7.3.Медь и ее сплавы

Медь – металл красного (светло-розового) цвета с плотностью 8,9 Мг/м³ и температурой плавления 1083°С; имеет кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку; не имеет аллотропических превращений.

Широкое применение меди обусловлено рядом ее ценных свойств и прежде всего высокой электро- и теплопроводностью, пластичностью, хорошей коррозионной стойкостью, хорошей жидкотекучестью и др. Медь и ее сплавы хорошо обрабатываются давлением, свариваются всеми видами сварки и легко поддаются пайке.

На структуру и свойства меди существенное влияние оказывают примеси. Так, например, алюминий, железо, мышьяк, фосфор и сурьма снижают электро- и теплопроводность меди. Примеси, нерастворимые в меди, отрицательно сказываются на механических и технологических свойствах. Так, висмут вызывает хладноломкость меди, кислород понижает пластичность и коррозионные свойства; водород делает ее хрупкой и при деформировании вызывает растрескивание. Это явление известно под названием «водородной болезни»; свинец, взаимодействуя с медью, образует легкоплавкую эвтектику (326°С) и приводит к горячеломкости меди. Кислород с медью образует соединение Си₂О, которое отрицательно влияет на пластические свойства, технологичность и коррозионные свойства. Сера с медью образует соединение CibS, которое приводит к хладноломкости и снижает пластичность при горячей и холодной обработке давлением. Фосфор повышает механические свойства ижидкотекучесть, он способствует сварке и широко применяется как раскислитель. Селен и теллур образуют с медью соединения Cu₂Se и Си₂Те, которые ухудшают свариваемость, снижают пластичность, но значительно улучшают обрабатываемость резанием.

Медь применяется для изготовления электрических проводов и кабелей, используется в качестве легирующей добавки в различные металлические сплавы; в машиностроении идет на изготовление теплообменников, сварочной проволоки, деталей и узлов подвижного состава железных дорог, судов, самолетов и т. д. На основе меди созданы важные промышленные сплавы (латуни, бронзы, медно-никелевые и др.).

Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы меди, основным легирующим элементом которых является цинк. Цвет (от красноватого до светло-желтого) и механические свойства латуни изменяются при увеличении содержания в них цинка. Их маркируют буквой Л, за которой ставится цифра, указывающая процентное содержание меди, например латунь марки Л68 содержит 68 % меди, остальное – цинк. Если латунь помимо цинка содержит другие элементы (Al, Mn, Si и др.), то после буквы Л ставят условное обозначение этих элементов (А – алюминий, Ж – железо, Н – никель, К – кремний, Т – титан, Мц – марганец и т. д.), а затем цифры, указывающие на среднее содержание элемента. Например, латунь марки ЛАЖМц 66-6-3-2 содержит 66 % меди, 6 % алюминия, 3 % железа и 2 % марганца, остальное – цинк.

По назначению латуни разделяются на деформируемые (листы, ленты, проволока, трубы и т. д.), и литейные (отливки, слитки и т. п.). Латунь, содержащая около 15% Zn, имеет золотистый цвет, хорошую стойкость против атмосферной коррозии, и ее используют вместо золота для изготовления медалей и художественных изделий. При добавке к латуни олова (до 1,5%) она приобретает стойкость в морской воде (морская латунь).

При содержании цинка более 20...30 % латунь склонна к коррозионному растрескиванию. Это явление известно под названием сезонной болезни, так как коррозионное растрескивание связано с периодами года, когда воздух насыщен влагой. Во избежание растрескивания латунь подвергается отжигу (250...300^сС), который снимает внутренние напряжения.

Литейные латуни (ЛК80-3, ЛАЖМц66-6-3-2; ЛМцНЖА60-2-1-1-1 и др.) по прочности не уступают соответствующим деформируемым латуням, но несколько хуже их по пластичности.

Бронзами называют сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, бериллием, кадмием, хромом и другими элементами. Бронзы называют но основным легирующим элементам: оловянные, алюминиевые, бериллиевые, кремнистые и т. д. Обозначают бронзы двумя буквами Бр, затем ставят первые буквы основных легирующих элементов (О – олово, Ж – железо, Ф – фосфор, Б – бериллий, X – хром и т. д.) и цифры, показывающие их процентное содержание. Так, например, БрОФЮ-1 содержит 10 олова и 1 % фосфора, остальное – медь.

Широкое применение в промышленности находят оловянные бронзы для изготовления водяной и паровой аппаратуры, подшипников, зубчатых колес, пружин и др.

Отливки из кремнистых бронз отличаются более высокой коррозионной стойкостью, механическими свойствами и плотностью. Поэтому бронзы марки Бр КЦ4-4 являются заменителями бронз марки БрОЦС5-5-5.

Бериллиевые бронзы (БрБ2 и др.) характеризуются высокой прочностью ( = 1200 МПа в закалённом и состаренном состояниях) и упругостью, химической стойкостью, свариваемостью и обрабатываемостью резанием. Из них делают мембраны, пружины.

Свинцовые бронзы (например, Бр СЗО) являются хорошими антифрикционными материалами для подшипников.