Miedź jest jednym z najpowszechniej stosowanych metali nieżelaznych – a wraz ze swoimi stopami, czyli mosiądzem, brązem i miedzioniklem, tworzy rodzinę materiałów, którą powinien znać każdy konstruktor. Stopy miedzi łączą doskonałą przewodność elektryczną i cieplną z dobrą odkształcalnością i odpornością na korozję.
W tym artykule wyjaśniamy właściwości miedzi, rodzaje miedzi czystej i stopów miedzi, sposób odczytywania oznaczeń stopów miedzi oraz to, o czym warto pamiętać przy obróbce skrawaniem części z miedzi i mosiądzu.
Najważniejsze właściwości miedzi i stopów miedzi
Miedź (Cu) to ważny metal nieżelazny, stosowany w przemyśle niemal równie szeroko jak aluminium. Jej najważniejsze właściwości:
- Doskonała przewodność elektryczna i cieplna – wśród metali ustępuje pod tym względem jedynie srebru
- Miękka, bardzo plastyczna i łatwa do kształtowania
- Nie staje się krucha w niskich temperaturach
- W pełni nadaje się do recyklingu bez utraty jakości
- Dobra odporność na korozję dzięki warstwie ochronnej, która z czasem tworzy się na powierzchni
- Właściwości przeciwdrobnoustrojowe, dzięki którym nadaje się na często dotykane powierzchnie i do instalacji wodnych
- Atrakcyjna czerwonawa barwa, ceniona w dekoracyjnych materiałach budowlanych
Wadą miedzi jest to, że jest cięższa od stali: jej gęstość wynosi ok. 8,9 g/cm³ i jest wyższa niż gęstość żelaza.
Rodzaje miedzi czystej
Miedź czysta to materiały miedziane o zawartości miedzi co najmniej 99,90%. W zależności od zawartości tlenu dzieli się je na trzy główne rodzaje:
| Rodzaj | Oznaczenie | Tlen | Przewodność | Kruchość wodorowa | Typowe zastosowania |
|---|---|---|---|---|---|
| Miedź beztlenowa | Cu-OF, CW008A (JIS C1020) | Praktycznie brak | Bardzo wysoka | Niepodatna | Elektronika, technika próżniowa, części lutowane twardo i spawane |
| Miedź elektrolityczna tlenowa | Cu-ETP, CW004A (JIS C1100) | Niewielka ilość | Bardzo wysoka | Podatna przy nagrzewaniu w atmosferze redukującej | Szyny prądowe, kable, podzespoły elektryczne |
| Miedź odtleniona fosforem | Cu-DHP, CW024A (JIS C1220) | Brak; zawiera resztkowy fosfor | Niższa | Niepodatna | Rury, wymienniki ciepła, elementy lutowane twardo i spawane |
Miedź elektrolityczna tlenowa jest najczęściej stosowanym rodzajem. Ze względu na niewielką zawartość tlenu jest podatna na kruchość wodorową (tzw. chorobę wodorową), gdy jest spawana, lutowana twardo lub wyżarzana w atmosferze zawierającej wodór. W takich zastosowaniach lepszym wyborem jest miedź beztlenowa lub odtleniona.
Właściwości miedzi czystej
Spośród materiałów miedzianych miedź czysta ma najwyższą przewodność elektryczną i cieplną. Jest niemagnetyczna. Typowe wartości:
| Właściwość | Wartość |
|---|---|
| Gęstość | 8,89–8,94 g/cm³ |
| Wytrzymałość na rozciąganie | Ok. 220–360 N/mm², w zależności od stanu utwardzenia |
| Twardość | Ok. 40–110 HV, w zależności od stanu utwardzenia |
| Moduł Younga | Ok. 117 kN/mm² |
| Przewodność elektryczna | Ok. 100% IACS |
| Współczynnik rozszerzalności cieplnej | 16,8 × 10⁻⁶/K |
| Przewodność cieplna | Ok. 390–398 W/(m·K) |
| Temperatura topnienia | Ok. 1083 °C |
| Temperatura wrzenia | Ok. 2560 °C |
Zalety i wady miedzi czystej
Zalety
- Najwyższa przewodność elektryczna i cieplna spośród wszystkich materiałów miedzianych
- Miękka i łatwa do kształtowania
- Dobra odporność na korozję w atmosferze i w wodzie
Wady
- Ciężka w porównaniu ze stalą i aluminium
- Z czasem matowieje; powierzchnie stykowe lub części widoczne często pokrywa się powłoką galwaniczną
- Ze względu na miękkość i skłonność do przywierania jej obróbka skrawaniem jest trudniejsza niż obróbka mosiądzu
Rodzaje stopów miedzi
Miedź łatwo tworzy stopy z innymi metalami, co znacznie zmienia jej właściwości. Tabela przedstawia przegląd najważniejszych grup; poszczególne z nich omówiono w kolejnych sekcjach.
| Stop | Główny składnik stopowy | Najważniejsze właściwości | Typowe zastosowania | Przykład EN |
|---|---|---|---|---|
| Mosiądz | Cynk | Bardzo dobra skrawalność, złocista barwa | Armatura, zawory, części toczone, złącza | CW614N (CuZn39Pb3), CW509L (CuZn40) |
| Brąz | Cyna | Twardszy, odporny na zużycie i korozję | Łożyska, tuleje, koła zębate, sprężyny | CW453K (CuSn8) |
| Miedzionikiel | Nikiel | Doskonała odporność na wodę morską, srebrzysta barwa | Rurociągi okrętowe, wymienniki ciepła, monety | CW352H (CuNi10Fe1Mn) |
| Stopy wysokomiedziowe | Niewielkie ilości np. berylu lub chromu | Przewodność zbliżona do miedzi przy wyższej wytrzymałości | Sprężyny, styki, elektrody | CW101C (CuBe2) |
Mosiądz
Mosiądz to stop miedzi i cynku. Cechuje się doskonałą plastycznością, dobrą podatnością na kucie na gorąco i bardzo dobrą skrawalnością, a przy tym jest nieco lżejszy od miedzi czystej. Dzięki złocistemu połyskowi jest chętnie stosowany na części widoczne. Mosiądz automatowy, taki jak CW614N, zawiera niewielką ilość ołowiu, który łamie wiór na krótkie odcinki i sprawia, że jest to jeden z metali najłatwiejszych w obróbce skrawaniem. W instalacjach wody pitnej wymagane są gatunki mosiądzu bezołowiowego.
Brąz
Brąz to miedź stopowana cyną. W atmosferze powoli pokrywa się zieloną patyną. Brąz jest twardszy od miedzi czystej i ma niższą temperaturę topnienia, dzięki czemu był jednym z pierwszych metali wykorzystywanych przez człowieka. Obecnie stosuje się go na łożyska ślizgowe, tuleje, koła zębate, sprężyny i armaturę okrętową, a także do wyrobu dzwonów i rzeźb.
Miedzionikiel
Miedzionikiel to miedź stopowana niklem, często z niewielkimi dodatkami żelaza i manganu. Ma srebrzystą barwę i doskonałą odporność na wodę morską, dlatego stosuje się go w rurociągach okrętowych, wymiennikach ciepła i do produkcji monet.
Stopy wysokomiedziowe
Stopy wysokomiedziowe zawierają ponad 96% miedzi. Zapewniają przewodność cieplną i elektryczną zbliżoną do miedzi czystej, a jednocześnie wyższą wytrzymałość i odporność na wysoką temperaturę. Stosuje się je w urządzeniach precyzyjnych, takich jak komputery i smartfony, oraz w podzespołach samochodowych. Ich właściwości zależą od dodanych pierwiastków: na przykład miedź berylowa łączy przewodność elektryczną z doskonałymi właściwościami sprężystymi.
Jak odczytywać oznaczenia stopów miedzi
W Europie materiały miedziane oznacza się zgodnie z normą EN 1412 sześcioznakowym kodem, np. CW614N:
- C oznacza miedź.
- Druga litera określa postać wyrobu: W dla wyrobów przerobionych plastycznie, takich jak pręty, blachy i rury, C dla odlewów.
- Trzycyfrowy numer identyfikuje konkretny materiał.
- Ostatnia litera wskazuje grupę materiałową: np. A lub B dla miedzi, C lub D dla miedzi niskostopowej, H dla miedzi z niklem, K dla miedzi z cyną (brąz), L lub M dla miedzi z cynkiem (mosiądz) oraz N lub P dla miedzi z cynkiem i ołowiem (mosiądz automatowy).
CW614N to zatem przerobiony plastycznie stop miedzi, cynku i ołowiu – mosiądz automatowy. Obok numeru często podaje się skład chemiczny, np. CuZn39Pb3.
W międzynarodowych kartach materiałowych często stosuje się zamiast tego japońskie oznaczenie JIS: literę „C” i cztery cyfry, np. C1100 dla miedzi elektrolitycznej tlenowej lub C3604 dla mosiądzu automatowego. Pierwsza cyfra wskazuje grupę stopów, np. 1 dla miedzi i stopów wysokomiedziowych, 2 dla mosiądzu i 3 dla mosiądzu ołowiowego.
Wskazówki dotyczące obróbki skrawaniem miedzi i mosiądzu
Miedź i jej stopy są miękkie, co ułatwia skrawanie – jednak ta miękkość stwarza też trudności, zwłaszcza w przypadku miedzi czystej.
- Zadziory: miedź czysta jest miękka i bardzo plastyczna, dlatego podczas skrawania ma skłonność do tworzenia zadziorów i rozmazywania się.
- Narost: przywierający materiał przykleja się do krawędzi skrawającej i tworzy narost, który pogarsza jakość powierzchni i dokładność wymiarową.
- Ciepło: podczas obróbki powstaje ciepło, które trzeba odprowadzać za pomocą chłodziwa. Niektóre chłodziwa na bazie wody mogą powodować przebarwienia miedzi, dlatego często zaleca się chłodziwa olejowe lub przeznaczone do miedzi.
Aby zmniejszyć opory skrawania, stosuj ostre narzędzia o dużym dodatnim kącie natarcia i pracuj z wysokimi prędkościami skrawania. Znacznie łatwiejszy w obróbce jest mosiądz automatowy, taki jak CW614N: krótki wiór umożliwia szybką i czystą obróbkę złożonych części toczonych i frezowanych. Więcej o samych procesach znajdziesz w naszych artykułach o procesie toczenia i procesie frezowania.
Części z miedzi i mosiądzu od meviy
meviy wytwarza indywidualnie zaprojektowane części na zamówienie na podstawie Twoich własnych danych 3D CAD – nie części standardowe ani katalogowe. Możesz wybierać spośród następujących materiałów miedzianych:
| Materiał | Rodzaj | Dostępny dla |
|---|---|---|
| EN CW008A equiv. (miedź beztlenowa) | Miedź beztlenowa | Frezowanie CNC |
| EN CW004A equiv. (miedź elektrolityczna, ETP) | Miedź elektrolityczna tlenowa | Frezowanie CNC |
| EN CW509L equiv. (mosiądz żółty) | Mosiądz | Frezowanie CNC |
| EN CW614N equiv. | Mosiądz automatowy | Frezowanie CNC i toczenie CNC |
- Szyny prądowe, styki i radiatory z miedzi czystej wykonywane metodą frezowania CNC
- Tuleje, złączki, sworznie i złącza z mosiądzu wykonywane metodą toczenia CNC
- Natychmiastowa cena i termin realizacji dla obróbki CNC – bez rysunku 2D
Najczęściej zadawane pytania o stopy miedzi
Czym różnią się miedź, mosiądz i brąz?
Miedź to czysty metal. Mosiądz to stop miedzi i cynku o bardzo dobrej skrawalności i złocistej barwie. Brąz to stop miedzi i cyny, który jest twardszy i bardziej odporny na zużycie, dlatego doskonale nadaje się na łożyska i tuleje.
Czy miedź jest magnetyczna?
Nie. Miedź czysta jest niemagnetyczna, podobnie jak popularne gatunki mosiądzu i brązu. Dzięki temu materiały miedziane nadają się do zastosowań w pobliżu wrażliwej elektroniki i pól magnetycznych.
Który materiał miedziany jest najłatwiejszy w obróbce skrawaniem?
Mosiądz automatowy, taki jak CW614N (CuZn39Pb3). Zawarty w nim ołów łamie wiór na krótkie odcinki, dzięki czemu można go obrabiać szybko i z bardzo dobrą jakością powierzchni. Miedź czysta jest znacznie bardziej wymagająca, ponieważ jest miękka i przywiera do narzędzia.
Czym różni się CW004A od CW008A?
CW004A (Cu-ETP) zawiera niewielką ilość tlenu i jest standardową miedzią do zastosowań elektrycznych. CW008A (Cu-OF) jest beztlenowa, dlatego nie jest podatna na kruchość wodorową i jest preferowana w zastosowaniach spawanych, lutowanych twardo i próżniowych.
Jak wybrać odpowiedni materiał miedziany
Miedź to metal nieżelazny stosowany niemal równie szeroko jak aluminium. Zapewnia wysoką przewodność cieplną i elektryczną oraz łatwo poddaje się recyklingowi. Rodzina stopów miedzi obejmuje miedź czystą, mosiądz, brąz, miedzionikiel i stopy wysokomiedziowe. Choć miedź łatwo się skrawa, zadziory i narost wymagają starannego postępowania – a w przypadku złożonych części obrabianych skrawaniem najbardziej ekonomicznym wyborem jest często mosiądz automatowy.