Медь и ее сплавы

Цветные металлы являются более дорогими и дефицитными по сравнению с черными металлами, однако область их применения в технике непрерывно расширяется. Прежде всего, это относится к меди, алюминию и титану.

Медь - пластичный металл, имеющий ГЦК-решетку. Плотность ее γ = 8,9 г/см³, Т_пл=1083° С, σ_в=200-250 Н/м², НВ=850÷1150Н/м², 50%, φ≈75%. Медь обладает очень высокой теплопроводностью (λ=340 ккал/(м×град×ч) и электропроводностью.

По электропроводности медь лишь немногим уступает серебру и является важнейшим из проводниковых материалов. Однако ее электропроводность существенно снижается при наличия даже незначительного количества примесей. Поэтому в качестве проводников используют чистую электролитическую медь марок М1 (чистота 99,9%, МО (99,95%) и особо чистую медь МОО (99,99%).

Вредными для прочностных и технологических свойств меди являются примеси висмута и свинца, а также серы и кислорода, которые снижают пластичность меди. У меди низкая прочность. Поэтому в качестве конструкционного материала используют сплавы меди. Сплавы меди с цинком называют латунями. Сплавы меди с любыми другими компонентами называют бронзами.

Цинк образует с медью твердый раствор а; предельная растворимость цинка при комнатной температуре 39%. До этой концентрации цинка латунь однофазна, от 39 до 46% - двухфазна ( α+β^’ ). Однако из-за хрупкости (β^’ -фазы содержание цинка ограничивается 42-43%.

Для повышения уровня механических свойств и коррозионной стойкости латунйлегируют (вне больших количествах) оловом, марганцем, алюминием (повышается σ_в и коррозионная стойкость) - это так называемые «морские латуни», стойкие в морской воде. Легирование кремнием улучшает литейные свойства.

Легированные таким образом латуни называются многокомпонентными в отличие от простых (двойных) латуней Сu-Zn. В маркировке латуней в соответствии с ГОСТ 15527-70 содержание цинка и его обозначение не указывается. Простые латуни маркируются как Л80, Л70 (Л-латунь, 80 и 70 - содержание меди).

Легированные латуни обозначаются как ЛМС 58-2-2 (58% меди, 2% марганца, 2% свинца), ЛАН 59-3-2 (59% меди, 3% алюминия, 2% никеля).

Бронзы - это сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, бериллием, свинцом, марганцем.

Как правило, бронзы обладают хорошими литейными свойствами, удовлетворительной пластичностью, хорошо обрабатываются давлением и резанием (латуни плохо поддаются обработке резанием). Бронзы характеризуются высокой коррозионной стойкостью; некоторые виды бронз могут использоваться как антифрикционные материалы.

Оловянные бронзы системы Сu -Sn являются, по-видимому, самым древним металлическим материалом в истории человечества («бронзовый» век связан с использованием в качестве оружия и предметов обихода именно этого материала). При содержании Sn≤5% такие бронзы однофазны (α-фаза обладает высокой пластичностью, однако прочность ее низка). Обычно содержание олова в бронзе составляет 8-10% и тогда она обладает хорошими литейными свойствами.

Такие бронзы устойчивы в атмосфере, в морской воде, в растворах солей и щелочей, в азотной и соляной кислотах. Однако олово дорогой и редкий металл, поэтому применение оловянных бронз строго регламентируется.

Пример маркировки оловянных бронз: Бр.ОЦС8-4-3 (Бр - бронза, 8% олова, 4% цинка, 3% свинца, остальное медь, она в маркировке не указывается).

Алюминиевые бронзы - своего рода заменители бронз оловянных. Они технологичны, прочны, не содержат дефицитных материалов. При содержании алюминия до 9% такие бронзы однофазны, при более высокой концентрации — двухфазны. При Аl>10% алюминиевую бронзу можно закаливать: получаемая в результате структура является аналогом мартенсита в стали. Пример маркировки по ГОСТ 1048-70: Бр.АЖ9-4 (8-10% АI, 2-4% Fе). Следует от метить, что алюминиевые бронзы обладают хорошими антифрикционными свойствами.

Кремнистые бронзы (ГОСТ 1048 - 70) можно отнести к жаропрочным: рабочие температуры их использования достигают 500°С. Кремнистые бронзы, как и алюминиевые, могут подвергаться закалке и отпуску.

Бериллиевые бронзы (ГОСТ 1789 - 70) содержат до 2-2,5% бериллия (Бр.Б2).Это самые высокопрочные бронзы: после закалки от 780°С в воде и старения при 300°С в течение 3ч, необходимого для дисперсионного упрочнения, предел прочности может достигать 1500 Н/м², правда, пластичность составляет всего 2%. Эти бронзы обладают великолепной упругостью (из них делают мембраны, плоские пружины и другие разнообразные упругие элементы). Ударный инструмент из бериллиевой бронзы обладает абсолютной искробезопасностью, что важно во взрывоопасных рабочих средах. Свинцовые бронзы содержат до 25-30% свинца, обладают хорошим сочетанием антифрикционных свойств с высокой теплопроводностью. Эти бронзы применяют в качестве рабочих элементов подшипников скольжения.

Марганцевые бронзы, представляющие твердый γ-раствор, обладают высокой коррозионной стойкостью в сочетании с жаропрочностью до 400°С. Из бронзы Бр.Мц5 делают, например, фасонные отливки для арматуры паровых котлов.

Сплавы меди с никелем (мельхиоры, нейзильберы) нашли широкое применение в криогенной технике, а также для изготовления предметов домашнего обихода.

Дата добавления: 2014-01-14