Производство слитков меди и медных сплавов

ОГЛАВЛЕНИЕ

3.Механические, - физические и технологические свойства меди и , медных сплавов .

ПРЕДИСЛОВИЕ

Новый мощный подъем отечественной металлургии, намеченный в ис­ торических решениях XXY съезда КПСС, должен базироваться на резком увеличении выпуска продукции, дальнейшей интенсификации производ­ ства и непрерывном совершенствовании технологических процессов. Де­ сятая пятилетка - пятилетка эффективности и качества - является но­ вым крупным шагом в создании материально-технической базы ком­ мунизма и повышении уровня жизни народа.

В решении этих грандиозных задач исключительно велика роль цвет­ ных металлов, в частности меди и сплавов на ее основе. Благодаря соче­ танию ряда ценных технологических и эксплуатационных свойств изде­ лия из меди и ее сплавов находят широкое применение в различных от­ раслях промышленности. В связи с возрастающим использованием по­ луфабрикатов из меди и медных сплавов предусматриваются расшире­ ние их производства, пуск новых и техническое перевооружение суще­ ствующих литейных цехов. В связи с этим возрастают требования к тех­ ническому уровню исполнителей - рабочих, мастеров и технологов. Повышение технического уровня исполнителей является необходимым условием улучшения хозяйствования, роста творческой инициативы и активности трудящихся.

Цель настоящего пособия - оказать помощь рабочим заготовитель­ ных литейных цехов в повышении их технических знаний.

В книге рассмотрено производство слитков меди и медных сплавов, предназначенных для дальнейшей обработки их давлением и получения полуфабрикатов в виде листов, полос, лент, шин, фольги, труб, прут­ ков, проволоки и различных профилей. Рассмотрены технологическое оборудование заготовительных цехов, литейная оснастка, огнеупоры, Приведены также сведения об экономике и организации производства, промышленной санитарии и технике безопасности. Особое внимание уде­ лено практическим вопросам Технологического цикла получения слит­ ков с учетом наиболее прогрессивных методов литья.

Авторы выражают благодарность проф., докт. техн. наук В.М.Чурсину за ценные замечания, сделанные им при рецензировании рукописи.

Для перевода единиц измерения приведенных в книге физических величин в систему СИ приведены следующие данные:

Г л а в а 1

МЕДЬ И МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

1. ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СВОЙСТВА МЕДИ

По своему распространению и использованию в промышленности медь занимает одно из важных мест. Чистая медь обладает высокими электро­ проводностью, теплопроводностью и достаточно высокой коррозионной стойкостью. Хорошая пластичность меди позволит изготавливать из нее различные деформируемые полуфабрикаты (листы, ленты, полосы, прут­ ки, трубы, проволоку и др.), широко применяемые в различных облас­

тях техники*.

Механические, технологические и физические свойства меди сущест­ венно зависят от ее химического состава (табл. 1).

Чем меньше примесей, тем выше эти свойства. От чистоты меди зави­ сит и ее поведение при последующей обработке. В зависимости от харак­ тера взаимодействия с медью все примеси (элементы) условно можно разделить на три группы:

растворимые в твердой меди (Al, Fe, Ni, Sn, Zn, Au, Ag, Pt, Cd, Sb); практически нерастворимые в меди и образующие с ней легкоплав­

кую смесь, так называемую эвтектику (Pb, Bi);

образующие с медью хрупкие химические соединения (S, 0 2, Р ). Растворимые в меди элементы, содержащиеся в ней в малых количест­

вах, практически не уменьшают способности меди к пластической дефор­ мации. В большинстве случаев добавки этих элементов повышают твер­ дость и прочность меди, снижают ее электропроводность и теплопровод­

ность.

Введенные в медь в незначительных количествах свинец и висмут резко ухудшают ее горячую обработку. При повышенном содержании висмута медь становится хрупкой и в холодном состоянии. Свинец за­ метно не влияет на тепло- и электропроводность меди, но значительно улучшает ее обрабатываемость резанием.

Сера существенно уменьшает пластичность меди при горячей и хо­ лодной обработке давлением, но улучшает ее обрабатываемость реза­ нием. Аналогичное действие оказывают на медь селен и теллур.

Кислород с медью образует химическое соединение — закись меди (Си20) и является вредной примесью. При повышенном содержании кислорода заметно снижаются пластичность и противокоррозионные свойства меди. Кислород вызывает так называемую ’’водородную бо­ лезнь” меди. Сущность явления состоит в том, что при нагреве кисло­ родсодержащей меди в восстановительной атмосфере с водородом по­ следний реагирует с кислородом закиси меди, образуя водородные пары. Эти пары нерастворимы в меди. Выделяясь, они образуют микро­ трещины, способствующие разрушению металла при последующей об­ работке давлением.

Фосфор сильно понижает электропроводность и теплопроводность меди, но улучшает ее механические свойства и повышает жидкотекучесть.

2ДЕФОРМИРУЕМЫЕ МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

Медь образует сплавы со многими элементами. Медные сплавы обла­ дают высокими тепло- и электропроводностью, низким коэффициентом трения, хорошим, сопротивлением износу, высокой коррозионной стой­ костью и сочетанием ряда других ценных свойств. Высокие технологи­ ческие свойства сплавов позволяют изготавливать из них полуфабрика­ ты, различные сложные профили и хозяйственную посуду.

Сплавы на основе меди подразделяют на три большие группы: латуни, бронзы и медноникелевые сплавы. Вмарке сплавов указываются началь­ ные буквы самих сплавов (лат>иь - Л, бронза - Бр, медноникелевый сплав - МН), начальные буквы основный легирующих элементов (на­ пример, олово —О, железо - Ж, марганец —Мц, алюминии —А и тд .) , а затем цифры, обозначающие содержание этих элементов в сплавах. Хи­ мический состав сплава регламентируется Государственными общесоюз­ ными стандартами (ГОСТами) или техническими условиями (ТУ). В составе сплава следует различать основу (медь), легирующие добавки и примеси.

Медноцинковые сплавы (латуни)

Латуни из тяжелых цветных сплавов широко распространены в совре­ менном машиностроении. Они хорошо обрабатываются давлением и име­ ют достаточно высокие механические свойства.

Химический состав двойных латуней (ГОСТ 15527 - 70) следующий:

*Остальное - цинк.

Латуни, содержащие до 30% Zn, пластичны. С увеличением содержа­ ния цинка прочность латуней повышается, а пластичность резко падает. Самое большое практическое значение имеют сплавы, содержащие до 45% Zn (рис. 1).

Наиболее часто встречающиеся в латунях примеси - железо, висмут, свинец, сурьма, мышьяк, фосфор. Механизм их действия аналогичен* описанному на примере чистой меди.

Особую группу латуней составляют многокомпонентные или специ­ альные латуни, легированные отдельно или комплексно добавками алюминия, олова, никеля, марганца, железа и кремния. Легирующие элементы повышают прочность, твер­ дость , коррозионную устойчивость и улучшают литейные свойства. Введе­ ние третьего элемента в двойные

Рис.1. Зависимость механических свойств латуней от содержания цинка (исходный материал - образцы, де­ формированные на 40%):

*1 Остальное —Zn.

латуни изменяет их структуру и свойства. Состав важнейших промыш­ ленных многокомпонентных обрабатываемых латуней приведен в табл.2.

Твердость, прочность и коррозионная устойчивость алюминиевых ла­ туней несколько выше, чем двойных латуней. Кремнистые латуни обла­ дают хорошими антикоррозионными свойствами, легко деформируются в холодном и горячем состояниях и свариваются со сталью, обладают Высокой жидкотекучестью. Марганцевые и никелевые латуни отличают­ ся высокими антикоррозионными и антифрикционными свойствами, повышенной прочностью, хорошо обрабатываются в горячем и холодном состояниях. Оловянные латуни имеют повышенную коррозионную стой­ кость в условиях морской воды, поэтому их называют "морскими” . Оловянные латуни достаточно хорошо обрабатываются давлением в хо­ лодном и горячем состояниях. Свинцовые латуни обладают специфиче­ ским свойством - отличной обработкой резанием. Антифрикционные свойства свинцовых латуней также высокие. Обработку свинцовых ла­ туней ведут только в холодном состоянии (в горячем состоянии эти сплавы поддаются лишь прессованию).

Бронзы

Сплавы меди, в которых основными легирующими элементами явля­ ются различные металлы (кроме цинка), называют бронзами.

Состав безоловянных бронз, обрабатываемых давлением, следующий (ТОСТ 18175 - 7 8 ) :

*1 Остальное —Си.

Алюминиевые бронзы обладают высокими механическими, коррози­ онными и антифрикционными свойствами, поэтому они широко исполь­ зуются в машиностроении. В промышленности нашли применение как двойные сплавы, так и более сложные по составу бронзы с добавками марганца, железа, никеля. Указанные добавки существенно изменяют свойства бронз. Железо измельчает структуру, повышает их прочность и антифрикционные свойства. Марганец не измельчает зерно, но улучша­ ет коррозионные и литейные свойства. Введение никеля приводит к из­ мельчению структуры бронз и повышению их жаропрочности.

Бериллиевые бронзы обладают исключительно ценной совокупностью свойств: они имеют высокую прочность, твердость, повышенные преде­ лы упругости и усталости, отличаются высокой электропроводностью, теплопроводностью, износоустойчивостью.

Марганцевые бронзы имеют хорошие механические свойства, повы­ шенную жаропрочность и высокие антифрикционные свойства.

Кремнистые бронзы отличаются повышенными механическими и пру­ жинящими свойствами.

Несмотря на уникальные свойства оловянных бронз, их применение ограничено из-за высокой стоимости. Следует подчеркнуть, что по ряду свойств безоловянные специальные бронзы превосходят оловянные и с успехом их заменяют.

В практике производства нашли широкое применение жаропрочные сплавы меди, отличающиеся высокой электропроводностью и жаро­ прочностью.