4.5 Мідь і її сплави

4.5.1 Загальна характеристика міді і її сплавів

Мідь – метал без поліморфних перетворень з кристалічними ГЦК гратами. Температура плавлення складає 1083^оС. При нагріванні поліморфні перетворення в міді відсутні. Густина міді складає 8940кг/м³.

Мідь легко полірується, добре паяється і зварюється. За електричною провідністю і теплопровідністю мідь посідає друге місце після срібла. Мідь володіє високою корозійною стійкістю в атмосферних умовах, прісній і морській воді, їдких лугах, органічних кислотах й інших агресивних середовищах, але взаємодіє з аміаком і сірчистими газами.

Мідь добре прокатується в тонкі листи і стрічку Холодна пластична деформація (до 90% і більш) збільшує міцність, твердість, межу пружності міді, але знижує пластичність і електричну провідність. При пластичній деформації виникає текстура, що викликає анізотропію механічних властивостей міді. Відпал для зняття наклепу проводять при 550…600°С у відновній атмосфері, оскільки мідь легко окислюється при нагріві.

До недоліків мідь відноситься: невисока міцність, погана оброблюваність різанням і низька рідиноплинність.

Залежно від змісту домішок розрізняють наступні марки міді: М00 (99,99% Сu), М0 (99,97% Сu), M1 (99,9% Сu), М2 (99,7% Сu), М3 (99,5% Сu).

Елементи, що найчастіше зустрічаються в міді, підрозділяють на три групи.

До першої групи відносяться розчинні в міді елементи Al, Fe, Ni, Sn, Zn, які підвищують міцність і твердість міді і використовуються для легування сплавів на мідній основі. Ці домішки різко знижують електропровідність і теплопровідність міді.

Другу групу складають нерозчинні в міді елементи РЬ і Bi, які погіршують механічні властивості міді і однофазних сплавів на її основі. Утворюючи легкоплавкі евтектики (відповідно, при 326 і 270°С), розташовані по межах зерен основної фази, вони викликають червоноламкість сплавів.

Нерозчинні елементи О, S, Se, Ті присутні в міді і її сплавах у вигляді проміжних фаз (наприклад, Сu₂О, Сu₂S). Вони складають третю групу елементів і утворюють з міддю евтектики з високою температурою плавлення, що не викликають червоноламкості. Кисень при відпалі міді у водні викликає «водневу хворобу», яка може призвести до руйнування металу при обробці тиском або експлуатації готових деталей.

Для легування мідних сплавів в основному використовують елементи, розчинні в міді, – Zn, Sn, Al, Be, Si, Mn, Ni. Підвищуючи міцність мідних сплавів, легуючі елементи практично не знижують, а деякі з них (Zn, Sn, Al) збільшують пластичність. Висока пластичність – відмітна особливість мідних сплавів. Відносне подовження деяких однофазних сплавів досягає 65%. За міцністю мідні сплави поступаються сталям. Тимчасовий опір більшості сплавів міді лежить в інтервалі 300...500 МПа, що відповідає властивостям низько вуглецевих нелегованих сталей в нормалізованому стані. І лише у найміцнішої берилієвої бронзи після гартування і старіння межа міцності складає 1100...1200 МПа і відповідає рівню міцності середньовуглецевих легованих сталей, підданих термічному поліпшенню.

Мідні сплави підрозділяються на дві основні групи: латуні і бронзи.

Мідні сплави маркують за хімічним складом, використовуючи букви для позначення елементів і числа для вказівки їх масових деталей. У мідних сплавах алюміній позначають буквою А, берилій – Б, залізо  – Ж, кремній – К, магній – Мг, нікель – Н, олово – О, свинець – С, фосфор – Ф, цинк – Ц, цирконій – Цр, хром – X; марганець – Мц.

Латунь (сплави міді з цинком) маркують буквою Л. У латуней, що не містять, окрім міді і цинку, інших елементів, за буквою Л ставиться число, що показує середній зміст міді. У багатокомпонентній латуні після Л ставляться букви – символи елементів, а потім числа, що вказують на зміст міді і кожного легуючого елементу. Наприклад, латунь Л68 містить 68% Сu, латунь ЛАН59-3-2 містить 59% Сu, 3% А1; 2% Ni (інше Zn). У марках ливарної латуні указується зміст цинку, а кількість кожного легуючого елементу ставиться безпосередньо за буквою, що позначає його. Наприклад, латунь ЛЦ40Мц3А містить 40% Zn, 3% Mn і 1% Al.

Бронзу (сплави міді зі всіма елементами, окрім цинку) позначають буквами Бр, за якими ставляться букви і числа. У марках бронзи, що деформується, спочатку поміщають букви – символи легуючих елементів, а потім числа, які вказують на їх зміст. Наприклад, БрАЖ9-4 містить 9% А1, 4% Fe, інше – Сu. У марках ливарної бронзи після кожної букви указується зміст цього легуючого елементу. Наприклад, БрО6Ц6С3 містить 6% Sn, 6% Zn, 3% Pb, інше – Сu.