Как примеси влияют на свойства меди

Характеристика, маркировка и область применения меди и её сплавов

МЕДЬ

Медь относится к самым распространенным цветным металлам. Она обладает высокими антикоррозийными свойствами как при нормальных атмосферных условиях, так в пресной и морской воде и других агрессивных средах. Однако медь не устойчива в аммиаке и сернистых газах.

Медь легко поддаётся обработке давлением и пайкой. Обладая невысокими литейными свойствами, медь тяжело режется и плохо сваривается. На практике медь используется в виде прутков, листов, проволоки, шин и труб.

Бескислородная М0 (0,001% O₂) и раскисленная М1 (0,01% О₂) медь широко применяется в электронике, электровакуумной технике, в электротехнической промышленности.

Сплавы, содержащие в своём составе медь, обладают высокими антикоррозийными свойствами, хорошо сопротивляются износу и имеют высокие технические и механические характеристики.

Медь бывает разных марок: М00, М0, М1, М2 и М3. Марки меди определяются чистотой её содержания.

В меди марок М1р, М2р и М3р содержится 0,01% кислорода им 0,04% фосфора. В составе меди марок М1, М2 и М3 процентное содержание кислорода составляет 0,05-0,08 %.

Марка М0б характеризуется полным отсутствием кислорода. Процентное содержание кислорода в марка МО составляет до 0,02%.

Как примеси влияют на свойства меди

В зависимости от того, как примеси взаимодействуют с медью, они подразделяются на три группы:

· Примеси, которые образуют с медью твёрдые растворы – никель, сурьма, алюминий, цинк, железо, олово и др. Эти примеси оказывают существенное влияние на электропроводность и теплопроводность меди, снижая их. Ввиду этого в качестве проводников тока используют медь М0 и М1, в состав которых входит не более 0,002 As и 0,002 Sb. Горячая обработка давлением затрудняется, если в ней содержится сурьма.

· Примеси, которые практически не растворяются в меди – висмут, свинец и др. Практически не влияют на электропроводность меди, но затрудняют её обработку давлением.

· Хрупкие химические соединения, образующиеся в примеси меди с серой и кислородом. Кислород, входящий в состав меди, в значительной мере снижает её прочность и уменьшает электропроводимость. Сера способствует улучшению обрабатываемости меди резанием.

БРОНЗА

Бронзой называется сплав меди с алюминием, кремнием, оловом, бериллием и другими элементами, кроме цинка. Бронзы бывают алюминиевыми, кремниевыми, оловянными, бериллиевыми и т.д. – в зависимости от легирующего элемента.

Маркировка бронзы представляет собой определенную последовательность, начинающуюся с буквосочетания «Бр», после которого указываются легирующие элементы. Легирующие элементы перечисляются, начиная с элемента, который находится в максимальном процентном содержании относительно остальных.

Все бронзы подразделяются на оловянные и безоловянные

Оловянные бронзы

Оловянные бронзы применяются в химической промышленности и в качестве антифрикционных материалов благодаря высоким антикоррозийным и антифрикционным свойствам.

Легирующие элементы оловянных бронз – фосфор, цинк, никель. Цинк, входящий в состав оловянных бронз в количестве до 10%, служит для того, чтобы стоимость бронз стала меньше. Фосфор и свинец способствуют повышению антифрикционных свойств бронзы и улучшают их обрабатываемость резанием.

Литейные оловянные бронзы применяются:

· Деформированные бронзы - БрОФ6,5-0,4; БрОЦ4-3; БрОЦС4-4-2,5 – используются в качестве пружин, антифрикционных деталей, мембран

· Литейные бронзы - БрО3Ц12С5, БрО3Ц12С5, БрО4Ц4С17 – используются в антифрикционных деталях, арматуре общего назначения

Безоловянные бронзы – это двойные или многокомпонентные бронзы без олова, в состав которых входя такие элементы как марганец, алюминий, свинец, железо, никель, кремний, бериллий.

Алюминиевые бронзы обладают высокими технологическими и механическими свойствами, коррозийной стойкостью в условиях тропического климата и в морской воде. Для глубокой штамповки на практике используют однофазные бронзы, двухфазные бронзы применяются в виде фасонного литья и подвергают горячей деформации.

Алюминиевые бронзы, обладая более низкими литейными свойствами в сравнении с оловянными бронзами, способствуют более высокой плотности отливок.

Кремнистые бронзы. Кремний, входящий в состав бронзы (до 3,5%), повышает её пластичность и прочность. В сочетании с марганцем и никелем коррозийные и механические свойства кремнистых бронз повышаются. Они широко применяются при работе в агрессивной среде, для изготовления пружинящих деталей, которые должны работать при температуре до 2500°C.

Бериллиевыне бронзы обладают высокой прочностью благодаря термической обработке. Для них характерны высокие характеристики упругости, предела текучести и временного сопротивления, устойчивы к коррозии. Применяются в электронной технике, для пружинящих контактов, мембран, деталей, которые работают на износ.

Свинцовые бронзы представляют собой сплавы, состоящие из включения свинца, который практически не растворяется в меди, и кристаллов меди. Высокие антифрикционные свойства свинцовых бронз позволяют применять их для изготовления деталей, которые работают в условиях больших скоростей и повышенного давления (вкладыши подшипников скольжения). За счёт высокой теплопроводности, свинцовые бронзы БрС30 способствуют отведению теплоты, возникающей при трении.

Бронзы, легированные оловом и никелем, отличаются повышенными коррозийными и механическими свойствами.

Безоловянные бронзы применяются:

· Алюминиевые бронзы - БрАЖ9-4, БрАЖН10-4-4, БрА9Ж3Л, БрА10Ж3Мц2 – применяются для обработки давлением, в качестве деталей химической аппаратуры, арматуры и антифрикционных деталей

· Кремниевые бронзы - БрКМц3-1- применяются в качестве проволоки для пружин, лент, арматуры

· Бериллиевая бронза - БрБ2 – используется как прутки, проволоки для пружин, ленты, полосы

· Свинцовая бронза- БрС30- применяется в антифрикционных деталях

ЛАТУНЬ

Сплав меди с цинком, процентное содержание цинка в котором составляет от 5 до 45%, называется латунью. Латунь, в состав которой входит 2-20% цинка, называется томпак или красная латунь. Если содержание цинка равно 20-36%, то такая латунь называется жёлтой. Латуни, с более чем 45% цинка в своём составе, применяются крайне редко.

Классификация латуней:

· Простые (двухкомпонентные) – сплавы которые состоят из цинка и меди с незначительными примесями других элементов;

· Специальные (многокомпонентные) латуни в своём составе помимо меди и цинка включают ряд других легирующих элементов.

Простые латуни

Двухкомпонентные латуни обозначаются заглавной буквой «Л», за которой следует двузначная цифра, определяющая среднее значение процентного содержания меди в сплаве (Л80-латунь, в состав которой входит 80% меди и 20% цинка).

Классификация простых латуней приведена в таблице:

Простые латуни легко поддаются обработке давлением. Обычно, они поставляются в виде труб и трубок, отличающихся по форме сечения, в виде лент, полос, проволоки, листов. Для изделий из латуни, обладающих высоким внутренним напряжением, характерно растрескивание, которого можно избежать, если перед длительным хранением провести отжиг при низких температурах (200-300°C).

Специальные латуни

Многокомпонентные латуни представлены в большей разновидности, чем простые.

Маркировка специальных латуней начинается с заглавной буквы «Л», после которой обозначается последовательность легирующих элементов сплава (за исключением цинка) и их процентное содержание, начиная с преобладающего в сплаве элемента. Количество цинка определяется в соответствии с разницей от 100%.

Легирующие элементы латуни, среди которых основными являются кремний, марганец, свинец алюминий, железо и никель, оказывают существенное влияние на свойства латуней:

· Олово способствует повышению прочности и коррозийной стойкости латуней в морской воде;

· Марганец (особенно сочетаясь с оловом, железом и алюминием), а также никель повышают устойчивость сплава к коррозии и его прочность;

· Свинец, входящий в состав сплава, ухудшает его механические свойства, обеспечивая при этом лёгкость в обработке резанием, поэтому латуни, которые предполагают дальнейшую обработку см помощью станков-автоматов, имеют именно свинец в качестве основного легирующего элемента;

· Содержание кремния в сплавах из латуни негативно сказывается на их прочности и твёрдости. Однако если латуни легированы одновременно свинцом и кремнием, их антифрикционные свойства повышаются, и такие латуни могут заменить более дорогостоящие сплавы (например, оловянные бронзы).

Специальные латуни применяются:

· Деформируемые латуни ЛАЖ60-1-1 применяются в качестве прутков, труб, ЛЖМц59-1-1 и ЛС59-1 в качестве труб, прутков, полос, проволоки

· Литейные латуни ЛЦ40Мц3Ж применяются в деталях, сложных по своей конфигурации, гребных винтах и лопастях и др.; ЛЦ30А3- детали, устойчивые к коррозии; ЛЦ40С нашли применение в арматуре, сепараторах шариковых втулках и др.