kobberlegeringer

Messing, en legering av kobber og sink, er både sterkt og formbart, og brukes derfor blant annet til musikkinstrumenter.
Roy Benson Bb-trompet av . CC BY SA 3.0

Bronse er en legering av kobber og tinn. Legeringen har stor styrke, seighet og kjemisk motstandsevne. Bronse har også relativt lavt smeltepunkt, og har derfor blitt mye brukt til blant annet mynter, skulpturer og forskjellig typer bronseverktøy (spesielt i Bronsealderen). Mange forskjellige sammensetninger har vært benyttet.

Bronseskulptur («Tenkeren») av /National Gallery Of Art, Washington Dc. Gjengitt med tillatelse

Kobberlegeringer, legeringer av kobber og ett eller flere legeringsgrunnstoffer, som regel metaller.

Faktaboks

Uttale
kˈobberlegˈeringer

Klassifisering

Kobberlegeringer inndeles tradisjonelt i hovedgruppene messing, bronse og kobber-nikkel-legeringer, med henholdsvis sink, tinn og nikkel som de viktigste legeringsgrunnstoffer. Denne inndelingen kan imidlertid ikke gjennomføres konsekvent, både fordi mange kobberlegeringer inneholder vesentlige mengder av andre legeringsgrunnstoffer og fordi betegnelsen bronse av og til brukes på basis av utseendet alene.

Kobberlegeringer kan klassifiseres i tre hovedtyper etter hvilke anvendelser de er egnet for:

  1. Kobberlegeringer egnet for kaldbearbeiding; enfase (α) kobberlegeringer med kubisk flatesentrert krystallstruktur.
  2. Kobberlegeringer egnet for varmbearbeiding; enfase (β) kobberlegeringer med kubisk romsentrert krystallstruktur eller tofase (α + β) kobberlegeringer.
  3. Kobberlegeringer hovedsakelig egnet for støping; høyere legerte typer.

Kobberlegeringer egnet for kaldbearbeiding

Omfatter alle binære kobber-nikkel (Cu-Ni)- og kobber-mangan (Cu-Mn)-legeringer, binære legeringer med sink (Zn), aluminium (Al), tinn (Sn) og silisium (Si) opp til visse gehalter, samt kombinasjoner med flere komponenter innenfor oppløselighetsgrensene.

Innenfor α-området øker styrke og seighet med legeringsinnholdet. Som regel oppnås den beste kombinasjon nær den øvre grense.

Messingtyper

Velkjente eksempler på α-kobberlegeringer har man i de forskjellige typer messing; fra tambak (5–10 % Zn) til patronmessing (cirka 30 % Zn), med anvendelser i form av tråd, rør og plate for artikler som krever god formbarhet og styrke kombinert med motstandsevne mot korrosjon.

Bronsetyper

Aluminiumbronse med 5–10 % aluminium og silisiumbronse med inntil 3 % silisium benyttes blant annet i kondensatorrør. En viktig anvendelse av fosforbronse (2,5–8,5 % tinn og 0,1–0,3 % fosfor) er fjærer.

Nikkelholdige α-kobberlegeringer

En hovedgruppe er legeringer basert på messing, der noe sink er erstattet med nikkel for økning av korrosjonsmotstanden og forbedring av utseendet. Eksempler er nysølv (62 % kobber, 20 % sink, 18 % nikkel), som blant annet brukes til spisebestikk, eventuelt etter elektroplettering med sølv, og høyere legerte kvaliteter for fjærer, optiske instrumenter, med mer.

Den andre hovedgruppen er en serie binære Cu-Ni-legeringer som kalles kupronikkel. Den viktigste typen inneholder cirka 30 % nikkel og benyttes særlig til rør i kjemisk industri. Våre nikkelmynter består av 75 % kobber og 25 % nikkel. Legeringen konstantan (55 % kobber, 45 % nikkel) har høy resistans (cirka 0,5 μΩ) og lav temperaturkoeffisient (±2·10−5 per °C ved romtemperatur), og benyttes derfor til presisjonsmotstander. Sammen med ledere av kobber eller jern anvendes konstantan også som termoelement.

Legeringen manganin (84 % kobber, 12 % manganin, 4 % nikkel) er et annet eksempel på en α-kobberlegering med høy og nesten temperatur-uavhengig resistivitet.

Kobberlegeringer egnet for varmbearbeiding

Tilsetning av legeringsgrunnstoffer utover oppløselighetsgrensen fører til dannelse av den kubisk romsentrerte β-fasen, som er godt formbar ved høy temperatur.

Messingtyper

Messing av denne type egnet for varmbearbeiding betegnes muntzmetall (60 % kobber, 40 % sink). Typiske anvendelser er større muttere og bolter.

Bronsetyper

Tilstandsdiagram for systemet Cu-Al.

Kobberlegeringer av /Store norske leksikon ※. Gjengitt med tillatelse

Aluminiumbronse med inntil cirka 10 % aluminium kan varmbearbeides i β-området – se figur. Ved langsom avkjøling vil det skilles ut noe α-fase på korngrensene, og den gjenværende β-fase omsettes til en eutektoid blanding (α + γ2) ved 565 °C (838 K). Denne omvandlingen kan undertrykkes ved bråkjøling, i likhet med austenittomvandlingen i stål. Ved anløpning vil det skilles ut finfordelt γ2-fase. Denne mikrostrukturen gir høy styrke og god seighet, tilsvarende seigherdingsstrukturer i stål.

Berylliumkobber eller berylliumbronse, vanligvis 1,7 % beryllium (Be) og 0,3 % kobolt (Co), kan formes ved varmbearbeiding og herdes ved utfelling i likhet med mange lettlegeringer. Varmebehandlingen foregår ved innherding på ca. 800 °C og bråkjøling med påfølgende utherding ved ca. 300 °C. Alternativt kan man kaldbearbeide den innherdede legering før utherding. Slik kan man oppnå en strekkfasthet på 1200–1300 MPa ved en forlengelse på 2–6 prosent. Denne usedvanlige styrken, kombinert med cirka 25 prosent av den elektriske ledningsevnen for rent kobber, gjør berylliumbronse velegnet for elektroder til motstandssveising og til kontaktfjærer. Legeringen benyttes også til umagnetisk og «gnistfritt» verktøy for bruk i eksplosjonsfarlige miljøer.

Kobberlegeringer hovedsakelig egnet for støping

Disse kobberlegeringene har et innhold av legeringsgrunnstoffer som går utover grensene for varmbearbeiding.

Messingtyper

Legeringer på messingbasis inneholder ofte noe tinn og bly i tillegg til sink, med hovedanvendelse som fittings. En β-messing med høy styrke særlig egnet for store propeller inneholder omkring 39 % sink, 1 % aluminium, 1 % jern og 2,5 % mangan, men har det misvisende handelsnavn manganbronse.

Bronsetyper

Aluminiumbronse med cirka 10 % aluminium, 3–4 % jern og 4–5 % nikkel har god motstandsevne mot erosjon og kavitasjon, og brukes blant annet til pumpehus og propeller. God slitestyrke er også karakteristisk for silisiumbronse, som fremstilles med inntil 5 prosent som støpelegering.

De egentlige bronser på tinnbasis er kostbare og er delvis erstattet av andre legeringer. Velkjente og fortsatt benyttede legeringer er kanonmetall (88 % kobber, 10 % tinn, 2 % sink, nå anvendt for vann- og damparmatur), klokkemetall (20 % tinn), som er en sprø legering med meget lav dempning, og speculum (30–40 % tinn), som kan poleres til meget høy glans. Den største andel av bronse brukes som lagermetaller, som også inneholder bly i vekslende mengder (opptil 25 % bly for spesielle formål).

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg