Министерство образования Российской Федерации

_______________________________________

Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(Технический университет)

___________________________________________________________________

Кафедра теоретических основ материаловедения

С.И.Гринева, в.Н.Коробко, а.И.Кузнецов, м.М.Сычев медь и ее сплавы

Учебное пособие

Санкт-Петербург

2003

УДК 620Л93/197

Гринева С.И., Коробко В.Н., Кузнецов А.И., Сычев М.М. Медь и ее сплавы: Учебное пособие. – СПб.: СПбГТИ(ТУ), 2003. – 19 с.

Представлены сведения о классификации и маркировке медных сплавов. Изложенный материал также дает представление о химическом составе, структуре и свойствах этих сплавов.

Предназначено для студентов 2 курса, изучающих дисциплину «Материаловедение, технология конструкционных материалов».

Рис. 5, таблиц 10, библиогр. назв. 6.

Рецензенты: 1. Кафедра «Инженерная химия и защита окружающей среды»

Петербургского государственного университета путей

сообщения. Л.Б.Сватовская д-р техн.наук, профессор,

зав.кафедрой.

2. С.С.Орданьян, д-р техн.наук, профессор,

зав.кафедрой химической технологии тонкой технической

керамики СПбГТИ(ТУ).

Утверждена на заседании учебно-методической комиссии общеинженерного отделения 03.03.2003.

Рекомендовано к изданию РИСо СПбГТИ(ТУ)

Условные обозначения

_в – предел прочности, МПа

_0,2 – условный предел текучести, МПа

 – относительное удлинение, %

 – относительное сужение, %

Введение

Для изготовления деталей машин часто используют медные сплавы из-за их достаточно большой прочности. Химический состав, структура и свойства некоторых наиболее применяемых медных сплавов, представленные в учебном пособии, позволяют студентам выбрать материал для конкретного изделия и реальных условий эксплуатации.

Изучение двухкомпонентных диаграмм равновесного состояния медь–легирующий элемент позволяет установить технологические процессы получения и обработки сплавов, а также влияние структуры на механические свойства и коррозионную стойкость сплава.

1 Медь

Медь – это металл красного, а в изломе розового цвета. Температура плавления 1083^оС. Плотность меди 8,94 г/см³. Имеет гранецентрированную кубическую решетку. Медь обладает наибольшей (после серебра) электро- и теплопроводностью, поэтому в электротехнике электропроводность меди принята за 100%. Удельное электросопротивление меди составляет 0,017 МкОмм.

Получают медь из сульфидных руд, содержащих медный колчедан CuFeS₂.

Механические свойства меди: в литом состоянии – _в=160 МПа; _0,2=35 МПа; =25%; в горячедеформированном состоянии _в=240 МПа; _0,2=95 МПа; =45% . Путем холодного деформирования предел прочности можно повысить до 450 МПа (проволока), но относительное удлинение при этом снизится до 3%.

Маркируется медь буквой М, после которой ставятся цифры порядкового номера по ГОСТу, характеризующие степень чистоты, например: МОО (99,99% Cu), МО (99,95% Cu), М1 (99,9% Cu) и т.д. Присутствующие в меди примеси оказывают различное влияние на ее свойства.

В зависимости от характера взаимодействие примесей с медью их можно разделить на три группы:

1) Примеси образуют с медью твердые растворы: Ni, Zn, Sn, Sb, Al, As, Fe, P и др. Они повышают прочность, но резко снижают (особенно Sb и As) электро- и теплопроводность меди. Поэтому для изготовления проводников тока используют марки МО и М1, которые содержат  0,002% Sb и  0,002% As. Кроме того, сурьма затрудняет горячую обработку давлением.

2) Примеси практически нерастворимы в меди и образуют легкоплавкие эвтектики: Pb, Bi и др. Легкоплавкие эвтектики выделяются по границам зерен и затрудняют обработку давлением. Если медь содержит 0,005% Bi, то при горячей обработке давлением происходит ее разрушение. При более высоком содержании висмута наблюдается хладноломкость меди. На электропроводящие свойства эти примеси не оказывают заметного влияния.

3) Кислород и сера образуют с медью хрупкие химические соединения Cu₂O и Cu₂S, входящие в состав эвтектики. На электропроводность меди эти примеси оказывают небольшое влияние. Сера улучшает обрабатываемость меди резанием. Кислород, образующий закись меди, вызывает «водородную болезнь». При нагревании меди в водородосодержащей атмосфере наблюдается диффузия водорода в глубь меди. Если в меди присутствуют включения Cu₂O, то происходит реакция Cu₂O + H₂  2Cu + H₂O и наблюдается увеличение объема из-за образования паров воды. Это создает в отдельных участках металла высокое давление и вызывает появление микротрещин, которые в отдельных случаях приводят к разрушению деталей.

Медь обладает хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в пресной и морской воде, но не устойчива в сернистых газах и аммиаке. Она легко обрабатывается давлением, но плохо резанием. Литейные свойства из-за большой усадки низкие. Медь плохо сваривается, но легко подвергается пайке.

Изготовляют медь в виде листов, прутков, труб и проволоки. Как конструкционный материал из-за низкой прочности, не применяется. Высокие электропроводящие свойства меди позволяют использовать ее в качестве основного проводникового материала для электротехнической промышленности. Также из меди изготавливают различные теплообменни­ки – нагреватели, холодильники, радиаторы двигателей. Различают две основные группы медных сплавов: латуни и бронзы.