2. Медь и сплавы на ее основе
2.1. Свойства и применение меди
Медь - металл красновато-розового цвета, имеет кристаллическую решетку ГЦК с периодом а=0,3608 нм. Полиморфизмом не обладает. Температура плавления меди - 1083 °С - ниже, чем у железа, но медь имеет более высокую плотность (8,96 г/см3).
Медь обладает хорошей технологичностью, прокатывается в тонкие листы, ленту. Из нее получают тонкую проволоку, она легко полируется, хорошо паяется и сваривается. Однако, она плохо обрабатывается резанием из-за высокой вязкости, имеет низкие литейные свойства, большую усадку.
Медь характеризуется высокими электро- и теплопроводностью, пластичностью и коррозионной стойкостью в атмосфере, воде и ряде других агрессивных сред.
В зависимости от содержания примесей в соответствии со стандартами различают следующие марки меди: М 00 (99,99% меди), М 0 (99,97% меди), М 1 (99,9% меди), М 2 (99,7% меди), М 3 (99,5% меди).
Примеси снижают электротехнические свойства и коррозионную стойкость меди. Примеси в меди можно разделить на 3 группы:
1. Растворимые в меди элементы - Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Ag - повышают прочность и твердость меди (рисунок 2.1) и используются в качестве легирующих добавок;
2. Нерастворимые элементы - Pb, Bi - ухудшают механические свойства меди и однофазных сплавов на ее основе. Они образуют легкоплавкие эвтектики, располагающиеся по границам зерен основной фазы, что вызывает красноломкость. Отрицательное их влияние проявляется уже при малых содержаниях (висмута - в тысячных, а свинца - в сотых долях процента). Висмут охрупчивает медь и ее сплавы. Свинец, снижая прочность, не вызывает охрупчивания. более того, свинец повышает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием медных сплавов, поэтому применяется для легирования двухфазных сплавов.
3. Нерастворимые примеси O, S, Se, Tl присутствуют в меди и ее сплавах в виде промежуточных фаз (например, Cu2O, Cu2S), которые образуют с медью эвтектики с высокой температурой плавления и не вызывают красноломкости. Кислород при отжиге меди в среде водорода вызывает “водородную болезнь”, которая может привести к разрушению металла под нагрузкой.
Механические свойства меди зависят от ее состояния (таблица 2.1). Высокая пластичность отожженной меди определяется большим количеством плоскостей скольжения. Холодная пластическая деформация увеличивает прочностные характеристики, снижает пластичность и электрическую проводимость меди. Текстура, возникающая при пластической деформации, вызывает анизотропию механических свойств меди. Отжиг для снятия наклепа проводят при 550-600°С в восстановительной атмосфере для предотвращения окисления меди.
Таблица 2.1 - Механические свойства технической меди М 1
Состояние меди |
в Н/мм2 |
т Н/мм2 |
, % |
, % |
Твердость, НВ |
Литая Деформированная (проволока, продеформированная на 90 %) Отожженная |
160 450
220 |
35 400
75 |
25 3
50 |
- 35
75 |
40 125
55 |
Рисунок 2.1 - Влияние легирующих элементов на твердость меди
По электропроводимости медь занимает второе место после серебра (таблица 1.2), что и определяет ее применение как проводника электрического тока. Высокая теплопроводность меди позволяет использовать ее для различных теплообменников, водоохлаждаемых изложниц, поддонов, кристаллизаторов.
В качестве конструкционных материалов чаще используются сплавы на основе меди.