Медные сплавы
Свойства меди. Медь металл красновато-розового цвета; кристаллическая ГЦК решетка, полиморфных превращений нет. Медь менее тугоплавка, чем железо, но имеет большую плотность. Медь обладает хорошей технологичностью. Она прокатывается в тонкие листы, ленту. Из меди получают тонкую проволоку, медь легко полируется, хорошо паяется и сваривается. Медь характеризуется высокими теплопроводностью и электропроводимостью, пластичностью и коррозионной стойкостью.
Примеси снижают все эти свойства. По ГОСТ 859-78 в зависимости от содержания примесей различают следующие марки меди: М00 (99,99%Cu), М0 (99,97%Cu), M1 (99,9%Cu), М2 (99,7%Cu), МЗ (99,5%Cu). Наиболее часто встречающиеся в меди примеси подразделяют на три группы.
1. Растворимые в меди элементы Al, Fe, Ni, Zn, Ag повышают прочность и твердость меди и используются для легирования сплавов на медной основе.
2. Нерастворимые элементы РЬ и Bi ухудшают механические свойства меди и однофазных сплавов на ее основе. Образуя легкоплавкие эвтектики, располагающиеся по границам зерен основной фазы, они вызывают красноломкость. Причем вредное влияние висмута обнаруживается при его содержании в тысячных долях процента, поскольку его растворимость ограничивается 0,001%. Вредное влияние свинца также проявляется при малых его содержаниях (< 0,04 %). Висмут, будучи хрупким металлом, охрупчивает медь и ее сплавы. Свинец, обладая низкой прочностью, снижает прочность медных сплавов, однако вследствие хорошей пластичности не вызывает их охрупчивания. Кроме того, свинец улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием медных сплавов, поэтому применяется для легирования двухфазных сплавов меди.
3. Нерастворимые примеси O, S, Se, Tl присутствуют в меди и ее сплавах в виде промежуточных фаз, которые образуют с медью эвтектики с высокой температурой плавления и не вызывают красноломкости.
Кислород при отжиге меди в водороде вызывает «водородную болезнь», которая может привести к разруше нию металла при обработке давлением или эксплуатации готовых деталей.
Механические свойства меди в большой степени зависят от ее состояния и в меньшей от содержания примесей. Высокая пластичность чистой отожженной меди объясняется большим количеством плоскостей скольжения. Холодная пластическая деформация (достигающая 90% и более) увеличивает прочность, твердость, предел упругости меди, но снижает пластичность и электрическую проводимость. При пластической деформации возникает текстура, вызывающая анизотропию механических свойств меди. По электропроводимости и теплопроводности медь занимает второе место после серебра. Она применяется для проводников электрического тока и различных теплообменников, водоохлаждаемых изложниц, поддонов, кристаллизаторов.
Недостатки меди: высокая плотность, плохая обрабатываемость резанием и низкая жидкотекучесть.
Общая характеристика и классификация медных сплавов. Сохраняя положительные качества меди (высокие теплопроводность и электропроводимость, коррозионную стойкость и др.), медные сплавы обладают хорошими механическими, технологическими и антифрикционными свойствами.
Для легирования медных сплавов в основном используют элементы, растворимые в Cu, Zn, Sn, Al, Be, Si, Mn, Ni. Повышая прочность медных сплавов, легирующие элементы практически не снижают, а некоторые из них (Zn, Sn, Al) увеличивают пластичность. Высокая пластичность - отличительная особенность медных сплавов. По прочности медные сплавы уступают сталям.
По технологическим свойствам медные сплавы подразделяют на деформируемые (обрабатываемые давлением) и литейные; по способности упрочняться с помощью термической обработки - на упрочняемые и неупрочняемые. По химическому составу медные сплавы подразделяют на две основные группы: латуни и бронзы.
Латунями называются сплавы меди с цинком.
Они бывают двойными (простые) и многокомпонентными (легированные). Двойные деформируемые латуни маркируются буквой Л (латунь) и цифрой, показывающей среднее содержание меди в процентах. Латуни с содержанием 90% Cu и более называются томпаком (Л96), при 80 - 85%Cu — полутомпаком (Л80). В марках легированных латуней кроме цифры, показывающей содержание меди, даются буквы и цифры, обозначающие название и количество в процентах легирующих элементов. Алюминий в медных сплавах обозначают буквой А, никель-Н, олово-О, свинец-С, фосфор-Ф, железо-Ж, кремний-К, марганец-Мц, бериллий-Б, цинк-Ц. Например, ЛАН59-3-2 содержит 59%Cu, 3% Аl, 2% Ni. В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, обозначающей его название. Например, ЛЦ40МцЗА содержит 40% Zn, 3% Mn, 1% Al.
Бронзами называются сплавы меди со всеми элементами кроме цинка. Название бронзам дают по основным элементам. Так, их подразделяют на оловянные, алюминиевые, бериллиевые, кремнистые и др. В бронзах в качестве легирующей добавки может присутствовать цинк. Деформируемые бронзы маркируют буквами Бр (бронза), за которыми следуют буквы, а затем цифры, обозначающие название и содержание в процентах легирующих элементов. Например, БрОЦС4-4-2,5 содержит 4% Sn, 4 % Zn, 2,5 % Pb. Сплавы меди с никелем имеют названия: мельхиоры, куниали, нейзильберы. В марках литейных бронз содержание каждого легирующего элемента ставится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, БрО6Ц6СЗ содержит 6% Sn, 6% Zn, 3% Pb.
Свойства промышленных латуней, обрабатываемых давлением
|
Латунь |
Массовая доля, % |
?в |
?0,2 |
?,% |
HB |
|
|
Cu |
Прочих элементов |
MПа |
||||
|
Л90 Л68 Л63 Л 60 ЛА77-2 ЛАН59-3-2 ЛН65-5 ЛЖМц59- 1-1 ЛМц58-2 ЛО70-1 ЛС59-1 ЛК80-3 |
88-91 67-70 62-65 59-62 76-79 57-60 64-67 57-60 57-60 69-71 57-60 79-81 |
- - - - 1,75-2,5 А1 2,5-3,5 А1 2-3 Ni 5-6,5 Ni 0,1-0,4 Al 0,6-1,2 Fe 0,5-0,8 Mn 0,3-0,7 Sn 1-2 Mn 1-1,5 Sn 0,8-1,9 Pb 2,5-4 Si |
260 320 330 380 400 380 400 450 400 350 400 300 |
120 91 110 160 140 300 170 170 160 100 140 200 |
45 55 50 25 55 50 65 50 40 60 45 58 |
530 550 560 770 600 750 600 880 850 600 900 1000 |
