8. Структура і властивості міді і її сплави. Латунь і бронзи

Мідь – метал червоного, а у зломі рожевого - кольору. Її атомний номер 29, атомна маса 63,54, температура плавлення 1083^оС, кристалічна решітка ГЦК з періодом 0,31607 нм, густина 8,94 г/см³. Характерною особливістю міді є її висока електропровідність (=0,0178 Ом см²/м), тому вона широко використовується в електротехніці.

Механічні властивості чистої міді відносно низькі: _В=250 МПа, твердість 45НВ, =50%, тому як конструкційний матеріал її застосовують дуже рідко. Підвищення механічних властивостей досягається утворенням різних сплавів на мідній основі. Широке застосування як конструкційний матеріал в техніці мають латуні і бронзи.

Латуні – це мідні сплави, в яких основним легуючим елементом є цинк. При вмісті цинку до 39% латуні мають високу пластичність, добре оброблюються тиском при низьких і високих температурах. Максимальну пластичність мають латуні, що містять 37%Zn. При вмісті Zn>39% латуні мають підвищену міцність і твердість, але низьку пластичність.Практичне застосування в техніці мають латуні з вмістом до 45%Zn.

Для підвищення механічних властивостей та хімічної стійкості латуней до них часто додають легуючі елементи: Al, Ni, Mn, Si, Sn тощо. Al, Mn, Fe, Si підвищують міцність і твердість латуні, однак при цьому знижують її пластичність. Al, Mn, Sn, Ni підвищують корозійну стійкість латуней.

За технологічною ознакою латуні поділяються на ті, що деформуються та ливарні. Латуні, що деформуються, використовують для виготовлення виробів і напівфабрикатів обробкою тиском. Ливарні латуні використовуються для фасонного лиття. Це в основному складнолеговані сплави. Легуючі елементи впливають на ливарні властивості латуней по різному. Наприклад, Fe, Mn знижують рідкотекучість, а Sn (до 2,5%) підвищує її.

Бронзи – це сплави міді з оловом, алюмінієм, кремнієм та іншими елементами (крім цинку). В залежності від основного легуючого елементу бронзи бувають олов’янисті, алюмінієві, кремнієві, свинцеві, берилієві, хромові та цирконієві, а за технологічною ознакою – ливарні і ті, що деформуються.

Бронзи мають добрі ливарні властивості. Їх усадка при литті в три рази менша, ніж у стальних виливках. Більшість бронз мають достатньо високу корозійну стійкість. Вони широко використовуються як антифрикційні сплави.

Олов’янисті бронзи – це сплави міді з оловом та іншими елементами: Zn, Pb, Ni, P. Бронзи з вмістом 6%Sn не піддаються деформуванню і їх використовують у литому стані. Характерною особливістю олов’янистих бронз є дуже мала усадка, тому їх використовують для отримання найбільш складних за конфігурацією відливків. Але вони мають невисоку рідкотекучість і не утворюють при кристалізації концентровану усадочну раковину.

Завдяки їх високій хімічній стійкості з них виготовляють парову і водяну арматуру. Крім того з них виготовляють вкладиші підшипників ковзання, тобто використовують як антифрикційний матеріал. До складу олов’янистих бронз часто додають Zn (для зниження вартості) і свинець (для підвищення оброблюваності).

Алюмінієві бронзи – це сплави міді з алюмінієм, які додатково можуть бути леговані Ni, Mn, Fe та ін. Вони мають добрі технологічні і механічні властивості та не містять в собі дефіцитних складових. З алюмінієвих бронз виготовляють литтям і обробкою тиском відповідальні деталі машин: шестерні, втулки, фланці.

Кремнієві бронзи – це сплави міді з кремнієм. Їх застосовують як замінник олов’янистих бронз. Вони характеризуються більшою усадкою, ніж олов’янисті бронзи, вищими корозійною стійкістю і механічними властивостями, а також високою пружністю.

Берилієві бронзи – це сплави міді з берилієм. Вони характеризуються високими механічними, зокрема, пружними властивостями, стійкістю проти корозії. Застосовують берилієві бронзи для виготовлення пружин, мембран, слюсарного інструменту та ін.

Свинцеві бронзи – це сплави міді зі свинцем. Вони використовуються як антифрикційний матеріал у підшипниках ковзання.

Хромові бронзи – це сплави міді з хромом. Вони мають високі механічні властивості, добру електро- і теплопровідність, підвищену температуру рекристалізації (450...500^оС).

Цирконієві бронзи – це сплави міді з цирконієм. Вони мають високу електро- і теплопровідність, що наближаються до аналогічних характеристик міді, і жароміцність. Хромові і цирконієві бронзи застосовують у двигунобудуванні. З них виготовляють внутрішній кожух рідинних ракетних двигунів.