Состав и свойства меди

Медь находится в группе 1В периодической системы Д. И. Менделеева. Температура плавления меди 1083 °С, температура кипения 2595 °С, плотность 8,96 г/см³; она имеет гранецентриро- ванную кубическую решетку с периодом а = 0,36074 нм. Медь диамагнитна; при нагреве и охлаждении не имеет полиморфных превращений.

Медь и ее сплавы обладают высокой электро- и теплопровод­ностью. Удельное электросопротивление меди составляет 1,7241 • Ю~⁶ Ом • см при 20 С.

Из-за высокой теплопроводности [3,86 Вт/(м • К)] медь используют при изготовлении кристаллизаторов при непрерывном и полунепрерывном литье металлов.

Медь обладает хорошей технологичностью на всех операциях пластической обработки полуфабрикатов, прекрасно полируется, паяется, сваривается. К недостаткам меди относится Дефицитность, высокая стоимость, большая плотность и относи­тельно невысокая удельная прочность (особенно при повышен­ных температурах), невысокие литейные свойства (большая ли нейная и объемная усадка), горячеломкость.

Отечественная промышленность выпускает одиннадцать ма­рок меди (ГОСТ 859—78), различающихся содержанием примесей (табл. 48). Все примеси снижают электропроводность меди, но в большей мере это относится к растворимым примесям (А1, 2п, 8п, №, 5Ъ) (рис. 86).

Висмут практически не растворяется в твердой меди (раство­римость при 600 °С менее 0,001 %), а выделяется по эвтектичес­кой реакции при 270 °С (рис. 87) и располагается по границам зерен в виде прослоек. Влияние его на электропроводность неве­лико, однако сотые доли процента- висмута вызывают разруше­ние слитков при горячей прокатке (красноломкость) из-за рас­плавления прослоек при нагреве выше 270 °С. Хрупкость просло­ек висмута существенно затрудняет и холодную деформацию. Поэтому содержание его в меди должно быть не более 0,001 %.

Свинец растворяется в твердой меди в количестве 0,3 % при 400 *С и поэтому в большей мере, чем висмут, снижает ее элект­ропроводность. Так же как и висмут, свинец вызывает красно­ломкость меди при нагреве выше 327 °С, однако он менее опа­сен, чем висмут, так как из-за наличия в системе Си—РЬ монотектического превращения выделяется в виде отдельных включений.

Взаимодействие кислорода с медью описывается эвтектичес­кой диаграммой Кислород оказывает незначительное влияние на электропроводность меди и не вызывает красноломкости при горячей деформации. Однако хрупкие включения закиси меди существенно понижают ее пла­стические свойства и делают медь склонной к водородной болезни — образованию трещин в изделиях при работе в восстановительной атмосфере.

Сера образует с медью сульфид, выделяющийся по границам зерен. Не отражаясь существенно на электропроводности, сера снижает пластичность меди при низких и высоких температурах. Содержание серы ограничивают 0,01 %

Литейные сплавыДля изготя фасонных отл ис-пользуют 3 группы сплавов: оловянные бронзы, безоловянные бронзы и ла­туни. Оловянные бронзы облад. хорошими лит св-вами в сочетании с ↑ мех-кими и эксп-луатационными (корроз, антифрикцион-ными) св-ва­ми. Большое практическое знач. имеют сплавы с содерж. олова до 10 %. Оловян-ные бронзы находят широкое при-менение при изго­товлении арматуры, подшипников, шестерен, втулок, работаю­щих в условиях истирания, ↑ давления воды и водя-ного пара. Характерная особенность оловянных бронз — большой интер-вал кристаллизации (150...200°С), => образ. в отливках рассеянной усадочной пористости. В це­лом оловянные бронзы имеют хорош лит. св-ва. Бронзы с ↑ содерж олова (Бр017; БрОЮЦ2; БрОЮФ1) дорогие, редко применяют, только если другие медные сплавы не дают нужной коррозион-ной стойкости или ↑ антифрикционных хар-к. Для рядовых отл. исполь­зуют малооло-вянные бронзы. Наибо-лее вредные примеси: алюминий и кремний. Сотые доли процента снижают механические свойства и герметич-ность отливок. Безоловян-ные бронзы по. Мех-ким, корро­зионным и антиф-рикционным св-вам не уступают оловян­ным, а некоторые превосходят их. Наиболее широко применяют алюминие-вые бронзы. Они имеют хорошую коррозионную стой­кость в пресной и морской воде, хорошо противостоят разруше­нию, облад. меньшим, чем оловянные бронзы, антифрикционным изно-сом. их при­меняют для "изготовления гребных винтов крупных судов, тяже лонагруж. шестерен и зубчатых колес, корпу-сов насосов и других отливок. Характерной особенностью двойных сплавов Си—А1 является их склонность к так называемому самоотжигу при мед-ленном затвердевании (литье в песчаные формы), при котором происхо­дит рост зерна. Для предотвращения самоотжига в бронзы вводят железо.

Мех-кие, технологич. и эксплуатационные св-ва алюминиевых бронз ↑ при легир. железом, мар­ган-цем, никелем и другими эл-тами. Кроме алюминиевых, применяют свинцовые, сурьмяные, кремниевые и другие бронзы. Свинцовая бронза Бр.СЗО обладает низким коэф-том трения и ↑ износостойкостью при трении в условиях боль-ших удельных нагрузок и скоростей скольжения. Поэтому ее применяют для изготовления вкла-дышей подшипников дизельных двигателей. Особенность пр-ва свин-цовых бронз — ликвация свинца. Дисперсное расп-ределение свинца в бронзе достигается тща-тельным перемешиванием расплава и большими ско-ростями охлажд. отливок. Сурьмяные бронзы имеют ↑ антифрикцион-ные св-ва и дешевле оловянных.

Латуни. Для фасон-ного литья применяют сложнолегирован­ные мед-ноцинковые спл; простые латуни используют срав-нительно редко. Легиро-вание двойных латуней алюминием и кремнием повы­шает жидкотекуче-сть, ↓ угар цинка при плавке, ↑ коррозионную стойкость сплавов и мех-кие свойства. Наибольшее распространение для фасонных отл. находят кремнистая лат ЛЦ16К4 (арматура) и свинцовая лат ЛЦ40С (сепараторы под-шипников).

Железо и марганец ↑ мех-кие св-ва спл, но ↓ жидкотекучесть. Олово до 2...2,5% ↑ корроз, лит и мех-кие свойства.»

Наиболее вредными примесями для латуни являются висмут, свинец, сурьма и сера, которые ↓ пластичность при тем­пературах горячей обра-ботки давл. Прим алю-миния ока­зывают вредное влияние на лит св-ва кремнистой лату­ни ЛЦ16К4,↓жидкотекуч и ↑ склонность к образ. в отл пористости.

Св-ва латуней зависят от содерж меди. Для латуней, содержащих медь на верхнем пределе допуска, характерны ↑ пластические св-ва, а на нижнем пределе — ↑ прочностные св-ва. ЛЭ — алюминий, мар­ганец, же-лезо и др. (за исклю-чением никеля) — дейст-вуют на структуру латуни качественно так же, как и цинк, но с гораздо ↑ эф-том.