Склад, структура, властивості та застосування міді та мідних сплавів

Особливості – висока тепло- та електропровідність (малий питомий електроопір).

Мідь не зазнає поліморфних перетворень, у всьому інтервалі температур нижче точки плавлення вона має гранецентровану кубічну решітка.

Мідь – діамагнітний метал.

Чиста мідь має невелику міцність і високу пластичність (s_в=21,6...23,5 кг/мм², d=60%; для заліза s_в=25 кг/мм², d=30%; для сталі ВСт3 s_в=40 кг/мм², d=25%).

З пониженням температури міцність міді зростає, а пластичність знаходиться на високому рівні аж до температури рідкого водню (Т=-260...-280°С). З підвищенням температури міцність міді зменшується, а відносне подовження практично не змінюється до температури Т=200 °С. В інтервалі температур Т=[200;600] пластичні характеристики міді різко падають, а при нагріві вище 600 °С пластичність метала відновлюється.

Хімічна активність в звичайних атмосферних умовах невелика (дуже повільно окислюється). При високих температурах мідь досить інтенсивно взаємодіє з киснем, сіркою, фосфором і галогенами. До вуглецю мідь пасивна, не реагує вона також з азотом.

Мідь має хорошою корозійною стійкістю в прісній і морській воді, розбавленій сірчаній і соляній кислотах та в деяких інших агресивних середовищах.

Промисловість випускає технічну мідь, яка має ряд домішок: вісмут, сурму, миш’як, залізо, нікель, свинець, олово, кисень, цинк та інші. Всі ці домішки та легуючі елементи зменшують теплопровідність та електричну провідність, змінюють температуру плавлення, густину, механічні характеристики та інші властивості міді.

Найбільш шкідливою домішкою, яка знижує технологічні, механічні та корозійні властивості міді, являється кисень. Його концентрацію зводять до мінімуму шляхом розкислення міді.

Така безкиснева мідь (О₂≤0,001%) застосовується для виготовлення найбільш відповідальних зварних конструкцій.

Технічна мідь випускається таких марок:

- безкиснева М00б (О₂≤0,001%, Сu=99,99%), М0б (О₂≤0,001%, Сu=99,97%),

М1б (О₂≤0,003%, Сu=99,93%);

- катодна переплавлена (поліпшена) М1, М1у (О₂≤0,005%, Сu=99,9%);

- розкислена М1р (О₂≤0,01%, Сu=99,9%), М2р (О₂≤0,01%, Сu=99,7%),

М3р (О₂≤0,01%, Сu=99,5%);

- вогневого рафінування М2 (Сu=99,7%), М3 (Сu=99,5%), М4 (Сu=99,0%);

Мідні сплави, зберігаючи позитивні властивості міді (високі тепло- та електропровідність, корозійностійкість), мають в порівняні з міддю підвищену міцність при гарних технологічних властивостях. Для легування міді використовують в основному розчинні в ній елементи – алюміній, цинк, олово, берилій, кремній, марганець, нікель.

Всі сплави міді можна поділити на латуні та бронзу.

Латунями називають сплави міді з цинком (прості латуні), в яких вміст цинку може досягати 42-45%.

Марка латуні визначається за вмістом міді:

Л63 ® Cu=63%, Zn=37%;

Л68, Л60, Л90 (томпак), Л80 (напівтомпак).

Однофазні латуні (не більше 39% цинку) мають α- структуру (α – твердий розчин цинку в міді) і називаються α- латунями. Вони мають найбільшу пластичність.

При більшому вмісті цинку (більше 39%) латуні мають двофазну (α+b)- структуру, підвищену міцність і твердість, але при нормальній температурі їх пластичність дуже низька.

Якщо крім цинку сплав містить інші легуючі елементи (алюміній, залізо, олово, свинець, кремній, марганець, нікель), то сплав відносять до спеціальних латуней (багатокомпонентних).

Латунь алюмінієва ЛА77-2 (Al=1,8...2,5%) має підвищену міцність, твердість та корозійну стійкість морській воді.

Латунь алюмінієво-залізна ЛАЖ60-1-1 (Al=0,75...1,5%, Fe=0,75...1,5%)

Латунь залізо-марганцева ЛЖМц59-1-1

Латунь марганцева ЛМц58-2

Латунь олов’яна ЛО70-1

Латунь кремениста ЛК80-3

Латунь нікелева ЛН65-5

Спеціальні латуні мають більш високі, ніж прості латуні, механічні властивості, кращу корозійну стійкість.

Бронзи являють собою сплави міді з алюмінієм, оловом, берилієм, кремнієм, марганцем, хромом при вмісті цинку не більше 4...5%.

Олов’яні бронзи (основний легуючий елемент олово Sn≤10%) мають гарну корозійну стійкість та антифрикційні властивості.

Бр.ОФ4-0,25 (Sn=3,5...4%, Р=0,2...0,3%)

Бр.ОЦС4-4-4 (Sn=3,5...4%, Zn=3,5...4%, Рb=3,5...4%)

Алюмінієві бронзи (основний легуючий елемент олово Al≤11%) відрізняються високими механічними, антикорозійними та антифрикційними властивостями. Поступово витісняють олов’яні бронзи (більш дешеві).

Бр.А5, Бр.А7 – недолік газонасичення при високих температурах

Бр.АЖ9-4

Бр.АЖМц10-3-1,5 (Al=9...11%, Fe=2...4%, Mn= 1,2%)

Бр.АН9-4

Бр.АЖН10-4-4

Марганцеві бронзи (основний легуючий елемент марганець) мають високу жароміцність і корозійну стійкість.

Бр.Мц5 (Mn=5...12%)

Кремнисті бронзи (основний легуючий елемент кремній Sі≤3,5%) відрізняються високими механічними, антикорозійними, зносостійкими та антифрикційними властивостями.

Бр.КМц3-1

Бр.КН1-3

Хромисті бронзи (основний легуючий елемент хром Cr≤0,65%)

Бр.Х0,5

Берилієві бронзи (основний легуючий елемент берилій)

Бр.Б2

Бр.БНТ-1,7

Мідно-нікелеві сплави (містить нікель Ni≤30%, також залізо, марганець) .

Мельхіор МН19 (Ni=18...20%)

МНЖМц30-0,8-1 (Ni =30%, Fe=0,8%, Mn= 1%)

МНЖ5-1

Такі властивості міді та її сплавів, як електро- та теплопровідність, висока корозійна стійкість, здатність піддаватись пластичній деформації в холодному та гарячому станах, можливість створення на основі міді гами сплавів з широким діапазоном експлуатаційних характеристик, сприяє використанню їх в різних галузях техніки:

- електротехнічна промисловість (мідь);

- хімічне машинобудування (теплообмінники (латунь), холодильники, вакуумні апарати (бронза) і т.п.);

- спеціальна електрометалургія (кристалізатори для плавки металів (мідь));

- криогенна техніка;

- виготовлення вкладишів підшипників ковзання (олов’яні бронзи);

- суднобудування (латунь, бронза).