Медь и ее сплавы

Медь - тяжелый цветной металл, температура плавления 1083°, кипения - 2360°С. Кристаллическая решетка - гранецентрированный куб. В чистом виде медь применяют для электротехнических целей (провода, кабели).

Согласно ГОСТу техническую медь делят на 10 марок (М00 (99,99 Cu), М0 (99,95%), М1 (99,9%), М2 (99,70%), М3 (99,5%), М4 (99%), М0б, М1р, М2р, М3р). Медь устойчива к воздействию воздуха и воды, но окисляется в сернистых газах и аммиаке. Ее легко обрабатывать давлением, но трудно резанием. Медь имеет невысокие литейные свойства из-за большой усадки.

Широкое применение получили сплавы на основе меди (латунь, бронза).

Латунь - сплав меди с цинком, если цинка менее 39%, то латунь имеет однофазную структуру (a -латунь) - она мягкая и пластичная, если цинка 40-45% - двухфазная структура, такая латунь тведая и хрупкая. Максимальная пластичность у латуни с 30% содержанием цинка.

Латуни содержащие до 10% цинка - томпаки, 10-20% цинка - полутомпаки.

Латуни - простые (двойные) - медь и цинк, сложные (легированные) - содержат один или несколько легирующих элементов. Некотрые из них (алюминий, никель, железо) для улучшения механических свойств, олово, марганец - для увеличения коррозионной стойкости, свинец для улучшения резания.

Латуни обозначают буквой Л и двухзначными цифрами (содержание меди в процентах), в специальных латунях после Л (в порядке убывания) обозначение легирующих элементов и цифры содержания меди и этих элементов.

Например: Л62 - 62% меди и 38% - цинка; ЛС59-1 - 59% меди, 1% - свинец, 40% цинка.

А - алюминий, Б - берилий, Ж - железо, К - кремний, Мц - марганец, МГ - магний, Н - никель, О - олово, С - свинец, Ц - цинк, Х - хром.

Свинцовистые - хорошие механические свойства, хорошо обрабатываются резанием (для изготовления деталей горячей штамповкой и обрабатывания резанием).

Оловянистые - высокое сопротивление коррозии, обрабатывается давлением в горячем состоянии.

Никелевые - высокая прочность, вязкость, высокие антикоррозионные и антифрикционные свойства . Хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

Алюминиевые - антифрикционные детали.

Бронза - медь + олово, алюминий, свинец, кремний, бериллий, хром, сурьма, марганец.

Раньше к бронзам относили только двойные системы медь-олово, сейчас добавляют другие элементы, а название тоже.

Бронзы маркируют Бр, затем буквы элементов (аналогичны латуням), а затем цифры, указывающие среднее содержание элементов в процентах (содержание меди не указывают, а определяют вычитанием из 100% суммы всех входящих в бронзу элементов).

Бр.0Ф10-1 - 10% олова, 1% - фосфора и 89% меди.

По содержанию легирующих компонентов бронзы - оловянные и безоловянные.

Алюминиевые сплавы меди с 4-11,5% алюминия, в который вводят для улучшения свойств железо, никель, марганец. Они обладают высокими механическими свойствами, повышенной жаропрочностью, антикоррозийной стойкостью. Алюминий при содержании его до 10%, повышает прочность сплава. Если 6-8% алюминия - обрабатывают давлением в холодном и горячем состояниях. 9-10% алюминия - при высоких температурах. Если в конце обозначения есть Л - то бронза литейная.

По коррозионной стойкости алюминиевые бронзы превосходят оловянные, особенно по устойчивости в соленной воде, при повышенных температурах. По сопротивлению к коррозии они до 12 раз устойчивее оловянных и в 2-3 раза - нержавеющих сталей.

Бериллевая - сплав меди с бериллием. Высокая прочность и упругость, химическая стойкость, износостойкость. Хорошо обрабатывается резанием. Данную бронзу закаливают с 800°С в воде, подвергают искусственному старению при 350°С в течении 9 часов. После этого бронза приобретает высокую прочность и твердость.

Сочетание в бериллиевых бронзах элементов ???????? , коррозионной стойкости, упругости и прочности, позволяет изготовлять из нее наиболее ответственные детали. Инструменты из нее при работе не дают искр. Недостатком является высокая стоимость.

Кремниевые медь + 0,6-3,5% кремния + немного никеля и марганца. Обладают высокой упругостью, выносливостью, антикоррозийной стойкостью и анти-фрикционностью. Обрабатываются литьем, давлением, свариваются и обрабатываются резанием.

Свинцовистые медь + 26-63% свинца. Антифрикционные свойства (для работы в условиях трения скольжения).

Алюминий и его сплавы.

Алюминий - метал серебристо-белого цвета с матовым оттенком. Кристаллическая решетка гранецентрированный куб. Температура плавления составляет 660°С.

Чистый алюминий применяют в электрической технике для изготовления проводников тока. Тепло- и электропроводность алюминия меньше, чем у меди. Коррозионная стойкость алюминия высокая, благодаря защитному действию плотной пленки окисла. Алюминий стоек в атмосферных условиях и в концентрированной азотной кислоте, но легко разрушается соляной, серной кислотами и щелочами.

А99 - содержит 99,99% алюминия и 0,01% примесей.

Алюминий высокой частоты применяют для изготовления фольги идущей на электролитические конденсаторы. Основную массу алюминия используют для изготовления сплавов.

Сплавы алюминия: деформируемые и литейные, сплавы получаемые методом порошковой металлургии (САП - спеченные алюминиевые порошки, САС - спеченные алюминиевые сплавы).

Литейные - должны обладать высокой жидкотекучестью, небольшой усадкой и малой склонностью к образованию горячих трещин. Чаще применяют сплавы алюминия и кремния, алюминия и меди, алюминия и магния в которые могут вводится модифицирующие добавки. Литейные сплавы обозначаются АЛ.

Сплавы полученные на основе системы алюминий-кремний - силумины. От 6 до 13% кремния (для изготовления изделий сложной конфигурации и небольшой нагруженности).

Сплавы алюминия и магния имеют высокую коррозионную стойкость для изготовления деталей работающих при высоких температурах.

Сплавы алюминия и меди - для производства фасонного?? Литья. 8% меди - сплавы обладают хорошими литьевыми и механическими свойствами.

Деформируемые - делят на сплавы не упрочняемые термической обработкой и сплавы упрочняемые термической обработкой.

Сплавы, не упрочняемые термической обработкой, обладают высокой пластичностью и сопротивляемостью коррозии. Это сплавы алюминий + марганец, алюминий + магний.

Сплавы алюминий + марганец обладают коррозионной стойкостью, пластичностью хорошей свариваемостью. Прочность этих сплавов выше чем у чистого алюминия. Они применяются для изготовления сварных резервуаров для жидкостей и газов.

Сплавы алюминий + марганец - высокая прочность, пластичность, коррозионная стойкость и свариваемость. Применяются для изготовления трубопроводов для бензина и масла, арматуры.

К сплавам, упрочняемым термической обработкой, относятся сплавы системы алюминий - медь - магний, называемые диарамолигенами???. Упрочняют их закалкой с последующим старением.

Медь и магний - основные элементы диарамолигенах, которые придают сплавам высокие механические свойства после соответствующей термической обработки.

Все сплавы диарамолигены обозначают буквой Д и цифрами, которые показывают условный номер марки сплава.

К спекаемым алюминиевым сплавам относят сплавы на основе Al-Al₂О₃, они содержат большое количество легирующих элементов.

Магний и его сплавы.

Механические свойства чистого магния не высокие, поэтому для изготовления деталей он не применяется. Магниевые сплавы имеют меньший удельный вес, меньшую электро- и теплопроводность по сравнению с алюминием. Кроме того они сильно подвержены коррозии. Все магниевые сплавы хорошо обрабатываются резанием. Они подразделяются на деформируемые содержащие 7,8-9,2% алюминия, 0,15-0,5% марганца, 0,2-0,8% цинка, магний - остальное, и литейные: 2,5-3,5% алюминий, 0,15-0,5% марганца, 0,5-1,5% цинка, магний - остальное.

Способность магниевых сплавов воспринимать ударные нагрузки позволяет применять их для изготовления деталей подверженных значительным вибрациям. Магниевые сплавы защищают от коррозии оксидированием (образованием оксидных пленок) и нанесением лакокрасочных покрытий.

Титан и его сплавы.

Титан широко распространен в земной коре, где его содержится около 0,6%, а по распространенности он занимает 4 место после алюминия, железа и магния.

Титан - металл серебристо-белого цвета, имеющий малую плотность. Температура плавления 1672 ± 5°С. В зависимости от степени его чистоты. Он имеет две полиморфные модификации: a-титан с гексагональной решеткой и высокотемпературную модификацию b-титан с кубической объемно-центрированной решеткой.

Температура полиморфного a«bпревращения составляет 882°С.

Титан имеет низкий модуль упругости, это затрудняет изготовление жестких деталей. Для повышения жесткости приходится увеличивать толщину деталей и их массу.

Хотя титан относится к числу химически активных металлов, он обладает высокой коррозионной стойкостью, т.к. на его поверхности образуется стойкая пленка ТiО₂. Благодаря этому титан и его сплавы не корродируют в атмосфере, прсной и морской воде, а также в кислотах органического происхождения. Из-за высокой химической активности обработку его проводят в вакууме или в атмосфере инертных газов.

Сплавы титана имеют несколько меньшую жаропрочность, чем специальные стали.

Рабочая температура их испарения не превышает 550 – 600 °С. При возрастании температуры выше 500 °С титан и его сплавы легко окисляются и интенсивно поглощают водород и другие газы (азот, кислород). При технических и эксплуатационных нагревах необходимо принимать меры для защиты титана от газонасыщения.

Титан пластичен и легко обрабатывается давлением при комнатной и повышенной температурах. Титан и его сплавы хорошо свариваются, обеспечивая высокую прочность и пластичность сварного соединения.

Основной целью легирования титановых сплавов является повышение механических свойств. Широкое применение нашли сплавы титана с Al, Cr, Mo, Mn. Основным легирующим элементом является Al, который обычно содержится во всех сплавах.

По структуре различают следующие типы сплавов титана:

1. Сплавы с α-структурой, легированные α-стабилизаторами (наиболее используемый Al) 4 - 6% Al в виде твердого раствора.

2. Сплавы (α+β)–структурой (двухфазные), содержащие 4 – 6% Al, ρ–стабилизаторов: Cr, V, Mn, Mo. Сплавы этой группы упрочняются с помощью термической обработки.

3. Сплавы с устойчивой μ-структурой имеют меньшее промышленное применение из-за необходимости использования большого количества дорогих легирующих ванадия, молибдена, ниобия, тантала, к тому же обладающих высокой плотностью. Сплавы этого типа менее пластичны и дороже.

Упрочнение титанических сплавов может достигаться легированием, наклепом или термической обработкой.

Термообработка подобна термообработке стали и состоит из закалки от температуры 800-950°С и отпуска( старения) при 450-600°С, но в отличие от стали достигается меньшее упрочнение.

Титановые сплавы к повышенному налипанию на инструмент, что затрудняет их механическую обработку.

При проведении сплавки титановых сплавов во избежание появления дефектов в швах, необходимо тщательное удаление оксидной пленки.

В настоящее время титан широко используется в ракетно-космической промышленности и авиационной техника, в судостроении и транспортном машиностроении , где особенно важную роль играют малая плотность в сочетании с высокой прочностью и сопротивляемостью коррозии. Из сплавов титана делают обшивку фюзеляжа и крыльев самолетов, панели ракет. Морскую аппаратуру, обшивку судов. Титановая обшивка не обрастает ракушками.

Высокая стойкость к коррозии делает сплавы титана перспективными для применения в пищевой промышленности. Титан используется в медицине благодаря высокой устойчивости в тканях человеческого организма. Титан не отторгается костной и мышечной тканью и легко обрастает ими.

классификация и требования к материалам

Электротехнические материалами называются материалы, характеризующимися определенными свойствами по отношению к электромагнитному полю и применяемые в технике с учетом их свойств.