Table Of ContentMATERIALTEKNIKK
Rolf Garbo Corneliussen
Ikke-jern-metaller
Depotbiblioteket
Universitetsforlaget
\W
De maritime, skoler
i Arendal
BIBLIOTEK
© Universitetsforlaget 1974
2. utgave 1980
ISBN 82-00-27857-3
Det må ikke kopieres fra denne boka ut over det som
er tillatt etter bestemmelsene i «Lov om opphavsrett
til åndsverk», «Lov om rett til fotografi» og «Avtale
mellom staten og rettighetshavernes organisasjoner om
kopiering av opphavsrettslig beskyttet verk i under
visningsvirksomhet». Brudd på disse bestemmelsene vil
bli meldt til politiet.
Trykk: Naper Boktrykkeri, Kragerø 1980
Omslag: Jan Engebretsen
FORORD
I dag har begrepet ressurser fått økt betydning. Man innser at verdens ressurser på
de forskjellige områder er begrenset. Det er også tilfellet med materialressursene, det
være seg metalliske eller ikke-metalliske.
For å kunne utnytte ressursene best mulig, må massen pr. produktdetalj skjæres ned
til et minimum. Men dette er bare mulig dersom de som skal bruke materialet har
godt kjennskap til materialfaktor er som styrke, duktilitet, korrosjonsresistens etc.
Denne boka er ment å skulle gi leserne opplysninger om de mest kjente ikke-jern-
metaller (ofte bare kalt metaller). Innhold og oppbygning er delvis basert på fore
lesninger om ikke-jern-metaller holdt ved Oslo tekniske skole, men tar også sikte
på å gi opplysninger av verdi for f.eks. konstruktører, innkjøpspersonell eller for
handlere av metaller.
Kapitlene Kobber og kobberlegeringer og Magnesium er skrevet av henholdsvis
sivilingeniør Olav J. Herstad og Dr. ing. Gunnar Gitlesen. Jeg vil gjerne få
takke dem for at de har tilført boka verdifullt stoff på sine respektive spesialom
råder.
Tabellene om egenskapene til de enkelte metaller er satt opp på grunnlag av en
rekke publikasjoner. Verdiene kan variere mye fra kilde til kilde, og verdiene i
tabellene er tatt med etter beste skjønn.
Sammen med de tidligere utgitte emnehefter i materialteknikk,
1) Metallegenskaper,
2) Materialprøving,
3) Metallografi - Legeringer,
4) Korrosjon og korrosjonsvern og
5) Jernlegeringer og komposittmaterialer,
danner Ikke-jern-metaller en avslutning på materiallæren på området metalliske
materialer. Opplegget for denne boka følger de samme retningslinjer som for mine
øvrige publikasjoner i materialteknikk og mekanisk teknologi. De tar f or seg grunn
leggende prinsipper, og stoff valget har hovedvekt på det praktiske for å gi et
solid grunnlag og interesse for fagområdet. Det er ikke tvil om at f or lite kjennskap
til teknologien koster landet enorme beløp hvert år i f orm av brudd, korrosjonsska-
der eller at materialene under driftsforhold ikke holder mål. Dette kan skyldes feil
materialvalg, feil ved konstruksjonen, feil ved eventuell varmebehandling eller andre
feil i produksjonsprosessen.
Bøkene tar primært sikte på opplæring på ingeniørnivå, men det er å håpe at andre
som har interesse for teknologi, vil ha nytte av bøkene, det være seg på teknisk
gymnas, i fagskoler eller ved opplæring i voksen alder. Undervisningslederne må
velge fagområder som passer for deres opplegg og eventuelt supplere med annet
stoff. Utviklingen på området metalliske materialer går raskt. Legeringer som i dag
er aktuelle, kan om få år bli tatt ut av produksjon (standarden) og erstattet av
nye legeringer med andre egenskaper. Det er derfor å håpe at faglærerne følger
opp og eventuelt korrigerer opplysningene i boka. Forlaget og forfatterne vil være
takknemlige for forslag til rettelser og tilføyelser.
Asker, september 1980
Rolf Garbo Corneliussen
INNHOLD
1 Kobber og kobberiegeringer 9
2 Sink 32
3 Tinn 36
4 Bly 38
5 Nikkel 40
6 Titan 43
7 Aluminium 46
8 Magnesium 72
9 Antimon 82
10 Kadmium 84
11 Kvikksølv 86
12 Mangan 88
13 Krom 90
14 Kobolt 92
15 Wolfram 94
16 Molybden 96
17 Vanadium 98
18 Diverse metaller og metall-legeringer 99
18.1 Edelmetaller 99
18.2 Andre metaller 101
Stikkord 107
1 1.1 Fremstilling
Kobber finnes i små mengder i naturen som
rent metall (gedigent), men for industriell
fremstilling er de viktigste mineraltyper:
1. Sulfidiske malmer, f. eks. kobberkis
Kobber og (CuFeS2), bornitt (Cu3FeS3) og kobber-
glans (Cu2S).
2. Oksydiske malmer, f. eks. rød kobbermalm,
kobber- kupritt (Cu2O).
Sulfidmalmene utgjør den største gruppen,
og 90 % av alt kobber utvinnes av disse.
legeringer Til fremstilling av kobber for industrielle
formål anvendes alt etter malmens sammenset
ning den tørre eller den våte prosess.
Den tørre prosess skjer ved røsting og
Av siv. ing. Olav J. Herstad smelting der uønskede elementer går vekk
med avgassene eller i slaggen.
Ved den våte prosess løses metallforbind-
elsene i syre eller lut, og kobberet blir så ut-
felt elektrolytisk.
Disse metoder gir et råkobber som videre
foredles ved flammeraffinering eller elektro
lytisk raffinering. Store mengder skrapkobber
blir også omraffinert.
Kobber er et umagnetisk og duktilt me
tall, og det lar seg lett bearbeide ved ham
ring, valsing og trådtrekking. Det er seigt,
flytegrensen er lav, men tøyningen (forlengel
sen) er høy. Kobber har, etter sølv, størst
elektrisk konduktivitet og termisk konduktivi-
tet (varmeledningsevne).
Alt etter fremstillingsmetodene og dermed
også sammensetningen finnes en rekke kobber-
kvaliteter og kobberlegeringer angitt i Norsk
Standard NS 160xx-165xx.
1.2 Egenskaper
1.3 Betegnelser på og egenskaper hos kobber
og kobberlegeringer
I det etterfølgende vil det bli gjort rede for:
Ulegert kobber
Lavlegert kobber
Høylegert kobber
9
Tabell 1.1
Atomvekt........................................................................................................... 63,54
Smeltepunkt...................................................................................................... 1083 °C
Kokepunkt ...................................................................................................... 2595 CC
Tetthet (densitet) q (støpt - knadd)....................................................... 8,3-8,9 kg/dm3
Gittertype.......................................................................................................... kubisk flatesentrert
Strekkfasthet Rm, utglødet ........................................................................ 210 N/mm2 (21 kp/mm2)
hardbearbeidet............................................................. 230-420 N/mm2 (23-43 kp/mm2)
Flytegrense Re, utglødet ............................................................................ 40 N/mm2 (4 kp/mm2)
hardbearbeidet................................................................. 100-390 N/mm2 (10-40 kp/mm2)
Elastisitetsmodul E......................................................................................... 125 • 103 N/mm2
Tøyning (forlengelse) A5, bløt, utglødet................................................ 45 %
hardbearbeidet 1/1 hard............................ 6 %
1/8 hard......3..0.. ...%................
Hardhet Brinell, utglødet - ekstra hard................................................ 40-130 HB
Spesifikk varmekapasitet c ................................... 0,39 kJ/K • kg (0,094 cal/°C • g)
Spesifikk smeltevarme q............................................................................... 210 kj/kg (50 cal/g)
Termisk konduktivitet Å...............................................................................
410 W/K • m (0,98 cal/cm • s • °C)
Lengdeutvidelseskoeffisient a...................................................................... 16,4 • 10-6 K-1
Elektrisk konduktivitet y ............................................................................ 57-58 MS/m (57—58 m/Q mm2)
Normalpotensial (20 °C, mot H)............................................................. + 0,35 V (Cu -> Cu++ + 2e)
Elektrokjemisk ekvivalent (Cu++ + 2e —► Cu)................................... 1,19 g/A • h
Kobberlegeringene nyttes enten som støpe- konduktivitet da det kobber-I-oksyd som er
legeringer eller som knalegeringer, dvs. de som utskilt i metallet, ikke nedsetter konduktivi-
er egnet for plastisk bearbeiding. teten i vesentlig grad. Kobber-I-oksyd har
Støpelegeringene kan nyttes for sandstøping, en gunstig innvirkning på støpbarheten. Av
kokillestøping og trykkstøping (presstøping). hengig av hvor langt raffineringen er drevet
Knalegeringene valses, ekstruderes (stang (også avhengig av råmaterialene), kan andre
presses), smis eller trekkes. Sponfraskillende forurensninger være til stede, og en må regne
bearbeiding og dimensjonstoleranse nyttes for med at de vil nedsette konduktiviteten. I så
begge grupper.
måte har elektrolytt-kobber lite forurensninger
Støpelegering kalles i engelsk terminologi (se^. 1.1).
for east alloy og i tysk for Gusslegierung. Dessverre er oksygenholdig kobber hydro-
Knalegering kalles henholdsvis wrought alloy genskjørt. Hy dr ogenskj ørheten kan oppstå når
og Knetlegierung.
kobberet utsettes for hydrogenholdig atmo
sfære ved høyere temperaturer. Ved sveising og
1.3.1 Ulegert kobber
gløding under slike forhold vil hydrogen dif-
1.3.1.1 Oksygenholdig elektrolytisk kobber fundere inn i kobberet og reagere med oksygen
Cu-FRTP (Fire-refined tough pitch). NS under dannelse av vanndamp som vil føre til
16013
oppsprekking.
Cu-ETP (Electrolytic tough pitch). NS 16010
Cu-FRHC (Fire-refined high conductivity
tough pitch). NS 16010 1.3.1.2 Oksygenfritt kobber
Med oksygenholdig kobber forstås kobber Fosfordesoksydert kobber
som ved raffinering eller elektrolyse har fått et Cu-DHP (Phosphorized high residual phos-
oksygeninnhold på 0,015-0,04 %. Oksygen phorus) NS 16015
foreligger bundet til kobber som kobber-I- Cu-DLP (Phosphorized low residual phos-
oksyd (Cu2O). Denne kvalitet har høyeste phorus)
10
Hvor en ønsker et kobber som ikke er Sølvholdig kobber
hydrogenskjørt, må oksygen fjernes. Fosfor er Cu-STP (Silver-bearing tough pitch)
et meget godt desoksydasjonsmiddel, og i form NS 16030
av fosforkobber blir dette tilsatt smeiten. Cu-DPS (Phosphorized silver-bearing)
Oksygen forslagges som P2O5, men noe fosfor NS 16032
løses i kobberet slik at det får et fosforinnhold (desoksydert)
på 0,01-0,05 %. Men derved blir konduktivi-
Opprinnelig var sølv et naturlig følgeele-
teten nedsatt (se fig. 1.1). Elementer som
ment i kobber. Da sølv gir gode egenskaper,
danner blandkrystaller med kobber ved rom
bl. a. bedre fasthet ved høyere temperaturer
temperaturen (altså ikke utskilt som egen
enn rent kobber, blir sølv nå tilsatt bevisst.
fase), setter konduktiviteten ned (ved oksygen-
Sølvholdig kobber finnes i to kvaliteter: oksy-
holdig kobber er Cu2O utskilt som egen fase).
genholdig og desoksydert.
Anvendelse til kommutatorlameller, tråd,
Oksygenfritt kobber med høy konduktivitet bånd etc. Sølvinnholdet ligger mellom 0,08 og
Cu-OF (Oxygen-free, without residual deoxi- 0,25 % og setter ikke konduktiviteten ned i
dants) NS 16011 vesentlig grad. At sølv kan sette ned konduk
tiviteten i kobber enda det i seg selv har høyere
Ønskes et kobber med maksimal konduktivi
ledningsevne, beror på at det løste sølv fører
tet samtidig som det ikke er hydrogenskjørt,
til gitterforstyrrelser i kobberet.
benyttes kobber som er vidtgående raffinert.
Dette fremstilles ved omsmelting av oksygen-
holdig kobber under en atmosfære av be- 1.3.1.3 Fysikalske egenskaper
skyttelsesgass. Konduktiviteten for noen rene metaller er satt
opp i tabell 1.2.
Tabell 1.2
Sølv Ag 62 MS/m
Kobber Cu 59 »
Gull Au 45 »
Aluminium Al 36 »
Sink Zn 16 »
Jern Fe 10 »
Bly Pb 4 »
For de teknisk anvendte kobberkvaliteter
gjelder følgende tabell 1.3.
Tabell 1.3
Cu - FRTP 57 MS/m
Cu - FRHC1
57-58 »
Cu - ETP J
Cu - OF 58 »
Cu - DHP 50 »
Cu - DLP 57 »
Cu - STP]
54 »
Cu - DPSj
Konduktiviteten minker ved høyere tempe
raturer, og den blir også noe nedsatt ved kald-
Fig. 1.1. Innflytelse av forskjellige elementer på kob
bearbeiding.
berets konduktivitet.
11
Den termiske konduktiviteten hos kobber berkvaliteter er i glødet tilstand tilnærmet
er meget høy sammenlignet med andre like. I hardbearbeidet tilstand er fastheten
metaller. For helt rent kobber er den om avhengig av kalddeformasjonsgraden for den
trent 400 W/K • m (0,95 cal/cm • s • °C) og enkelte kvalitet. Tabell 1.4 gir karakteristiske
for teknisk rent kobber ca. 380 W/K • m (ca. mekaniske egenskaper, og fig. 1.2 viser fast
0,90 cal/cm • s • °C). hetsegenskapene som funksjon av kalddeforma
Fasthetsegenskapene for de forskjellige kob- sjonsgraden.
Tabell 1.4
Strekkfasthet Flytegrense Tøyning Hardhet
Tilstand ..................................... Rm (<?b) -ReH (°Fø) A (<56) Vickers
N/mm2 (kp/mm2) N/mm2 (kp/mm2) % HV
Glødet......................................... 210 (21) 40 (4) 45 40-50
Hardbearbeidet knatilstand. . . 230-420 (23-43) 100-390 (10-40) 30-6 60-130
Generelt øker bruddfastheten ved synkende også i metallverkene spesielt til handelskvali-
temperatur ned til — 200 °C. Mens brudd teter, og da uten spesiell raffinering.
fastheten for glødet kobber ved romtemperatur De forskjellige smeltemetoder krever sine
ligger på ca. 200 N/mm2, kommer den opp i spesielle smelteteknikker. Til smelting benyt
ca. 400 N/mm2 ved — 200 °C. tes elektriske høy- eller middelfrekvensovner
og gass- eller oljefyrte ovner.
1.3.1.4 Smelting, støping Spesielt må en ha kontroll under smeltingen
Kobberraffineriene forsyner metallverkene for å hindre gassopptak som vil gi porer i
med raffinert kobber for videre omsmelting godset. Støpetemperatur og støpehastighet er
eller foredling. av største betydning for både tetthet og
Betydelige mengder kobberskrap omsmeltes struktur.
Fig. 1.2. Kobberets fasthetsegen-
skaper som funksjon av deforma-
sjonsgraden.
12
