Лекция №17
Медь и ее сплавы
Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку с параметром 3.61 А. Полиморфных превращений нет, температура плавления - 1083°С. Медь - металл очень технологичен - хорошо сваривается, паяется, легко обрабатывается давлением. В отожженном состоянии медь имеет sв = МПа и d =%. Медь имеет высокую теплопроводность и электропроводность, примеси уменьшают эти свойства.
В зависимости от количества примесей различают следующие марки меди: МОО (99.99% Сu), МО (99.97% Сu), М2 (99.7% Сu) и т. д. по ГОСТ 859-78. Т. к. медь обладает высокой электропроводностью, то она нашла широкое применение в электротехнике - шины, кабели, рубильники. Примеси, которые образуют твердые растворы с медью, значительно понижают электропроводность - Р, Аs, Аl, Sn.
Из-за высокой теплопроводности медь используют в качестве водоохлаждаемых тиглей, кристаллизаторов для непрерывной разливки стали и т. д.
Очень вредными примесями являются висмут (Вi) и свинец (Рв), т. к. они не растворяются в меди и образуют легкоплавкие эвтектики при 326°С и 270°С соответственно, создавая при этом красноломкость.
По технологическим свойствам медные сплавы подразделяются на деформируемые и литейные.
По способности упрочняться с помощью термической обработки они делятся на упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой.
По химическому составу медные сплавы подразделяются на 2 основные группы: латуни и бронзы.
Латуни
Сплавы меди с цинком называются латуни. Могут быть в составе латуни и дополнительные легирующие элеиенты - Al, Ni, Mn. Маркируются двойные латуни буквой Л - латунь, а затем цифра, показывающая содержание меди в %. В специальных латунях после буквы Л следуют буквы русского алфавита, обозначающие легирующий элемент: A - Al, H - Ni, K - Si, C - Pb, O - Sn, Ж - Fe, Mц- Mn, Ф - Р, Б - Ве. После букв ставятся цифры, показывающие среднее содержание меди и легирующих элементов в %: Л96 - 96%Сu + 4%Zn; Л68 - 68% Сu + 32% Zn; ЛО7% Cu + 1% Sn+ 29% Zn; ЛК8%Cu + 3%Si + 17% Zn; ЛН6%Cu + 5%Ni + 30%Zn.
Введение легирующих элементов повышает механические и антикоррозийные свойства латуни.
Медь с цинком образует много твердых растворов (см. диаграмму состояний), но практическое применение имеют сплавы, содержащие £ 42% Zn.
|
Применяют однофазные или двухфазные латуни. Однофазные - a-латуни, т. к. они однофазные, то не подвергаются закалке. Упрочнение можно получить наклепом, а понизить его – отжигом. a-латуни имеют не высокую твердость и прочность. Но при содержании Zn более 39% появляется вторая фаза - b, при этом пластичность резко падает, а возрастают твердость и прочность, т. к. b-фаза очень твердая и хрупкая. Поэтому применяют латуни с содержанием Zn%.
Бронзы
Бронзы - это сплавы меди со всеми другими элементами, кроме цинка, и называют их с прилагательным, указывающим на второй компонент. В зависимости от легирования механические свойства бронзы сильно изменяются - от 200 до 750МПа. Бронзы подразделяются на: алюминиевые, оловянистые, кремнистые, бериллевые и т. д. Маркируют бронзы буквами «Бр», за которыми следуют буквы и цифры, указывающие на название и содержание в % легирующих элементов. Например: БрОФ10-1 - 10%Sn + 1%P остальное Cu. БрС30 - 30%Рb остальное Cu. БрКМц3-1 - 3%Si + 1%Mn, остальное Cu.
Простейшими являются оловянистые бронзы.
Они, как и другие цветные сплавы, делятся на деформируемые - < 10%Sn и литейные >10%Sn. Когда-то бронзы получали свои названия по назначению - колокольная %Sn), зеркальная %Sn), монетная%Sn), пушечная%Sn).
Оловянистые бронзы отличаются хорошими литейными свойствами - малой усадкой при кристаллизации, поэтому можно отливать детали сложной формы.
Деформируемые бронзы имеют однофазную структуру твердого раствора. При холодной деформации бронзы подвергают отжигу °С. деформируемые оловянистые бронзы обладают высокими упругими свойствами, поэтому из них изготавливают пружины, мембраны и т. д.
Алюминиевые бронзы обычно содержат от 5 до 10% Аl.
Механические и коррозионные свойства этих бронз выше, чем у оловянистых. По мере изменения состава аналогично латуням и оловянистым бронзам твердость и прочность быстро растут, но затем быстро снижается прочность и пластичность из-за появления второй - хрупкой фазы. Поэтому в практике применяются бронзы, содержащие не более 11% Аl. Алюминиевые бронзы обладают эвтектоидным превращением, поэтому они подвергаются закалке и старению. Однофазные бронзы (БрА7) более пластичны, чем двухфазные, поэтому они относятся к деформируемым. У них высокая прочность и пластичность (sb =МПа, d = 60%). Для увеличения прочности и твердости алюминиевые бронзы легируют Fe, Ni, Mn. При этом твердость у БрАЖН10-4-4 достигает 400НВ.
Кремнистые бронзы содержат до 3% Si и являются заменителями оловянистых бронз. Для повышения свойств легируют Mn и Ni.
Свинцовистые бронзы (БрСЗ0) обладают высокими антифрикционными свойствами, высокой теплопроводностью до 300°С. прочность их небольшая, но зато они очень пластичны.
Бериллиевые бронзы (БрБ2) содержат не более % бериллия.
Т. к. бериллий образует с медью твердый раствор переменного состава, то применяют эту бронзу только упрочняющей термической обработки (закалка от 780°С и старение от 320°С). При этом предел прочности возрастает до 1МПа.
Высокая стоимость бериллиевых бронз не дала широкого ее распространения. Сейчас ее заменяют более дешевой титанохромистой бронзой.
