ĐỒNG THAU  VÀ ỨNG DỤNG HIỆU QUẢ CỦA NÓ TRONG ĐỜI SỐNG

Đồng thau thường là vật liệu được lựa chọn đầu tiên cho nhiều thành phần của thiết bị được sản xuất trong ngành công nghiệp nói chung, điện và tất cả các ngành cơ khí chính xác. Đồng thau được chỉ định vì sự kết hợp độc đáo của các đặc tính khiến nó trở nên không thể thiếu ở những nơi cần tuổi thọ lâu dài, hiệu quả về chi phí. Sự kết hợp này không có vật liệu nào sánh được.

Từ “đồng thau” bao hàm nhiều loại hợp kim đồng-kẽm với các đặc tính kết hợp khác nhau, bao gồm:

• Sức bền
• Độ dẻo
• Độ cứng
• Độ dẫn nhiệt
• Khả năng gia công
• Hao mòn điện trở
• Màu sắc
• Chống ăn mòn
• Khả năng tái chế

Sự kết hợp của các đặc tính này tạo ra các vật liệu cấu trúc độc đáo. Ví dụ:

• Khả năng gia công của đồng thau đặt ra tiêu chuẩn mà các vật liệu khác được đánh giá.
• Đồng thau có thể dễ dàng được đúc để tạo hình hoặc chế tạo bằng cách đùn, cán, kéo, dập nóng và tạo hình nguội.
• Đồng thau lý tưởng cho một loạt các ứng dụng trong cuộc sống của chúng ta.
• Các sản phẩm bằng đồng thau thường có thể được sử dụng mà không cần thêm lớp bảo vệ bề mặt.
• Đồng thau thường là vật liệu được lựa chọn để chế tạo các sản phẩm gia công ít tốn kém nhất.

Để phù hợp với mọi nhu cầu, có rất nhiều chế phẩm tiêu chuẩn cho đồng thau, với hàm lượng đồng nằm trong khoảng từ 58% đến 95%. Ngoài nguyên tố hợp kim chính là kẽm, người ta thực hiện bổ sung nhỏ (ít hơn 5%) các nguyên tố hợp kim khác vào một số đồng thau để sửa đổi tính chất của chúng sao cho vật liệu tạo thành phù hợp với một mục đích nhất định.

Tại sao lại làm bằng đồng thau?

Đồng thau là vật liệu tốt nhất để sản xuất nhiều thành phần vì những đặc tính kết hợp độc đáo của nó. Ví dụ, độ bền và độ dẻo tốt được kết hợp với khả năng chống ăn mòn tuyệt vời và khả năng gia công tuyệt vời. Đồng thau đặt ra tiêu chuẩn để đánh giá khả năng gia công của các vật liệu khác và cũng có sẵn rất nhiều dạng và kích thước sản phẩm để cho phép gia công tối thiểu đến kích thước thành phẩm. Sự sẵn có của đồng thau ở dạng gần lưới có thể giúp tiết kiệm đáng kể chi phí sản xuất.

Dưới dạng thanh hoặc thanh, đồng thau luôn có sẵn từ các nhà sản xuất và nhà phân phối kim loại. Để chạy lâu hơn, việc mua các kích thước đặc biệt hoặc các hình dạng đùn được thiết kế để giảm thiểu chi phí gia công là điều đáng cân nhắc. Các nhà sản xuất thanh đồng thau có thể sản xuất rất nhiều hình dạng và kích thước của sản phẩm — thường được gọi là “hình dạng” hoặc “cấu hình” — với số lượng đặt hàng tối thiểu rất thấp so với nhiều vật liệu khác. Khuôn dập hồ sơ theo hình dạng tùy chỉnh không quá đắt, và nhiều kiểu dáng có thể được sản xuất và sẵn sàng sử dụng trong vòng vài ngày.

Đồng thau dạng thanh

Hiệu quả chi phí của đồng thau

Dưới đây là nhiều yếu tố góp phần làm cho chi phí thấp của các thành phần đồng thau:

• Dễ gia công có nghĩa là chi phí sản xuất có thể được giảm thiểu.
• Kỹ thuật sản xuất dung sai gần có thể được sử dụng để chi phí hoàn thiện là tối thiểu.
• Chi phí dụng cụ có thể thấp hơn nhiều so với các vật liệu hoặc quy trình khác.
• Khả năng chống ăn mòn tốt của đồng thau có nghĩa là chi phí hoàn thiện bảo vệ thấp hơn — hoặc không tồn tại — so với nhiều vật liệu khác.
• Giá trị cao của phế liệu quá trình và tiện có thể được sử dụng để giảm chi phí sản xuất đáng kể.
• Tuổi thọ lâu dài thường được mong đợi của các bộ phận bằng đồng được thiết kế tốt có nghĩa là chi phí cho các lỗi bảo dưỡng là tối thiểu.

Đối với bất kỳ sản phẩm nào, chi phí đầu tiên là quan trọng nhưng không nhất thiết là điều tối quan trọng khi bạn phải đảm bảo được  cho mục đích. Chi phí vòng đời có thể được sử dụng trong các thông số được thiết lập trong một tổ chức để theo dõi hiệu quả chi phí. Chi phí sản xuất linh kiện phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó:

Chi phí đầu tiên của sản phẩm

Chi phí đầu tiên của một sản phẩm, nói một cách đơn giản, là chi phí ban đầu của việc mua nguyên vật liệu cộng với chi phí sản xuất để tạo ra sản phẩm đó. Chi phí nguyên vật liệu thấp nhất có thể không tạo ra sản phẩm có giá thành thấp nhất vì chi phí sản xuất có thể cao hơn. Đồng thau gia công tự do tốn rất ít chi phí gia công nên thường cho ra sản phẩm rẻ nhất và tốt nhất. Thường cũng có thể giảm tổng chi phí bằng cách mua vật liệu gia công miễn phí hoặc các thành phần được cung cấp đặc biệt ở dạng gần như ròng trước khi hoàn thành gia công và lắp ráp.

Chi phí vòng đời

Vòng đời hoặc tổng chi phí trọn đời của một sản phẩm được định nghĩa là chi phí đầu tiên cộng với chi phí bảo dưỡng và chi phí hỏng hóc trong thời gian sử dụng của linh kiện. Các thành phần được thiết kế tốt và được chỉ định có thể rẻ hơn nếu chúng kéo dài tuổi thọ dự kiến ​​đầy đủ hơn so với nếu chỉ được thiết kế với chi phí đầu tiên thấp nhất.

Chi phí vật liệu

Thành phần chi phí nguyên liệu của sản phẩm là chi phí của hỗn hợp kim loại cộng với chi phí đúc và chế tạo, trừ đi giá trị phế liệu của quá trình thu hồi. Tuy nhiên, đây chỉ là một phần của chi phí sản xuất linh kiện. Xem xét cẩn thận chi phí nguyên vật liệu có thể làm giảm tổng chi phí. Lựa chọn thông thường là mua đồng thau được gia công miễn phí theo kích thước trong kho, nhưng nếu số lượng vừa đủ, bạn thường phải trả nhiều hơn cho các cấu hình đặc biệt giúp tiết kiệm đáng kể hơn chi phí sản xuất và lắp ráp.

Quy mô đặt hàng kinh tế

Đối với kho vật liệu rèn, các đơn đặt hàng lớn có thể được đặt trực tiếp với các nhà sản xuất vật liệu – nhà máy đồng thau. Nơi cung cấp vật liệu trực tiếp và thường xuyên được thiết kế đặc biệt để phù hợp với các yêu cầu đã thỏa thuận với khách hàng. Chúng có thể bao gồm các biến thể về các thuộc tính có trong Tiêu chuẩn, các thuộc tính thường không được định lượng theo yêu cầu Tiêu chuẩn hoặc sản xuất theo các thông số kỹ thuật riêng lẻ khác. Số lượng đặt hàng tối thiểu phụ thuộc vào cân nhắc sản xuất bao gồm kích thước lô hàng tối ưu và các yêu cầu lập trình cần thiết để đáp ứng bất kỳ đơn đặt hàng đặc biệt nào. Một lượng nhỏ vật liệu được mua từ các nhà phân phối kim loại hơn là các nhà máy đồng thau. Điều này là do kinh tế đối với các nhà sản xuất khi sản xuất vật liệu với số lượng lớn trong thời gian dài và phân phối chúng cho nhiều nhà phân phối ở các khu vực khác nhau.

Có sẵn trong nhiều loại hình thức

Tính dẻo nóng và lạnh của đồng thau làm cho chúng có thể phù hợp với tất cả các quy trình tạo hình kim loại thông thường. Chúng cũng dễ dàng được đúc. Từ phạm vi của các thành phần, các hợp kim tiêu chuẩn hóa có thể được lựa chọn cho:

• Thanh và mặt cắt đùn (đặc và rỗng).
• Dập nóng và rèn.
• Tấm cuộn, tấm, dải & cắt hình tròn.
• Ống rút — tròn và hình.
• Dây kéo — tròn và hình.
• Đúc – cát, vỏ, đầu tư, khuôn vĩnh cửu (trọng lực và khuôn ép)

Sức bền

Trong điều kiện làm mềm hoặc ủ, đồng thau có tính dẻo và cứng nhưng khi được làm cứng bằng các quy trình gia công nguội như cán hoặc kéo, độ bền của chúng tăng lên rõ rệt. Các cấu trúc cứng, mạnh có thể được lắp ráp từ các phần đùn và kéo. Thanh và tấm cuộn và tấm có thể được chế tạo thành các thùng chứa và các hạng mục khác của thiết bị làm việc dưới áp lực. Sức mạnh của đồng thau về cơ bản được giữ lại ở nhiệt độ lên đến khoảng 200ºC (3900F) và chỉ giảm khoảng 30% ở 300ºC (5700F), so sánh thuận lợi với nhiều vật liệu thay thế và dễ dàng vượt qua các đặc tính của nhựa. Đồng thau rất thích hợp để sử dụng ở nhiệt độ lạnh vì các đặc tính, đặc biệt là độ bền và độ dẻo dai, được giữ lại hoặc cải thiện một chút trong những điều kiện này. Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao hơn, “đồng thau cường độ cao” có sẵn. Chúng chứa các nguyên tố hợp kim bổ sung như mangan, giúp cải thiện các đặc tính hơn nữa. Một số đồng thau có độ bền cao đạt được sức mạnh tương đương với thép.

Độ dẻo và khả năng định hình

Đồng thau có hàm lượng đồng lớn hơn 63% có thể bị biến dạng nhiều ở nhiệt độ phòng và được sử dụng rộng rãi để sản xuất các thành phần phức tạp bằng cách ép, kéo sâu, kéo sợi và các quy trình tạo hình nguội khác. Nếu hàm lượng đồng dưới 63% và không có các nguyên tố hợp kim khác, thì độ dẻo ở nhiệt độ phòng sẽ giảm, nhưng các hợp kim như vậy có thể được gia công nóng rộng rãi bằng cách cán, đùn, rèn và dập. Độ bền, độ dẻo và khả năng định hình được giữ lại ở nhiệt độ thấp, làm cho hợp kim trở nên lý tưởng cho các ứng dụng đông lạnh.

Khả năng máy móc — tiêu chuẩn mà những người khác được đánh giá

Trong khi tất cả các đồng thau về bản chất đều dễ gia công, việc bổ sung một lượng nhỏ chì vào đồng thau sẽ cải thiện hơn nữa tính chất này và “đồng thau không cắt” (UNS Alloy C36000) nổi tiếng được chấp nhận rộng rãi như là thiết lập tiêu chuẩn mà các vật liệu khác được đánh giá khi khả năng gia công đang được đánh giá. Tốc độ gia công cao hơn và tỷ lệ mài mòn công cụ thấp hơn có nghĩa là chi phí sản xuất tổng thể được giảm thiểu, dung sai được giữ trong quá trình sản xuất dài và độ hoàn thiện bề mặt là tuyệt vời.

Chống ăn mòn

Đồng thau có khả năng chống ăn mòn tuyệt vời khiến chúng trở thành lựa chọn kinh tế và tự nhiên hàng đầu cho nhiều ứng dụng. Tiếp xúc với khí quyển của đồng thau dẫn đến sự phát triển của một lớp màng bên ngoài bị xỉn màu. Tiếp xúc ngoài trời cuối cùng sẽ dẫn đến việc hình thành một “lớp gỉ” màu xanh lá cây bảo vệ mỏng thường được coi là một đặc điểm hấp dẫn thị giác trong các tòa nhà, nhưng đồng về cơ bản sẽ không bị ảnh hưởng trong một khoảng thời gian không giới hạn, tức là nó sẽ không bị gỉ đi như sắt và thép. Nước biển có thể được xử lý thành công với điều kiện chọn đúng hợp kim và có một lịch sử lâu đời về việc sử dụng ống và phụ kiện ống bằng đồng thau, van, v.v. trong hệ thống ống nước sinh hoạt, hệ thống sưởi trung tâm, đường nước biển, bình ngưng hơi và thiết bị khử muối. Đồng thau có độ bền cao chứa mangan có khả năng chống ăn mòn khí quyển đặc biệt tuyệt vời, tiếp xúc liên tục dẫn đến màu đồng dần dần bị sẫm màu.

Độ dẫn nhiệt

Đồng thau có tính dẫn điện và dẫn nhiệt tốt và vượt trội hơn rõ rệt về mặt này so với hợp kim đen, hợp kim dựa trên niken và titan. Độ dẫn điện tương đối cao, kết hợp với khả năng chống ăn mòn, khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng để sản xuất thiết bị điện, cả trong gia đình và công nghiệp. Ống ngưng tụ và ống trao đổi nhiệt cũng yêu cầu tính dẫn nhiệt tốt của đồng và các hợp kim của nó.

Đồng thau đượ dùng để sản xuất đầu nối dây điện

Hao mòn điện trở

Sự hiện diện của chì trong đồng thau có tác dụng bôi trơn mang lại tính ma sát tốt và ít mài mòn được sử dụng trong các tấm, bánh răng và bánh răng được sử dụng trong các thiết bị và đồng hồ. Đồng thau đặc biệt có sẵn với sự bổ sung của silicon làm cho vật liệu lý tưởng để sử dụng trong các ổ đỡ hạng nặng.

Kháng tia lửa

Đồng thau không phát ra tia lửa khi va đập và được chấp thuận sử dụng trong môi trường nguy hiểm.

Tính thấm từ

Đồng thau về cơ bản là không có từ tính, một đặc tính đã giúp chúng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện và điện tử, cũng như các thiết bị đo đạc như thiết bị khảo sát và địa chất.

Màu sắc hấp dẫn

Đồng và vàng là hai kim loại duy nhất có bất kỳ màu đặc biệt nào. Trong đồng thau, màu đỏ của đồng được tôn lên một loạt các màu vàng hấp dẫn bằng cách bổ sung các lượng kẽm khác nhau, từ các màu giống vàng của 95% đồng / 5% kẽm (95/5), 90/10 Hợp kim, 85/15 và 80/20 (được gọi một cách thích hợp là “kim loại mạ vàng”) thông qua các biến thể tinh tế hơn trong loạt đồng thau 70 /30, 67/33 và 64/36 thành màu vàng mạnh hơn của hợp kim 60/40, mà trước đây được gọi là “kim loại màu vàng.” (Các ký hiệu tiêu chuẩn cho các hợp kim này được đưa ra sau trong bài viết này và được mô tả chi tiết hơn trong phần Tiêu chuẩn và Thông số kỹ thuật.) Do đó, đồng thau được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng trang trí bền và để sản xuất các mặt hàng chức năng. Đồng thau nhôm có ánh bạc đặc biệt và việc bổ sung mangan vào một số đồng thau làm cho chúng có màu đồng hấp dẫn khi đùn. Đồng thau có độ bền cao, một số được biết đến với tên gọi khác là “đồng mangan” hoặc trước đây là “đồng mangan” đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng kiến ​​trúc vì chúng cũng có thể được mài cho một loạt các lớp hoàn thiện màu nâu và đồng bền.

Hoàn thiện trang trí hoặc bảo vệ dễ dàng thi công

Đồng thau có thể được đánh bóng để có độ hoàn thiện bề mặt cao, sau đó có thể dễ dàng đánh bóng lại khi được yêu cầu hoặc đánh bóng — tốt nhất là sơn mài có chứa chất ức chế xỉn màu — để giữ được màu sắc tự nhiên, tráng men hoặc mạ crom, niken, thiếc, bạc , vàng,vv… theo yêu cầu. Ngoài ra, bề mặt có thể được làm săn chắc với nhiều màu sắc khác nhau, từ màu “đồng” đến các sắc thái khác nhau của màu nâu, đến xanh đen và đen, bằng cách sử dụng các hóa chất làm săn da có bán trên thị trường. Những màu hoàn thiện này thường được sử dụng cho đồ kim loại trang trí và kiến ​​trúc.

Một bức tượng Khổng Minh được đúc bằng đồng thau

Dễ dàng thích ứng với các kim loại khác

Đồng thau có thể dễ dàng được liên kết với các hợp kim đồng khác hoặc với các kim loại khác bằng hầu hết các quá trình nối thương mại như tán đinh, hàn mềm, hàn bạc và hàn ma sát. Thực hành kết dính cũng có thể được sử dụng.

Tính kháng khuẩn cao

Đồng được biết đến như một chất diệt khuẩn và hàm lượng đồng trong đồng thau có tác dụng hạn chế sự phát triển của vi sinh vật. Các thử nghiệm trên phần cứng cửa như tay nắm và tấm đá cho thấy những vật liệu làm bằng đồng thau ít có khả năng khuyến khích sự phát triển của các sinh vật gây nhiễm trùng  hơn so với các vật liệu khác. Do đó, phụ kiện bằng đồng thau, không có lớp hoàn thiện bảo vệ thêm, nên được sử dụng trong các môi trường nhạy cảm như bệnh viện. Đây cũng là lý do vì sao mà ngày nay nó là vật liệu được sử dụng nhiều để sản xuất sen tắm, vòi chậu…

Sen tắm đúc từ đồng thau

Xem thêm: lược sử sơ khai cùa đồng thau