CUPRU I ARTICOLE DIN CUPRU

Consideraii generale

Metalurgia cuprului utilizeaz diferii compui naturali, precum i metalul n stare nativ i deeurile i resturile de cupru.

Cuprul este extras din sulfurile sale printr-un procedeu de extracie uscat, constnd din prjirea, n cazul n care aceast prjire are loc, a minereului pulverizat i concentrat, pentru a elimina din el sulful excedentar i din topirea lui ntr-un cuptor, pentru a obine mata cuproas sau metalul dur (neductil).

n anumite cazuri, minereul concentrat este topit ntr-un cuptor zis de topire fulger (flash

smelting), n prezena aerului sau a oxigenului, fr prjire prealabil. Mata este tratat ntr-un convertizor cu scopul de a se elimina cea mai mare parte a fierului

i sulfului i de a se obine cupru blister (denumit astfel fiindc are suprafaa rugoas i cu sufluri). Cuprul blister este rafinat ntr-un cuptor cu reverberaie, pentru a se obine cupru rafinat la foc, operaie care este urmat, dac este cazul, de o electroliz.

Se utilizeaz, de asemenea, pentru anumite minereuri i pentru anumite reziduuri, un procedeu pe cale umed (extragerea materiilor solubile dintr-un amestec, cu ajutorul dizolvanilor).

Cuprul, metal foarte ductil i maleabil, este, dup argint, cel mai bun conductor de cldur i de electricitate. EI este ntrebuinat n starea pur, n special n electricitate, sub form de fire i n industrie, ca element de rcire, sub form de serpentine sau de plci; dar el se preteaz la numeroase utilizri, mai ales sub form de aliaje.

a) Cupru rafinat

Metalul cu un coninut minim de cupru de 99,85% n greutate; sau metalul cu un coninut minim de cupru de 97,5 % n greutate, cu condiia ca nici un alt element s nu depeasc coninutul limit indicat n tabelul de mai jos:

TABEL - Alte elemente n cupru

Element

Coninut limit n % de greutate

Ag Argint 0,25

As Arsen 0,5

Cd Cadmiu 1,3

Cr Crom 1,4

Mg Magneziu 0,8

Pb Plumb 1,5

S Sulf 0,7

Sn Staniu 0,8

Te Telur 0,8

Zn Zinc 1

Zr Zirconiu 0,3

Alte elemente*, fiecare n parte 0,3

*) Alte elemente, de exemplu, A1, Be, Co, Fe, Mn, Ni, Si.

Aliaje pe baz de cupru

b) Aliaje de cupru sunt materialele metalice altele dect cuprul nerafinat, n care cuprul

predomin, n greutate, fa de oricare dintre celelalte elemente, cu condiia ca: 1) cel puin unul dintre celelalte elemente s aib un coninut, n greutate, care depete

limitele indicate n tabelul de mai sus; sau

2) coninutul total, n greutate, al celorlalte elemente s depeasc 2,5 %.

c) Aliaje pe baz de cupru Compoziiile care conin cupru ntr-o proporie ce depeste 10 % din greutate i alte

elemente de aliere, compoziii care nu se preteaz la deformri plastice i sunt utilizate fie ca aditive la prepararea altor aliaje, fie ca dezoxidani, desulfurani sau n scopuri similare, n metalurgia metalelor neferoase. Totui, combinaiile de fosfor i de cupru (fosfurile de cupru) care conin peste 15 % fosfor, n greutate, sunt clasificate separat.

Proprietatile fizice ale unui metal, precum rezistenta, duritatea, punctul de topire si

conductivitatea electrica, depind de structura sa cristalina. Aceasta se modifica atunci cand metalul

este amestecat cu o alta substanta. Aliajul rezultat are o structura diferita de a componentelor sale,

astfel ncat si proprietatile sale sunt diferite.Unele aliaje contin nemetale, precum carbonul, siliciul

si fosforul, dar majoritatea aliajelor sunt facute n ntregime din metale. Otelul este un aliaj de

fier si carbon, dar otelurile aliate au elemente de aliere aditionale, precum nichelul, siliciul,

manganul si cromul. Acestea modifica structura de baza a otelului, astfel ncat se pot aplica forme

variate de tratare pentru a face otelul sa fie mai dur, mai moale, mai elastic sau mai rezistent, n

functie de necesitatile aplicatiei.

Printre aliajele pe baza de cupru se numr bronzul, alama i aliajele din cupru si nichel. Bronzul cel mai vechi aliaj fabricat consta iniial n aproximativ 75% cupru i 25% staniu. In prezent, denumirea de bronz se refer la o gam larg de aliaje pe baz de cupru, care conin o varietate de metale i uneori puin staniu, sau deloc.

Printre cele mai importante bronzuri sunt bronzurile fosforoase, fcute prin adaugarea de pn la 0.5% fosfor la un bronz de cupru i staniu ce conine 85-90% cupru. Cu mai puin de 0.3% fosfor, aliajul este elastic i nemagnetic. Un astfel de aliaj este folosit la fabricarea armturilor de contact pentru relee-ntreruptoare acionate de electromagnei. Armturile din aliaj sunt unite uor pentru a face contact. Ele nu se magnetizeaz, astfel se desprind la ntreruperea curentului electric.

Atunci cnd coninutul de fosfor este mai ridicat, aliajul devine mult mai dur, deoarece n el se formeaz un compus numit fosfura de cupru. Aceast form dur de bronz fosforos este des folosit la fabricarea lagrelor pentru maini i motoare.

In soluia solid substituional, elementele sunt efectiv dizolvate unele n altele. Reeaua cristalin a unui element conine atomi ai celuilalt element n poziii care n mod normal pot fi ocupate de atomi ai primului element. Cu alte cuvinte, o parte din atomii unui element sunt nlocui cu atomii celuilalt element.

Cel de-al doilea mod de formare a unui aliaj este atunci elementele sunt dizolvate unele n

altele ntr-o soluie solid interstiial. In acest caz, atomii aparinnd celui de-al doilea metal ocup spaii libere dintre atomii din reeaua cristalin a primului element. Cu alte cuvinte, atomii unui element intr n interstiiile, sau spaiile, din structura celuilalt element.

Cel de-al treilea mod n care se alieaza elementele este prin formarea de compui intermetalici. Dou metale se combin prin legturi chimice pentru a forma un compus cristalin cu o structur reticular, de reea. Aceasta conine atomi ai ambelor metale aranjai ntr-un tipar foarte regulat. La unele aliaje aceast structur reticular se schimb de la o form la alta dup fabricare, relativ lent, determinnd i schimbarea proprietilor aliajului, n special duritatea i friabilitatea. O schimbare de acest fel provoac la unele aliaje efectul cunoscut sub numele de durificare prin mbtrnire (aging).

Forme de livrare a cuprului

d) Bare i tije Produsele laminate, extrudate, trase sau forjate, nerulate, a cror seciune transversal, plin

i constant pe ntreaga lor lungime, este n form de cerc, de oval, de ptrat, de dreptunghi, de triunghi echilateral sau de poligon convex regulat (inclusiv cercurile aplatizate i dreptunghiurile modificate, ale cror dou laturi opuse sunt n form de arc de cerc convex, celelalte dou fiind rectilinii, egale i paralele). Produsele cu seciune transversal ptrat, dreptunghiular, triunghiular sau poligonal pot avea muchii rotunjite pe ntreaga lor lungime. Grosimea produselor cu seciunea transversal dreptunghiular (inclusiv produsele cu seciune dreptunghiular modificat) depete a zecea parte din lime. Se consider, de asemenea, ca fiind bare i tije, produsele de aceleai forme i dimensiuni, obinute prin mulare, turnare sau sinterizare, dac au suferit, dup obinerea lor, o prelucrare superioar unei debavurri grosiere, cu condiia ca aceast prelucrare s nu le confere acestor produse caracterul de articole sau de produse clasificate n alt parte.

Totui, sunt considerate drept cupru sub form brut barele i tijele pentru srm i aglele care au fost ascuite sau altfel prelucrate la extremiti, pur i simplu pentru a se facilita introducerea lor n mainile destinate a le transforma (de exemplu) n srm sau n evi.

e) Profile

Produsele laminate, extrudate, trase, forjate sau obinute prin formare ori prin ndoire, rulate sau nu, cu seciunea transversal constant pe toat lungimea lor, care nu corespund nici uneia din definiiile date pentru bare i tije, srme, table, benzi, foi, tuburi sau evi.

Se consider, de asemenea, ca fiind profile, produsele de aceleai forme, obinute prin mulare, turnare sau sinterizare, dac au suferit, dup obinerea lor, o prelucrare superioar unei debavurri grosiere, cu condiia ca aceast prelucare s nu le confere acestor produse caracterul de articole sau de produse clasificate n alt parte.

f) Srm Produsele laminate, extrudate, trase trefilate, rulate, a cror seciune transversal, plin i

constant pe ntreaga lor lungime, este n form de cerc, de oval, de ptrat, de dreptunghi, de triunghi echilateral sau de poligon convex regulat (inclusiv cercurile aplatizate i dreptunghiurile modificate, ale cror dou laturi opuse sunt n form de arc de cerc convex, celelalte dou fiind rectilinii, egale i paralele). Produsele cu seciune transversal ptrat, dreptunghiular, triunghiular sau poligonal pot avea muchii rotunjite pe ntreaga lor lungime. Grosimea produselor cu seciunea transversal dreptunghiular (inclusiv produsele cu seciune dreptunghiular modificat) depete a zecea parte din lime.

Totui, n sensul prevederilor standardelor se admit ca srm numai produsele, rulate sau nu, a cror seciune transversal, de form oarecare, nu depete 6 mm pe dimensiunea ei cea mai mare.

g) Table, benzi i folii Produsele plate (altele dect produsele sub form brut clasificate conform standardelor),

rulate sau nerulate, de seciune transversal dreptunghiular (alta dect ptrat) plin, chiar cu muchii rotunjite (inclusiv dreptunghiurile modificate, ale cror dou laturi opuse sunt n form de arc de cerc convex, celelalte dou fiind rectilinii, egale i paralele), cu grosime constant, prezentate:

sub form ptrat sau dreptunghiular, a cror grosime nu depete a zecea parte din lime;

sub alte forme dect ptrat sau dreptunghiular, de orice dimensiune, cu condiia s nu aib caracterul de articole sau de produse clasificate n alt parte.

Rmn, ntre altele, clasificate conform standardelor, tablele, benzile i foliile prezentnd modele n relief (caneluri, striaii, ncreituri, picturi, umflturi, romburi, de exemplu), precum i cele perforate, ondulate, lustruite sau acoperite, cu condiia ca aceste prelucrri s nu le confere acestor produse caracterul de articole sau de produse clasificate n alt parte.

h) Tuburi i evi Produsele tubulare, rulate sau nerulate, a cror seciune transversal, constant pe ntreaga

lor lungime i neavnd dect o singur cavitate nchis, este n form de cerc, de oval, de ptrat, de dreptunghi, de triunghi echilateral sau de poligon convex regulat, i ai cror perei au o grosime constant. Sunt considerate, de asemenea, ca fiind tuburi i evi, produsele cu seciune transversal n form de cerc, de oval, de ptrat, de dreptunghi, de triunghi echilateral sau de poligon convex regulat, care pot prezenta muchii rotunjite pe ntreaga lor lungime, cu condiia ca seciunile transversale interioar i exterioar s aib aceeai form, aceeai dispunere i acelai centru. Tuburile i evile avnd seciunile transversale menionate mai sus pot fi polizate, acoperite, ndoite, filetate n interior sau n exterior, perforate, ngustate, evazate, conice sau echipate cu flane, bride sau buce.

Se nelege prin:

a) Aliaje pe baz de cupru-zinc (alam) este orice aliaj de cupru i de zinc, cu sau fr alte elemente. Dac sunt prezente alte elemente, atunci:

- zincul predomin, n greutate, fa de oricare dintre aceste alte elemente; - eventualul coninut de nichel este mai mic de 5 %, n greutate (a se vedea aliajele pe baz de

cupru-nichel-zinc denumite alpaca);

- eventualul coninut de staniu este mai mic dect 3 %, n greutate (a se vedea aliajele pe baz de cupru-staniu denumite bronz).

Alama este un aliaj de cupru i zinc, combinate ntr-o varietate larg de proporii. Ea este adesea aliat i cu alte metale, inclusiv staniu, plumb i aluminiu.

Alama de cartue conine circa 70% cupru i 30% zinc. Este foarte ductil, dar are rezisten mic la ntindere. Acest aliaj a fost iniial dezvoltat pentru fabricarea tuburilor de cartue i este folosit i n prezent n acest scop. Alte articole fabricate n prezent din alam de cartue sunt robinete i fitingurile pentru evrie, precum i soclurile becurilor electrice.

Alama special, mai dur i mai rezistent dect alama de cartue, se obine prin alierea cuprului i zincului cu mangan, fier i staniu, plumb sau aluminiu. Alama special este uor de prelucrat i potrivit pentru turntorie (elicele unor nave).

Multe alte tipuri de alam sunt facute pentru o gam larg de aplicaii, inclusiv pentru componente n construcia de maini, roi dinate, ornamente, prize i dulii pentru becuri electrice.

b) Aliaje pe baz de cupru-staniu (bronz) este orice aliaj de cupru i de staniu, cu sau fr alte elemente. Dac sunt prezente alte elemente, atunci staniul predomin, n greutate, fa de oricare dintre aceste alte elemente. Totui, atunci cnd coninutul de staniu este de minimum 3 %, n greutate, coninutul de zinc poate s predomine, n greutate, dar trebuie s fie sub 10 %.

c) Aliaje pe baz de cupru-nichel-zinc (alpaca) este orice aliaj de cupru, de nichel i de zinc, cu sau far alte elemente. Coninutul de nichel, n greutate, este de minimum 5 % (a se vedea i aliajele pe baz de cupru-zinc denumite alam).

Alpacaua este strns nrudit cu alama. Este alctuit din cupru aliat cu zinc i nichel i se mai numete argentan. Argentanul de fapt nu conine deloc argint, dar are aspect de argint. El este mai bine cunoscut pentru utilizarea sa la fabricarea tacmurilor. De obicei este placat cu argint i este cunoscut sub numele de argentan galvanizat, sau EPNS.

d) Aliaje pe baz de cupru-nichel este orice aliaj de cupru i de nichel, cu sau fr alte elemente, dar care n orice caz, nu conine mai mult de 1 %, n greutate, zinc. Dac sunt prezente alte elemente, atunci nichelul predomin, n greutate, fa de oricare dintre aceste alte elemente.

e) Bronzuri de plumb. Pentru fabricarea lagrelor care trebuie s reziste la viteze i presiuni mari, este mai potrivit bronzul fosforos de plumb. Acesta se obine prin includerea a 3.5% plumb n bronzul fosforos menionat anterior.

Plumbul este folsit i pentru obinerea bronzurilor de plumb cu staniu. Tipurile cu coninut redus de plumb, doar 0.5% plumb, au fost n trecut mult folosite pentru fabricarea garniturilor

pentru conducte de aburi i de ap i pentru lucrri ornamentale. Bronzurile cu staniu cu coninut ridicat, pn la 20% plumb, se foloseau pentru lagre de alunecare de nalt performan.

In ultimul timp plumbul a fost declarant toxic i utilizarea lui la fabricarea produselor de uz curent a fost interzis n UE. Pentru aliajele cu plumb au fost stabilii nlocuitori, ca i n cazul cadmiului.

f) Bronzul rou. Bronzul rou este o form de bronz care conine zinc. Bronzurile roii tradiionale conin aproximativ 88% cupru, 8-10% staniu si 2-4% zinc. Bronzurile rosii cu nichel conin pn la 5% nichel. Iniial folosit la fabricarea evilor de arme de foc, bronzul rosu este utilizat la componente pentru construcii de maini, inclusiv rulmeni.

g) Bronzul cu aluminiu este un aliaj de cupru i aluminiu, adesea cu cantiti mici de alte metale, precum nichel, fier sau mangan. Dei se numeste bronzuri, adesea nu conin deloc staniu. Bronzul de aluminiu este la fel de rezistent ca i oelul moale i are o bun rezisten la coroziune, inclusiv la actiunea acizilor diluati. Este folosit la fabricarea elicelor navelor, a unor piese pentru

utilaje hidraulice grele i a utlajelor de tehnologie chimic, precum rezervoare i pompe rezistente la acizi. Se folosesc de asemenea n construcia unor motoare rachet cu rcire regenerative.