Cobre é um metal vermelho-alaranjado com excelente condutividade elétrica, resistência à corrosão e propriedades antibacterianas. O níquel é um metal brilhante e prateado que oferece alta resistência, tenacidade e resistência química.
A combinação desses dois metais em diferentes proporções no nível metalúrgico forma as ligas de cobre-níquel (CuNi). Elas aproveitam os benefícios do cobre e do níquel, oferecendo um equilíbrio entre resistência à corrosão, ductilidade e condutividade térmica e elétrica.
Compreender os tipos de ligas de cobre e níquel, sua composição e propriedades, vantagens, desvantagens, aplicações e implicações de custo pode ajudar na Materiais de usinagem CNC seleção ou qualquer outro projeto de fabricação. Então, vamos discutir esses aspectos das ligas de CuNi em detalhes.
O que é liga de cobre e níquel?
Peças de Cuproníquel
Uma liga de cobre-níquel, liga CuNi ou simplesmente cobre-níquel, refere-se a uma liga metálica formada pela combinação metalúrgica de cobre e níquel. O cobre e o níquel puros são fundidos e moldados em diferentes formatos. Nesse processo, a liga é fundida com uma microestrutura única, resultante da combinação de ambos os metais. Os átomos de níquel substituem os átomos de cobre na rede cristalina, formando uma nova estrutura cristalina cúbica de faces centradas (CFC) contínua.
Como todos os outros material de liga, a proporção de elementos de liga na mistura pode variar de acordo com o tipo de liga. Em ligas Cu-Ni, a porcentagem de níquel varia de 10 a 45%. À medida que a quantidade de níquel aumenta na composição, ela se torna mais tenaz, mas menos usinável. Enquanto isso, ligas com
Além de cobre e níquel, manganês e ferro também são adicionados em pequenas quantidades, aproximadamente 2%. Esses aditivos aumentam ainda mais a resistência à corrosão. Estanho e alumínio também são adicionados a algumas ligas para torná-las favoráveis em aplicações de alto desempenho.
Propriedades físicas das ligas de cobre e níquel
As ligas de cobre-níquel não enferrujam facilmente, possuem boa ductilidade e podem ser moldadas em tubos, canos e peças complexas. Além disso, são mais densas que o cobre puro.
| Propriedade | Cu-Ni 90/10 | Cu-Ni 70/30 |
| Densidade (g·cm⁻³) | 8.9 | 8.95 |
| Calor específico (J·kg⁻¹·K⁻¹, ≈20°C) | 377 | 377 |
| Condutividade térmica (W·m⁻¹·K⁻¹, ≈20°C) | 50 | 29 |
| Coeficiente linear de expansão térmica (10⁻⁶ K⁻¹, 10–300°C) | 17 | 16 |
| Condutividade elétrica (% IACS) | 9% SIGC | 4% |
Propriedades mecânicas de ligas de cobre e níquel
As ligas de cobre-níquel possuem boa resistência mecânica, resistência ao desgaste e resistência à fadiga. Elas também proporcionam bom alongamento e dureza moderada.
| Propriedade | Cu-Ni 90/10 | Cu-Ni 70/30 |
| Módulo de Young (GPa) | 135 | 150-152 |
| Módulo de cisalhamento (GPa) | 50 | 57 GPa |
| Coeficiente de Poisson | 0.34 | 0.34 |
| Resistência à tração (MPa) | 300–420 MPa | 372-517 |
| Força de rendimento (MPa) | 100 MPa | 120-130 |
| Alongamento (%) | 30% | 30-45% |
| Dureza (HV) | 85-95 | 95-110 |
Tipos de ligas de cobre e níquel
Tipos de ligas de CuNi
Com base nas porcentagens de níquel e cobre na composição, existem diferentes tipos de cobre-níquel, cada um com propriedades ligeiramente diferentes. Inclui Cu-Ni 90/10, Cu-Ni 70/30, Cu-Ni 80/20 e Cu-Ni 75/25.
Vamos elaborar brevemente sobre essas ligas de cobre e níquel:
Cu–Ni 90/10
Esta liga contém 90% de Cu e 10% de Ni, enquanto manganês e ferro são adicionados em aproximadamente 1%. Você pode considerá-la um equivalente à liga UNS C70600. Além disso, é um material de grau marítimo que oferece boa ductilidade, soldabilidade e resistência à corrosão em água do mar. Cu-Ni 90/10 é usado em ferragens marítimas, tubulações, construção naval e trocadores de calor.
Cu–Ni 70/30
A maior quantidade de níquel aumenta a resistência mecânica e a resistência à corrosão. Possui propriedades de alongamento ligeiramente melhores. A liga 70/30 também resiste à formação de ferrugem em água corrente e em ambientes marinhos. Além disso, é equivalente à liga UNS C71500.
Você pode usar isso para aplicações que lidam com cargas mecânicas mais elevadas, como estações de tratamento de água, tubulações offshore e tubos de condensadores. No entanto, a maior porcentagem de níquel aumenta o custo da liga.
Cu–Ni 80/20
O Cu-Ni 80/20 é equivalente ao Cu-Ni 80/20 e também é conhecido como grau intermediário do Cu-Ni 90/10 e 70/30. Oferece boa resistência à corrosão e resistência mecânica ligeiramente inferior. Seus usos podem ser observados em tubulações, fiação, arquitetura e decoração, e em alguns equipamentos para água salgada.
Cu-Ni 75/25
Essa liga de cobre-níquel é popular na cunhagem de moedas e na produção de itens decorativos. Ela oferece excelente resistência à corrosão, boa ductilidade, resistência ao desgaste e apelo estético. No mercado, também é possível encontrar uma liga 75/25 otimizada para estampagem de metais.
Relacionado a: Bronze vs Cobre vs Latão
Vantagens das ligas de cobre e níquel
As ligas de cobre-níquel combinam as propriedades úteis do cobre e do níquel. Oferecem boa resistência à corrosão, podem ser moldadas em diferentes formatos e são recicláveis.
Essas ligas são amplamente utilizadas em aplicações marítimas porque apresentam bom desempenho em água salgada e outras condições adversas. Essa é uma das razões pelas quais cobre vs bronze O desempenho é frequentemente discutido na seleção de materiais para sistemas de água do mar.
Agora, vamos analisar as cinco principais vantagens das ligas de cobre-níquel:
- Resistência à corrosão: As ligas de cuproníquel oferecem resistência superior à corrosão em água salgada e outros ambientes agressivos.
- Antibacteriano: São antibacterianos e adequados para algumas aplicações farmacêuticas e criogênicas. Também são benéficos em ambientes marinhos, pois repelem organismos marinhos.
- Estabilidade térmica: As ligas Cu-Ni não perdem suas propriedades em altas temperaturas, geralmente até 650 °C. Além disso, elas podem suportar estresse térmico cíclico.
- Usinabilidade e formabilidade: Os níquels de cobre podem ser usinados em CNC para formar peças complexas, enquanto as chapas podem ser moldadas em diversos formatos por meio de processos de fabricação. Além disso, as peças podem ser unidas por soldagem e brasagem.
- Condutividade: As ligas possuem excelentes propriedades de transferência de calor e condutividade elétrica, sendo, portanto, benéficas para fiação, conectores e trocadores de calor.
Desvantagens das ligas de cobre e níquel
Embora os níquels de cobre sejam materiais extremamente úteis em usinagem e fabricação de metais, eles também apresentam algumas limitações, especialmente as implicações de custo e a baixa usinabilidade de alguns tipos.
As desvantagens das ligas de cuproníquel são as seguintes::
- Mais caro que outras ligas: Comparado com liga de extrusão de alumínio e aço inoxidável ligas, cobre e níquel são mais caras.
- Maquinabilidade: Alguns tipos, como Cu-Ni 70/30, são menos usináveis e podem precisar de ferramentas com revestimento duro.
- Sensível à contaminação por soldagem: Embora as ligas Cu-Ni tenham alta soldabilidade, elas são mais propensas à contaminação na soldagem e exigem controle preciso da temperatura.
Aplicações de ligas de cobre e níquel (CuNi)
Devido à sua resistência à corrosão e longa vida útil, as ligas de CuNi são amplamente utilizadas em equipamentos marítimos, sistemas de tubulação, componentes elétricos e aplicações arquitetônicas. Elas são frequentemente escolhidas em detrimento do aço inoxidável para sistemas de água do mar. Essas mesmas propriedades também as tornam um material prático para usinagem de cobre em ambientes exigentes.
Vejamos as principais aplicações:
Tubos de cobre e níquel e niples para tubos 
Bico de tubo
A resistência à biocombustibilidade e à corrosão torna os tubos de cobre-níquel excelentes para uso em águas marinhas e em plataformas offshore. Consequentemente, os niples de tubo são seções curtas de tubo com roscas em ambas as extremidades; são usados em conexões e extensões de tubulação.
Exemplos de aplicação: conexões, flanges, válvulas, tubulações offshore, sistemas de admissão/saída, tubulações para fluidos corrosivos em indústrias.
Circuitos de resfriamento
Loops de cobre CuNi
Os circuitos de resfriamento são uma rede de tubos fechados ou semifechados. Eles permitem que o líquido refrigerante flua para dentro e são usados para dispersar o calor de máquinas, ferramentas, equipamentos e sistemas. Devido às suas excelentes propriedades de transferência de calor, os Cuproníquels são adequados para esta aplicação.
Exemplos de aplicação: circuitos de resfriamento de água do mar, HVAC e refrigeração, usinas de energia, condensadores, etc.
construção naval
Sistema de tubulação de água do mar
Cobre-níquel é usado na construção naval, em interiores e em diversos sistemas auxiliares. A resistência do cobre-níquel, a durabilidade, a baixa tendência à bioincrustação e a resistência à erosão causada pela água do mar os tornam úteis na construção naval.
Exemplos de aplicação: Componentes para equipamentos subaquáticos, linhas hidráulicas, estruturas offshore, serpentinas de aquecimento de carga, componentes de bombas, cascos de navios e tubulações de porão e lastro.
Usinas de dessalinização
As ligas CuNi são ideais para usinas de dessalinização, sejam elas de estágio único ou múltiplo. Elas podem suportar água salgada sem degradar a superfície por um longo período.
Exemplos de aplicação: Tubulação da câmara do evaporador, seção de recuperação de calor, tubos do aquecedor de salmoura, bicos para câmaras de flash, válvulas e conexões.
Qual é a importância do cobre e níquel?
A combinação de cobre e níquel permite aproveitar ambas as propriedades. As ligas tornam-se mais dúcteis que o níquel e mais tenazes que o cobre. Além disso, oferecem estabilidade térmica em temperaturas elevadas. O uso de ligas também ajuda a reduzir os custos dos materiais; seus preços são inferiores aos do níquel puro.
As propriedades acima tornam o cobre e o níquel significativamente importantes em sistemas e equipamentos marítimos, tubulações industriais e de água do mar, trocadores de calor e na indústria elétrica.
Além disso, você também pode personalizar as propriedades conforme necessário, alterando a proporção de níquel, cobre e outros elementos de liga (pequenas quantidades).
Liga Cu-Ni vs Liga de Titânio vs Aço Liga 
CuNi vs outras ligas
As ligas de titânio são mais resistentes que as de CuNi e oferecem uma maior relação resistência-peso, mas são mais caras. Liga de titânio graus como Ti-6Al-4V, Ti-3Al-2V e Ti-6Al-4V ELI são populares em usinagem CNC.
Os aços ligados são formados pela liga de vários elementos no ferro, como cromo, níquel, vanádio, molibdênio, enxofre e fósforo. Enquanto isso, a diferença entre aço-liga vs aço carbono é que o aço carbono inclui uma alta porcentagem de carbono, mas não envolve tantos metais de liga.
A tabela abaixo fornece uma visão geral comparativa de Cu-Ni vs titânio vs liga de aço:
| Critérios | Ligas Cu-Ni | Ligas de titânio | Liga de aço |
| Resistência à Tração | Moderado | Alto | Maior que Cu-Ni, menor que ligas de Ti |
| Resistência à Corrosão | Excelente em água do mar | Excelente em um ambiente agressivo | Boa |
| Resistência à temperatura | Moderado (~300°C) | Excelente (até ~600°C) | Bom a excelente, depende do grau da liga |
| Peso | Moderado | Claro | Pesado |
| Custo | Moderado a alto | Alto | Baixo a moderado |
| Aplicações comuns | Ferragens marítimas, trocadores de calor | Aeroespacial, implantes médicos, processamento químico | Automotivo, construção, máquinas |
Resumindo
O que torna as ligas de cobre-níquel únicas é sua excelente resistência à corrosão em água do mar e boa resistência mecânica. Elas também são boas condutoras de calor e eletricidade. Portanto, o CuNi tem amplas aplicações na indústria naval,
No final, para converter os níquels de cobre bruto em uma peça ou produto útil, você precisa de equipamentos de fabricação e experiência. Boda, ajudamos você a fabricar componentes funcionais de Cu-Ni usando fresamento CNC, torneamento, perfuração, EDM, conformação de metal e diversas outras tecnologias.
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Perguntas Frequentes
O que é CuNii?
CuNi é uma notação para ligas de cobre-níquel, também chamadas de cuproníquel. Elas são feitas com 10 a 45% de níquel, 65 a 90% de cobre e 1 a 2% de manganês e ferro.
Para que é usada a liga de cobre e níquel?
A liga de cobre e níquel é usada em condições como água do mar, exposição corrosiva e alta exposição térmica.
A liga de cobre e níquel é cara?
Sim, é mais caro do que a maioria das outras ligas de usinagem CNC, como aço inoxidável e ligas de alumínio. No entanto, o preço se justifica na maioria das aplicações.
Qual é a faixa de resistência das ligas de cobre-níquel?
A resistência exata depende do tipo de liga (90/10, 70/30, 80/20) e do tratamento térmico. Já a resistência à tração varia entre 300 e 520 MPa.
A liga CuNi é segura?
Sim, a liga CuNi é segura para sistemas de água, aquecimento e condensação. Alguns graus são até seguros para processamento de alimentos e usos médicos.
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