1.2. Мідь і сплави

Вже в третьому тисячолітті до нашої ери люди широко застосовували вироби з міді — першого металу, освоєного людством. Мідь або її сплави використовували для виготовлення прикрас, знарядь праці, посуду, зброї тощо.

Чиста самородна мідь має червоний колір, її густина 8,94 г/м³, температура плавлення 1083 °С, вона м'якша від заліза майже у 2 рази, має високу тепло- і електропровідність, пластичність і корозійну стійкість. Тому мідь в наш час є основним провідниковим матеріалом в електро- та радіотехніці. Близько половини міді, що виробляється, йде на виплавлення сплавів.

Добувна мідь у земних надрах перебуває у сполуках сульфідних CuS і Cu₂S або оксидних Сu₂О руд. Вміст металу в цих рудах 1 — 5 %, причому руди, які містять > 3 % міді, вважаються багатими.

Мідь виплавляють пірометалургійним (90 %) або гідрометалургійним способом.

Пірометалургійний спосіб дозволяє, крім міді, виплавляти інші супутні метали (Ag, Zn та інші). Виробництво міді дуже енергоємне. Для економії сировинних ресурсів, палива та зменшення забруднення довкілля останнім часом дедалі ширше використовують дугові електричні печі замість полуменевих.

Виробництво міді пірометалургійним способом включає такі технологічні операції:

• флотаційне збагачення фракцій подрібненої мідної руди, яке здійснюється шляхом відділення фракцій руди, що, будучи змащеною мінеральною олією, спливає з олійною піною у водному середовищі при його продуванні повітрям, відокремлюючись від змоченої водою породи;

• просушування і отримання рудного концентрату, що містить до 20 % міді;

• випалювання концентрату у печах при температурах 700—800 °С. При цьому вигарає значна частка домішків сірки у вигляді оксида S0₂. Вміст міді в концентраті підвищується до 20—35 %.

• плавлення концентрату в печах при температурах 1500—1600 °С з отриманням рідкого штейну, який складається з міді (35— 50 %), заліза (20—40 %), сірки (до 25 %), кисню (до 8 %) та інших домішок.

• продування штейна (сплаву сульфідів міді) повітрям або киснем в малих конвертерах для видалення сірки, яку вміщують сульфіди міді та заліза і підвищення вмісту міді до 98,5—99,5 % з отриманням чорнової міді;

• вогневе рафінування чорнової міді повторним продуванням в окислювальному середовищі. Утворені оксиди металів здебільше переходять у шлак або виходять разом з димовим газом, а вміст міді підвищується до 99,5—99,7 %;

• електролізне рафінування з отриманням міді з чистотою до 99,9 %.

Промисловість виробляє мідь кількох марок, що мають різний вміст домішок. Найбільш чисту мідь марок МОО та МО (вміст домішок відповідно до 0,01 і 0,03 %) використовують для виготовлення провідникових матеріалів; марки М1 та М2 (0,1 та 0,3 % домішок) — для отримання ливарних та деформівних сплавів; менш чисту МЗ (до 0,5 % домішок) — для виробництва сплавів звичайної якості.

Мідь має добрі технологічні властивості, добре прокатується в тонкі листи, стрічку. З неї отримують тонкий дріт. Вона добре полірується, паяється і зварюється.

Мідні сплави зберігають позитивні якості міді і мають добрі механічні, технологічні та антифрикційні властивості.

Легують мідні сплави елементами, що розчиняються в міді— Zn, Αl, Be, Si, Mn, Ni та інші. Вони підвищують міцність сплавів, а деякі (Ζn, Αl) поліпшують пластичність. Висока пластичність — визначальна особливість мідних сплавів.

За технологічними властивостями мідні сплави поділяють на деформівні (ті, що обробляють тиском) та ливарні, а також такі, що здатні або нездатні зміцнюватися термічним обробленням.

За хімічним складом мідні сплави поділяють на латуні і бронзи.

Латунями називають сплави міді з цинком та іншими легуючими елементами. Вони бувають подвійні (прості) і багатокомпонентні (складні).

Подвійні деформівні латуні маркуються літерою Л (латунь) та цифрою, що показує середній зміст міді у процентах. Латуні, що мають понад 90 % Сu, називають томпаком (Л96).

В марках багатокомпонентних латуней, крім цифри, що показує вміст міді, присутні літери і цифри, які позначають назви та кількість в процентах легуючих елементів. Алюміній позначають літерою А, нікель — Н, олово — О, свинець — С, фосфор — Ф, залізо — 3, кремній — К, марганець — Мц, берилій — Б, цинк — Ц. Наприклад, ЛАН-59-3-2 вміщує 59 % Сu, 3 % АІ, 2 % Ni. В марках ливарних латуней вказують вміст цинку, а кількість кожного легуючого елемента проставляють безпосередньо за літерою, що визначає його назву. Наприклад, ЛЦ40Мц3А вміщує 40 % Zn, 3 % Μn, до 1 % Аl.

Бронзи — це сплави міді з різними елементами, крім цинку. Назву бронзам дають за основними елементами. Так, їх поділяють на олов'яні, алюмінієві, берилієві, кремнисті та ін. Бронзи можуть мати в своєму складі Zn, але як легуючу добавку.

Деформівні бронзи маркують літерами Бр, за якими йдуть літери, а потім цифри, що визначають назву і вміст в процентах легуючих елементів. Наприклад, БрОЦС4-4-2,5 вміщує 4 % Sn (олова), 4 % Zn, 2,5 % Pb. Сплави міді з нікелем мають назви: мельхіори, куніалі, нейзільбери. В марках ливарних бронз вміст кожного легуючого елементу указують одразу після літери, що позначає його назву. Наприклад, БрО6Ц6С3 містить 6 % Sn, 6 % Zn, 3 % Pb.

Латуні і бронзи використовують залежно від їхніх властивостей для виготовлення корозієстійких деталей, труб, листів, сантехнічного обладнання, в машино- і приладобудуванні, суднобудуванні та будівництві.