книги / Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки
.pdfРис. 1.26. Анизотропия модуля нормальной упругости в деформированном (а) и рекристаллизованном (б) состояниях (штриховые линии - экспериментальные данные; сплошные - расчетные):
ВП - вдоль прокатки; ПП - поперек прокатки [128]
Кроме анизотропии свойств на штампуемость меди влияет размер зерна в отожженных полуфабрикатах. Взаимосвязь между размером зерен и способностью прокатного материала к глубокой вытяжке при холодной штамповке приведена в табл. 1.40.
Для определения способности материала к холодной штамповке применяется испытание на глубокую вытяжку по Эриксену. На рис. 1.27 показаны минимальные показатели глубо кой вытяжки для отожженной меди в зависи мости от толщины листа или ленты. Поверх ность возникающего в процессе испытания колпачка должно быть гладкой, без поверхно стных разрывов.
Термическая обработка. Полуфабрика ты из меди подвергаются двум видам термиче ской обработки: отжигу для уменьшения оста точных напряжений и рекристаллизационному отжигу. Температура начала рекристаллизации бескислородной меди высокой чистоты состав ляет 200...240 °С, а электролитической дефор мированной меди в зависимости от содержания кислорода - 180...230 °С [9, 47, 101]. Во избе жании водородной болезни полуфабрикаты из меди, содержащей кислород, рекомендуется отжигать в слабоокислительной или нейтраль ной атмосфере, полуфабрикаты из бескисло родной меди и меди, раскисленной фосфо ром, - в нейтральной или слабовосстанови тельной, чтобы уменьшить потери металла изза окисления.
1.40. Размер зерна и способность листовой меди к глубокой вытяжке
Размер |
Холодная штамповка |
|
зерна, мм |
||
|
||
0,015 |
С малой деформацией |
|
0,025 |
Со значительной деформацией |
|
0,035 |
Наилучшая в сочетании с высо |
|
|
ким качеством поверхности |
|
0,050 |
С появлением шереховатой |
|
|
поверхности |
|
0,070 |
Плохая(поверхность типа |
|
|
«апельсиновой корки») |
Н мм
Рис. 1.27. Зависимость минимальной глубины вытяжки (Н) при испытаниях по Эриксену от толщины листа (5) или ленты
из отожженной меди
Температура рекристаллизационного от жига и время выдержки зависят от вида и раз меров деформированного полуфабриката и назначения отжига: промежуточный между операциями деформации или окончательный.
Режимы окончательного отжига выбира ют, основываясь на требуемом уровне физиче ских и механических свойств. Общие законо мерности зависимости свойств от температуры отжига показаны на примере меди марки Ml (см. рис. 1.17)
В табл. 1.41 приведены оптимальные ре жимы отжига для различных деформирован ных полуфабрикатов технической меди.
Качество отожженного металла опреде ляется не только механическими свойствами, но и размером зерна. Размер зерна в полностью рекристаллизованной структуре довольно од нороден. При неправильно установленных режимах рекристаллизационного отжига в
1.41. Режимы отжига деформированных полуфабрикатов из технической меди
Полуфабрикат |
Толщина, |
Вид отжига |
т ° с |
|
мм |
|
|||
|
|
|
||
Лист, полоса, лента |
5,0 |
Промежуточный |
600...650 |
|
|
1,0...5,0 |
Промежуточный |
580...650 |
|
|
0,5...1,0 |
Промежуточный |
520...620 |
|
|
0,5...1,0 |
Окончательный |
480...550 |
|
Заготовка трубная |
5,1 |
Промежуточный |
590...610 |
|
диаметром более 80 мм |
2,0...5,0 |
Промежуточный |
550...580 |
|
Трубы |
Все раз |
Окончательный |
590...610 |
|
Прутки |
Окончательный |
590...610 |
||
меры |
||||
Профили |
Окончательный |
600...650 |
||
|
||||
Все виды полуфабрикатов |
Все раз |
Окончательный |
100...230 |
|
|
меры |
(для уменьшения остаточных напряжений) |
|
структуре металла могут присутствовать две группы зерен разного размера. Это так назы ваемая двойная структура особенно нежела тельна при операциях глубокой вытяжки, гиб ки или полировки и травления изделий.
С увеличением размера зерен ухудшается качество поверхности штампованных изделий. При величине зерна более 40 мкм на поверхно сти изделия наблюдается характерная шерохо ватость - «апельсиновая корка». Применяя оптимальные режимы отжига, можно получить частично или полностью рекристаллизованную структуру без образования «апельсиновой кор ки». Для выбора режима отжига часто исполь зуют пространственные диаграммы рекристал лизации (рис. 1.28).
Рис. 1.28. Диаграмма рекристаллизации меди [128]
Травление полуфабрикатов. После горя чей прокатки, прессования, ковки и отжига в окислительной атмосфере обрабатываемый полуфабрикат из меди имеет тусклую окислен ную поверхность.
Полуфабрикаты из меди травят в раство ре серной кислоты. В заводской практике трав ление проводят при температурах раствора 50...60 °С. Интенсификации травления можно достичь, повышая температуру до 70...80 °С. После травления необходима многократная промывка в проточной воде и сушка.
Сварка. Высокая теплопроводность меди оказывает отрицательное влияние на сваривае мость, так как выделяющееся при сварке тепло очень быстро отводится от места сварки.
Наилучшей свариваемостью обладает медь, раскисленная фосфором с высоким оста точным его содержанием, которая имеет самую низкую теплопроводность по сравнению с дру гими марками меди. Способы сварки, приме няемые для меди, приведены в табл. 1.42.
При сварке меди, раскисленной фосфо ром, любым способом получаются сварные швы высокого качества. Для кислородсодер жащей меди наилучшие результаты дает электродуговая сварка в среде инертного газа. При газовой сварке меди применяется только ки слородно-ацетиленовое пламя. Подготовка кромок соединяемого такой сваркой листового материала почти не отличается от подготовки стального листа. При сварке меди следует учи тывать ее расширение под воздействием высо-
1.42. Способы сварки меди
Способ сварки |
Медь |
Давлением |
Все марки |
Диффузионная |
Все марки |
Газовая (кислородно-ацитиленовая) |
Медь, раскисленная фосфором и другими элемен |
|
тами (бором, литием), бескилородная медь |
Дуговая с расходуемым электродом в среде |
Все марки |
инертного газа |
|
Дуговая с нерасходуемым вольфрамовым |
Все марки |
электродом в среде инертного газа с приса |
|
дочным материалом |
|
Стыковая электросопротивлением |
Все марки |
Электросопротивлением (точечная и шов |
Кислородсодержащая медь; медь, раскисленная |
ная) |
фосфором с высоким остаточным его содержанием |
ких температур, поэтому следует строго сле дить за фиксацией кромок свариваемого мате риала. Перед сваркой материал следует про греть (до 500.. .600 °С).
В качестве расходуемых электродов при газовой сварке применяют проволоку из спла вов на основе меди с низкой температурой плавления и с малым поверхностным натяже нием. В качестве легирующих компонентов применяют элементы, повышающие жидкотекучесть меди и имеющие малую склонность к образованию оксидов и поглощению газов. Чаще всего в качестве легирующей добавки применяют фосфор, кроме того, вводят крем ний, марганец, никель, олово и серебро.
Электродуговая сварка меди в среде инертного газа получила широкое применение благодаря ее технологическим преимуществам. Непрерывная подача инертного газа (аргона) в зону сварки предотвращает поглощение мате риалом шва кислорода и водорода и способст вует получению качественного сварного со единения.
Пайка. Медь отлично соединяется пай кой мягкими и твердыми припоями. При пайке мягкими припоями (содержащими олово или свинец) практически не происходит уменьше ние прочностных характеристик меди. При пайке твердыми припоями в результате повы шения температуры происходит разупрочнение меди. В связи с незначительной прочностью меди в горячем состоянии температура пайки твердыми припоями должна быть минималь ной. В качестве твердых припоев для пайки меди и низколегированных сплавов на ее осно
ве применяют сплавы на основе меди с добав ками серебра, фосфора, а также кадмия и мар ганца.
Предпочтительно применять эвтектиче ские сплавы систем Си-Р и Cu-Ag-P с низкой температурой плавления. Для автоматической пайки меди рекомендуются припои состава Си+ 6 ...7 % Р или Си + 15 % Ag + 6 ...7 % Р. Для бесфлюсовой пайки низколегированных медных сплавов используются припои на осно ве серебра, преимущественно эвтектической системы Ag-Cu [104].
Обработка резанием. Медь обладает сравнительно низкой обрабатываемостью реза нием. Как правило, при обработке деталей из чистой меди получается длинная стружка. Также медь склонна к налипанию на резец (образованию наростов), причем мелкие части цы привариваются к режущей кромке инстру мента, а при отрыве наростов повреждается поверхность инструмента. Полуфабрикаты в отожженном состоянии обрабатываются хуже, чем в нагартованном.
Износ инструмента повышается с увели чением содержания закиси меди в исходной заготовке. Кислород, содержащийся в меди в количестве больше 0,05 %, оказывает разру шающее действие, особенно на карбид вольф рама. Поэтому при обработке кислородсодер жащей меди рекомендуется применять инстру мент из быстрорежущей стали с минимальным содержанием карбида вольфрама. Бескисло родную медь обрабатывают твердосплавным инструментом.
Для улучшения режущих свойств медь легируют теллуром. Электро- и теплопровод ность этого легко обрабатываемого резанием сплава близка к соответствующим характери стикам меди. Обрабатываемость резанием тел луровой бронзы составляет 90 % от свинцовой латуни ЛС63-3 (эталонный сплав), в то время как обрабатываемость резанием нелегирован ной меди оценивается в 2 0 %.
1.6. КОРРОЗИОННЫЕ СВОЙСТВА
Медь обладает довольно высокой корро зионной стойкостью в различных средах. В электрохимическом ряду активности элемен тов медь стоит ближе к благородным металлам и обычно не вытесняет водород даже из кис лых растворов. Благодаря своей природе медь не является химически активным элементом, поэтому скорость ее коррозии обычно невели ка, даже если разрушению препятствует пленка нерастворимых продуктов коррозии.
В атмосфере сухого воздуха медь с поли рованной поверхностью не корродирует. Ок сидные слои при температуре 20 °С тонкие (50 нм), бесцветные и не дают цветов побежа лости. С увеличением шероховатости поверх ности степень воздействия сухого воздуха воз растает. Медь устойчива против коррозии в насыщенном водяными парами чистом возду хе. Присутствие во влажном воздухе примеси сероводорода понижает коррозионную стой кость меди. В промышленных районах на по верхности меди образуются основные сульфа ты (CuS04 -3Cu(0H)2) изумрудно-зеленого цве та. В восстановительной атмосфере при темпе ратуре 300...400 °С медь во многих случаях является более коррозионно-стойкой, чем кор розионно-стойкая сталь [1 0 1 ].
При нагреве медь окисляется вследствие взаимодействия с кислородом воздуха, образуя
взависимости от температуры два оксида: СиО
иСи2 0. При низких температурах (100 °С) на поверхности меди образуется пленка оксида меди (СиО) черного цвета. При более высоких
температурах (600 °С) скорость окисления возрастает и образуется плотная пленка закиси красного цвета.
Пресная вода действует на медь очень слабо: скорость коррозии 0,005...0,25 мм/год. Скорость коррозии заметно повышается в при сутствии примесей аммиака, сероводорода, хлоридов и кислот, препятствующих образова нию прочных защитных пленок на поверхно сти.
Скорость коррозии меди в морской воде в естественных условиях (при небольших скоро стях движения воды) незначительна (~ 0,05 мм/год) вследствие образования на по верхности меди защитной пленки, возникаю щей в результате взаимодействия металла и воды. Скорость коррозии возрастает с повы шением содержания кислорода и при увеличе нии скорости движения воды, так как пленка может выполнять защитные функции только в случае, если скорость удаления ее потоком будет ниже скорости ее образования.
В некоторых загрязненных водах мини мальная скорость потока необходима для того, чтобы избежать образования осаждений, наки пи, которые могут вызвать за собой локальную коррозию.
Таким образом, в каждом отдельном слу чае существуют оптимальные условия движе ния внешней среды, позволяющие рационально использовать медные изделия. Однако ско рость циркуляции водного потока не является единственным параметром, характеризующим коррозионную стойкость материала. Сущест венное влияние оказывает состояние поверхно сти трубопровода, его форма и размеры.
Практика показывает, что допустимая скорость потока пресной воды в медных тру бах не должна превышать 1,5 м/с, а чистой морской воды - 1 , 0 м/с [1 0 1 ].
Сопротивление усталости меди в пресной и морской воде мало отличается от аналогич ного показателя на воздухе и при 1 0 7 ...1 0 8 цик лах нагружения составляет 70 МПа (К, = 1).
В неокислительных кислотах (соляная, уксусная, разбавленная серная и др.) скорость коррозии относительно невелика (табл. 1.43).
Медь сильно корродирует в окисленных минеральных кислотах (HN03, НСЮ4 и др.), в кислых растворах хромистых солей, а также под действием серы и ее соединений; также быстро разрушается в концентрированной сер ной кислоте, особенно при нагреве. Медь пло хо сопротивляется действию хлористого аммо ния, щелочных цианистых соединений, но бо лее устойчива в отношении других щелочных растворов. Гидроокиси натрия и калия в рас творе практически не действуют на медь, одна ко расплавленный едкий калий, начиная с 350 °С, взаимодействует с медью. Гидроокись аммония по отношению к меди является одним из самых агрессивных агентов. Влажный ам миак действует на медь также агрессивно, вы зывая коррозию.
1.43. Коррозионная стойкость меди в различных средах [47,92,104]
Среда
1
Азотная
Борная
Серная
Серная
Серная
Серная
Серная
Серная
Серная
Сернистая
Соляная
Соляная
Хлорная
Хромовая
Фтористоводородная
Фосфорная
Концентрация, % |
о |
Скорость коррозии, |
Оценка, * 1 |
о |
мм/год |
балл |
|
|
|
||
2 |
3 |
4 |
5 |
Неорганические среды (водные растворы)
Кислоты |
|
|
|
Различная |
2 0 |
1 0 |
5 |
До 5,0 |
2 0 ... 1 0 0 |
о,Г2 |
1 |
До 5,0 |
2 0 |
0 ,1 ...1 ,0 ' 3 |
2 |
До 5,0 |
50 |
1 0 |
5 |
10...60 |
2 0 |
0 ,0 1 .. .0 ,1 2 * 3 |
1 |
10...60 |
40...60 |
1,3...3,7 |
4 |
90...98 |
2 0 |
0,07... 1,0 |
2 |
90...98 |
50 |
2 , 1 |
3 |
Дымящая |
2 0 |
1 0 |
5 |
До 8 , 6 |
2 0 |
0 , 1 |
1 |
До 5,0 |
2 0 |
0,04 |
1 |
10...35 |
2 0 |
0,25...4,Г3 |
4 |
До 72 |
2 0 |
1 0 |
5 |
1 0 |
2 0 |
1 0 |
5 |
Любая |
2 0 |
0,08... 0,89 |
2 |
10...90 |
20...75 |
0,5 |
2 |
|
Основания |
|
|
|
Аммония гидроокись |
До 30 |
2 0 |
1 0 |
5 |
Калия гидроокись (едкий |
До 53 |
2 0 |
0 , 1 |
1 |
калий) |
|
|
|
|
Калия гидроокись (едкий |
До 53 |
35 |
0 , 1 |
1 |
калий) |
|
|
|
|
Кальция гидроокись |
0,16 |
2 0 ... 1 0 0 |
0 ,1 ...0,5 |
2 |
Натрия гидроокись (едкий |
До 52 |
2 0 |
0 , 1 |
1 |
натрий) |
|
|
|
|
Натрия гидроокись (едкий |
До 52 |
35 |
0 , 1 |
1 |
натрий) |
|
|
|
|
Натрия гидроокись (едкий |
Расплав |
- |
1 0 , 0 |
5 |
натрий) |
|
|
|
|
Оксиды, соли, перекиси, газы и прочие неорганические среды |
|
|||
Азота оксиды |
- |
2 0 |
1 0 |
5 |
(N 0,N 02 ,N 2 0 3 ,N 2 0 5 ,N 2 0) |
|
|
|
|
Аммиак (газ) |
- |
16...20 |
0,002...0,004 |
1 |
Аммиак (газ) |
- |
400...500 |
0 , 0 1 |
1 |
Аммоний азотнокислый (нит- |
До 64 |
2 0 |
1 0 |
5 |
рат) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 1.43 |
|
1 |
2 |
3 |
|
|
4 |
5 |
Аммоний сернистый (суль |
Любая |
25 |
|
1,3 |
3 |
|
фид) |
До 10 |
о (N |
- |
|
0,5 |
|
Аммоний хлористый (хлорид) |
|
2 |
||||
|
|
|
о г |
|
|
|
Аммоний хлористый (хлорвд) |
10...27 |
25...100 |
|
1 0 |
5 |
|
Вода пресная |
- |
2 0 |
|
0,006...0,014 |
1 |
|
Вода пресная |
- |
250 (пары) |
|
0 , 1 |
1 |
|
Вода морская |
- |
2 0 ... 80 |
0,02... 0,04 |
1 |
||
Водород |
- |
2 0 |
|
|
0 , 1 |
1 |
Водород |
- |
40 |
|
1,32 |
2 |
|
Перекись водорода (Н2 0 2) |
Любая |
о CN |
о |
|
1 0 |
5 |
|
|
|
о |
|
|
|
Кислород |
- |
2 0 |
|
|
0 , 1 |
1 |
Озон (в смеси с воздухом) |
- |
2 0 |
|
|
1 0 |
5 |
Сера |
- |
130...140 |
|
35 |
5 |
|
Сероводород (сухой) |
- |
2 0 |
|
|
0 , 1 |
1 |
Сероводород (влажный) |
- |
2 0 ... 1 0 0 |
|
1 0 |
5 |
|
Углерода двуокись (сухой |
- |
ю о |
оо |
|
0 , 1 |
1 |
газ) |
|
|
|
|
|
|
Углерода окись (газ) |
- |
- |
|
|
1 0 |
5 |
Хлор (сухой и жидкий) |
- |
2 0 ... 1 0 0 |
|
0 , 1 |
1 |
|
Хлор (влажный газ) |
- |
2 0 |
|
|
1 0 |
5 |
|
Органические среды |
|
|
|
|
|
Кислота винная, водный рас |
До 58 |
2 0 |
|
O F ----------- |
2 |
|
твор |
- |
|
|
0,03 |
|
|
Кислоты жирные (7^ = 28 °С) |
230...250 |
1 |
||||
Кислота лимонная, водный |
До 59 |
2 0 |
|
о |
о |
2 |
раствор |
|
Кипящая |
0,138 |
|
||
Кислота муравьиная, водный |
До 10 |
2 |
||||
раствор |
|
|
|
|
|
|
Кислота уксусная, водный |
До 80 |
О NC |
о |
0 ,1 ...0,5 |
2 |
|
раствор |
|
Кипящая |
|
|
|
|
Кислота уксусная |
До 80 |
1 2 |
6 , 2 |
3...4 |
||
|
|
, .. . |
||||
водный раствор |
|
|
|
О Ъ» |
|
|
Кислота щавелевая, |
До Ю |
2 0 |
|
о |
2 |
|
водный раствор |
|
|
|
|
|
|
Масла минеральные |
- |
2 0 |
|
0 , 1 |
1 |
|
Скипидар |
- |
20...ТКИП |
0 , 1 |
1 |
||
Спирт этиловый |
- |
2 0 ... Г™, |
0 , 1 |
1 |
||
Фенол |
- |
2 0 |
|
0,008 |
1 |
Ф| Коррозионная стойкость оценивается по пятибальной шкале: 1- очень высокая при скорости корро зии до 0,1 мм/год; 2 - высокая при скорости - > 0,1... 1,0 мм/год; 3 - средняя при скорости 1,0.. .3,0 мм/год; 4 - низкая при скорости - 3,0... 10 мм/год; 5 - очень низкая при скорости - свыше 10,0 мм/год.
#2 В отсутствие воздуха стойка в растворах любой концентрации до 150 °С. *3 В отсутствие воздуха.
Хлориды, за исключением очень разбав ленных растворов, и цианиды по отношению к меди агрессивны; окисляющие соли также аг рессивны в кислой среде (добавки 5 %-го рас твора КМп04 к соляной кислоте увеличивает скорость коррозии меди с 0,9 до 36 мм/год). Сульфиды и нитраты слабо взаимодействуют с медью; окисляющие хлориды и соли щелочных металлов несколько агрессивнее по отношению к меди, особенно в условиях аэрации.
Медь хорошо сопротивляется действию многих агрессивных органических сред: фе нольные смолы, органические кислоты (уксус ная, лимонная, молочная, щавелевая и др.), спирты оказывают незначительное действие на
медь. Поэтому ее широко применяют в хими ческой промышленности.
Медь является катодом по отношению к большинству других металлов и сплавов. Это вызывает ускоренную коррозию этих металлов, находящихся в контакте с медью в растворах солей или кислот. При контакте с некоторыми более благородными металлами и сплавами (платина, золото, свинец, олово) и коррозион но-стойкой сталью, которые являются катода ми по отношению к меди, коррозия ее значи тельно усиливается. Чем больше разница элек трохимических потенциалов, тем значительнее коррозия меди [92, 101].
2. ЛАТУНИ, ОБРАБАТЫВАЕМЫЕ ДАВЛЕНИЕМ
2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Медь обладает высокой коррозионной стойкостью, хорошо обрабатывается давлени ем как в горячем, так и в холодном состоянии, что обусловливает ее широкое применение в промышленности для изготовления сплавов. Свойства сплавов на основе меди весьма раз нообразны. Многие медные сплавы обладают высокими механическими свойствами, они коррозионно-стойки, хорошо сопротивляются износу, имеют низкий коэффициент трения и хорошую притираемость в паре с другими, более твердыми материалами, хорошо работа ют при отрицательных температурах, вплоть до температуры жидкого гелия. Благодаря этим и другим свойствам медные сплавы нашли широкое применение в технике.
Среди медных сплавов наибольшее рас пространение в промышленности получили латуни благодаря сочетанию высоких механи ческих и технологических свойств. По сравне нию с медью латуни обладают более высокой прочностью, коррозионной стойкостью, луч шими литейными качествами, имеют более высокую температуру рекристаллизации. Они наиболее дешевые медные сплавы.
Латуни - это двойные и многокомпонент ные сплавы, в которых основной легирующий компонент - цинк (содержание его не превы шает 50 %). Минимальное содержание цинка в латунях - 4 % (по массе).
Фазовый состав двойных латуней опреде ляет диаграмма состояния (рис. 2.1). По струк туре выделяют а-латуни, а+Р-латуни и р- латуни. Природа фаз в системе Cu-Zn, их фи зические и механические свойства определяют поведение латуней различных марок при хо
лодной и горячей пластической деформации, при термической обработке и, в конечном сче те, определяют их свойства.
В системе Cu-Zn наблюдается необычная температурная зависимость растворимости: при температуре 902 °С она составляет 32,5 % и в отличие от многих других систем с пони жением температуры растворимость увеличи вается, достигая максимальных значений 39 % при 454 °С. Дальнейшее понижение темпера туры приводит к уменьшению растворимости цинка в меди (до 34...35 % при комнатной температуре). Однако при режимах обработки, которые используются в промышленности, равновесная концентрация цинка в твердом растворе обычно не достигается. Поэтому для оценки фазового состава латуней используют значения предельной растворимости цинка в твердом растворе меди (39 %).
Медь с цинком образует кроме а-твердого раствора на основе меди с ГЦК решеткой ряд промежуточных фаз Р, у и другие. Ближайшая к меди промежуточная фаза Р - это твердый раствор на основе электронного соединения CuZn с решеткой ОЦК. При высоких темпера турах p-фаза имеет широкую концентрацион ную область гомогенности. Высокотемпера турная p-фаза достаточно пластична, поэтому многие марки латуней при горячей деформа ции нагревают в однофазную область р. При температурах ниже 454...468 °С p-фаза пере ходит в упорядоченное состояние: Р -> Р' Фаза Р' в отличие от P-фазы является более твердой
ихрупкой; у-фаза представляет собой твердый раствор на основе электронного соединения Cu5 Zn8, отличается очень высокой хрупкостью
иее присутствие в промышленных конструк ционных сплавах исключается.
Т, ос
Рис. 2.1. Диаграмма состояния системы Cu-Zn и температурные интервалы:
У- нагрева под обработку давлением; 2- рекристаллизационного отжига; 3 - отжига для
уменьшения остаточных напряжений
Механические свойства латуней опреде ляются свойствами фаз. По мере увеличения содержания цинка в латунях их прочность воз растает (рис. 2.2). Максимум прочности дости гается в двухфазной области а + Р при содер жании цинка 45...47 %, как только Р'-фаза полностью заменит a -фазу, прочность резко уменьшается из-за высокой хрупкости сплавов. Модуль нормальной упругости Е с увеличени ем содержания цинка уменьшается. Особенно резкое понижение модуля упругости наступает, когда превышен предел растворимости цинка в a -фазе и в структуре появляется Р'-фаза (рис. 2.3). Пластичность Р-латуней с Р'-структурой при комнатной температуре очень низка, и при содержании около 50 % Zn и более они не под вергаются холодной обработке давлением. Поэтому в промышленности применяются преимущественно а- и а + Р-латуни. Пред ставляют интерес как основа сплавов с эффек том запоминания формы Р-латуни.
Цинк довольно резко снижает теплопро водность к и электропроводность со меди, и
Рис. 2.2. Влияние содержания цинка на механические свойства латуней [92]
Е, ГПа
Рис. 23. Изменение модуля нормальной упругости медно-цинковых сплавов в зависимости
от содержания цинка [104]
при содержании его в латунях более 2 0 % эти свойства не превышают 40 % от соответст вующих характеристик меди. При увеличении содержания цинка коэффициент линейного расширения а монотонно увеличивается вплоть до 65 % Zn, а плотность у уменьшается (рис. 2.4).
По технологии производства латуни де лят на деформируемые и литейные.
В России принята буквенно-цифровая маркировка латуней, в которой буквы обозна чают основные компоненты сплава, числа - их примерное содержание в процентах. Марка латуни начинается с буквы «Л» - латунь. В двойных (простых) латунях число после буквы Л определяет среднее содержание меди. Мно гокомпонентные специальные латуни, кроме меди и цинка, содержат еще один или несколь ко легирующих элементов, которые имеют следующие обозначения: А - алюминий; О - олово; Н - никель; Ж - железо; К - кремний; С - свинец; Мц - марганец; Мш - мышьяк.
X , О), % Си |
|
|
|
У, кг/м3 |
|
|
|
|
|
|
9000 |
|
|
|
|
|
8800 |
|
|
|
|
|
8600 |
|
|
|
|
|
8400 |
|
|
|
|
|
8200 |
|
|
|
|
|
а-Ю6К*1 |
|
|
|
|
|
18 |
|
|
|
|
|
17 |
|
|
|
|
|
16 |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
15 |
50 |
|||||
Си |
|
Zn, % |
|
|
|
Р ис. 2.4. Изменение физических свойств медно-цинковых сплавов в зависимости от содержания цинка (92|
Порядок букв и чисел в деформируемых и литейных латунях различен. В деформируе мых латунях первое число после букв указыва ет среднее содержание меди, последующие числа, отделенные друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов. Например, латунь ЛЖМц59-1-1 имеет средний состав: 59 % Си, 1% Fe, 1% Мп, остальное Zn. В литейных латунях цинк обо значается буквой «Ц». Среднее содержание компонентов сплава ставится сразу после бук вы, обозначающей его название. Например, литейная латунь ЛЦЗОАЗ содержит 30 % Zn, 3 % А1, Си - основа.
В США используется Унифицированная система нумерации металлов и сплавов (Uni fied Numbering System for Metals and Alloys - UNS). Обозначение сплавов начинается с бук вы «С» (copper), затем следует пятизначный номер, определяющий марку сплава. Сплавы с номером меньше 80000 - обрабатываемые дав
лением, сплавы с большими номерами - ли тейные.
В стандартах ISO и Германии сплавы, об рабатываемые давлением, имеют буквенно цифровую систему обозначений: символ “Си” показывает, что сплав на основе меди, основ ные легирующие элементы обозначены хими ческими символами. Следующие за ним цифры соответствуют номинальному содержанию легирующих элементов в процентах (по массе). Аналогичную систему обозначения имеют и литейные сплавы, но только с двумя латински ми буквами “GB” впереди. Кроме того, все сплавы в Германии - обрабатываемые давле нием и литейные - имеют цифровые обозначе ния (номер материала).
В стандартах Японии сплавы, обрабаты ваемые давлением, имеют такую же систему обозначений, как и в США, только количество цифр - четыре, а не пять. При этом сплавы, обозначение которых совпадает с обозначени ем сплавов США (за исключением пятой циф ры), близки по составу соответствующим спла вам США. Литейные японские сплавы обозна чаются в соответствующих стандартах как классы и поэтому в обозначении содержат но мер стандарта и номер класса.
2.2. ДВОЙНЫЕ ЛАТУНИ
Из деформируемых латуней изготовляют листы, ленты, полосы, прутки, трубы, проволо ку и поковки. Плоский прокат выпускают в мягком (отожженном), полутвердом (обжатие 10...30 %), твердом (обжатие 30...50 %) и осо бо твердом (обжатие более 60%) состоянии. В табл. 2.1 приведены марки стандартных двойных и специальных (многокомпонентных) деформируемых латуней и указаны зарубеж ные сплавы-аналоги по стандартам США, Гер мании и Японии.
2.1. Марки деформируемых латуней по национальным стандартам
Россия |
США |
Германия |
Япония |
ГОСТ 15527-70 |
ASTM В36, В475, В171, В121, |
DIN 17660, 17673 |
JISH3100, |
|
В591, В289, В135, В694, В453, |
|
Н3250, Н3300 |
|
В283, Bill, В587, В359,В124, |
|
|
|
В592 |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Двойные латуни |
|
|
Л96 |
С21000 |
CuZn5 (2.0220) |
С2100 |
Л90 |
С22000 |
CuZnl 0(2.0230) |
С2200 |