Медь и ее сплавы

 

 

Медь — древнейший металл. Он стал использоваться человеком еще очень давно: в природе встречались самородки меди, из которых можно было путем удара каменными орудиями изготовить украше­ния или простейшее оружие. В настоящее время самородная медь встречается редко и основная масса металла добывается из руд, содержащих всего 1—2% меди.

Мировое производство меди в 70-х годах в капиталистических странах превышало 5 млн. т в год.

Наиболее важным свойством меди, обеспечившим ей широкое применение, является хорошая электропроводность и теплопровод­ность, высокая пластичность и способность образовывать техноло­гичные сплавы, которые отлично обрабатываются и обладают хоро­шими механическими свойствами.

Температура плавления меди 1083° С, кипения — 2360°С. Предел прочности чистой меди не очень высок и составляет 220 МПа (22 кгс/мм2). Ее кристаллическая решетка— кубическая гранецен-трированная, параметры решетки а = 0,361 Нм (3,61 А). Плотность равна 8,93 г/см3, а твердость меди почти в два раза меньше, чем у железа НВ 35.

 

Медные сплавы

 Товарная чистая медь согласно ГОСТ 854—66 может быть 10 марок (табл. 17). Марки меди М00, МО и Ml получаются обычно только после электролитического рафинирования меди, другие марки могут быть получены и путем переплавки отходов, а медь №3 и М4 можно получить только огневым рафинированием меди. В технической меди могут присутствовать примеси В1, БЬ, Аб, РЬ, Бп, Ре, N1, Б, О, сопутствующие при получении ее из руд и при рафинировании или попавшие в нее при переработке отходов. Суммарно допустимое количество этих примесей приведено в табл. 17. Более 50% чистой меди потребляет электротехническая промышлен­ность и энергетика в качестве проводников электрического тока. Поэтому большое количество меди подвергается прокатке и волоче­нию.

 

Медь обладает хорошей пластичностью как в холодном, так и в горячем состоянии. Но не все перечисленные примеси одинаково влияют на пластичность и другие свойства меди. Наиболее ослож­няют горячую прокатку меди висмут и свинец, не растворяющиеся в меди в твердом состоянии, образующие с ней легкоплавкие эвтек­тики (висмут с температурой плавления 270°С, а свинец с температу­рой плавления 326°С). Поэтому их содержание в высших сортах меди лимитируется тысячными долями процента. Отрицательно влияет на горячую прокатку и кислород, но при больших  концентрациях  (0,1—0,2%).  Другие примеси  (олово, цинк, никель, серебро) не ухудшают пластичности меди и других механических  свойств,  так   как, присутствуя  в  небольших  коли­чествах,  они  входят в  твердый раствор.

 

Наиболее распространенными и известными сплавами меди являют­ся латуни и бронзы. Латунями называют группу сплавов меди с цинком, получившую наиболее широкое применение в технике. В группу латуней входят томпак (90% и более меди, остальное цинк, если эти сплавы содержат от 79 до 86% меди, их называют полу­томпак) и много других, не только двойных, но и более сложных сплавов. Механическая прочность латуней выше, чем меди, и они хорошо обрабатываются резанием. Большим их преимуществом яв­ляется их пониженная стоимость, так как входящий в них цинк значительно дешевле меди. Латуни широко применяют в приборострое­нии, в общем и химическом ма­шиностроении. Наиболее широко применяют и латуни, содержащие до 40% цинка. Этот пре­дел добавок цинка тесно связан с диаграммой состояния медь - цинк. Эти латуни пластичны, хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, коррозионностойки. Вследствие близкого расположения линий ликвидуса и солидуса в системе медь — цинк латуни имеют хорошие литейные свойства (большая жидкотекучесть, отсутствие ликвации, малая усадка и др.). Но при их заливке в формы необходима хорошая вентиляция цеха, так как пары, выделяющиеся из жидких латуней, вредно влияют на организм человека.

Медноцинковые латуни в соответствии с ГОСТ 15527—70 вы­пускают восьми марок: Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, Л63, Л60. Марки обозначают буквой Л, затем ставят цифру, указывающую средний процент меди в этом сплаве. Латуни более сложного состава (табл. 18) в обозначении имеют после бук­вы Л другую букву, а цифры, размещенные после цифры, показываю­щей процент меди, указывают процент добавок в марке латуни. Так, например, ЛС-59-1 означает: латунь свинцовистая, содержа­щая от 57 д о 60% меди и от 0,8 до 1,5 свинца; ЛМцА-57-3-1 — латунь марганцовистоалюминиевая, содержащая 2,5—3,5% марганца и 0,5—1,5% алюминия. Все добавляемые к латуни элементы обозна­чают русскими буквами: О—олово, Ц—цинк, С—свинец, Ж — железо, Мц — марганец, Н — никель, К — кремний, А — алюминий и т. д.

Добавки этих металлов к латуням дают или для повышения их механических свойств, или для улучшения их обрабатываемости, или коррозионной стойкости. Так, добавки никеля повышают проч­ность и коррозионную стойкость; добавки свинца ухудшают меха­нические свойства латуней, но улучшают обрабатываемость реза­нием.

Широко известны сплавы меди с оловом, называемые бронзами. Из бронзы еще в древности делали оружие и инструменты, сосуды и украшения, так как эти сплавы более прочны и коррозионно-стойки, чем медь. Благодаря отличным литейным качествам из этих сплавов в более позднее время стали отливать пушки, колокола и статуи. Современные оловянистые бронзы редко содержат более 10% олова. Они значительно тверже меди, но хорошо заполняют форму при литье и обрабатываются резцами, а также отличаются высокой коррозионной стойкостью. Наряду с применением бронз для монументальных памятников они используются при изготовле­нии арматуры газовых и водопроводных линий и в химическом машиностроении. Малый коэффициент трения и устойчивость к износу делает их незаменимыми при изготовлении вкладышей под­шипников, червяков и червячных колес, шестерен и других деталей ответственных и точных приборов.

 Бронзы маркируют русскими буквами Бр; справа ставят эле­менты, входящие в бронзу: О — олово, А — алюминий, Ф — фос­фор, Т — титан и другие, обозначаемые так же, как и в латунях, но цифры, стоящие за буквами, обозначают среднее содержание добавок этих дополнительных элементов в бронзе (цифры, обозна­чающие процентное содержание меди в бронзах, не ставят). Так, например, БрОЦ4-3 обозначает в бронзе в среднем 4% олова, 3% цинка, остальное медь. Часть диаграммы состояния Си — Эп, необходимая для пони­жения структур оловянистых бронз, приведена на рис. 149, а. Из диаграмм видно, что сплавы, содержащие небольшое количество олова, образуют а-фазу — твердый раствор замещения меди оло­вом, имеющим кристаллическую решетку куба с центрированными гранями, т. е. решетку, аналогичную чистой меди.

 Большинство современных бронз редко содержат больше 7% олова и обычно имеют однофазную структуру, состоящую из α-кристаллов.  Олово дороже и дефицитнее меди. Поэтому широкое применение нашли заменители оловянистых бронз, именуемые безоловянистыми бронзами. К ним следует отнести в первую очередь алюминиевые бронзы БрА5 и более сложные — алюминиевожелезомарганцовистые БрАЖМц10-3-1,5 и некоторые дру­гие. Сплавы меди с небольшими до­бавками алюминия (до 10%) харак­теризуются хорошей жидкотекучестью, малой ликвацией, хорошо деформируются в горячем и холод­ном состоянии, так как эти спла­вы образуют однофазный твердый раствор алюминия в меди. Добавки никеля, железа, марганца и свинца улучшают механические и некото­рые технологические свойства алю­миниевых бронз. Высокими механическими свой­ствами, пластичностью и корро­зионной стойкостью отличаются кремнистые бронзы; например, БрКН-1-3, содержащая 0,6—1,1% кремния, 2,4—3,4% никеля и 0,1-—0,4% марганца. Очень большой прочностью и упругостью славятся бериллиевые бронзы БрБ2, в состав которых входят 1,8—2,1 % бериллия и 0,2—0,5% никеля (остальное медь) и некоторые другие. Из них изготов­ляют пружины, пружинящие контакты ответственных приборов и многое другое.

 В последнее время получили известность сплавы меди и никеля мельхиор (80% Си и 20% N1, иногда часть меди в этих сплавах бы­вает заменена цинком), широко применяемый для изготовления украшений, столовых и чайных приборов, а также используемый для изготовления монет так называемый монель-металл (68% №, 28% Си и небольшие добавки марганца и железа). Высокая корро­зионная стойкость этого сплава, хорошие механические свойства и легкая обрабатываемость сделали возможным его использование не только для изготовления разменной монеты, но и как материал для хирургических инструментов, деталей в точном машиностроении и в тонкой химической технологии.

Наш новый сайт: Металлопрокат в Петербурге