 제조에 적합합니다.

황동은 합금 원소의 종류에 따라 일반 황동과 특수 황동의 두 가지 범주로 분류할 수 있습니다. 압력 가공에 사용되는 황동을 변형 황동이라고 합니다.

1. 일반 황동

(1) 일반 황동의 상온 미세 구조

일반 황동은 구리와 아연의 이원 합금으로 아연 함량이 매우 다양하여 상온 미세 구조에 상당한 차이가 있습니다.

Cu-Zn 이진 상 다이어그램(그림 6)에 따르면 황동의 실온 미세 구조는 세 가지 유형으로 나눌 수 있습니다: 아연 함량이 35% 미만인 황동은 상온에서 단상 α 고용체로 구성되며 α-황동, 아연 함량이 36%~46%인 황동은 상온에서 2상(α+β) 미세 구조로 구성되며 (α+β) 황동(2상 황동), 아연 함량이 46%~50% 이상이며 상온에서 β 상 미세 구조로만 구성되며 β-brass라고 부르는 황동입니다.

(2) 압력 처리 속성

단상 α-황동(H96~H65)은 연성이 우수하고 냉간 및 열간 가공에 견딜 수 있습니다. 그러나 단상 α 황동은 단조와 같은 열간 가공 시 중온 취성이 발생하기 쉽고 아연 함량에 따라 비온도 범위가 달라지며 일반적으로 200℃에서 700℃ 사이입니다.

따라서 열간 가공 시 온도는 700℃ 이상이어야 합니다. Cu-Zn 합금 시스템의 α 상 영역에서 중온 취성의 주된 이유는 합금의 α 상 영역에 중저온 가열 중에 정렬된 변형을 겪는 두 가지 정렬된 화합물인 Cu3Zn과 Cu9Zn이 있어 합금이 취성을 일으키기 때문입니다.

또한 납 및 비스무트와 같은 유해한 불순물은 합금에 미량 존재하며 입자 경계에 분포된 저용융 공융막을 형성하여 열간 가공 중에 입계 파단을 일으킵니다. 실제로 미량의 세륨을 첨가하면 중온 취성을 효과적으로 제거할 수 있는 것으로 나타났습니다.

2상 황동(H63~H59)은 전자 화합물 CuZn을 기반으로 하는 α 상과 β 고용체로 구성됩니다. β 상은 고온에서 연성이 높은 반면 저온에서는 β' 상(질서정연한 고용체)이 단단하고 부서지기 쉽습니다. 따라서 (α+β) 황동은 뜨거운 상태에서 단조해야 합니다.

아연 함량이 46%~50%보다 큰 β-황동은 단단하고 부서지기 쉬우며 압력을 받아 가공할 수 없습니다.

(3) 기계적 특성

아연 함량의 차이로 인해 황동의 기계적 특성이 달라집니다. 그림 7은 아연 함량에 따라 변화하는 황동의 기계적 특성 곡선을 보여줍니다. α-황동의 경우 아연 함량이 증가함에 따라 σb와 δ 모두 지속적으로 증가합니다. (α+β) 황동의 경우 아연 함량이 약 45%까지 증가할 때까지 실온 강도가 지속적으로 증가합니다.

아연 함량이 더 증가하면 합금 미세 구조에 취성 r 상 (Cu5Zn8 화합물 기반의 고용체)이 나타나고 강도가 급격히 감소합니다. (α+β) 황동의 실온 가소성은 아연 함량이 증가함에 따라 감소합니다. 따라서 아연 함량이 45%를 초과하는 구리-아연 합금은 실용적인 가치가 없습니다.

2. 특수 황동

황동의 내식성, 강도, 경도 및 가공성을 향상시키기 위해 구리-아연 합금에 소량의 주석, 알루미늄, 망간, 철, 실리콘, 니켈, 납 및 기타 원소(일반적으로 1%~2%, 일부는 3%~4%, 매우 드물게는 5%~6%까지)를 첨가하여 복합 황동 또는 특수 황동이라고 하는 3차, 4차 또는 심지어는 5차 합금을 형성합니다.

(1) 아연 등가 계수

복잡한 황동의 미세 구조는 황동에 추가된 원소의 '아연 등가 계수'를 기준으로 계산할 수 있습니다. 구리-아연 합금에 소량의 다른 합금 원소를 추가하면 일반적으로 Cu-Zn 상 다이어그램에서 α/(α+β) 상 영역이 왼쪽 또는 오른쪽으로만 이동하기 때문입니다.

따라서 특수 황동의 미세 구조는 일반적으로 아연 함량이 증가하거나 감소한 일반 황동의 미세 구조와 동일합니다.

예를 들어, Cu-Zn 합금에 1% 실리콘을 추가한 미세 구조는 Cu-Zn 합금에 아연을 10% 더 추가한 합금 미세 구조와 동일합니다.

따라서 실리콘의 "아연 등가 계수"는 10입니다. 실리콘은 "아연 등가 계수"가 가장 높아서 Cu-Zn 시스템에서 α/(α+β) 상 경계를 구리 쪽으로 크게 이동시켜 α 상 영역을 크게 줄입니다. 니켈의 "아연 등가 계수"는 음의 값으로 α 상 영역을 확장합니다.

(2) 특수 황동의 특성

특수 황동의 α 및 β 상은 다원소 복합 고용체로 일반 황동의 단순한 Cu-Zn 고용체보다 강화 효과가 더 큽니다.

아연 등가물은 동일하지만 다원소 고용액과 단순 이진 고용액의 특성은 다릅니다. 따라서 소량의 다원소 강화는 합금 특성을 개선하는 한 가지 방법입니다.

(3) 일반적으로 사용되는 몇 가지 특수 변형 황동의 미세 구조 및 변형 특성.

납 황동: 납은 실제로 황동에 용해되지 않지만 입자 경계에 분포된 자유 입자로 존재합니다. 납 황동은 미세 구조에 따라 α와 (α+β)의 두 가지 유형이 있습니다. 납의 유해한 영향으로 인해 α 납 황동은 열가소성이 낮고 냉간 변형 또는 열간 압출만 가능합니다. (α+β) 납 황동은 고온에서 가소성이 더 우수하며 단조가 가능합니다.

주석 황동: 황동에 주석을 첨가하면 합금의 내열성, 특히 바닷물에서의 부식에 대한 저항력을 크게 향상시킬 수 있으므로 주석 황동을 "해군용 황동"이라고도 합니다. 주석은 구리 기반 고용액에 용해되어 고용액 강화를 제공할 수 있습니다. 그러나 주석 함량이 증가함에 따라 합금에 취성 r 상(CuZnSn 화합물)이 나타날 수 있으며, 이는 합금의 소성 변형에 도움이 되지 않습니다.

따라서 주석 황동의 주석 함량은 일반적으로 0.5% ~ 1.5% 범위입니다. 일반적으로 사용되는 주석 황동에는 HSn70-1, HSn62-1, HSn60-1이 있습니다. 전자는 가소성이 높은 α 합금으로 냉압 및 고온 가공이 가능합니다. 후자의 두 합금은 (α+β) 2상 미세 구조를 가지며 소량의 r상이 존재하는 경우가 많으며 실온 가소성이 낮고 고온 상태에서만 변형될 수 있습니다.

망간 황동: 망간은 고체 상태의 황동에 비교적 높은 용해도를 가지고 있습니다. 황동에 1%~4% 망간을 첨가하면 가소성을 감소시키지 않으면서 합금의 강도와 내식성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 망간 황동은 (α+β) 미세 구조를 가지고 있습니다. 일반적으로 사용되는 망간 황동에는 추위와 더위 조건에서 변형 특성이 좋은 HMn58-2가 있습니다.

철 황동: 철 황동에서 철은 풍부한 철상 입자로 침전되어 핵 형성 부위 역할을 하고 입자를 정제하며 재결정된 입자의 성장을 방지하여 합금의 기계적 및 가공 특성을 향상시킬 수 있습니다. 철 황동의 철 함량은 일반적으로 1.5% 미만이며 미세 구조는 (α + β)로 강도와 인성이 높고 고온에서 가소성이 좋으며 저온 상태에서 변형성이 있습니다. 일반적으로 사용되는 등급은 Hfe59-1-1입니다.

니켈 황동: 니켈과 구리는 연속적인 고용체를 형성하여 α 상 영역을 크게 확장할 수 있습니다. 황동에 니켈을 첨가하면 대기와 바닷물에서 합금의 내식성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 니켈은 또한 황동의 재결정 온도를 높이고 더 미세한 입자의 형성을 촉진할 수 있습니다.

HNi65-5 니켈 황동은 단상 α 구조를 가지며 상온에서 우수한 가소성을 나타냅니다. 또한 고온 상태에서도 변형될 수 있지만 불순물 납의 함량을 엄격하게 관리해야 하며 그렇지 않으면 합금의 고온 가공성이 심각하게 저하됩니다.

3. 황동의 주요 화학 성분

등급화학 성분
QBGB/JIS/UNSCuPbZnFeSn총 불순물
C2501JIS C350160.0-64.00.7-1.7REM<=0.2Fe+Sn<=0.4
C3601JIS C360159.0-63.01.8-3.7REM<=0.3Fe+Sn<=0.5
C3602JIS C360259.0-63.01.8-3.7REM<=0.5Fe+Sn<=1.2
C3603JIS C360357.0-61.01.8-3.7REM<=0.35Fe+Sn<=0.6
C3604JIS C360457.0-61.01.8-3.7REM<=0.5Fe+Sn<=1.2
C3605JIS C360556.0-60.01.8-3.7REM<=0.5Fe+Sn<=1.2
C3771JIS C377157.0-61.01.8-3.7REMFe+Sn<=1.0
360ASTM C3600060.0-63.02.5-3.7REM<=0.35남아있음
H62H62/JIS C280060.5-63.5<=0.08REM<=0.15<=0.5
H65H65/JIS C270063.5-68.0<=0.03REM<=0.1<=0.3
H68H68/JIS C260067.0-70.0<=0.03REM<=0.1<=0.3
H63H6362.0-65.0<=0.08REM<=0.15<=0.5
H90H9088.0-91.0<=0.03REM<=0.1<=0.2
H96H9695.0-97.0<=0.03REM<=0.1<=0.2
H62FH62F60.0-63.00.5-1.2REM<=0.2<=0.75
HPb59-1HPb59-157.0-60.00.8-1.9REM<=0.5<=1.0
HPb58-257.0-59.01.5-2.5REM<=0.5<=1.0

4. 황동의 기계적 특성

등급처리 막대 속성처리 와이어 성능
상태인장 강도신장률(%)경도상태인장 강도신장률(%)
HPb63-3Y(H)>=490>=3Y(H)390-610>=3
>=450>=8390-600>=3
>=410>=10390-590>=4
Y(H)>=390>=10Y2(1/2h)570-735
>=360>=14
H62FY(H)>=380>=12Y2(1/2h)390-590>=8
390-590>=10
>=340>=15370-570>=12
350-560>=15
HPb59-1
HPb58-2
HPb58-3
Y(1/2h)>=450>=8Y2(1/2h)390-590
>=420>=10360-570
>=390>=12Y(H)490-720
>=370>=16400-640
H62
H63
Y2(1/2h)>=370>=15M(0)>=335>=18
>=315>=26
>=300>=36
Y2(1/2h)>=410
>=355>=7
>=335>=15
>=335>=20Y1(3/4H)540-785 
390-685 
350-550 
Y(H)685-980 
540-835 
500-700 
H65Y(H)>=390M(0)>=325>=18
>=295>=28
>=275>=38
Y2(1/2h)>=400
>=375>=7
>=350>=15
M(0)>=295>=40Y1(3/4H)490-735
490-785
470-670
Y(H)635-885
490-785
470-670
H68Y2(1/2h)>=370>=15M(0)>=355>=18
>=395>=30
>=275>=42
>=315>=25Y2(1/2h)>=390
>=345>=10
310-510
>=295>=30Y1(3/4H)490-735
345-635
310-510
M(0)>=295>=45Y(H)685-930
540-835
490-685
C35010>=295>=20
1/2H345-440>=10
   H>=420
C36010>=295>=250>=315>=20
1/2H>=345>=HV95H>=345
H>=450>=HV130H>=345
C3602F>=315>=HV75F>=365
C36030>=315>=200>=315>=20
1/2H>=365>=HV1001/2H>=365
H>=450>=HV130H>=450
C3604F>=335>=HV80F>=420
C3605
C3771F>=315>=15F>=365>=10
360Y2(1/2h)>=450>=8Y2(1/2h)420-600
>=410>=12375-590
>=390>=18360-550
H>=490H520-735
>=450440-710
>=420410-610
H90
H96
Y(H)>-=265>=4Y(H)470-800
400-720
>=245>=6380-620
M(0)>=205>=35M(0)>=315>=32
>=250>=38
>=230>=45

구리 및 구리 제품의 분류

1.1 자연 속 존재 형태에 따른 분류

네이티브 구리: 구리 함량은 99% 이상이지만 매장량은 극히 부족합니다;

구리 산화물 광석: 역시 희귀합니다;

황화구리 광석: 구리 함량은 일반적으로 약 2~3%로 매우 낮습니다.

2. 생산 공정에 따른 분류

구리 정광: 제련 전에 구리 함량이 높은 광석을 선별하여 제련합니다.

블리스터 구리: 구리 정광을 제련한 후 얻은 제품으로 구리 함량이 95~98%입니다.

순수 구리: 열야금 정제 또는 전기 분해 후 얻은 99% 이상의 함량을 가진 구리. 열야금 정련은 순도 99-99.9%의 순수 구리를 생산할 수 있으며, 전기분해는 구리의 순도를 99.95-99.99%에 도달할 수 있습니다.

3. 주요 합금 원소에 따른 분류

황동: 구리-아연 합금;

청동: 구리-주석 합금 등(아연-니켈 합금 제외, 다른 원소가 추가된 합금을 청동이라고 함);

큐프로니켈: 구리-코발트-니켈 합금.

4. 제품 형태에 따른 분류: 구리 파이프, 구리 막대, 구리선, 구리 시트, 구리 스트립, 구리 막대, 구리 호일 등

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Shane
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Shane

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MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.

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