Медь и медные сплавы

Получение меди и ее сплавов. В настоящее время медь получают из сульфидных руд, содержащих медный колчедан (CuFeS₂). Обогащенный концентрат медных руд (содержащий 11 — 35% Сu), сначала обжигают для снижения содержания серы, а затем плавят на медный штейн. Цель плавки на штейн — отделение сернистых соединений меди и железа от рудных примесей. Чистая медь имеет 11 марок (М00б, М0б, Mlб, Mlу, MI. Mlр. М1ф, М2р, МЗр, М2 и МЗ).

Рис. 2.14 Путь меди и руды до металла (получение меди из сульфидных руд)

Рис. 2.15 Выплавка меди

Механические свойства чистой отожженной меди: σ в=220—240 МПа, НВ 40—50, δ = 45-50%. Чистую медь применяют для электротехнических целей и поставляют в виде полуфабрикатов — проволоки, прутков, лент, листов, полос и труб. Из-за малой механической прочности чистую медь не используют как конструкционный материал, а применяют ее сплавы с цинком, оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом. Легирование меди обеспечивает повышение ее механических, технологических и эксплуатационных свойств. Различают три группы медных сплавов: латуни, бронзы, сплавы меди с никелем.

Медно-никелевыми называют сплавы на основе меди, в которых легирующим элементом является никель.

Медь с никелем образует непрерывный ряд твердых растворов. Добавка никеля к меди увеличивает твердость, прочность и электросопротивление, уменьшает термический коэффициент электросопротивления и повышает коррозионную стойкость во многих средах.

Медно-никелевые сплавы выделены в особую группу (ГОСТ 492—73). По направлению использования их делят на:

· конструкционные (мельхиор, нейзильбер, куниаль

· электротехнические (копель, константан, манганин) сплавы.

Медно-никелевые сплавы маркируют буквами МН и цифрой, указывающей суммарное содержание Ni+Co.

Например, МН19 — медно-никелевый сплав, содержащий 19% (Ni+Co), остальное — медь. Если сплав легируется, в марке указывают введенные элементы и их содержание через дефисы в порядке их упоминания.

Мельхиор —сплав Сu (основа), главным образом, с Ni (5...30 %). На пример мельхиоры (МН19 и МНЖМц30-0, 8-1) — однофазные сплавы из α твердого раствора серебристого цвета; σ _в = 350...400 МПа. Они обладают высокой коррозионной и кавитационной стойкостью на воздухе и в воде, хорошей обрабатываемостью. Из мельхиоров изготавливают конденсаторные трубы в морском судостроении, трубы термостатов, медицинский инструмент, детали точной механики, химической аппаратуры, монеты, изделия массового потребления.

Нейзильбер — сплав Сu (основа) с Ni (5...35%) и Zn (13...45%). Обладает высокими коррозионной стойкостью и прочностью; при повышении со держания Ni нейзильбер приобретает красивый белый цвет с зеленоватым или синеватым отливом.

Нейзильбер МНЦ15-20 — однофазный сплав α - гвердого раствора Ni + + Zn + Со в меди; σ _в = 500...700 МПа. Обладает высокими коррозионной стойкостью и упругостью, хорошей полируемостью; хорошо обрабатывается давлением в холодном состоянии. Применяется в электротехнике (плоские пружины, реле, проволока для термопар и реостатов), автомобиле строении (игольчатые клапаны карбюраторов). Из него изготавливают приборы точной механики, плоские пружины реле, медицинский инструмент, паровую и водяную арматуру, художественные изделия, монеты.

Куниаль — сплав Сu (основа) с Ni (4...20 %) и Al (1...4 %). Обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, пресной и морской воде; по прочности не уступает некоторым конструкционным сталям. Куниаль А (МНА13-3) применяется для изготовления деталей машин повышенной прочности; куниаль Б (МНА 6-1, 5) — для изготовления пружин и других изделий электротехнической промышленности.

Копель — сплав Сu (основа) с Ni (43 %) и Мn (≈ 0, 5 %), константан — сплав Сu (основа) с Ni (* 40 %) и Мп (» 1, 5 %), а также манганин — сплав Си (основа) с Мn (11...13, 5 %) и Ni (2, 5...3, 5 %), относятся к сплавам с высоким удельным электрическим сопротивлением, мало зависящим от температуры. Рабочая температура копеля до ≈ 600 °С, константана — ≈ 500 °С, а манганина — в интервале 15...35°С. Копель (например, МНМц43-0, 5) и константан (например, МНМц40-1, 5) идут на производство проволоки для измерительных и нагревательных приборов, термопар, компенсационных проводов, точных резисторов. Манганин (МНМц 3-12) характеризуется сочетанием низкого термического коэффициента электросопротивления и очень малой термо-ЭДС в паре с медью, что обусловливает его применение в электротехнических измерительных приборах и резисторах.

Латуни. Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк. При введении других элементов (кроме цинка) латуни называют специальны­ми по наименованию элементов, например железофосфорномарганцевая латунь и т. п.

В сравнении с медью латуни обладают большей прочностью, коррозионной стойкостью и лучшей обрабатываемостью (резанием, литьем, давлением). Латуни содержат до 40—45% цинка. При большем содержании цинка снижается прочность латуни и увеличивается ее хрупкость. Содержание легирующих элементов в специальных латунях не превышает 7—9%.

Сплав обозначают начальной буквой Л —латунь. Затем следуют первые буквы основных элементов образующих сплавов: Ц — цинк, О — олово, Мц — марганец, Ж — железо, Ф — фосфор, Б —- бериллий и т. д. Цифры, следующие за буквами, указывают на количество легирующего элемента в процентах.

Расшифровка: ЛАЖМц66-6-3-2 алюминиевожелезомарганцовистая латунь, содержащая 66% меди, 6% алюминия, 3% железа, и 2% марганца, остальное цинк.

По технологическому признаку латуни, как и все сплавы цветных металлов, подразделяют на литейные и деформируемые. Литейные латуни (ГОСТ 17711—72) предназначены для изготовления фасонных отливок, их поставляют в виде чушек.

Деформируемые латуни выпускают (ГОСТ 15527—70) в виде простых латуней, например Л90 (томпак), Л80 (полутомпак), и сложных латуней, например ЛАЖ60-1-1, ЛС63-3 и др. Латуни поставляют в виде полуфабрика­тов — проволоки, прутков, лент, полос, листов, труб и других видов прокатных и прессованных изделий. Латуни широко применяют в общем и химическом машиностроении.

Бронзы. Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом, бериллием называют бронзами. В зависимости от введенного элемента бронзы называют оловянными, алюминиевыми и т. д.

Бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошими литейными и высокими антифрикционными свойствами и обрабатываемостью резанием. Для повышения механических характеристик и придания особых свойств бронзы легируют железом, никелем, титаном, цинком, фосфором. Введение марганца способствует повышению коррозионной стойкости, никеля — пластичности, железа — прочности, цинка — улучшению литейных свойств, свинца — улучшению обраба­тываемости.

Бронзы маркируют буквами Бр, правее ставят элементы, входящие в бронзу: О — олово, Ц — цинк, С — свинец, А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец и др. Затем ставят цифры, обозначающие среднее содержание элементов в процентах (цифру, обозначающую содержание меди в бронзе, не ставят).

Расшифровка: марка БрОЦС5-5-5 означает, что бронза содержит олова, свинца и цинка по 5%, остальное — медь (85%).

Оловянные бронзы содержат в среднем 4—6% олова, имеют высокие механические (σ в=150—350МПа; δ = 3—5%; твердость НВ60—-90), антифрикционные и антикоррозионные свойства; хорошо отливаются и обрабатываются резанием. Для улучшения качества в оловянные бронзы вводят свинец, повышающий антифрикционные свойства и обрабатываемость; цинк, улучшающий литейные свойства; фосфор, повышающий литейные, механические и антифрикционные свойства.

Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы. Деформируемые бронзы (ГОСТ 5017—74) поставляются в виде полуфаб-рикатов (прутки, проволоки, ленты, полосы) нагартованном (твердом) и отожженном (мягком) состояниях. Эти бронзы применяют для вкладышей подшипников, втулок деталей приборов и т. п. Литейные оловянные бронзы содержат большее количество олова (до 15%). цинка (4— 10%), свинца (3—6%), фосфора (0, 4—1, 0%). Литейные бронзы (ГОСТ 614—73) применяют для получения различных фасонных отливок. Высокая стоимость и дефицитность олова — основ ной недостаток оловянных бронз.

Безоловянные бронзы содержат алюминий, железо, марганец, бериллий, кремний, свинец или различное сочетание этих элементов. Алюминиевые бронзы содержат 4—11% алюминия. Алюминиевые бронзы имеют высокую коррозионную стойкость, хорошие механические и технологические свойства. Эти бронзы хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, а при содержании алюминия до 8% — и в холодном состоянии. Бронзы, содержащие 9—11% алюминия, а также железо, никель, марганец, упрочняются термической обработкой (закалка и отпуск). Наиболее поддающаяся закалке БрАЖН10-4-4 после закалки (980°С) и отпуска (400°) повышает твердость с НВ 170—200 до НВ400.

Марганцовистые бронзы (БрМИ5) имеют сравнительно невысокие механические свойства, но обладают хорошей сопротивляемостью коррозии и высокой пластичностью, а также сохраняют механические свойства при по­вышенных температурах.

Свинцовистые бронзы (БрСЗО) отличаются высокими антикоррозионными ми и теплопроводностью (в четыре раза большей, чем у оловянных бронз), применяют для высоконагруженных подшипников с большими ными давлениями.

Бериллиевые бронзы (БрБ2) после термообработки имеют высокие механические свойства, например у БрБ2 σ в=1250МПа, НВ 350, высокий предел упругости, хорошая коррозионная стойкость, теплостойкость. Из бериллиевых бронз изготовляют детали особо ответственного назначения.

Кремнистые бронзы (БрКН1-З, БрКМц3-10) применяют как заменители дорогостоящих бериллиевых бронз.

Схема для закрепления пройденного материала

Рис. 2.16 Схема медных сплавов

Латунь – это сплав меди и цинка

Бронза – это сплав меди с другими компонентами

Свойства красновато-желтый цвет, удельный вес 8, 9 гр/см³, t= 1083, обладает электро и теплопроводимостью, используется в электропромьшшенности и электротехнике.