Как подразделяются сплавы на основе меди?

Названия и состав сплавов меди

Сплавы меди — это соединение цветного металла с некоторыми элементами таблицы Менделеева. В процессе их формирования атомы кристаллической решетки меди замещаются атомами другого вещества. В результате образовывается новое твердое соединение. Каждое из них обладает своими физическими и химическими показателями.

Чаще всего, на основе меди получают бронзу и латунь, путем добавления цинка и олова. Новые соединения снижают цену основного металла, улучшая некоторые параметры. Идет повышение пластичности и коррозионной стойкости. Это дает возможность использовать их в некоторых отраслях промышленности.

Сплав меди

Исторический ракурс

Согласно историческим данным, первый медный сплав появился к 7 тыс. до н.э. Позже в качестве добавки стало использоваться олово. В это время, именуемое бронзовым веком, из такого материала изготавливалось оружие, зеркала, посуда и украшения.

Технология производства менялась. Появились добавки в виде мышьяка, свинца, цинка и железа. Все зависело от требований, предъявляемых к предмету. Материал для украшений нуждался в особом подходе. Состав сплава состоял из меди, олова и свинца.

Начиная с 8 в. до н. э. в Малой Азии была разработана технология получения латуни. В это время еще не научились добывать чистый цинк. Поэтому в качестве сырья использовалась его руда. С течением времени производство медных сплавов постоянно расширялось и до сих пор находится на первых местах.

Сплавы химического элемента меди

Медь, в соединении с другими металлами, образует сплавы с новыми свойствами. В качестве основных добавок используются олово, никель или свинец. Каждый вид соединения обладает особыми характеристиками. Отдельно медь используется редко, поскольку у нее невысокая твердость.

Немного о бронзе

Бронза — название сплава меди и олова. Также в состав соединения входит кремний, свинец, алюминий, марганец, бериллий. У полученного материала показатели прочности выше, чем у меди. Он обладает антикоррозионными свойствами.

С целью улучшения характеристик в сплав добавляются легирующие элементы: титан, цинк, никель, железо, фосфор.

Существует несколько разновидностей бронзы:

1. Деформируемые. Количество олова не превышает 6%. Благодаря этому, металл обладает хорошей пластичностью и поддается обработке давлением.
2. Литейные. Высокая прочность позволяет использовать материал для работы в сложных условиях.

Сплав никель и медь

В этом соединении используется медь и никель. Если к этой паре добавляются другие элементы, соединения носят такие названия:

1. Куниали. К 6–13% никеля еще добавляется 1,5–3% алюминия. Остальное медь.
2. Нейзильбер. Содержит 20% цинка и 15% хрома.
3. Мельхиор. Присутствует 1% марганца.
4. Копелем. Сплав с содержанием 0,5% марганца.

Латунь

Это сплав меди с цинком. Колебание количественного содержания цинка влечет за собой изменение характеристик и цвета сплава.

Кроме этих 2 основных элементов в сплаве содержатся легирующие добавки. Их показатель составляет небольшой процент.

Латунь обладает высокими прочностными характеристиками, пластичностью и способностью противостоять коррозии. Также характеризуется немагнитными свойствами.

Латунь

Физические и химические свойства сплавов

Химический состав и механические свойства медных сплавов обеспечивают им не только прочность, но и хорошую электро- и теплопроводность. Особенно это относится к латуни.

Все медные сплавы характеризуются хорошими антифрикционными свойствами. Отдельно стоит отметить бронзу.

Благодаря хорошим антифрикционным свойствам бронзы, материал идет на изготовление втулок в качестве подшипников скольжения. Такое изделие не требует смазки, поскольку с внутреннего диаметра, по которому идет скольжение, сминаются все шероховатости. Именно это и является источником смазки. Установка таких подшипников ведется даже на высокоточном оборудовании — координатно-расточных и координатно-шлифовальных станках.

Температура плавления меди без добавок составляет 1083 градуса. В зависимости от количества добавления цинка и олова, этот показатель меняется. Величина температуры плавления латуни составляет 900–1050 градусов, а бронзы — 930–1140 градусов.

Коррозионные свойства медных сплавов отличаются стойкостью. Связано это с тем, что медь не активный элемент. Особенно не корродируют полированные поверхности.

Коррозионная стойкость медных соединений проявляется в пресной воде и ухудшается в присутствии кислоты, которая препятствует образованию защитной оболочки.

Применение сплавов

Благодаря своим свойствам медь и ее сплавы нашли применение не только в промышленности, но и ювелирном деле.

Соединения меди также используются для изготовления следующих изделий:

• проволоки, благодаря хорошей электропроводности;
• труб, материал которых не вступает в реакцию с водой;
• посуды, в которой не развиваются бактерии;
• кровли для крыши, служащей длительное время;
• в качестве фурнитуры для мебели.

Работа с медным сплавом

Способы получения металла

Основные сплавы на основе меди — латунь и бронза. Их процесс производства следующий:

1. Латунь. Предварительно идет плавка меди. Затем цинк разогревается до 100 градусов и добавка его ведется на конечной стадии получения латуни. В качестве источника тепла используется древесный уголь.
2. Бронза. Для ее производства применяются индукционные установки. Сначала плавится медь, а потом добавляется олово.

В обоих случаях формируются слитки, поступающие в прокатный цех, где происходит их обработка давлением в горячем и холодном виде.

Плавление меди в домашних условиях

Чтобы получить сплав меди в домашних условиях, нужно изготовить самодельное оборудование для плавления. Процесс проводится следующим образом:

1. Изготавливается из силикатного кирпича опора.
2. Сверху укладывается сетка из металла с мелкими ячейками.
3. Насыпается уголь и разогревается газовой горелкой. Чтобы огонь разгорелся лучше, направляется струя воздуха из пылесоса.
4. На огонь ставится тигель с мелкими кусочками металла.
5. По окончании процесса жидкий металл сливается в форму.

Названия и свойства сплавов на основе меди

В настоящее время открыто и используется более 400 медьсодержащих сплавов, каждый из которых обладает уникальным сочетанием свойств, соответствующих конкретным областям применения, высоким требованиям к качеству, оптимальным производственным процессам и условиям окружающей среды.

• Первые сплавы
• Общие свойства сплавов на основе меди
• Сплавы меди с другими химическими элементами
• Способы получения
• Области применения

Первые сплавы

Открытие меди, а также сплавов, содержащих этот металл, произошло после случайного (а потом – и намеренного) нагрева сульфидных руд до температуры более 8000С. Этот процесс оказался доступным человечеству ещё с 4000-3000 гг. до н.э., тогда и были получены сплавы меди.

Поскольку извлечение меди из медных руд происходило с неизбежным включением в состав конечного продукта также и попутных химических элементов – кремния, олова, железа, то фактически речь шла о получении бронзы. Бронза – исторически первый сплав меди. Достоверно известно, что бронза уже была известна в древнем Иране и на Балканах. Так родилась металлургия Бронзового века человечества.

Значительно позже была открыта латунь. Впервые латунь (позже названную за тусклый жёлтый блеск «поддельным золотом») получили римляне в эпоху правления императора Октавиана Августа (начало нашей эры). Для этого медь сплавили с рудой, содержащей большой процент цинка.

В последующем металлургия медных сплавов постоянно совершенствовалась: уменьшалось количество посторонних примесей, увеличивалась точность состава сплавов, содержащих медь, росла их номенклатура.

Общие свойства сплавов на основе меди

Характеристики медных сплавов всегда адаптировали соответственно конкретным промышленным применениям и высокотехнологичным продуктам. Это достигается с помощью процесса легирования, когда в основной компонент сплава – медь – вводят два или несколько различных металлов. Комбинируя медь с другими металлами, можно изготавливать целый ряд медных сплавов для решения любых задач, стоящих перед техникой и обществом.

Общими свойствами рассматриваемых соединений являются:

1. Высокая электропроводность.
2. Высокая теплоёмкость.
3. Легкость образования прочных химических соединений.
4. Достаточная химическая инертность при работе во влажных или химически агрессивных средах.
5. Привлекательный товарный вид.

Использование медных сплавов вместо чистой меди снижает стоимость готовых изделий и уменьшает напряжённость в сфере потребления данной продукции, поскольку ресурсы меди в значительной мере уже разведаны и интенсивно вырабатываются. Отметим также, что металлургия медных сплавов отличается повышенным уровнем токсичности производственных процессов.

Сплавы меди с другими химическими элементами

Особенностями химического состава и структуры таких сплавов являются:

1. Высокие пластические характеристики, повышающиеся при увеличении процентного содержания меди. Это позволяет использовать данные сплавы в технологических процессах обработки давлением, которые характеризуются высокими значениями интенсивности деформации. К таким технологиям относятся холодное выдавливание, прессование, волочение, глубокая вытяжка.
2. Отличная теплопроводность, вследствие чего электротехнические изделия, изготовленные из большинства марок медных сплавов, не нагреваются даже при пропускании через них токов большой мощности.
3. Отличная электропроводность, что находит своё отражение в снижении поперечного сечения токопроводящих профилей при той же нагрузке (в сравнении, например, с алюминиевыми или стальными).
4. Хорошая коррозионная стойкость и стойкость от биообрастания. Это находит применение в изготовлении из таких сплавов подводной части морских судов.
5. Нечувствительность к температурным колебаниям: даже при криогенных температурах медные сплавы полностью сохраняют свои механические и электрические свойства.

Все медные сплавы немагнитны. Некоторые из них имеют особые названия. Так, сплав меди называется нейзильбером, если он дополнительно содержит хром, и мельхиором, если там есть ещё и марганец.

Бронза

Все разновидности бронз выделяются тем, что основным легирующим элементом в них не является никель или цинк. Согласно современной классификации к бронзе относят также сплавы, которые содержат алюминий, кремний, свинец и (в незначительном количестве) ряд других металлов.

Бронзы – как литые, так и деформируемые — можно разделить на четыре группы. К кованым бронзовым сплавам относят:

1. Сплавы системы «медь-олово-фосфор» или фосфорную бронзу.
2. Сплавы системы «медь-олово-свинец-фосфор» или свинцовые фосфорные бронзы.
3. Медно-алюминиевые сплавы (или алюминиевые бронзы).
4. Медно-кремниевые сплавы (кремниевые бронзы).

Все сплавы данного семейства хорошо обрабатываются давлением в нагретом состоянии или при комнатной температуре.

Литые бронзовые сплавы включают в себя:

1. Медно-оловянные бронзы.
2. Сплавы системы «медь-олово-свинец « (сплавы, которые содержат повышенный процент свинца).
3. Медно-оловянно-никелевые бронзы, имеющие в своём химическом составе значительное количество никеля (не на уровне металлургической примеси.
4. Медно-алюминиевые сплавы, часто именуемые алюминиевыми бронзами.

Физические характеристики бронз практически не зависят от химсостава этих сплавов.

Среди прочих бронз выделим медно-бериллиевые сплавы. Они считаются самыми твердыми и прочными, хорошо поддаются механической и термической обработке. В результате бериллиевые бронзы по механическим свойствам практически аналогичны многим высокопрочным легированным сталям, сохраняя при этом высокую коррозионную стойкость.

Медно-никелевые сплавы

Характерная особенность этих сплавов — превосходная устойчивость к морской коррозии. Кроме того, добавление никеля к меди улучшает прочность и коррозионную стойкость, при этом хорошая пластичность сохраняется.

При добавлении к основным компонентам – меди и никелю – также цинка и серебра такие сплавы (иногда называемые специальными латунями), улучшают свою внешнюю привлекательность и часто используются в декоративных применениях.

Латунь

Наименование «латунь» принято для обширного класса медно-цинковых сплавов, которые характеризуются высокими показателями прочности, обрабатываемости, пластичности , износостойкости, твёрдости. Все латуни выделяются характерным соломенно-жёлтым цветом, имеют высокие показатели электро- и теплопроводности. Они обладают высокой стойкостью к коррозии.

Способы получения

Практическое применение нашли два процесса – электролиз и гидрометаллургия. Электролитическим способом сплав, содержащий медь, получают следующим образом. Исходным материалом является чистая катодная медь, свойства которой зависят от ряда переменных — концентрации серной кислоты и сульфата меди, типа и количества легирующих добавок, температуры электролита, плотности тока и частоты очистки электродов. После осаждения конечный продукт промывают, удаляя все следы электролита. Далее происходит отжиг полуфабриката в восстановительной атмосфере, после чего порошок спекают и прессуют в требуемые формы (иногда после прессования продукт подвергают прокатке). Процесс характеризуется высокой однородностью готовых изделий по показателям плотности и прочности..

Исходным сырьём для гидрометаллургического процесса получения медных сплавов может служить первичная или вторичная медь (медный лом). Основной металл выщелачивается серной кислотой или аммиачными растворами, насыщенный раствор отделяют от остатка фильтрацией. Медь осаждают из раствора водородным восстановлением под давлением. Во время восстановления 90…95% сплава осаждается в виде порошка, который далее перекачивается в центрифугу, где и происходит отделение. Влажный медный порошок сушат в восстановительной атмосфере и измельчают, добавляя требуемые легирующие элементы. Дальнейшие операции производят в той же последовательности, что и в предыдущем варианте.

Области применения

Медные сплавы играют ключевую роль в удовлетворении современных социальных потребностей – при производстве возобновляемых источников энергии, в здравоохранении, изготовлении высокоэффективных энергетических устройств, а также в сфере коммуникаций. Вот некоторые примеры:

При изготовлении систем вентиляции, отопления и кондиционирования медные сплавы способствуют снижению трудоёмкости изготовления и сборки кондиционеров, снижению их веса, уменьшению размеров, повышению КПД работы приборов, снижению расхода хладагента.

В строительстве и архитектуре медные сплавы улучшают внешний вид и выразительность зданий, повышают их устойчивость от наводнений и подтоплений. Использование медных сплавов отвечает важным требованиям современного дизайна зданий, которые требуют применения перерабатываемых и экологически чистых материалов, что обеспечивает эффективную защиту окружающей среды.

В электроэнергетике медные сплавы применяются, начиная от технологии производства высоковольтных проводов и микросхем до мощных генераторов и компьютеров. Возрастает их роль в вопросах оптимального распределения и генерации энергии, в том числе, и из возобновляемых источников.

Эффективность использования сплавов на основе меди увеличивается при внедрении процессов вторичной переработки некондиционных устройств, которые содержат в своей конструкции детали из данных материалов.

Учебные материалы

Медь относится к группе цветных металлов, наиболее широко применяемых в промышленности. Порядковый номер меди в периодической системе Д. И. Менделеева — 29, атомный вес А = 63,57. Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку (ГЦК) с периодом а = 3,607 Å.

Удельный вес меди g = 8,94 г/см 3 , температура плавления — 1083 0 С. Чистая медь обладает высокой тепло — и электропроводностью. Удельное электрическое сопротивление меди 0,0175 мкОм×м, теплопроводность l = 395 Вт/(м×град). Предел прочности s_в = 200…250 МПа, твердость 85…115 НВ, относительное удлинение d = 50 %, относительное сужение y = 75 %.

Медь — немагнитный металл. Она обладает хорошей технологичностью: обрабатывается давлением, резанием, легко полируется, хорошо паяется и сваривается, имеет высокую коррозионную стойкость. Основная область применения — электротехническая промышленность.

Электропроводность меди существенно понижается при наличии даже очень небольшого количества примесей. Поэтому в качестве проводникового материала применяют в основном особо чистую медь М00 (99,99 %), электролитическую медь М0 (99,95 %), М1 (99,9 %). Марки технической меди М2 (99,7 %), М3 (99,5 %), М4 (99,0 %).

В зависимости от механических свойств различают медь твердую, нагартованную (МТ) и медь мягкую, отожженную (ММ).

Вредными примесями в меди являются висмут, свинец, сера и кислород. Действие висмута и свинца аналогично действию серы в стали; они образуют с медью легкоплавкие эвтектики, располагающиеся по границам зерен, что приводит к разрушению меди при ее обработке давлением в горячем состоянии (температура плавления эвтектики соответственно 270 0 С и 326 0 С).

Сера и кислород снижают пластичность меди за счет образования хрупких химических соединений Сu₂O и Сu₂S.

В качестве конструкционного материала технически чистую медь применяют редко, так как она имеет низкие прочностные свойства, твердость. Основными конструкционными материалами на основе меди являются сплавы латуни и бронзы. Для маркировки медных сплавов используют следующее буквенное обозначение легирующих элементов:

• О — олово; Ц — цинк; Х — хром;
• Ж — железо; Н — никель; С — свинец;
• К — кремний; А — алюминий; Ф — фосфор;
• Мц — марганец; Мг – магний; Б – бериллий.

Латуни

Латуни — это медные сплавы, в которых основным легирующим элементом является цинк.

В зависимости от содержания цинка латуни промышленного применения бывают:

1. однофазные a — латуни, содержащие до 39 % цинка (это предельная растворимость цинка в меди);
2. двухфазные (a+b|)- латуни, содержащие до 46 % цинка;
3. однофазные b|- латуни ,содержащие до 50 % цинка.

Однофазные a- латуни пластичны, хорошо обрабатываются резанием, давлением при температурах ниже 300 0 С и выше 700 0 С (в интервале от 300 0 С до 700 0 С — зона хрупкости). С увеличением содержания цинка прочность латуней повышается. В латунях b|- фаза представляет собой упорядоченный твердый раствор на базе электронного соединения СuZn с решеткой ОЦК, она хрупкая и прочная. Поэтому, чем больше в латунях b|- фазы, тем они прочнее и менее пластичны. Практическое применение имеют латуни с содержанием цинка до 42…43 %.

Латуни, обрабатываемые давлением, маркируются буквой Л (латунь), после которой ставятся буквенные обозначения легирующих элементов; цифры, следующие за буквами, указывают содержание меди и количество соответствующего легирующего элемента в процентах. Содержание цинка определяется по разности от 100 %. Например, латунь Л62 содержит 62 % Сu и 38 % Zn. Литейные латуни маркируются буквой Л, после которой ставится содержание цинка и других легирующих элементов в процентах. Количество меди определяется по разности от 100 %. Например, латунь ЛЦ36Мц20С2 содержит 36 % Zn, 20 % Mn, 2 % Pb и 42 % Сu.

К однофазным a — латуням относятся Л96 (томпак), Л80 (полутомпак), Л68, имеющая наибольшую пластичность (d = 56 %). Двухфазные (a+b|) — латуни марок Л59 и Л60 имеют меньшую пластичность в холодном состоянии, но большую прочность и износостойкость. Однофазные имеют после отжига s_в = 250…350 МПа и d = (50…56) %, двухфазные — s_в = 400…450 МПа и d = (35… 40 %).

Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости латуни могут легироваться оловом, алюминием, марганцем, кремнием, никелем, железом и др.

Введение легирующих элементов (кроме никеля) уменьшает растворимость цинка в меди и способствует образованию b|- фазы, поэтому такие латуни чаще двухфазные (a+b|). Никель увеличивает растворимость цинка в меди, и при достаточном его содержании латунь из двухфазной становится однофазной. Свинец облегчает обрабатываемость резанием и улучшает антифрикционные свойства. Сопротивление коррозии повышают Al, Zn, Si, Mn, Ni, Sn.

В морском судостроении применяются оловянистые ”морские” латуни, например, ЛО70-1 (70 % Сu, 1 % Sn, 29 % Zn). Она используется для изготовления конденсаторных трубок, деталей теплотехнической аппаратуры.

Алюминиевые латуни используют для изготовления конденсаторных трубок, цистерн, втулок, а также для изготовления коррозионно-стойких деталей, работающих в морской воде. Марки латуней: ЛА77-2, ЛАЖ60-1-1, ЛАН59-3-2 (в электрических машинах, в хим. машиностроении). Из латуни ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 изготовляют цельнотянутые круглые трубы для производства манометрических трубок и пружин в приборах повышенного класса точности. С помощью закалки и старения sв достигает 700 МПа.

Марганцевые латуни кроме хороших механических и технологических свойств (обрабатываются давлением в холодном и горячем состоянии) обладают высокой коррозионной стойкостью в морской воде, хлоридах и перегретом паре. Латуни ЛМц 58-2 и ЛМцА 57-3-1 применяются в основном для изготовления крепежных изделий арматуры.

Кремнистые латуни характеризуются высокой прочностью (s_в до 640 МПа), пластичностью и вязкостью до минус 183 0 С. Латунь ЛК80-3 применяют для изготовления арматуры, деталей приборов в судо- и общем машиностроении.

Свинцовистые латуни отлично обрабатываются резанием и обладают высокими антифрикционными свойствами. Латуни ЛС60-1, ЛС59-1 применяют для изготовления крепежных деталей , зубчатых колес, втулок.

Никелевая латунь обладает повышенными механическими (s_в до 785 МПа) и коррозионными свойствами, обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии. Латунь ЛН65-5 применяется для изготовления манометрических и конденсаторных трубок, различного вида проката.

Литейные латуни содержат те же элементы, что и латуни, обрабатываемые давлением; от последних литейные отличает, как правило, большее легирование цинком и другими металлами. Вследствие этого они обладают хорошими литейными характеристиками.

Бронзы

Бронзы — это сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием и другими элементами.

По технологическому признаку бронзы делятся на деформируемые и литейные. Деформируемые маркируются буквами Бр, после которых перечисляются легирующие элементы, а затем соответственно содержание этих элементов в процентах. Содержание меди определяется по разности от 100 %. Например, БрОЦС 8-4-3 содержит 8 % Sn, 4 % Zn, 3 % Pb, 85 % Сu.

Литейные бронзы маркируются аналогично литейным латуням. Например, бронза Бр06Ц3Н6 содержит 6 % Sn, 3 % Zn, 6 % Pb, 85 % Сu.

Бронзы по сравнению с латунью обладают лучшими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью.

Оловянные бронзы. Наибольшее практическое значение имеют сплавы, содержащие до 10…12 % Sn. Предельная растворимость олова в меди 15,8%, однако в реальных условиях кристаллизации и охлаждения предельная растворимость снижается примерно до 6 %. К однофазным сплавам относятся бронзы с содержанием олова до 5…6 % и a — фаза, представляет твердый раствор олова в меди с ГЦК — решеткой. При большем содержании олова наряду с a — раствором присутствует эвтектоид (a + Сu31Sn8). Предел прочности бронзы возрастает с увеличением олова, но при его высоких концентрациях резко снижается из-за большего количества хрупкого интерметаллида Сu₃₁Sn₈.

Оловянные бронзы обычно легируют Zn, Pb, Ni, P. Цинк улучшает технологические свойства бронзы и удешевляет ее. Фосфор улучшает литейные свойства. Для изготовления художественного литья содержание фосфора может достигать 1 %. Свинец (до 3…5 %) вводится в бронзу для улучшения ее обрабатываемости резанием. Никель повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность отливок, уменьшает ликвацию. Среди медных сплавов оловянные бронзы имеют самую низкую линейную усадку (0,8 % при литье в землю и 1,4 % — в металлическую форму).

Для проведения пластичности проводится гомогенизация сплавов при температурах 700…750 0 С с с быстрым охлаждением. Остаточные напряжения снимаются отжигом при 550 0 С.

Оловянные деформируемые бронзы Бр0Ф7-0.2, БрОЦС4-4-4, БрОЦ4-3 и другие имеют более высокую прочность, упругость, сопротивление усталости, чем литейные. Их используют для изготовления подшипников скольжения, шестерен, трубок контрольно — измерительных и других приборов, манометрических пружин и т.д.

Литейные оловянные бронзы. По сравнению с деформируемыми они содержат большее количество легирующих элементов, имеют ниже жидкотекучесть, малую линейную усадку, склонны к образованию усадочной пористости. Бронзы БрОЗЦ7С5Н, БрО10Ф1, БрО6Ц6С3, БрО5С25 и другие применяются для изготовления арматуры, работающей в воде и водяном паре, подшипников, шестерен, втулок.

Алюминиевые бронзы отличаются высокими механическими антикоррозионными свойствами, жидкотекучестью, малой склонностью к дендритной ликвации. Из-за большой усадки трудно получить сложную фасонную отливку. Они морозостойки, немагнитны, не дают искры при ударах. По коррозионной стойкости превосходят латуни и оловянистые бронзы.

Алюминий растворяется в меди, образуя a — твердый раствор замещения с пределом растворимости 9,4 %. При большем содержании в структуре появляется эвтектоид (a + g|); g| — интерметаллид Сu₃₂Al₉.

Однофазные бронзы БрА5, БрА7 имеют хорошую пластичность и относятся к деформируемым. Обладают наилучшим сочетанием прочности и пластичности: s_в = 400…450 МПа, d = 60 %.

Двухфазные бронзы (a + g|) имеют повышенную прочность до 600 МПа, но пластичность заметно ниже d = (35…45) %. Эти сплавы упрочняются термообработкой и дополнительно легируются Fe, Ni, Mn.

Железо измельчает зерно и повышает механические и антифрикционные свойства алюминиевых бронз. Никель улучшает механические свойства и износостойкость, температуру рекристаллизации и коррозионную стойкость. Марганец повышает технологические и коррозионные свойства.

Бронзы БрАЖН10-4-4, БрАЖМц10-3-1-5 и др. применяются для изготовления зубчатых колес, деталей турбин, седел клапанов и других деталей, работающих в тяжелых условиях износа при повышенных температурах до 400 0 С, корпуса насосов, клапанные коробки и др.

Закалка проводится с температуры 950 0 С, после чего бронзы подвергают старению при 250…300 0 С в течение 2…3 ч.

Кремнистые бронзы применяются в качестве заменителей оловянистых бронз. До 3 % кремний растворяется в меди, и образуется однофазный a-твердый раствор. При большем содержании кремния появляется твердая и хрупкая g-фаза. Никель и марганец улучшает механические и коррозионные свойства. Они не теряют пластичности при низких температурах, хорошо паяются, обрабатываются давлением, немагнитны и не дают искры при ударах. Их используют для деталей, работающих до 500 0 С, а также в агрессивных средах (пресная, морская вода).

Бронзы БрКН1-3, БрКМц3-1 применяют для изготовления пружин, антифрикционных деталей, испарителей и др.

Бериллиевые бронзы. Содержат 2…2,5 % Ве. Эти сплавы упрочняются термической обработкой. Предельная растворимость бериллия в меди при 866 0 С составляет 2,7 %, при 600 0 С — 1,5 %, а при 300 0 С всего 0,2 %. Закалка проводится при 760…800 0 С в воде и старение при 300 0 С в течение 3 ч. Сплав упрочняется за счет выделения дисперсных частиц g-фазы СuBe, что приводит к резкому повышению прочности до 1250 МПа при d = 3…5 %. Бронзы БрБ2, БрБНТ1,9 и БрБНТ1,7 имеют высокую прочность, упругость, коррозионную стойкость, жаропрочность, немагнитны, искробезопасны (искра не образуется при размыкании электрических контактов). Применяются для изготовления мембран, пружин, электрических контактов.

Свинцовые бронзы. Свинец практически не растворяется в жидкой меди. Поэтому сплавы после затвердевания состоят из кристаллов меди и включений свинца. Такая структура обеспечивает высокие антифрикционные свойства. Бронза БрС30 применяется для изготовления вкладышей подшипников скольжения, работающих при повышенных давлениях и с большими скоростями. По сравнению с оловянистыми бронзами, теплопроводность ее в 4 раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту, возникающую при трении. Прочность этих бронз невысокая s_в = 60 МПа, d = 4 %.

Медные сплавы

Медные сплавы – продукция металлургического производства, процесс изготовления которой человечество освоило с давних времён. Первый медный сплав – сплав меди с оловом – дал начало целой технологической эпохе истории цивилизации, получившей название «бронзовый век».

Мягкий, пластичный металл розовато-золотистого цвета. Его красота издревле привлекала человека, поэтому первыми изделиями из меди были украшения.

В присутствии кислорода медные слитки и изделия из меди приобретают красновато-жёлтый оттенок за счёт образования плёнки из оксидов. Во влажной среде в присутствии углекислого газа медь становится зеленоватой.

Медь имеет высокие показатели теплопроводности и электропроводности, что обеспечивает ей использование в электротехнике. Не меняет свойств в значительном диапазоне температур от очень низких до очень высоких. Не магнитная.

В природе залежи медной руды чаще, чем других металлов, находятся на поверхности. Это позволяет вести добычу открытым способом. Встречаются крупные медные самородки с высокой чистотой меди и медные жилы. Помимо этого медь получают из таких соединений:

• медный колчедан,
• халькозин,
• борнит,
• ковеллин,
• куприт,
• азурит,
• малахит.

Медные сплавы, их свойства, характеристики, марки

Изготовление медных сплавов позволяет улучшить свойства меди, не теряя основных преимуществ данного металла, а также получить дополнительные полезные свойства.

К медным сплавам относят: бронзу, латунь и медно-никелевые сплавы.

Бронза

Сплав меди с оловом. Однако, с развитием технологий появились также бронзы, в которых вместо олова в состав сплава вводятся алюминий, кремний, бериллий и свинец.

Бронзы твёрже меди. У них более высокие показатели прочности. Они лучше поддаются обработке металла давлением, прежде всего, ковке.

Маркировка бронз производится буквенно-цифровыми кодами, где первыми стоят буквы Бр, означающими собственно бронзу. Добавочные буквы означают легирующие элементы, а цифры после букв показывают процентное содержание таких элементов в сплаве.

Буквенные обозначения легирующих элементов бронз:

• А – алюминий,
• Б – бериллий,
• Ж – железо,
• К – кремний,
• Мц – марганец,
• Н – никель,
• О – олово,
• С – свинец,
• Ц – цинк,
• Ф – фосфор.

Пример маркировки оловянистой бронзы: БрО10С12Н3. Расшифровывается как «бронза оловянистая с содержанием олова до 10%, свинца – до 12%, никеля – до 3%».

Пример расшифровки алюминиевой бронзы: БрАЖ9-4. Расшифровывается как «бронза алюминиевая с содержанием алюминия до 9% и железа до 4%».

Латунь

Это сплав меди с цинком. Кроме цинка содержит и иные легирующие добавки, также и олово.

Латуни – коррозионно устойчивые сплавы. Обладают антифрикционными свойствами, позволяющими противостоять вибрациям. У них высокие показатели жидкотекучести, что даёт изделиям из них высокую степень устойчивости к тяжёлым нагрузкам. В отливках латуни практически не образуются ликвационные области, поэтому изделия обладают равномерной структурой и плотностью.

Маркируются латуни набором буквенно-цифровых кодов, где первой всегда стоит буква Л, означающая собственно латунь. Далее следует цифровой указатель процентного содержания меди в латуни. Остальные буквы и цифры показывают содержание легирующих элементов в процентном соотношении. В латунях используются те же буквенные обозначения легирующих элементов, что и в бронзах.

Пример маркировки латуни двойной: Л85. Расшифровывается как «латунь с содержанием меди до 85%, остальное – цинк».

Пример маркировки латуни многокомпонентной: ЛМцА57-3-1. Расшифровывается как «латунь с содержанием меди до 57%, марганца – до 3%, алюминия – до 1%, остальное – цинк».

Медно-никелевые сплавы

• Мельхиор — сплав меди и никеля. В качестве добавок в сплаве могут присутствовать железо и марганец. Частные случаи технических сплавов на основе меди и никеля:
• Нейзильбер – дополнительно содержит цинк,
• Константан – дополнительно содержит марганец.

У мельхиора высокая коррозионная устойчивость. Он хорошо поддаётся любым видам механической обработки. Немагнитен. Имеет приятный серебристый цвет.

Благодаря своим свойствам мельхиор является, прежде всего, декоративно-прикладным материалом. Из него изготавливают украшения и сувениры. В декоративных целях является отличным заменителем серебра.

Выпускается 2 марки мельхиора:

• МНЖМц – сплав меди с никелем, железом и марганцем;
• МН19 – сплав меди и никеля.

Область применения сплавов меди

Медь обладает невысоким удельным сопротивлением. Это свойство обеспечило меди широкое применение в электротехнической промышленности. Из меди изготавливаются проводники, провода, кабели. Медь используется при изготовлении печатных плат различных электронных устройств. Медные провода используются в электрических двигателях и трансформаторах.

У меди высокая теплопроводность. Это обеспечивает ей применение при изготовлении охладительных и отопительных радиаторов, кондиционеров, кулеров.

Прочность и коррозиоустойчивость меди послужили основанием для изготовления из неё труб, находящих значительную сферу применения: в водопроводных, газовых и отопительных системах, в охладительном оборудовании, в кондиционировании.

В строительстве медь применяется при изготовлении крыш и фасадных деталей зданий.

Бактерицидные особенности меди дают ей возможность использования в медицинских заведениях как дезинфицирующего материала: при изготовлении деталей интерьера, которых люди касаются больше всего – дверных ручек, перил, поручней, бортиков кроватей и т.п.

Медные сплавы имеют не меньшую сферу применения.

Бронзы (по маркам) применяются при производстве деталей машин: паровой и водяной арматуры, элементов ответственного назначения, подшипников, втулок. Оловянистые деформируемые бронзы используют для производства сеток, используемых в целлюлозно-бумажной промышленности.

Латуни (по маркам) находят применение при производстве деталей машин в области теплотехники и химической аппаратуры. Из них изготавливают различные змеевики и сильфоны. В автомобилестроении латуни используют для изготовления конденсаторных труб, патрубков, метизов. В судостроении и авиастроении латуни также используются для изготовления деталей, конденсаторных труб, метизов. Из латуней изготавливаются детали часовых механизмов, полиграфические матрицы.

Мельхиор МНЖМц используется для производства конденсаторных трубок морских судов, работающих в наиболее тяжёлых условиях. Мельхиор МН19 используется для изготовления медицинских инструментов, монет, украшений, столовых приборов.

Источники меди для вторсырья

Экономия ресурсов – важная экологическая и технологическая задача. Медь – слишком ценный элемент, чтобы запросто им разбрасываться. Поэтому при утилизации бытовых устройств и приборов (телевизоров, холодильников, компьютерной техники) нужно срезать все медь содержащие элементы и сдавать их на пункты сбора вторсырья. На производствах должен быть организован централизованный сбор списанных силовых кабелей и трансформаторов, электродвигателей, прочих медь содержащих деталей и устройств. Определённое содержание меди есть в испорченных люминесцентных лампах, что тоже стоит учитывать при утилизации.

Медь и медные сплавы, освоенные человечеством на самой заре цивилизации, остаются востребованными материалами и в технологическую эпоху, основу которой составляет железо. Современное промышленное производство невозможно себе представить без использования цветных металлов. В дальнейшем потребность в меди её сплавах будет только расти, поэтому очень важно относиться к данным материалам экономно и использовать их рационально.

Медные сплавы. Свойства, маркировка и примене­ние

В качестве конструкционных материалов применя­ют главным образом сплавы меди, которые, сохраняя положительные свойства меди, обладают высокими механическими, технологическими, антифрикционными и другими свойствами. По технологическим показателям сплавы меди делятся на деформируемые и литейные, а по химическому составу — на бронзы и латуни.

Бронзами называются сплавы меди с оловом, алю­минием, кремнием, цинком, бериллием и другими леги­рующими элементами, среди которых цинк не является основной добавкой. По названию основных легирующих элементов бронзы подразделяются на оловянные, алю­миниевые, кремнистые, бериллиевые, свинцовые и др. При этом безоловянные бронзы служат не только за­менителями дорогих оловянных бронз, но и в ряде случаев превосходят их по своим основным свойствам.

Бронзы тверже меди, хорошо обрабатываются реза­нием, имеют высокие литейные и антифрикционные свойства, хорошую коррозионную стойкость.

Деформируемые бронзы маркируют буквами «Бр» (бронза), за которыми следуют буквы, обозначающие название легирующего элемента, и цифры, показываю­щие их процентное содержание. Например, бронза БрОЦС-8-4-3 содержит: 8% олова, 4% цинка, 3% свинца, остальное (85%)—медь. В марках литейных бронз содержание каждого легирующего элемента ста­вится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, Бр04Ц4С17 содержит 4% олова, 4% цинка, 17% свинца. Оловянные бронзы содержат до 14% олова и легируются цинком, свинцом, никелем и фосфором. Содержание цинка колеблется от 2 до 15% и повышает жидкотекучесть сплавов, плотность и механические свойства отливок. Свинец улучшает антифрикционные свойства и технологичность, никель — плотность, меха­нические свойства и коррозионную стойкость бронз, а фосфор, являясь раскислителем, повышает их литейные и антифрикционные свойства и износостойкость.

Литейные оловянные бронзысодержат более 6% олова и значительное количество легирующих добавок. Они обладают высокой коррозионной и химической стойкостью, хорошо обрабатываются резанием, имеют низкую усадку и коэффициент трения, высокие механи­ческие и физические свойства, поэтому широко исполь­зуются для изготовления пароводяной и химической арматуры, сложных фасонных отливок, подшипников скольжения и других изделий. Деформируемые оловян­ные бронзы содержат до 8% олова и меньшее число легирующих добавок по сравнению с литейными. Они обладают высокой пластичностью, хорошими упругими свойствами и износостойкостью и выпускаются в виде листов, полос, лент, трубок и проволоки, а также при­меняются для изготовления различных пружинящих деталей в электротехнике, приборостроении и других отраслях промышленности.

Алюминиевые бронзысодержат от 5 до 11% алюми­ния и обладают более высокими механическими свойст­вами и коррозионной стойкостью по сравнению с оло­вянными бронзами, но уступают им в литейных свойствах. Бронзы, содержащие более 10% алюминия, могут подвергаться термической обработке, которая повышает их твердость и прочность, но снижает плас­тичность. Недостатками алюминиевых бронз являются склонность к окислению и газонасыщению в процессе плавки, сложность пайки и др. Улучшению свойств алюминиевых бронз способствует легирование их же­лезом, никелем и марганцем. Железо улучшает струк* туру и повышает прочность алюминиевых бронз, никель и марганец — механические и технологические свойст­ва, а также коррозионную стойкость. Из алюминиевых бронз изготавливают зубчатые колеса, шестерни, ло­патки турбин, втулки и другие детали, работающие в условиях повышенного давления, температуры и износа.

Кремнистые бронзы содержат до 3% кремния; обла­дают высокой упругостью, хорошими антифрикционны­ми свойствами, но уступают оловянным и алюминиевым бронзам в литейных свойствах; в промышленности при­меняются в качестве заменителей дорогостоящих оло­вянных и бериллиевых бронз. Кремнистые бронзы леги­руются никелем и марганцем, которые улучшают их литейные свойства, повышают твердость, прочность и коррозионную стойкость. Из кремнистых бронз изготав­ливают детали машин и приборов, работающие в усло­виях повышенной температуры и трения, водяную и химическую арматуру, а также ленты, проволоку, прутки, полосы и другие изделия.

Бериллиевые бронзы содержат до 3% бериллия, отличаются высокой твердостью, прочностью и упру­гостью, хорошей стойкостью к коррозии и износу. Эти бронзы поддаются термической обработке, повышаю­щей их твердость и прочность. Из бериллиевых бронз изготавливают наиболее ответственные детали машин: пружины, шестерни, подшипники, работающие в усло­виях повышенной температуры, давления и трения, а также ударный инструмент.

Свинцовые бронзы содержат до 30% свинца, обла­дают высокими антифрикционными свойствами и теп­лопроводностью, хорошо воспринимают различные удар­ные нагрузки. Эти бронзы легируются никелем, оловом, марганцем, которые повышают их твердость и проч­ность. Свинцовые бронзы применяются для производ­ства ответственных подшипников авиационных двига­телей внутреннего сгорания и др. Из сплавов на основе меди широкое распространение получили медно-никеле­вые сплавы — мельхиоры и нейзильберы, обладающие высокой коррозионной стойкостью, пластичностью и красивым внешним видом. Например, мельхиор МН-19 применяется для изготовления медицинского инстру­мента, деталей в точной механике, разменной монеты и др., и нейзильбер МНЦ15-20—для изготовления при­боров точной механики, деталей часовых механизмов и изделий широкого потребления.

Латунями называются сплавы меди с цинком. Ла­тунь тверже меди, имеет высокую коррозионную стой­кость, теплопроводность и электропроводность, хорошо обрабатывается резанием. Наибольшей пластичностью обладают латуни, содержащие около 3% цинка, а наи­большей твердостью и прочностью — содержащие до 45% цинка. Чтобы повысить механические свойства и химическую стойкость латуней, в них добавляют леги­рующие элементы. Легированные латуни применяются для изготовления деформируемых полос, труб, прово­локи и другой металлопродукции. Литейные латуни обычно имеют высокое содержание цинка и легирующих элементов. Наиболее распространенными легирующими элементами в латунях являются алюминий, олово, кремний, никель и др.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет