Медь и сплавы на ее основе

Медь — мягкий, пластичный ме­талл розовато-красного цвета, обладает низким электрическим сопротивлением и высокой электропроводностью. Температура плавления меди — 1 083 С, плотность — 8,96 г/см³.

Механические свойства технической меди колеблются в широ­ком диапазоне в зависимости от способа получения полуфабрика­тов (электролиз, литье, прокатка).

Так, предел прочности на растяжение _в=220...450 МПа (22...45 кгс/мм²); относительное удлинение _В=4... 60 %; твердость по Бринеллю 35... 130 НВ. Полу­фабрикат, полученный литьем или электролизом, будет иметь бо­лее низкие механические свойства, чем полуфабрикат, получен­ный прокаткой, ковкой или штамповкой.

Медь обладает высокой химической стойкостью, устойчивос­тью против коррозии. На поверхности медных изделий образуется оксидная пленка, так называемая «патина», являющаяся естествен­ной антикоррозионной защитой. Благодаря высокой электропро­водности медь широко используется в виде проволоки, шин, лент в электропромышленности и в энергетике как незаменимый про­водник тока. В связи с тем, что электрическое сопротивление мед­ных проводов возрастает при наличии в них естественных примесей, для проводников используется медь наиболее чистая по хи­мическому составу, с наименьшей массовой долей примесей.

Российской промышленностью выпускается медь с массовой долей примесей 0,01... 1,00 %. Для проводников электрического тока используется медь с массовой долей примесей не более 0,1 %.

Изделия из проводниковой меди, например контактные провода на электрическом городском и железнодорожном транспор­те, кроме высоких электрических свойств должны еще обладать высокой прочностью, износостойкостью и антифрикционностью Эти качества достигаются технологией производства технической меди и ее последующей деформацией и отделкой поверхности в процессе прокатки и волочения.

Как конструкционный материал чистая техническая медь прак­тически не используется, но она нашла применение в производ­стве конструкционных сплавов с никелем, свинцом, цинком и другими химическими элементами. Эти и другие химические эле­менты сплавов на основе меди придают им высокие механичес­кие и технологические свойства.

По ГОСТ 859—2001 первичная техническая медь выпускается в виде катодов, слитков, полуфабрикатов, прутков, которые пере­рабатываются в круглые, квадратные, шестигранные, горячеката­ные и тянутые ленты радиаторные и общего назначения, ленты для кабелей, труб, проволоки электротехнической, фольги мед­ной рулонной и электролитической и медных порошков.

Медь в этой продукции в зависимости от массовой доли примесей выпус­кается следующих марок: M00A, М00БК, M0A, М0, МБ, M1, М2, М2Р, МЗ, МЗР, М4, АМФ.

В маркировке первичной технической меди приняты следующие обозначения:

-М — медь;

-цифры от 00 до 4 — массовая доля естественных примесей от 0,01 до 1,00 %;

-Б — бескислородная,

- Р — раскисленная,

-А — анодная,

-К — катодная.

В связи с тем, что медь имеет высокую пластичность в горячем и холодном состоянии, изделия из нее получают прокаткой, во­лочением, штамповкой. При деформации в процессе производ­ства изделий из меди значительно увеличиваются такие свойства, как прочность и твердость, и уменьшается пластичность.

Иногда для увеличения прочности и твердости и уменьшения пластично­сти изделия из меди специально подвергают холодной деформа­ции.

Например, при строительстве линий электропередач, чтобы увеличить расстояние между опорами, в качестве проводников при­меняют нагартованную или наклепанную медную проволоку. Их прочность по сравнению с прочностью медного полуфабриката увеличивается и достигает 500 МПа (50 кгс/мм²).

Существуют следующие сплавы цветных металлов на основе меди: латунь, бронза, манганин, мельхиор, нейзильбер, константан и монетные сплавы.

Манганин (МНМцЗ-12) — сплав меди (85 %), марганца (12 %>-никеля (до 4 %). Обладает высокими антикоррозионными свой­ствами и большим удельным электросопротивлением. Выпускает­ся в виде ленты, листов, полос и проволоки. Манганин применяется в электротехнической промышленности для увеличения пре­делов измерения измерительных приборов (например, в ампер­метрах в качестве шунтов).

Мельхиор (МНЖМц30-0,8-1 и МН19) - сплав меди (80%) и никеля (до 20%), железа, марганца и кобальта. Имеет высокие антикоррозионные свойства. Выпускается в виде труб, лент, по­лос, проволоки и прутков. Применяется для изготовления столо­вых приборов, лабораторной техники и в приборостроении.

Нейзильбер (МНЦ15-20) — сплав меди (65%), цинка (20%), никеля (15%) и кобальта (13,5... 16,5%). Выпускается в виде лен­ты, проволоки, полосы и прутков. Применяется для приборов точной механики, в электронике, в технической посуде. Имеет высокую стойкость против коррозии.

Константан (МНМц43-05) — сплав меди (59%), никеля и ко­бальта (40 %), а также марганца (1 %). Выпускается в виде лент и проволоки. Применяется в радиоэлектронике, термопарах и др.

Кроме того, выпускается большая группа монетных сплавов с никелем, золотом и платиной.

Латуни

Сплавы меди с цинком называются латунями. Практи­ческое применение нашли латуни с массовой долей цинка до 45 %. В латунях могут находиться и другие химические элементы с низ­кой массовой долей.

По сравнению с медью латунь обладает более высокой проч­ностью, твердостью, упругостью, коррозионной стойкостью, меньшей пластичностью и высокими технологическими свойствами (литейными свойствами, деформируемостью и обрабатываемостью

резанием).

По ГОСТ 15527—70 латунь выпускается в виде проволоки, лент, полос, труб, тянутых и прессованных изделий в отожженном и нагартованном состоянии.

Латуни, состоящие из двух химических элементов, называются двойными или простыми, а латуни, состоящие из нескольких химических элементов, — сложными, или специальными.

Простые латуни состоят из меди и цинка. Цинк, сплавляясь с медью, образует твердые растворы замещения, значительно по­вышая механические свойства латуней. При температуре 100... 150 °С латунь пластична, при температуре 200 °С и выше — латунь хруп­кая. В зависимости от массовой доли цинка простые латуни делят­ся на однофазные -латуни (до 39% цинка) и двухфазные + -латуни. Однофазные латуни имеют меньшую прочность, но более высокую пластичность, чем двухфазные. При деформации в ре­зультате наклепа твердость и прочность -латуней повышается, а пластичность уменьшается.

Например, прочность латуни марки Л80 после штамповки с 320 МПа (32 кгс/мм²) возрастает до 620 МПа '"2 кгс/мм²), но при этом относительное удлинение уменьшается с 52 до 3 %. Для снятия наклепа латуни подвергают отжигу.

Двухфазные латуни хорошо деформируются в горячем состоянии при температуре выше 500 °С.

Простые латуни — это деформируемый конструкционный ма­териал. Из этих латуней детали получают методом деформирова­ния: прессования, штамповки, ковки, прокатки и волочения.

Марки простых латуней: Л96, Л90 (томпак), Л85, Л80 (полу­томпак), Л70, Л68, Л63, Л60.

Латуни маркируются буквой Л -. латунь, после которой стоят цифры, указывающие содержание в ней меди в процентах.

Например, Л63 означает, что латунь состо­ит из 63 % меди и 37 % цинка.

Сложные латуни состоят из меди, цинка, алюминия, желе­за, марганца, никеля, олова, свинца и других химических эле­ментов.

По ГОСТ 15527—70 выпускаются следующие марки слож­ных латуней: ЛА77-2 (алюминиевая), ЛАЖ60-1-1 (алюминие-во-железистая), ЛАМш59-3-2 (алюминиево-мышьяковистая), ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 (алюминиево-никелевокремнемарганцевая), ЛЖМц59-1-1 (железомарганцевая), ЛЖС58-1-1 (железосвинцовая), ЛН65-5 (никелевая), ЛМц58-2 — (марганце­вая), ЛМцА57-1-1 (марганцево-алюминиевая), ЛО90-1 (томпакооловянная), ЛО70-1, Л062-1, ЛО60-1 (оловянные), ЛС63-3, ЛС74-3, ЛС64-3, ЛС60-1, ЛС59-1, ЛС59-3, ЛС74-3 (свинцовые), ЛМш68-0,05 (мышьяковая).

Сложные латуни маркируются буквой

- Л — латунь, после ко­торой следуют буквы, обозначающие легирующие элементы:

-А — алюминий,

-Ж — железо,

-Мц — марганец,

-К — кремний,

-С — свинец,

-О — олово,

-Мш — мышьяк,

-Н — никель.

-Первые циф­ры, стоящие за буквами, обозначают массовую долю меди в про­центах,

-последующие цифры — массовую долю компонентов в процентах в той последовательности, в какой они приведены в буквенной части условного обозначения.

-Количество цинка оп­ределяется по разности.

Например, латунь марки ЛАЖ60-1 -1 (алюминиево-железистая латунь) имеет следующее содержание ком­понентов: 60 % меди, 1 % алюминия, 1 % железа, 38 % цинка.

Приведенные марки сложных латуней обрабатываются дав­лением. Кроме того, выпускается большая группа литейных ла­туней в виде чушек (ГОСТ 1020—77) следующих марок: Л С. ЛСД, ЛС1, ЛОС, ЛК, ЛК1, ЛК2, ЛКС, ЛМцС, ЛМцЖ, ЛА, ЛАЖМц.

Литейные латуни идут на изготовление фасонных отливок ме­тодом литья, отливаются в земляных формах, центробежным ли­тьем, литьем в кокиль и литьем под давлением. Латунные отливки подвергаются механической обработке: точению, фрезерованию, шлифованию и др.

Из сложных латуней делают следующие детали: червячные пары. подшипники и втулки, зубчатые колеса, трубы, арматуру, втулки и сепараторы для подшипников качения, антифрикционные де-

тали, штуцеры гидросистем автомобилей, детали, работающие в морской воде, и др.

Бронзы

Бронзами называются сплавы меди с оловом и други­ми химическими элементами.

По способу переработки различают питейные и деформируемые бронзы, по химическому составу — оловянистые и безоловянистые.

Оловянистые бронзы (ГОСТ 613—79) выпускаются в виде чу­шек следующих марок: БрОЗЦ12С5, БрО3ЦТС5Н1, Бр04Ц4С17, БрО5Ц5С5, БрО5С25, БрО6Ц6С3, Бр08Ц4, БрО10Ф01, БрО10Ц2, БрО10С10 Бр04Ц7С5.

Оловянистые бронзы относятся к литейным сплавам. Детали из этих бронз получают различными литейными способами с после­дующей механической обработкой (К — литье в кокиль, П — литье в песчано-глинистые формы).

Безоловянистые бронзы (ГОСТ 493—79) выпускаются в виде чу­шек для последующего литья следующих марок: БрА9Мц2Л, БрА10Мц2Л, БрА9ЖЗЛ, БрА10ЖЗМц2, БрА10Ж4Н4Л, БрА11ЖбНб, БрА9Ж4Н4Мц1, БрС30, БрА71Мц15ЖЗН2Ц2, БрСу3НЦ3С20Ф.

Маркируют бронзы буквами

-Бр — бронза, за которыми следу­ют буквы, обозначающие легирующие элементы, введенные в бронзу:

-А — алюминий,

-Ж — железо,

-Н — никель,

-С — свинец,

-Су — сурьма,

-Ц — цинк,

-Ф — фосфор,

- далее цифры, показыва­ющие содержание этих элементов в процентах.

-Количество меди определяется по разности.

Бронзы обладают высокими механическими свойствами.

Напри­мер, БрО10Ф1 имеет предел прочности _в= 245 МПа (25 кгс/мм²), твердость по Бринеллю 90 НВ, относительное удлинение  = 3%.