Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки

C10700’2

C11300’2

0,028...

0,25Ag

обладая практически одинаковой электропро­ водностью с медью [103]. Температура начала рекристаллизации сплава Cu-0,08 %Ag на 100 °С выше, чем у ч и с т о й меди [47, 92].

Особенно большая номенклатура соста­ вов низколегированных сплавов системы Cu-Ag имеется в США (см. табл. 6.12). Они содержат примерно одинаковое количество серебра (0,014...0,25 %) и отличаются главным образом способом изготовления. В качестве основы используют бескислородную или элек­ тролитическую медь, раскисленную фосфором. Раскисление меди фосфором (при его избытке) гарантирует практически полное удаление ки­ слорода из расплавленной меди, однако элек­ тропроводность медно-серебряного’ сплава с избытком содержания фосфора несколько сни­ жается.

В США из сплавов системы Cu-Ag изго­ товляют различные полуфабрикаты; проволо­ ку, плиты (марки С10400, С10500, С10700, С11400, С11500), листы (марки С11300, С11400, С11500, С12300), ленты (марки С10400, С10500, С10700, С11300, С11400, С11500, С12300), трубы (марка С12100), прут­ ки (марка С12100).

Основное назначение сплавов системы Cu-Ag в зарубежных странах, как и в России, - это использование в электротехнической про­ мышленности. Имеются сведения, что сплав Cu-0,07 % Ag применяют для изготовления радиаторной ленты [103]. Сплав Cu-3%Ag («Norlay»), разработанный фирмой «Норс американ рокуэл» (США), предназначен для изго­ товления теплообменников камер сгорания ракетных двигателей. Теплопроводность спла­ ва Cu-Ag при рабочей температуре аналогична теплопроводности чистой меди. Оболочку из

этого сплава соединяют путем вакуумной бесфлюсовой пайки серебряным припоем с корро­ зионно-стойкой сталью с помощью электрон­ ного луча [103].

Оловянная бронза БрОО,15, содержащая 0,08...0,24 % Sn (см. табл. 6.8) является двух­ компонентным сплавом системы Cu-Sn. Со­ гласно диаграмме состояния Cu-Sn, олово в указанных концентрациях при комнатной тем­ пературе находится в a-твердом растворе на основе меди и самостоятельных фаз не образу­ ет, т.е. бронза БрО0,15 является однофазным сплавом. Бронза обладает высокой электропро­ водностью (91 % от электропроводности меди), в то же время выдерживает длительные и крат­ ковременные нагревы до температур, где неле­ гированная медь разупрочняется (табл. 6.14, 6.15). Бронза БрО0,15 успешно заменяет в ряде изделий сплавы БрСр0,1 и БрКд1.

Важным достоинством бронзы БрО0,15 перед БрСрО, 1 является то, что сплав не содер­ жит дорогостоящего и дефицитного серебра, а перед БрКд1 - что в составе отсутствует эколо­ гически вредная добавка кадмия. Основное

тельное время работающие при температурах до 230 °С, а также контактные электропровода на железнодорожном и городском транспорте.

Физические, механические, технологиче­ ские свойства и режимы обработки бронзы БрОО, 15 приведены в табл. 6.16. Сплав меди с 0,06...0,15 % олова прошел производственные испытания в качестве ленты для изготовления радиаторов. Упрочнение сплава при холодной деформации происходит аналогично меди мар­ ки Ml, но при отжиге нагартованной ленты он разупрочняется при более высоких температу­ рах (рис. 6.21).

Кадмиевая бронза БрКд1, содержащая 0,9... 1,2 % Cd (см. табл. 6.7, 6.8), широко при­ меняется в электротехнической промышленно­ сти. Она характеризуется способностью к искрогашению и поэтому применяется для изго­ товления контактных проводов электрофицированного транспорта, коллекторных шин, электродов сварочных машин, разрывных кон­ тактов и других электротехнических деталей.

В системе Cu-Cd солидус a-твердого рас­ твора имеет ретроградный характер, и макси­ мальная растворимость кадмия в меди (4,5 %) соответствует температуре 650 °С, которая выше температуры нонвариантного перитектического равновесия (549 °С) (рис. 6.22). При температуре перитектической реакции раство­ римость кадмия составляет 3,72 %, при 300 °С составляет всего 0,5 %, в дальнейшем при бо­ лее низких температурах она практически не

меняется. В равновесии с a-твердым раствором в сплавах системы Cu-Cd находится интерме­ таллическая фаза p(Cu2Cd). Однако упрочнение кадмиевой бронзы БрКд1 выделениями фазы p(Cu2Cd) невелико: в основном действует твер­ дорастворное упрочнение.

Кадмий весьма существенно упрочняет медь, причем его упрочняющее действие про­ является не только в отожженном состоянии, но и в деформированном, а при высоких степе­ нях деформации (более 80 %) упрочняющее действие даже увеличивается (рис. 6.23). По сравнению с медью кадмиевая бронза БрКд1 отличается повышенными механическими свойствами, обладает относительно высокой электропроводностью и теплопроводностью (табл. 6.17, 6.18). Она удовлетворительно обра­ батывается давлением в горячем и холодном состоянии, отличается повышенной износо­ стойкостью.

Р ис. 6.22. Диаграмма состояния системы Cu-Cd [142]

Рис. 6.23. Влияние степени деформации на временное сопротивление меди и кадмиевой бронзы БрКд1 [92]

* Относительно свинцовой латуни маркиС36000 (США).

Допустимая холодная де­ Обрабатываемость

формация, % резанием*, %

<80 20

>50 20

<50 80

Сплавы системы Cu-Cd-Sn. За рубежом

широко применяется кадмиевая бронза, допол­ нительно легированная оловом. Химический состав стандартных проводниковых сплавов системы Cu-Cd-Sn, применяемых в США, Франции и Германии, приведен в табл. 6.12.

Эти сплавы известны под названием «телефон­ ная бронза».

Олово в тех количествах, в которых оно вводится в «телефонную бронзу», находится в твердом растворе (рис. 6.24) и дополнительно упрочняет сплав. Об этом свидетельствуют

механические свойства сплавов С16200 (сис­ тема Cu-Cd) и С16500 (система Cu-Cd-Sn), представленные в табл. 6.21.

Однако олово существенно снижает элек­ тро- и теплопроводность кадмиевой бронзы (см. табл. 6.13). Свойства американского спла­ ва С16500 системы Cu-Cd-Sn приведены в табл. 6.13 и 6.21, а в табл. 6.22 приведены его технологические свойства и режимы обработ­ ки.

Добавка олова к сплавам системы Cu-Cd увеличивает их коррозионную стойкость и сопротивление износу. Из сплавов системы Cu-Cd-Sn изготавливают прутки и проволоку.

В США проволока поставляется заказчику по стандарту ASTM В105, а прутки - по нормалям фирм [103].

Сплавы системы Cu-Mg. Согласно' диа­ грамме состояния Cu-Mg (рис. 6.25) в равнове­ сии с a-твердым раствором на основе меди находится конгруэнтно плавящаяся интерметаллидная фаза Cu2Mg (Гпл = 797 °С). Эта фаза участвует с a-твердым раствором при темпера­ туре 725 °С в эвтектической реакции. Макси­ мальная растворимость магния в меди при эв­ тектической температуре составляет 2,77 %. С понижением температуры растворимость магния в меди уменьшается [21]:

Вследствие переменной уменьшающейся с температурой растворимости магния в меди сплавы, содержащие 2,0...3,0 % Mg, имеют эффект дисперсионного твердения за счет вы­ деления интерметаллида Cu2Mg из пересыщен­ ного твердого раствора, зафиксированного закалкой. Однако выделяющаяся при распаде твердого раствора фаза Cu2Mg сильно ухудша­ ет деформируемость сплавов при холодной обработке давлением и исключает возмож­ ность использования наклепа. Поэтому прак­ тическое применение нашли магниевые брон­ зы, содержащие до 1 % Mg. У этих сплавов

повышение прочности и твердости возможно только за счет наклепа при холодной пластиче­ ской деформации.

Магний сильно упрочняет медь, однако с увеличением его концентрации достаточно рез­ ко увеличивается удельное электросопротивле­ ние (рис. 6.26). Поэтому в промышленности применяется магниевая бронза с невысоким содержанием магния (0,1...0,35 %). Температу­ ра разупрочнения этого сплава при отжиге не­ сколько выше, чем у кадмиевой бронзе БрКд1 (рис. 6.27). Магниевую бронзу рекомендуют как заменитель кадмиевой бронзы при произ-

Рис. 6.26. Влияние содержания магния в медных сплавах на временное сопротивление и удельное электросопротивление [92|

Рис. 6.27. Влияние температуры отжига (в течение 1 ч) на временное сопротивление деформированной меди и сплавов БрКд1 и БрМгО,3 [921

водстве контактных колец и коллекторных пластин электрических машин, работающих при повышенных электрических и тепловых нагрузках. Свойства и режимы обработки бронзы БрМг0,3 приведены в табл. 6.23.

Магниевые бронзы БрМг0,5 и БрМг0,8 имеют более высокое удельное электросопро­ тивление - 0,030 и 0,037 мкОм м соответствен­ но. Они имеют ограниченное применение в виде проволоки для кабелей и других токопро­ водящих деталей.

Применяемые за рубежом стандартные сплавы системы Cu-Mg содержат не более 0,8 % Mg. Их используют как заменители кад­

миевой бронзы. Стандартные магниевые брон­ зы, содержащие 0,4 и 0,7 % Mg, применяются в Германии (см. табл. 6.12). Магниевая бронза CuMgO,4 (2.1321) близка по свойствам к кад­ миевой бронзе CuCdlP (2.1160) (Германия). Сплавы системы Cu-Mg за рубежом применя­ ют в основном для изготовления проволоки электротехнического назначения.

Сплавы системы Cu-Те. В Р о с с и и стан­ дартизована теллуровая бронза, содержащая 0,3...0,8 % Те (см. табл. 6.8). Медь легируют теллуром для улучшения обрабатываемости резанием. Электропроводность и теплопровод­ ность этого легко обрабатываемого резанием сплава близка к соответствующим характери­ стикам меди (табл. 6.24).

Диаграмма состояния Cu-Те характери­ зуется тем, что в жидком состоянии имеется область несмешиваемости при концентрации 8,3...46 % Те и монотектической температуре 1051 °С (см. рис. 1.6). При температуре 1050 °С

эвтектической точке 46,3 %. Теллур практиче­ ски не растворяется в твердой меди (расчетным путем показано, что при 600 °С растворимость теллура в меди менее 0,0001%). Поэтому в медно-теллуровых сплавах в равновесии с ме­ дью находятся кристаллы твердой и хрупкой фазы интерметаллида Си2Те. Отсутствие рас­ творимости теллура в меди и образование ин­ терметаллидной фазы Си2Те исключает воз­ можность твердорастворного упрочнения и определяет высокую электропроводность спла­ вов системы Cu-Те.

Положительное влияние теллура на обра­ батываемость резанием меди связано с образо­ ванием в структуре твердого соединения - теллурида меди (Си2Те). Выделение этой фазы способствует образованию ломкой и хрупкой стружки, что позволяет увеличить скорость обработки резанием по сравнению с чистой медью и уменьшает шероховатость обрабаты­ ваемой поверхности.

Обрабатываемость резанием теллуровой бронзы составляет 90 % от обрабатываемости свинцовой латуни ЛС63-3 (эталонный сплав), в то время как обрабатываемость резанием неле­ гированной меди оценивается в 20 %.

Механические свойства теллуровой брон­ зы близки к свойствам нелегированной меди (табл. 6.25); она хорошо обрабатывается давле­ нием в горячем и холодном состоянии; твердая и мягкая пайка не вызывает затруднений; тем­ пература разупрочнения деформированного материала составляет примерно 350 °С.