3.1. Медные сплавы

3.1.1. Состав и свойства чистой меди.

Медь – химический элемент I группы периодической системы Д.И. Менделеева с порядковым номером 29 и атомной массой 63,54. Этот металл известен с глубокой древности. Как самородный металл, медь использовали еще 6 – 7 тысяч лет тому назад.

Медь имеет кубическую гранецентрированную решетку с параметром 0, 36074 нм, она немагнитная, при нагреве и охлаждении полиморфных превращений не имеет.

Содержание меди в земной коре невелико и составляет 0, 0047 %. По объему добычи и использования среди металлов медь занимает третье место после железа и алюминия. С каждым годом она становится все более дефицитной. Если в XIX веке медь добывали из руд, содержавших 6 – 9 % этого металла, то сегодня промышленность многих стран перерабатывает руды, в которых всего 0,5 % меди. Это указывает на необходимость создания экономичных, малоотходных технологических процессов плавки и литья медных сплавов и на широкое использование вторичных медных сплавов.

Чистая медь – пластичный и вязкий металл красного, а в свежем изломе розового цвета. Со временем изделия из меди и её сплавов в присутствии влаги покрываются темно-зеленой пленкой (патиной) основного карбоната Cu₂(OH)₂CO₃.

Механические свойства меди в различных состояниях следующие:

Состояние: σ_в, МПа δ, % НВ

литое 180–250 15–40 110

отожженное 200–280 20–50 45

деформированное 400–600 0,5–3,0 –

Из представленных данных следует, что удельная прочность меди невысока. Пластичность меди достаточна для изготовления любых деформируемых полуфабрикатов. Прочность и твердость меди значительно повышаются путем пластической деформации. Механические свойства меди сохраняются при понижении температуры, поэтому ее можно использовать в криогенной технике.

Отличительной чертой меди и ее сплавов являются высокие значения электро -и теплопроводности и коррозионной стойкости. В связи с этим до 50 % всей меди используется для электротехнических изделий. Благодаря высокой теплопроводности медь можно использовать для изготовления изделий, работающих в контакте с жидкими металлами и сплавами, температура плавления которых намного выше температуры плавления меди. Это могут быть фурмы кислородных конвертеров, кристаллизаторы для непрерывного или полунепрерывного литья, тигли для плавки тугоплавких металлов и сплавов и др.

Чистая медь устойчива против атмосферной коррозии, в пресной и морской воде, ряде химических агрессивных сред. Но она плохо сопротивляется действию аммиака, хлористого аммония, сернистого газа, минеральных кислот.

Плохие литейные свойства чистой меди затрудняют получение фасонных отливок. Она отличается низкой жидкотекучестью, высокой линейной (2,1 %) и объемной (11 %) усадкой, склонна к газопоглощению.

Медь маркируется буквой М и цифрами (номером) от 00 до 3, указывающими содержание примесей. В конце маркировки могут присутствовать подстрочные индексы: б – бескислородная, р – раскисленная. В таблице приведен химический состав некоторых марок чистой меди по ГОСТ 859 – 78.

Чистота меди оказывает большое влияние, как на ее свойства, так и на поведение при последующей обработке. Все примеси в значительной мере снижают электропроводность и теплопроводность меди. К наиболее вредным примесям относятся висмут, свинец и кислород. Их можно легко обнаружить в металле металлографическим путем (рис. 1). Они располагаются по границам зерен в виде легкоплавких эвтектик Cu – Bi, Cu – Pb и Cu + Cu²O.

а б

в г

Рис. 1. Микроструктура чистой меди и меди с примесями: а – литая медь ×100; б – медь с примесью висмута (0,2 %) ×200; в – медь с примесью свинца (0,3 %) ×200; г – медь с примесью кислорода (0, 05%) ×150