Медь и ее сплавы

Медь и ее сплавы находят широкое применение в электротехнике, электронике, приборостроении, двигателестроении. По объему производства стоит на втором месте после алюминия. 50% меди потребляется электротехнической промышленностью.

Медь обладает ценными техническими и технологическими свойствами: высокими тепло- и электропроводностью, достаточной коррозионной стойкостью, хорошо обрабатывается давлением, сваривается всеми видами сварки, легко поддается пайке, прекрасно полируется. У чистой меди небольшая прочность и высокая пластичность.

Недостатками меди является ее высокая стоимость, значительная плотность 8,94 г/см³, большая усадка при литье, горячеломкость, сложность обработки резанием. Обладает ГЦК решеткой, не имеет полиморфизма. Температура плавления 1083 С.

Сплавы меди с цинком называют латунями. За исключением сплавов с никелем, все другие ее сплавы называют бронзами.

Латуни

Латуни подразделяют на деформируемые и литейные в зависимости от технологии получения полуфабрикатов и изделий.

Деформируемые латуни обозначают буквой Л и цифрой, указывающей массовое содержание меди в сплаве в процентах (например Л96, Л63). Если латунь легирована наряду с цинком другими элементами, то после буквы Л ставят условное обозначение этих элементов: С – свинец, О – олово, Ж-железо, А – алюминий, К- кремний, Мц – марганец, Н – никель.

Числа после букв показывают массовое содержание меди и последующих легирующих элементов, кроме цинка. Цинк – остальное. Например, ЛАН-59-3-2 содержит 59% меди, 3% алюминия, 2% никеля, остальное – цинк.

Маркировка литейных латуней начинается также с буквы Л. После буквенного обозначения основного легирующего элемента (цинка) и каждого последующего (как в сталях) ставится цифра, указывающая его усредненное содержание в сплаве. Например, латунь ЛЦ23А6Ж3Мц2 содержит…

При содержании цинка до 39% сплавы являются однофазными α – твердыми растворами цинка в меди. Количество цинка свыше 39% приводит к выделению из твердого раствора электронного соединения CuZn. В технике применяют латуни, содержащие до 45…50% цинка, поскольку при дальнейшем увеличении цинка в сплаве прочность латуни уменьшается, а хрупкость увеличивается.

По сравнению с медью латуни обладают большей прочностью, твердостью, коррозионной стойкостью и жидкотекучестью. Однофазные α - латуни хорошо воспринимают холодную и горячую пластическую деформацию. Двухфазные латуни подвергаются только горячей пластической деформации.

В сложных (специальных) латунях общее содержание дополнительных легирующих компонентов обычно не превышает 9%. Многие из них (Al, Mn, Fe, Si) подобно цинку (но с более значительным эффектом) повышают прочность и твердость латуни, однако уменьшают ее пластичность.

Применяемые α – латуни (Л96, Л90) обладают высокой пластичностью, теплопроводностью и коррозионной стойкостью. С повышением содержания цинка в α – латунях достигается более высокая прочность, но снижается коррозионная стойкость. Эти латуни лучше обрабатываются резанием.

Специальные латуни, легированные железом или особенно оловом (ЛО70-1) отличаются высокой коррозионной стойкостью в условиях воздействия атмосферных явлений, а также в пресной и морской воде.

«Автоматная» латунь ЛС70-1, обладая сыпучей стружкой, используется для изготовления деталей на станках автоматах.

Структура и свойства (α+β¹) латуней изменяются в зависимости от скорости охлаждения после отжига, что обусловлено протеканием процессов рекристаллизации и фазовых превращений. Так, быстрое охлаждение обеспечивает повышение твердости латуни, а медленное – пластичность.

Литейные латуни. Используют для фасонного литья. В основном применяют сложнолегированные сплавы. Жидкотекучесть повышает олово (до 2,5%). Алюминий и кремний (в отдельности) повышают жидкотекучесть двойных латуней.

Для литья втулок и сепараторов шариковых и роликовых подшипников используют свинцовую латунь ЛЦ40С.

Бронзы

Маркируют бронзы буквами Бр; затем буквами последовательно указывают легирующие элементы и в конце их содержание в сплаве. Например, БрОФ6,5-0,4 содержит 6,5% олова и 0,4% фосора, медь - остальное.

Оловянные бронзы по структуре бывают однофазными (α-раствор олова в меди) и двухфазными, состоящими из α и δ (Cu₃₁Sn₈) - фаз. Обычно δ – фаза выделяется при содержании олова, большим чем 7…9%. Она повышает твердость и хрупкость бронз.

Деформируемые оловянные бронзы имеют однофазную структуру, поскольку содержат до 7% олова. Их дополнительно легируют фосфором (до 0,4%), цинком (до 4%), и свинцом (до 2,5%).

Эти бронзы имеют большое сопротивление усталости. Из них изготавливают пружины и мембраны. По усталосным характенристикам они уступают лишь бериллиевой бронзе.

Литейные оловянные бронзы имеют двухфазную структуру, по сравнению с деформируемыми содержат большее количество легирующих элементов (цинка, свинца, фосфора). Для них характерна высокая жидкотекучесть, но малая усадка.

Оловянные бронзы коррозионностойки и обладают высокими антифрикционными свойствами.

В промышленности применяют бронзы с содержанием олова до 12…12%, из за возрастающей хрупкости.

Алюминиевые бронзы могут быть как двойными (например БрА5), так и дополнительно легированными никелем, марганцем, железом. Содержащие до 4…5% Al бронзы характеризуются высокой пластичностью. При ускоренном охлаждении сплавов с 6…8% Al в структуре появляется твердая, хрупкая фракция. Никель и железо повышают механические свойства бронз и их износостойкость. Алюминиевые бронзы хорошщо пластически деформируются как в холодном, так и в горячем состоянии, коррозионностойки, обладают высокими механическими свойствами. Они имеют хорошие литейные свойства, но образуется усадочная раковина.

Кремнистые бронзы характеризуются хорошей прочностью и пластичностью. Сплавы свариваются. Подвергаются пайке.

Бериллиевые бронзы обладают высокими механическими (в частности упругими) свойствами, стойкостью против коррозии, хорошо свариваются. Упрочняются закалкой со старением.

После закалки бронза имеет высокую пластичность (δ = 30…40%), невысокую прочность (450…560 МПа) и может подвергаться пластической деформации в закаленном состоянии. После закалки имеетвысокую прочность (σ = 1300МПа), но очень низкой пластичностью.

Хромовые бронзы (БрХ0,5) обладают высокими механическими свойствами, хорошей электро- и теплопроводностью. Содержат до 0,2% серебра. Серебро повышает механические свойства и температуру рекристаллизации. Упрочняются закалкой с 950 в воде, с последующим старением 400 С,6 часов.