Тема2.6 Цветные металлы и сплавы. Медь и ее сплавы.

^{Медь-розовато-красного цвета,решетка ГЦК. ,Т}_пл^{= 1083 °С,γ=8,94г/ в отожженном виде медь весьма пластична (δ≈50 %,ψ ≈75 %,σ}₀^,₂ ^{= 70 МПа, НВ 35, σ}_в ^{= = 240 МПа). В деформированном состоянии пластичность меди понижается, но прочность повышается:}

^{δ ≈1-3 %, σ}₀^,₂ ^{= 380 МПа ,НВ 120 ,σ}_в ^{= = 500 МПа ,медь плохо обрабатывается резанием, но легко деформируется в горячем и холодном состояниях. ,высокая электропроводностью и теплопроводимостью.}

^{Маркировка (ГОСТ 859—78) катодная —МООк(99,99% Си),, МО(99,95 % Си) МОк, М1к(99,90 % Си),; бескислородная — МООб, МОб, М1б; переплавленная — Mly, Ml; раскисленная — Mlp, М1ф, М2р(99,70 % Си), МЗр(99,50 % Си), М2, МЗ (для раскисления используется фосфористая медь).}

• ^{МОО - проводники, в полупроводниковой промышленности.}

• ^{МО, М1 – общетехнического назначения, провода, обмоточные силовые кабели; в виде полюсов, витков, прутов.}

• ^{М3, М4 – сплавы на основе меди, можно делать различные прикладки в машинах.}

^{Присутствующие в меди примеси оказывают большое влияние на ее свойства.}

^{По характеру взаимодействия примесей с медью их можно разделить на следующие группы:}

1. ^{примеси, образующие с медью твердые растворы-никель, цинк, сурьма,олово, алюминий, фосфор и др. Эти примеси улучшают механические свойства меди, но резко снижают (особенно сурьма и фосфор) ее электро- и теплопроводность;}

2. ^{примеси свинца, висмута и другие практически нерастворимые в меди при очень малом количестве их образуют с ней легкоплавкие эвтектики. Эвтектики располагаются по границам зерен меди и затрудняют горячую обработку ее давлением.}

^{На электропроводность меди они оказывают небольшое влияние;}

^{3) примеси кислорода и серы образуют с медью хрупкие химические соединения Си}₂^{О и Cu}₂^{S, располагающиеся по границам зерен меди. На электропроводность эти примеси не влияют. Сера улучшает обрабатываемость меди резанием. Кислород, если он присутствует в меди, образует с ней оксид меди и вызывает так называемую «водородную болезнь».При нагреве меди в атмосфере, содержащей водород, он реагирует с Си}_а^{О по реакции Си}₂^{О т Н, -> 2Си + + Н}₂^{О, протекающей с увеличением объема. Это создает в металле большое давление и вызывает появление микротрещин.}

Латуни(Гост 17711—80)

^{Латуни.( Си+Znдо43%) латуни, содержащие не более 39 % Zn, имеют однофазную структуру, состоящую из кристаллов твердого раствора цинка в меди (а-фаза).}

^{В сплавах, содержащих от 39 до 50 % цинка, имеет двухфазную структуру а-фаза и β-фаза., β-фаза -электронное соединение CuZn.}

^{С увеличением цинка до 39 % растет прочность, твердость и пластичность латуни. При , содержащие Zn более 39 % появляется β-фаза пластичность резко падает, а временное сопротивление возрастает, достигая максимального значения при 45 % Zn.}

^{Латуни, содержащие более 42 % Zn, как правило, не применяют.}

^{По химическому составу латуни разделяют на простые (легированные только цинком) и специальные}

^{Простые латуни маркируют буквой Л, после буквы следует цифра, указывающая содержание в ней меди, ост.цинк. Л96, Л90, Л85, Л80, Л70, Л68, Л62.Л96 (томпак), Л80 (полутомпак) и Л70:σ}_в^{= 240--320 МПа; δ = 50-52 %;}

^{Эти латуни поставляют в виде листов,ленты, полос, труб, прутков и проволоки.}

^{Однофазные а-латуни хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии. плохо обрабатываются резанием,хорошие литейные свойства. они коррозионностойки.}

^{Латунь упрочняется в процессе холодного деформирования. Временное сопротивление при растяжений.Для латуни Л80 возрастает σ}_в ^{с 320 до 640 МПа, при этом δ уменьшается с 50 до 3 %. Для снятия наклепа применяют рекристаллизационный отжиг при 500—700 °С}

^{Двухфазные латуни имеют более высокую прочность и износостойкость, чем однофазные..Двухфазные латуни малопластичны в холодном состоянии; их подвергают горячей обработке давлением при температурах, соответствующих однофазной области}

^{Специальные латуни. для улучшения механических и химических свойств дополнительно вводят олово, кремний, марганец, алюминий и железо.}

^{Специальные латуни обозначают буквой Л, справа от которой пишут буквенные обозначения специально вводимых (кроме Zn) элементов, затем цифру, указывающую процент меди,и затем проценты специальных элементов в той же последовательности, в какой записаны сами элементы. Элементы обозначают русскими буквами: О — олово; Ц — цинк; С — свинец; Ж — железо; Мц — марганец; Н — ни­кель; К — кремний; А — алюминии и т. д. Например, ЛАЖМц 66-6-3-2 означает латунь, содержащую 66 % Си, 6 % А1, 3 % Fe, 2 % Мп, остальное (23 %) Zn.}

^{Свинец ухудшает пластические свойства латуни, но улучшает обрабатываемость резанием. Из этих латуней изготавливают детали, вытачиваемые на станках-автоматах. Поэтому их называют автоматными латунями.-ЛС59-1}

^{Олово повышает прочность латуни и сопротивление коррозии в морской воде. Поэтому латуни, содержащие олово, называют еще морскими латунями.ЛО70-1}

^{Никель повышает прочность и коррозионную стойкость латуней.}

^{Марганец повышает прочность, и коррозионную стойкость, особенно в присутствии Al, Fe, Sn.}

^{Кремний повышает твердость, прочность, а совместно с Рв улучшает антифрикционные свойства, поэтому кремнисто-свинцовистые латуни могут заменять оловянистые подшипниковые бронзы.}

^{Железо задерживает процесс рекристаллизации латуней, измельчает зерно и повышает твердость.}

^Бронзы

^{Бронзами называют сплавы меди с оловом (бронзы оловянные) алюминием, кремнием, бериллием, свинцом (бронзы безоловянпые). Кроме основных указанных элементов бронзы дополнительно легируют фосфором, цинком, марганцем, железом, никелем, титаном.}

^{Бронзы маркируют буквами Бр, справа пишут элементы, входящие в бронзу: О — олово; Ц — цинк; С—свинец; Ф — фосфор; Н — никель; К — кремний и т. д., в том же порядке пишут содержание элементов в процентах. Например, БрОЦ4-3 --4 % Sn, 3 % Zn, остальное Си; бронза БрАЖМц10-3-1,- 10 % А1, 3 % Fe, 1,5 % Мn, остальное Си.}

^{1)Оловянистые бронзы склонны к ликвации; при ускоренном охлаждении они получают резко выраженное дендритное строение}

^{Бронзы, содержащие до 5-6 % Sn, однофазные, они представляют собой а-твердый раствор; При большем содержании олова в структуре наряду с α-раствором присутствует эвтектоид а + Cu}₃₁^Sn₈^.

^{В практике применяют лишь сплавы с содержанием до 10—12 % Sn. Сплавы, более богатые оловом, очень хрупки}

^{Временное сопротивление разрыву возрастает с увеличением содержания олова в бронзе до 18—20 % При большей концентрации олова из-за присутствия в структуре значительного количества эвтектоида, содержащего хрупкое соединение Cu}₃₁^Sn_s^{, временное сопротивление разрыву резко уменьшается.}

^{Обработке давлением можно подвергать только однофазные бронзы, содержащие не более 5—6 % Sn. М'гм бронзы проходят рекристаллизационный отжиг (при 600—650 °С) — как промежуточная операция при холодной обработке давлением или заключительная операция для придания готовым полуфабрикатам (листам, лентам) требуемых свойств.}

^{Оловянистые бронзы имеют хорошие литейные свойства, их применяют для фасонного литья.}

^{Бронзы, особенно двухфазные, обладают высокими антифрикционными свойствами. Поэтому их исполь-ауют для изготовления антифрикционных изделий; Бронзы с большим содержанием дорогостоящего олова заменяют более дешевыми бронзами, в которые добавляют цинк или свинец. Кроме того, свинец улучшает обрабатываемость резанием.}

^{В оловянистые бронзы добавляют также фосфор (до 1 %), который является раскислителем и улучшает их литейные свойства. Фосфор повышает механические и антифрикционные свойства.}

^{Свинец улучшает обрабатываемость бронзы на станках и ее антифрикционные свойства; свинец не растворяется в жидкой бронзе и поэтому в структуре находится в виде мелкорассеянных самостоятельных включений.}

^{Фосфор является раскислителем для бронзы. Кроме того, он образует твердые включения, повышающие антифрикционные свойства.}

^{Цинк улучшает технологические свойства и увеличивает количество эвтектоида, при получении той же структуры, твердости и износостойкости, что позволяет экономить олово.}

^{2)Алюминиевые бронзы При содержащии до 9,0 % Аl, представляют собой а-твердый раствор Аl в Си и являются однофазными.,при Аl› 9состоят из смеси фаз а + γ' (γ ' — электронное соединение (Си с Аl).}

^{Добавки Ni, Fe, Mn, Pb улучшают свойства алюми­ниевых бронз: Ni повышает прочность и пластичность; Fe повышает прочность и твердость и измельчает струк­туру; Мп повышает и прочность, и коррозионную стой­кость; РЬ улучшает обрабатываемость на станках и антифрикционные свойства.}

^{Алюминевые бронзы, содержащие А1 более 9 %, относятся к двухфазным сплавам. При температуре 565С в них происходит эвтектоилное превращение: β-раствор на основе соединения Си}₂^{А1 распадается на эвтектоидную смесь фаз α-твердого раствора алюминия в меди и γ-pacтвора на основе соединения CuAl. Эвтектоидная точка соответствует содержанию 11,8 % А1. Поэтому алюминиевые бронзы подобно углеродистым сталям могут иметь доувтектоидную и заэвтектоидную структуру. В структуре доэвтектоидпой бронзы БрА10 видны светлые кристаллы а-раствора и темные пластинчатые кристаллы эвтектоида (а+ γ) по внешнему виду похожие на перлит в сталях.}

^{Бронзы, содержащие около 10 % А1 с добавками железа и никеля, можно подвергать закалке и отпуску. Механические свойства бронзы БрАЖН 10-4-4 после закалки с 920С в воде и отпуска при 650С: σ}_в ^{= 650 МПа; δ = 5 % .}

^{Структурные превращения при закалке с отпуском (закалку с отпуском называют часто облагороживанием) аналогичны превращениям в стали. После закалки получается мартенситная структура, а после отпуска — тонкая механическая смесь фаз.Бронзы обладают повышенными литейными свойствами и их применяют для фасонного литья.Алюминиевые бронзы устойчивы против коррозии.}

^{3) Кремнистые бронзы.БрКМц3-1, БрКН1-3 Кремнистые бронзы превосходят оловянистые по механическим свойствам и в то же время являются более дешевыми. Кремнистая бронза обладает высокой устойчивостью против коррозии в ряде агрессивных сред, особенно в щелочах.В промышленности применяют однофазные кремнистые бронзы, как обладающие высокой пластичностью.}

^{4)Бериллиевые бронзы . БрБ2 . БрБНТ1,9Бериллиевые бронзы содержат 2,0-2,5 % Ве, обладают наилучшим комплексом свойств из всех известных бронз. ТО-закалка с 760—780 °С в воде и старение при 300—350 °С, 2 ч.В закаленном состоянии0}_В ^{= 500 МПа; б = 45 % и твердость НВ 120.после старения0}_В ^{возрастает до 1300—1350 МПа, твердость до НВ 400 относительное удлинение снижается до 1,5 %.}

^{Из бериллиевых бронз изготавливают пружины в электроаппаратуре, материал которых должен обла­дать хорошей электропроводностью, мембраны, а также детали электронной техники.}

^{5)Свинцовистые бронзы.БрС30 до 30 % РЬ..Свинец и медь в твердом состоянии нерастворимы один в другом, поэтому микроструктура свинцовистых бронз состоит из кристаллов более твердой меди и мягкого свинца. Это обеспечивает хорошие антифрик­ционные свойства сплава.Механические свойства свинцовистых бронз невысокие: для бронзы БрСЗО при заливке в кокиль σ}_В^{до 60 МПа, δдо4 %.}

^{Свинцовистые бронзы применяют для изготовления вкладышей подшипников механизмов, работающих с большими скоростями и при повышенных давлениях.}

^{Большой недостаток свинцовистых бронз склонность их к ликвации.}