Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки

I oacui

СПЛАВЫ КОНСТРУКЦИОННЫЕ

Марка

МН95-5

МН19

МН25

МНА6-1,5

МНА13-3

МНЦ 15-20

МНЦ12-24

МНЦ 18-27

МНЦ 18-20

МНЦС 16-29-1,8

МНЖ5-1

МНЖМц10-1-1

МНЖМцЗ 0-1-1

НМ Ж М ц28-2,5-1,5

СПЛАВЫ КОНСТРУКЦИОННЫЕ

1

М НЦС16-29-1,8 492-73

МНЖ5-1 492-73 17217-78

МНЖМцЗО-1-1 492-73 5063-73 10092-75

НМЖМц28-2,5-1,5 5063-73

1525

СПЛАВЫ НИКЕЛЕВЫЕ-МЕДНО

5.2.2. Сплавы системы Cu-Ni-Fe-Mn

Среди медно-никелевых конструкцион­ ных сплавов важную группу составляют Мель­

хиоры.

Мельхиорами называют двойные (МН19) и более сложные по составу сплавы на основе меди, основным легирующим элементом кото­ рых является никель. Являясь твердыми рас­ творами, они хорошо обрабатываются давле­ нием в горячем и холодном состоянии. Для повышения коррозионной стойкости в морской воде, а также в среде парового конденсата их дополнительно легируют железом и марган­

цем.

Добавка до 1,5% железа к мельхиору, применяемому для изготовления конденсатор­ ных труб, повышает стойкость его против ударной коррозии, происходящей под действи­ ем турбулентных потоков воды, содержащих пузырьки воздуха.

Марганец является хорошим раскислителем, кроме того, он устраняет вредное воздей­ ствие серы и является полезной добавкой к мельхиору, так как устраняет хрупкость после отжига при наличии в сплаве примеси углеро­ да. Кроме того, он улучшает механические, технологические свойства и повышает жаро­ стойкость медно-никелевых сплавов.

Мельхиоры отличаются хорошими проч­ ностными свойствами, которые можно сущест­ венно повысить нагартовкой (см. табл. 5.8). В промышленности России наибольшее приме­ нение нашел мельхиор МНЖМц30-1-1, со­ держащий 30 % Ni и дополнительно легиро­ ванный железом и марганцем (см. табл. 5.5). Этот сплав отличается высокой коррозионной стойкостью в пресной и морской воде, паре. Из него изготовляяют конденсаторные трубы, работающие в тяжелых условиях (при повы­

шенных давлениях и температурах), где латун­ ные и медные трубы неприменимы.

Мельхиор МНЖМц30-1-1, также как двухкомпонентный мельхиор МН19, устойчив против коррозии в атмосферных условиях, в пресных естественных водах и морской воде в среде парового конденсата (табл. 5.12). Наибо­ лее стоек из всех известных медных сплавов против ударной (струевой) коррозии [4 7 , 92].

В минеральных кислотах мельхиор МНЖМцЗО-1 - 1 , как и другие медно-никелевые сплавы, быстро корродирует, особенно в азот­ ной. В органических кислотах медно-никелевые корродируют незначительно. Щелочи также незначительно влияют на коррозионную стой­ кость мельхиоров, но в растворах аммиака и кислых солей скорость коррозии этих сплавов сильно возрастает. Однако в щелочи и раство­ рах аммиака коррозионная стойкость мельхио­ ра МНЖМцЗО-1 - 1 , содержащего добавки же­ леза и марганца, существенно выше по сравне­

нию с двухкомпонентным мельхиором МН19 (см. табл. 5 .1 2 ).

Из других медно-никелевых сплавов сис­ темы Cu-Ni-Fe-Mn следует отметить сплавы МНЖ5-1 и МНЖМц1 0 - 1 - 1 . Сплав МНЖ5 - 1 близок по химическому составу к двойному сплаву МН95-5 (см. табл. 5 .5 ): он содержит примерно такое же количество никеля (- 5 %) и отличается от него наличием небольших до­ бавок железа и марганца (~ 1 %), полностью входящих в медно-никелевый твердый раствор. Сплав МНЖ5-1 обладает хорошими механиче­ скими свойствами и отличается высокой тех­ нологичностью при обработке давлением в горячем и холодном состоянии.

Благодаря присутствию добавок железа и марганца сплав МНЖ5-1 по коррозионной стойкости превосходит сплав МН95-5, он не склонен к коррозионному растрескиванию.

Среда

Атмосфера промышленных городов

Морской климат

Пресная вода

Морская вода

Паровой конденсат

Паровой конденсат с 30 % С02

Азотная кислота (50 %-я), мм/сутки

Соляная кислота при 25°С (10 %-я)

Серная кислота (10 %-я)

Плавиковая кислота:

Скорость коррозии, мм/год

38 %-я при 110°С

98 %-я при 38 °С

Фосфорная кислота ( 8 %-я) при 20 °С

Уксусная кислота (10 %-я) при 20 °С

Лимонная кислота (5 %-я)

Жирные кислоты (60 %-е) при 100 °С

Водный раствор аммиака (7 %-й) при 30 °С

Едкий натр (10...50 %-й) при 100 °С

Применяется в промышленности главным об­ разом в виде холоднокатаных листов, прутков и труб различного размера для трубопроводов, деталей электротехники и приборостроения. Сплав МНЖ 5-1 был разработан довольно дав­ но по заданию судостроительной промышлен­ ности как заменитель медных труб для систем, контактирующих с морской забортной водой и имеющих повышенную коррозионную стой­ кость. Состав сплава был определен исходя из удовлетворительной коррозионной стойкости (струевая, язвенная коррозия и т.д.) и прием­ лемой технологичности (позволяющей на имеющемся оборудовании освоить весь сорта­ мент медных труб, применяемый в то время в судостроительной промышленности).

Впоследствии этот сплав стали широко использовать теплоэнергетики в конденсаторах повышенной мощности. Наилучшие показате­ ли в этих установках имеет мельхиор, но из-за высокой стоимости и трудоемкости изготовле­ ния в металлургическом производстве, он при­ меняется в ограниченном объеме. Сплав

-0 , 0 2

0,06 0,066

0,005 0,13

МНЖ5-1 получил массовое распространение на атомных и тепловых электростанциях. Однако по некоторым коррозионным показателям (по­ теря массы в спокойной морской воде и др.) он уступает чистой меди. За рубежом сплав МНЖ5-1 практически не применятся, а широ­ ко используется сплав типа МНЖМц 10-1-1.

Следует отметить, что в стандартах зару­ бежных стран номенклатура марок медно­ никелевых сплавов, относящихся к системе Cu-Ni-Fe-Mn, значительно больше, чем в ГОСТ 492-73. Особенно большое количество сплавов этой системы применяется с США (табл. 5.13). Сплавы содержат 5...30 % Ni. От­ личительной особенностью сплавов в стандар­ те США (ASTM) является то, что многие мед­ но-никелевые сплавы данной системы содер­ жат повышенное количество цинка ( - 1 %), в то время как в отечественных сплавах систем Cu-Ni и Си—Ni—Fe—Мп (в том числе и Мельхио­ рах) содержание примеси цинка ограничивает­ ся 0,3...0,5 % (см. табл. 5.5) из-за того, что он понижает стойкость против ударной коррозии.

5.2.3. Сплавы системы Ni-Cu-Fe-Mn (монель-металлы)

Наиболее важным промышленным спла­ вом этой системы является монель-металл НМЖМЦ28-2,5-1,5. Монель - сплав, содер­ жащий 65...70 % Ni; 2...3 % Fe;l,2...1,8 % Mn (см. табл. 5.5), является сплавом на никелевой основе, но по своей структуре и физико­ химическим свойствам он близок к другим медно-никелевым сплавам - твердым раство­ рам (типа мельхиоров).

Монель-металл является прочным и наи­ более коррозионно-стойким из группы никельмедных сплавов. Он удовлетворительно обра­ батывается давлением в горячем и холодном состояниях, что позволяет получать различные полуфабрикаты: листы, ленты, полосы, прутки, проволоку различных размеров; применяется для изготовления деталей, работающих в раз­ личных агрессивных средах.

Рис. 5.8. Зависимость скорости коррозии монель-металла НМЖМц28-2,5-1,5 в соляной и серной кислотах от концентрации (скорость перемешивания 5.. .6 м/мин, температура 30 °С) [92]

По своей структуре монель-металл отно­ сится к сплавам - твердым растворам (см. рис. 5.2). Небольшие добавки железа и марган­ ца, так же как и медь, находятся в твердом рас­ творе и самостоятельных фаз не образуют. Добавки железа и марганца дополнительно повышают прочность монель-металла и улуч­ шают другие физико-химические свойства. Влияние этих элементов на свойства монельметалла примерно такое же, как и на свойства мельхиора МНЖМц30-1-1.

В атмосферных условиях монель-металл не тускнеет. Скорость коррозии в атмо­ сфере промышленных городов составляет 0,0015...0,003 мм/год, в морском климате - 0,0002...0,0008 мм/год, в морской воде - 0,008...0,025 мм/год. В паровом конденсате скорость коррозии монель-металла менее 0,003 мм/год, но в присутствии воздуха и углекислого газа существенно повышается до 1,52 мм/год [92].

Скорость коррозии монель-металла в ми­ неральных кислотах (азотная и азотистая) весьма высока; соляная и серная кислоты менее агрессивны, но и в этих реагентах монель-металл корродирует достаточно быстро (рис. 5.8).

Монель-металл устойчив в растворах нейтральных, щелочных и слабокислых солей соляной, серной, азотной и уксусной кислот, он также устойчив против большинства органиче­ ских кислот.

Монель-металл устойчив в растворах ще­ лочей при концентрациях до 70 % и темпера­ турах до 100... 150 °С, однако при более высо­ ких температурах и концентрациях скорость коррозии его резко возрастает.

В табл. 5.14 приведены значения скорости коррозии монель-металла в различных средах.

Наименование

Серная* 1

Соляная

Фосфорная*2

Плавиковая

Гидроокись натрия (едкий натр)

Хлористый натрий*4 Хлористый кальций Азотнокислый натрий Хлористый амоний* 5 Хлористый цинк Хлористый цинк Сернокислый цинк

Среда

Органические кислоты и среды

Скорость коррозии, мм/год

1,246

0,066

0,061

0,19

13,16

43

83,3

2,2

3

8

1,07

6,2

0,13

0,08

0,02

0,061

0,013

0,001...0,015

0,12

1,35

0,06

0,008

6,05

0,3

0,114

0,41

0,51

*' Насыщенная воздухом.

*2 В неочищенной кислоте скорость коррозии резко повышается до 2 мм/год. *3 При выпаривании.

*4 Щелочные растворы вследствие гидролиза. *5 Кислые растворы вследствие гидролиза.

0,03

0,038

0 , 1

0,003

Температура, °С

Рис. 5.9. Изменение механических свойств горячекатаных полос из монель-мегалла при высоких температурах [92]

Монель-металл НМЖМц-28-2,5-1,5 име­ ет высокий уровень механических свойств при комнатной температуре (см. табл. 5 .8 , 5 .9 , 5.15), не охрупчивается при низких температурах (табл. 5.16), сохраняет высокую прочность при

нагреве до температуры 500 °С (рис. 5.9), в области температур 500...700 °С, как и другие медно-никелевые сплавы, имеет область пони­ женной пластичности, отличается высокой жаропрочностью (табл. 5.17).

Монель-металл сильно упрочняется (бо­ лее чем в 2 раза) при холодной пластической деформации, упрочнение сопровождается рос­ том удельного электросопротивления и резким понижением пластичности (рис. 5.10). Макси­ мально допустимая суммарная деформация в холодном состоянии составляет 94 %. Для по­ вышения пластичности применяют рекристаллизационный отжиг с нагревом до 800...850 °С, при этом механические и физические свойства восстанавливаются до исходных (до деформа­ ций) значений (рис. 5.11).

В зарубежных странах применяют ряд сплавов - аналогов монеля НМЖМц28-2,5-1,5 - это сплав 04400 (США), сплав LC -NiCu30Fe (2.4361) и NiCu30Fe (2.4360) Германия, имеют­ ся также сообщения, что для изготовления ка­ таных полуфабрикатов, бесшовных труб и прутков в Японии применяют никель-медный сплав аналогичного состава (табл. 5.18).