Структура, свойства и применение сплавов на основе меди.

Медь (Cu)– металл красновато-розового цвета, мягкий и пластичный, обладает высокими показателями тепло- и электропроводности. Плотность 8,96; температура плавления 1083 ºC; твердость по БринеллюНВ 350 МПа. Медь кристаллизуется в гранецентрированной решетке и не имеет полиморфных превращений.

Медь легко паяется. Хорошо полируется. Из-за своей мягкости плохо обрабатывается режущим инструментом. Имеет плохие литейные свойства.

Химически малоактивна. На воздухе при наличии влаги и углекислого газа медь медленно окисляется, покрываясь пленкой так называемой патины зеленого цвета, которая является щелочным карбонатом меди (CuOH)₂CO₃, и которая сохраняет ее от дальнейшего разрушения. Медь легко растворяется в азотной и концентрированной соляной кислотах при нагревании.

В разбавленной соляной кислоте растворяется в присутствии кислорода. Медь широко применяется во всех отраслях промышленности. Служит основой медных сплавов – латуней, бронз.

Латуняминазываются сплавы меди с цинком. На рис.1,а приведен участок диаграммы сплавов системы Cu-Zn. Из диаграммы видно, что Zn растворяется в меди в количестве до 39%. Сплавы, содержащие свыше 39%Zn в структуре, кроме α-фазы содержат избыточную β'-фазу, которая представляет собой соединение особого типа CuZn.

Рис.1. Диаграмма состояния Cu-Zn

Сплавы, содержащие от 39 до 46% Zn, - двухфазные, причем количество

β'-фазы от ноля (39% Zn) до 100% (46% Zn). Избыточная β'-фаза является твердой и хрупкой составляющей. Ввиду этого практическое использование находят латуни, содержащие не более 43% Zn.

По составу латуни делят на простые и специальные: простые состоят только из меди и цинка; специальные, кроме меди и цинка, содержат элементы, которые вводятся с целью изменения в нужном направлении свойств сплава. Механические свойства латуней изменяются при увеличении содержания цинка (рис.1,б). Увеличение содержания цинка более 43% ведет к резкому ввиду значительного содержания в сплаве твердой и хрупкой β'- фазы и снижению пластичности.

Рис.1,б. Влияние содержания цинка на механические свойства латуни.

Латуни легко поддаются обработке давлением ( за исключением свинцовосодержащих) , поэтому детали из нее часто изготовляют методом глубокой вытяжки. Однофазные α-латуни высокопластичны и хорошо деформируются в холодном состоянии. Двухфазные (α+ β )-латуни лучше деформируются при нагреве выше температуры (β↔ β')-превращения. Обычно их деформируют при температуре несколько выше 700 ºC. Все латуни хорошо паяются, легко обрабатываются режущим инструментом, хорошо полируются.

Плотность латуней 8,20-8,60; температура плавления 900-1045 ºC. В сухом помещении латунь долго сохраняет цвет и блеск. На открытом воздухе латуни неустойчивы, быстро теряют блеск и темнеют. По назначению латуни делят на деформируемые и литейные. α-Латуни редко легируют дополнительно другими элементами; они представляют собой двойные сплавы меди с цинком. В марках этих латуней Л62, Л68. Л80, Л90 цифры показывают содержание меди. Цинк дешевле меди. Чем больше цинка в латуни, тем ниже ее стоимость. Из однофазных α-латуней холодным деформированием изготовляют ленты, проволоку, трубки теплообменников.

(a+b)-Латуни используются для изготовления деталей деформированием при температуре выше 500°С. Из двухфазных латуней изготовляют листы, прутки и другие заготовки, из которых последующей механической обработкой изготавливаются детали. Обрабатываемость резанием латуней улучшается присадкой в состав латуни небольшого количества свинца, например, латунь марки ЛС59-1 называют “автоматной латунью”.

Двухфазные (α+ β )-латуни легируют дополнительно алюминием, железом, никелем для увеличения прочности. Наибольшей прочностью обладают латуни, дополнительно легированные алюминием, железом, марганцем. Если предел прочности при растяжении простой латуни марки Л60 (60% меди и 40% цинка) в кованом состоянии 350-400 МПа, то у специальных латуней предел прочности может достигать 800 МПа, т.е. вдвое выше предела прочности обыкновенной углеродистой стали.

Структура однофазной α-латуни и двухфазной (α+ β )-латуни показана на рис.2.

Рис.2. Микроструктура латуни

а –α-латунь; б – α+β латунь