Медь и ее сплавы

Лекция 18

Медь — металл розовато-красного цвета, плотность меди 8, 95 г/см³, температура плавления 1083⁰С. Медь кристаллизуется в гранецентрированной решетке и не имеет полиморфных превращений.

На воздухе при наличии влаги и углекислого газа медь медленно окисляется, покрываясь пленкой зеленого цвета, которая защищает медь от дальнейшей коррозии.

Чистая медь обладает высокой электрической проводимостью (на втором месте после серебра), пластичностью, коррозийной стойкостью в пресной и морской воде, а также в ряде химических сред. Механические свойства меди в литом состоянии: σ _В=160МПа, σ _{0, 2}=35МПа, δ =25%; в горячедеформированном: σ _В= 250 MПa, σ _{0, 2} = 95 МПа, δ = 50 %. Из-за низких значений предела текучести и высокой стоимости чистая медь как конструкционный материал не применяется. Около половины производимой меди используется в электро- и радиотехнике.

Электрическая проводимость меди зависит от содержания примесей. При наличии даже небольшого количества примесей электрическая проводимость резко падает. Для проводов применяют электролитическую медь марок М3, содержащую 99, 5 % Cu, М2 — 99, 7 %, M1 — 99, 9 % Cu, М0— 99, 95 %, М00 — 99, 9% Сu.

Для повышения прочности проводов, например трамвайных и троллейбусных, их дополнительно наклепывают или легируют кадмием в количестве около 1%. При этом электрическая проводимость уменьшается на 10%, но прочность увеличивается почти в 2 раза.

Медь и ее сплавы являются традиционными материалами, используемыми в технике низких температур. Применение меди и ее сплавов обусловлено их высокими характеристиками механических свойств при низких температурах, хорошей коррозийной стойкостью и высокой теплопроводностью.

Вредными примесями, снижающими механические и технологические свойства меди и ее сплавов, являются висмут и свинец, сера и кислород. Висмут и свинец почти не растворимы в меди и образуют легкоплавкие эвтектики по границам зерен, что способствует красноломкости и ухудшает способность к горячей деформации. Из-за отрицательного влияния на пластичность меди содержание висмута не должно превышать 0, 002 %. Сера с медью образует эвтектику Cu — Cu₂S, обладающую повышенной хрупкостью. Особо вредной примесью является кислород, образующий даже в небольших количествах хрупкую эвтектику Cu — Cu₂O по границам зерен, вследствие чего проявляется так называемая водородная болезнь: при нагреве металла с включениями эвтектики, содержащийся в атмосфере водород диффундирует в глубь меди, где взаимодействует с эвтектикой с образованием паров воды

Сu₂О + Н₂ = 2Cu + Н₂О,

в результате чего создается высокое давление внутри металла и возможно образование трещин.

Медь и ее сплавы имеют удовлетворительную технологичность. Медь хорошо деформируется, хорошо сваривается и паяется. Ее недостатком является сравнительно плохая обрабатываемость резанием.

Соединение деталей из меди и ее сплавов часто выполняют посредством твердой и мягкой пайки. Твердые припои изготавливают на основе меди и цинка с добавкой серебра; их температура плавления составляет 600— 1000⁰С. Мягкие припои изготавливают из сплавов олова со свинцом; их температура плавления 200 — 300⁰С. Паяные медные соединения обычно применяют в криостатах исследовательских установок.

Сплавы меди устойчивы против коррозии, обладают хорошими анти- фрикционными, технологическими и механическими свойствами и широко используются в качестве конструкционных материалов. По технологическим характеристикам различают деформируемые и литейные медные сплавы, по химическому составу их делят на латуни и бронзы. Латуни представляют собой сплавы меди с цинком, а бронзы — сплавы меди с другими элементами.

Медные сплавы обозначают начальной буквой сплава Л — латунь или Бр — бронза, после чего следуют первые буквы основных элементов, образующих сплав: О — олово, Ц — цинк, Мц — марганец, А — алюминий, Ж— железо, Ф — фосфор, Б— бериллий, Х — хром, Н — никель и т.д., а после них цифры, указывающие содержание легирующих элементов в процентах. В деформируемых латунях не указывается содержание цинка, а в деформируемых бронзах — содержание меди, их концентрации определяются по разности. Например, Л-62 — латунь, содержащая 62 % Сu, остальное — цинк, ЛЖМц-59-1-1 — латунь, содержащая, %: 59 Сu, 1 Fе, 1 Мn и остальное — цинк, или БрОФ 6, 5 - 0, 15 — бронза: 6, 5 Sn, 0, 15 Р, остальное — медь.

Для различения материалов по технологическому признаку порядок цифр в деформируемых и литейных сплавах различен. В деформируемых латунях и бронзах цифры, отделенные друг от друга через тире, ставятся в конце обозначения марки и расположены в той же последовательности, как и буквы, например ЛА60-1 (латунь, содержащая, %: 60Cu, 1Al, остальное Zn) или БрОЦ4-3 (бронза, содержащая, %: 4Sn, 3Zn, остальное Cu).

В литейных латунях и бронзах содержание всех компонентов сплавов в процентах, в том числе содержание цинка, приведены сразу же после обо- значающих их букв. Содержание меди в литейных сплавах определяется по разности от 100 %. Например, ЛЦ16К4 — литейная латунь, содержащая 16 % Zn, 4 % Si, остальное медь или БрО5Ц5С5 — литейная бронза, содержащая 5 % Sn, 5 % Zn, 5 % Pb, остальное — медь.