Сжатие и растяжение меди

Какой материал называют твердой медью — Металлы, оборудование, инструкции

Медь относится к материалам высокой проводимости. Это материалы у которых величина удельного сопротивления меньше одной десятой микроома на метр. Для меди эта величина составляет 0,017-0,018мкОм*м. Также медь это проводник по электрическим свойствам и диамагнетик по магнитным свойствам.

Как получают медь?

Медь, используемая в проводах и кабелях достаточно высокой чистоты. Для её получения используют медные руды (сульфидные, оксидные и смешанные). Напомню, что такое сульфидные руды — это ископаемое сырье, которое добывается в природе и состоит из тяжелого металла (руда), серы(сульфид) и разных примесей.

На долю сульфидных руд приходится почти вся добыча и запасы меди (среди рудной добычи). Самыми распространенными минералами по залежам и целесообразности добычи среди сульфидных руд являются — халькопирит (CuFeS2), халькозин (Cu2S), борнит (Cu5FeS4).

название минерала хим.формула % меди цвет

В общем, на первом этапе добывают медьсодержащие руды.

Затем добытые руды необходимо очистить от всех примесей и посторонних металлов, чтобы на выходе получилась медь. Для этих целей используют следующие методы: пирометаллургический, гидрометаллургический и электролиз. Например, после пирометаллургического метода мы получим слитки меди, в которых самой меди будет 90 процентов. Неплохо, однако можно и лучше.

Затем эту черновую медь доводят до 99,99% чистоты методом электролитической очистки и мы получаем то, что и используется в энергетике.

Влияние примесей на свойства меди

Вопрос чистоты меди достаточно важен:

• при наличии 0,02% примеси алюминия электропроводность снижается примерно на 10%. А ведь алюминий достаточно хороший проводник
• при наличии 0,1% фосфора сопротивление увеличивается на 55%, следовательно проводимость уменьшается, как величина обратная сопротивлению
• если в меди будет висмут или свинец в количестве более 0,001%, то это вызывает красноломкость (растрескивание при горячей обработке давлением)
• кислород в меди затрудняет пайку и увеличивает удельное сопротивление. Чтобы этого избежать вводят присадку фосфора
• водород — образует микротрещины и повышает ломкость

Если присутствует несколько примесей, то бывают ситуации, что они взаимодействуют и их влияние увеличивается в разы.

Для использования меди для передачи электричества наличие примесей оказывает только негативный эффект.

Марки меди для электротехники и вообще

Марки меди состоят из буквы “М”, что значит медь. Далее следует цифра от 0 до 4.

Иногда затем встречается одна из букв, которые характеризуют способ получения металла: к — катодный, р — раскисленная с низким остаточным фосфором, ф — раскисленная с высоким остаточным фосфором, б — бескислородная. Бескислородная это М0, а раскисленная — М1. Существуют множество марок меди, рассмотрим некоторые:

Специальная марка меди — М1Е. Это электротехническая медь, которая выпускается в виде шин, прутков различного диаметра и сечения. Она бывает особо твердой, твердой, полутвердой и мягкой. Проводимость у мягкой меди на пару процентов выше.

Выпускается в форме шин, прутков, круга. Прутья в свою очередь имеют диаметр от 5 до 40мм и форму сечения — круг, квадрат, шестигранник. У данного типа меди ограниченный срок хранения — до года у мягкой и полгода — у твердой.

Медные сплавы в электротехнике

Существуют различные сплавы меди, среди них бронза, латунь и прочие. У некоторых из них нашлось применение и в энергетике. Рассмотрим эти сплавы.

Бронзы — сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, свинцом.

Среди прочих примесей самыми высокими электропроводностями отличаются (в порядке уменьшения электропроводности): кадмиевая, хромистая и бериллиевая бронзы.

Самая же распространенная оловянная бронза имеет низкий показатель электропроводности. Бронзы используются для изготовления контактов, пружинных контактов, пластин в деталях электрических машин, проводов повышенной прочности.

Латуни — сплав меди с цинком (эти два вещества составляют большую часть сплава) и других примесей. Процентная доля цинка доходит до 43%. Используют для пружинящих контактов, штепсельных разъемов.

Манганин — сплав меди с добавкой марганца и никеля. Применяется для изготовления добавочных резисторов и шунтов в измерительной технике. Если вместо меди использовать серебро, то электрические свойства улучшаются.

В данной статье приведены элементарные понятия о применении меди в энергетике, более глубокое изучение возможно при освоении специальной технической литературы по данной теме.

Жидкие и газообразные диэлектрики

Элегаз

Медь и ее сплавы

Медь относится к группе цветных металлов, наиболее широко применяемых в промышленности. Порядковый номер меди в периодической системе Д. И. Менделеева — 29, атомный вес А = 63,57. Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку (ГЦК) с периодом а = 3,607 Å.

Удельный вес меди g = 8,94 г/см3, температура плавления — 1083 0С. Чистая медь обладает высокой тепло — и электропроводностью. Удельное электрическое сопротивление меди 0,0175 мкОм×м, теплопроводность l = 395 Вт/(м×град).

Предел прочности sв = 200…250 МПа, твердость 85…115 НВ, относительное удлинение d = 50 %, относительное сужение y = 75 %.

Медь — немагнитный металл. Она обладает хорошей технологичностью: обрабатывается давлением, резанием, легко полируется, хорошо паяется и сваривается, имеет высокую коррозионную стойкость. Основная область применения — электротехническая промышленность.

Электропроводность меди существенно понижается при наличии даже очень небольшого количества примесей. Поэтому в качестве проводникового материала применяют в основном особо чистую медь М00 (99,99 %), электролитическую медь М0 (99,95 %), М1 (99,9 %). Марки технической меди М2 (99,7 %), М3 (99,5 %), М4 (99,0 %).

В зависимости от механических свойств различают медь твердую, нагартованную (МТ) и медь мягкую, отожженную (ММ).

Вредными примесями в меди являются висмут, свинец, сера и кислород. Действие висмута и свинца аналогично действию серы в стали; они образуют с медью легкоплавкие эвтектики, располагающиеся по границам зерен, что приводит к разрушению меди при ее обработке давлением в горячем состоянии (температура плавления эвтектики соответственно 270 0С и 326 0С).

Сера и кислород снижают пластичность меди за счет образования хрупких химических соединений Сu2O и Сu2S.

В качестве конструкционного материала технически чистую медь применяют редко, так как она имеет низкие прочностные свойства, твердость. Основными конструкционными материалами на основе меди являются сплавы латуни и бронзы. Для маркировки медных сплавов используют следующее буквенное обозначение легирующих элементов:

• О — олово; Ц — цинк; Х — хром;
• Ж — железо; Н — никель; С — свинец;
• К — кремний; А — алюминий; Ф — фосфор;
• Мц — марганец; Мг – магний; Б – бериллий.

Латуни

Латуни — это медные сплавы, в которых основным легирующим элементом является цинк.

В зависимости от содержания цинка латуни промышленного применения бывают:

1. однофазные a — латуни, содержащие до 39 % цинка (это предельная растворимость цинка в меди);
2. двухфазные (a+b|)- латуни, содержащие до 46 % цинка;
3. однофазные b|- латуни ,содержащие до 50 % цинка.

Однофазные a- латуни пластичны, хорошо обрабатываются резанием, давлением при температурах ниже 300 0С и выше 700 0С (в интервале от 300 0С до 700 0С — зона хрупкости). С увеличением содержания цинка прочность латуней повышается.

В латунях b|- фаза представляет собой упорядоченный твердый раствор на базе электронного соединения СuZn с решеткой ОЦК, она хрупкая и прочная. Поэтому, чем больше в латунях b|- фазы, тем они прочнее и менее пластичны.

Практическое применение имеют латуни с содержанием цинка до 42…43 %.

Латуни, обрабатываемые давлением, маркируются буквой Л (латунь), после которой ставятся буквенные обозначения легирующих элементов; цифры, следующие за буквами, указывают содержание меди и количество соответствующего легирующего элемента в процентах. цинка определяется по разности от 100 %.

Например, латунь Л62 содержит 62 % Сu и 38 % Zn. Литейные латуни маркируются буквой Л, после которой ставится содержание цинка и других легирующих элементов в процентах. Количество меди определяется по разности от 100 %. Например, латунь ЛЦ36Мц20С2 содержит 36 % Zn, 20 % Mn, 2 % Pb и 42 % Сu.

К однофазным a — латуням относятся Л96 (томпак), Л80 (полутомпак), Л68, имеющая наибольшую пластичность (d = 56 %). Двухфазные (a+b|) — латуни марок Л59 и Л60 имеют меньшую пластичность в холодном состоянии, но большую прочность и износостойкость. Однофазные имеют после отжига sв = 250…350 МПа и d = (50…56) %, двухфазные — sв = 400…450 МПа и d = (35…40 %).

Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости латуни могут легироваться оловом, алюминием, марганцем, кремнием, никелем, железом и др.

Введение легирующих элементов (кроме никеля) уменьшает растворимость цинка в меди и способствует образованию b|- фазы, поэтому такие латуни чаще двухфазные (a+b|).

Никель увеличивает растворимость цинка в меди, и при достаточном его содержании латунь из двухфазной становится однофазной. Свинец облегчает обрабатываемость резанием и улучшает антифрикционные свойства.

Сопротивление коррозии повышают Al, Zn, Si, Mn, Ni, Sn.

В морском судостроении применяются оловянистые ”морские” латуни, например, ЛО70-1 (70 % Сu, 1 % Sn, 29 % Zn). Она используется для изготовления конденсаторных трубок, деталей теплотехнической аппаратуры.

Алюминиевые латуни

используют для изготовления конденсаторных трубок, цистерн, втулок, а также для изготовления коррозионно-стойких деталей, работающих в морской воде.

Из латуни ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 изготовляют цельнотянутые круглые трубы для производства манометрических трубок и пружин в приборах повышенного класса точности. С помощью закалки и старения sв достигает 700 МПа.

Основные свойства меди

Медь легко протягивается в проволоку малого диаметра (до 10 мкм), легко прокатывается в листы, ленту и фольгу (до 5 мкм), сваривается всеми видами сварки, хорошо паяется и полируется. Недостатками меди являются ее высокая стоимость, большая литейная усадка, горячеломкость, плохая обрабатываемость резанием.
Медь имеет высокую коррозионную стойкость в пресной и морской воде, атмосферных условиях, но окисляется в сернистых газах и аммиаке. Марганец, не снижая пластичности, повышает коррозионную стойкость меди (марка ММц–1). Нагрев выше 185°С вызывает окисление поверхности меди с образованием пленки окисла черного, а затем – красного цвета. На воздухе в присутствии влаги и углекислого газа на поверхности меди образуется зеленый налет основного карбоната меди (карбонат – гидроксид меди).

Из медной руды получают сырую (черновую) медь, содержащую до 3 % примесей, которые значительно снижают ее электропроводность, поэтому медь, предназначенную для электротехнических целей, рафинируют (очищают), а затем переплавляют в слитки, которые подвергают горячей прокатке и получают катанку. Катанку протягивают через фильеры волочильных досок и получают проволоку заданных профиля и размеров.

Волочением получают твердую нагартованную (твердотянутую) медь (МТ). Наклеп повышает твердость и прочность меди, возрастает удельное электросопротивление, снижается пластичность (см. табл. 2).

Медь марки МТ применяют там, где требуется обеспечить высокую прочность, твердость и сопротивляемость истиранию, например, для контактных проводов электрифицированного транспорта, коллекторных пластин электрических машин, шин для распределительных устройств и т. п.

Рекристаллизационный отжиг для снятия наклепа проводят при температуре 550 – 650°С. В результате отжига механические свойства изменяются гораздо сильнее, чем удельное сопротивление меди. Отжигом получают мягкую (отожженную) медь (ММ), которая пластична и имеет электропроводность на 3 – 5 % выше, чем медь марки МТ. Отожженная медь служит электротехническим стандартом, по отношению к которому выражают удельную проводимость металлов и сплавов (в процентах).

Мягкую медь в виде проволоки различного диаметра и профиля используют в качестве токопроводящих жил (одно- и многожильных) кабелей, монтажных и обмоточных проводов и т. д., где важны гибкость и пластичность, а прочность не имеет решающего значения. Круглую проволоку из меди МТ и ММ изготавливают диаметром от 0,02 до 10 мм.

Висмут, свинец и сера – самые вредные примеси меди, вызывающие ее красно- и хладноломкость.

Электропроводность меди зависит не только от концентрации примеси, но и от ее природы. Например, 0,5 % кадмия (Cd), цинка (Zn) или серебра (Ag) снижают электропроводность меди на 5 %, а бериллий (Be), железо (Fe), кремний (Si) или фосфор (P) – на 55 % и более.

По степени чистоты медь выпускается несколькими марками, основные из них приведены в табл. 3.

Буква «б» означает «бескислородная», с повышенной прочностью; «р» – медь раскислена фосфором, с пониженным содержанием кислорода; «у» – медь катодная переплавленная.

В бескислородной меди допускается содержание кислорода не более 0,001 %, большее содержание кислорода приводит к «водородной болезни». При нагревании меди в атмосфере водорода он взаимодействует с кислородом и образуются пары воды, которые скапливаются в микропорах меди, создают высокое давление, что вызывает разрушение (растрескивание).

Таблица 3

Основные марки меди

Еще более чистой медью является вакуумная медь, удельное сопротивление которой практически такое же, как у серебра.

В случаях, когда необходимы повышенные механические свойства и нет жестких требований по электропроводности, вместо меди в качестве проводникового материала используют ее сплавы – латуни и бронзы.

3.4.1.2. Латуни – это сплавы системы «медь – цинк» с максимальным содержанием цинка 45 %. При концентрации цинка до 39 % латуни однофазны, их структура – кристаллы α-твердого раствора цинка в меди. Большее содержание цинка приводит к образованию второй фазы β1-твердого и хрупкого соединения СuZn. Максимальную пластичность имеют однофазные латуни при содержании 30 % цинка, с увеличением содержания цинка пластичность понижается. Прочность латуней растет с увеличением содержания цинка до 45 %, а затем под влиянием твердой и хрупкой β1-фазы резко падает и такие латуни не используются. Латуни, содержащие до 10 % цинка, называются «томпак».

Однофазные латуни со структурой α-твердого раствора обрабатываются давлением только в холодном состоянии. Двухфазные латуни (более 39 % цинка) обрабатываются давлением только в горячем состоянии (выше 454 – 468°С), когда твердая и хрупкая β1-фаза переходит в пластичную β-фазу. Латуни могут упрочняться наклепом. Рекристаллизационный отжиг проводят при температуре 450 – 550°С.

Простые латуни (медь – цинк) маркируются буквой «Л», цифра после которой показывает среднее процентное содержание меди, например, латуни Л96, Л70 однофазны, а Л60 двухфазна.

Легированные латуни называются сложными или специальными, в их марке после буквы «Л» записывается начальная буква названия элемента и цифра – его среднее процентное содержание. Некоторые составы латуней приведены в табл. 4.

Таблица 4

Основные марки латуней

Примечание: Н – после наклепа (степень деформации 50 %); М – после отжига 550°С.

Оловянистые латуни обладают высокой коррозионной стойкостью в морской воде. Листами из этих латуней обшивали днища судов парусного флота, поэтому их называют «морская», «корабельная», «адмиралтейская», например ЛО70-1 и ЛО62-1.

Никелевая латунь ЛН65-5 обладает высокими антикоррозионными свойствами, высокой прочностью и вязкостью, хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии.

Алюминиевые латуни содержат до 4,5 % алюминия, однофазны (например, ЛА77-2), хорошо обрабатываются давлением, их легируют железом, никелем, марганцем ЛАН 59-3-2, ЛАЖ 60-1-1, ЛЖМц 59-1-1.

Свинцовистые латуни получили название «автоматные» (ЛС74-3, ЛС59-1, ЛЖС58-1-1), их применяют для изготовления деталей горячей штамповкой с последующей обработкой на станках-автоматах.

Из латуней получают проволоку, прутки, листы, ленту, полосы, они широко используются для изготовления токопроводящих винтов, болтов, шпилек, шайб, упругих элементов штепсельных разъемов и т. п.

3.4.1.3. Бронзы – это сплавы меди с оловом, кадмием, алюминием, бериллием, кремнием и другими элементами. Маркируют бронзы буквами «Бр», затем ставятся буквы, указывающие химические элементы, и цифры, показывающие содержание этих элементов. Например, БрБ2 – бериллиевая бронза, содержит 2 % бериллия; БрОЦС4-4-2,5 – оловянно-цинково-свинцовая бронза, содержит 4 % олова, 4 % цинка, 2,5 % свинца.

Атомы химических элементов, внедряясь в кристаллическую решетку меди, деформируют ее, увеличивая количество несовершенств, затрудняют подвижность дислокаций, повышая прочность и твердость, поэтому удельное сопротивление бронз, как и латуней, больше, чем у чистой меди. Бронзы лучше обрабатываются на металлорежущих станках и обладают более высокими литейными свойствами, чем медь и латунь. При определенном содержании вводимых компонентов отожженные бронзы пластичны (табл. 5) и хорошо поддаются пластической деформации (волочению, прокатке).

Таблица 5

Основные марки бронз

Примечание: Н – после наклепа; М – после рекристаллизационного отжига. Для бронзы БрБ2 – М – после закалки в воде; Н – после процесса старения.

Кадмиевая бронза (БрКд 0,9, см. табл. 4) при небольшом снижении удельной электропроводности обладает высокими механическими свойствами: прочностью, твердостью, износостойкостью. Эту бронзу применяют в качестве контактного провода для электрифицированного транспорта и коллекторных пластин в электрических машинах.

Бериллиевая бронза БрБ2 (см. табл. 5) упрочняется термообработкой. После закалки с температуры 780°С в воде имеет высокую пластичность δ (до 45 %). Старение (отпуск) при температуре 300 – 350°С в течение 2 – 3 ч увеличивает прочность до 1100 МПа и твердость – до НВ350 – 400. Эта бронза отличается высоким пределом прочности и упругости, коррозионной стойкостью в сочетании с повышенным сопротивлением усталости и износу, обладает хорошей электро- и теплопроводностью, обрабатывается резанием и сваривается контактной сваркой, поставляется в виде деформированных полуфабрикатов (полос, прутков, проволоки), используется для изготовления упругих элементов электроприборов (плоских пружин, пружинящих электроконтактов, мембран, деталей, работающих на износ, и т. п.). Недостаток бериллиевой бронзы – высокая стоимость.

Оловянные бронзы – сплавы меди с оловом с добавлением фосфора, цинка, свинца. Фосфор повышает твердость и прочность, цинк удешевляет бронзу (как заменитель олова), растворяясь в меди, на структуру не влияет, свинец улучшает обрабатываемость резания. При содержании олова до 5 – 6 % бронзы однофазны, их структура – кристаллы α-тердого раствора олова в меди. Эти бронзы пластичны, используются как деформируемые (см. табл. 5).

Указанные в табл. 5 марки оловянных бронз обладают пластичностью, обрабатываются давлением, из них получают ленты, полосы, прутки, проволоку для изготовления токопроводящих изделий.

Все другие составы бронз используются как конструкционный литейный материал для получения отливок и в электротехнике имеют весьма ограниченное применение.

Среди бронз отдельную группу составляют сплавы меди с никелем. Сплавы электротехнические – это сплавы высокого электросопротивления: манганин МНМц3-12, константан МНМц40-1,5 и копель МНМц45-0,5.

К сплавам конструкционным относятся сплавы мельхиор МН19 (19 – 20 % никеля) и нейзильбер МНЦ15-20 (15 % никеля, 20 % цинка), они обладают высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах, применяются в приборостроении, для изготовления бытовых изделий, посуды и украшений.

Для изделий высокой прочности и коррозионной стойкости (кроме азотной кислоты) используется сплав монель, содержащий кроме меди и никеля железо и марганец – МНЖМц68-2,5-1,5 (68 % никеля, 2,5 % железа и 1,5 % марганца).

3.4.2. Алюминий и его сплавы

3.4.2.1. Алюминий – серебристо-белый металл. Содержание в земной коре – 8,8 %, легкий (2,7 Мг/м3) и легкоплавкий, температура плавления – 660°С, полиморфизмом не обладает, кристаллическая решетка ГЦК. По электропроводности занимает третье место после серебра и меди. Преимущество алюминия как проводникового материала в том, что он дешевле меди, его удельное сопротивление в 1,63 раза больше, а плотность – в 3,5 раза меньше меди, что важно для подвесных проводов и электротехнических конструкций. Удельное электросопротивление алюминия: 0,0280 – 0,0290 мкОм·м.

Примеси существенно снижают удельную электропроводность алюминия. Присутствие в алюминии никеля, кремния, цинка или железа в количестве до 0,5 % снижает электропроводность на 2 – 3 %, меди, серебра, магния, в том же количестве, – уже на 5 – 10 %, а титан, ванадий и марганец снижают электропроводность еще больше.

Алюминий стоек к азотной, органическим и пищевым кислотам. Соляная, серная кислоты и щелочи разрушают алюминий, на воздухе он быстро покрывается тонкой плотной пленкой оксида алюминия A2О3, которая защищает его от коррозии. Пленка, имея высокое сопротивление в месте контакта проводников, создает высокое переходное сопротивление. Это ее отрицательное качество. Кроме того, она затрудняет пайку алюминия обычными припоями. Алюминий хорошо поддается прокатке и волочению. Из него получают проволоку (круглую диаметром 0,08 – 10 мм, прямоугольную, сегментную), пластины, ленту и фольгу (толщиной 5 – 7 мкм). Промышленность выпускает алюминиевую проволоку следующих марок: АТП – твердая повышенной прочности, АТ – твердая, АПТ – полутвердая, АМ – мягкая.

Алюминий имеет высокую отражательную способность и широко используется в рефлекторах, прожекторах, фарах и т. п., хорошо сваривается, плохо обрабатывается на станках и имеет низкие литейные свойства (большая усадка – 6 %).

Механические свойства отожженного алюминия высокой частоты: σв = = 50 МПа, d = 50 %, технического алюминия: σв = 90 МПа, δ = 35 %, НВ20 – 25. Холодная прокатка и волочение (наклеп, нагартовка) значительно изменяют механические свойства алюминия: σв =160 – 170 МПа, δ = 5 – 6 %, НВ30 – 35. Рекристаллизационный отжиг алюминия проводят при температуре 350 – 400°С.

Маркировка алюминия начинается с буквы А, затем идет цифра, указывающая содержание алюминия в сотых долях процента. Например, А97 содержит алюминия 99,97 %, остальное – контролируемая примесь. Различают три класса алюминия: 1. Особой чистоты – марка А999 (99,999 % чистого алюминия). 2. Химической чистоты – А995, А99, А97, А95 (содержание алюминия – не менее 99,95 %). 3. Технической чистоты – А85, А8, А7, А6, А5, АО, АЕ.

Чем выше чистота алюминия, тем сложнее и дороже его получение. В электротехнике применяют алюминий марок А7Е, А6Е, А5Е, АЕ, где буква Е указывает на его электротехническое назначение, а примеси должны находиться в определенном соотношении и не превышать 0,5 %.

Алюминий по отношению к большинству металлов обладает отрицательным электродным (электрохимическим) потенциалом, который равен 1,67 В (у меди +0,34 В). Поэтому алюминий, находясь в контакте со многими металлами, образует с ними гальваническую пару, в которой является анодом. Гальваническая пара в присутствии влаги способствует электрохимической коррозии алюминия. Следовательно, места соединения алюминия с медью, железом и рядом других металлов необходимо защищать от влаги – покрывать лаком и т. п.

3.4.2.2. Деформируемые сплавы алюминия, не упроч­няемые термической обработкой, – это сплавы алю­миния с марганцем (АМц) или с магнием (АМг), харак­теризуются коррозионной стойкостью, хорошо свариваются, а структура твердого раствора обеспечивает их высокую пластичность (легко обрабатываются давлением в холодном состоянии).

Сплав АМц (1,0 – 1,6 % Mn) превосходит чистый алюми­ний по прочности и коррозионной стойкости. Магний (1,8 – 6,8 %) значительно повышает прочность, не снижая пластичности сплавов АМг (табл. 6), и делает их более легкими.

Таблица 6

Медь и ее сплавы

Медь относится к группе цветных металлов, наиболее широко применяемых в промышленности. Порядковый номер меди в периодической системе Д. И. Менделеева — 29, атомный вес А = 63,57. Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку (ГЦК) с периодом а = 3,607 Å.

Удельный вес меди g = 8,94 г/см3, температура плавления — 1083 0С. Чистая медь обладает высокой тепло — и электропроводностью. Удельное электрическое сопротивление меди 0,0175 мкОм×м, теплопроводность l = 395 Вт/(м×град).

Предел прочности sв = 200…250 МПа, твердость 85…115 НВ, относительное удлинение d = 50 %, относительное сужение y = 75 %.

Медь — немагнитный металл. Она обладает хорошей технологичностью: обрабатывается давлением, резанием, легко полируется, хорошо паяется и сваривается, имеет высокую коррозионную стойкость. Основная область применения — электротехническая промышленность.

Электропроводность меди существенно понижается при наличии даже очень небольшого количества примесей. Поэтому в качестве проводникового материала применяют в основном особо чистую медь М00 (99,99 %), электролитическую медь М0 (99,95 %), М1 (99,9 %). Марки технической меди М2 (99,7 %), М3 (99,5 %), М4 (99,0 %).

В зависимости от механических свойств различают медь твердую, нагартованную (МТ) и медь мягкую, отожженную (ММ).

Вредными примесями в меди являются висмут, свинец, сера и кислород. Действие висмута и свинца аналогично действию серы в стали; они образуют с медью легкоплавкие эвтектики, располагающиеся по границам зерен, что приводит к разрушению меди при ее обработке давлением в горячем состоянии (температура плавления эвтектики соответственно 270 0С и 326 0С).

Сера и кислород снижают пластичность меди за счет образования хрупких химических соединений Сu2O и Сu2S.

В качестве конструкционного материала технически чистую медь применяют редко, так как она имеет низкие прочностные свойства, твердость. Основными конструкционными материалами на основе меди являются сплавы латуни и бронзы. Для маркировки медных сплавов используют следующее буквенное обозначение легирующих элементов:

• О — олово; Ц — цинк; Х — хром;
• Ж — железо; Н — никель; С — свинец;
• К — кремний; А — алюминий; Ф — фосфор;
• Мц — марганец; Мг – магний; Б – бериллий.

Бронзы

Бронзы — это сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием и другими элементами.

По технологическому признаку бронзы делятся на деформируемые и литейные. Деформируемые маркируются буквами Бр, после которых перечисляются легирующие элементы, а затем соответственно содержание этих элементов в процентах. меди определяется по разности от 100 %. Например, БрОЦС 8-4-3 содержит 8 % Sn, 4 % Zn, 3 % Pb, 85 % Сu.

Литейные бронзы маркируются аналогично литейным латуням. Например, бронза Бр06Ц3Н6 содержит 6 % Sn, 3 % Zn, 6 % Pb, 85 % Сu.

Бронзы по сравнению с латунью обладают лучшими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью.

Оловянные бронзы.

Наибольшее практическое значение имеют сплавы, содержащие до 10…12 % Sn. Предельная растворимость олова в меди 15,8%, однако в реальных условиях кристаллизации и охлаждения предельная растворимость снижается примерно до 6 %.

К однофазным сплавам относятся бронзы с содержанием олова до 5…6 % и a — фаза, представляет твердый раствор олова в меди с ГЦК — решеткой. При большем содержании олова наряду с a — раствором присутствует эвтектоид (a + Сu31Sn8).

Предел прочности бронзы возрастает с увеличением олова, но при его высоких концентрациях резко снижается из-за большего количества хрупкого интерметаллида Сu31Sn8.

Оловянные бронзы обычно легируют Zn, Pb, Ni, P. Цинк улучшает технологические свойства бронзы и удешевляет ее. Фосфор улучшает литейные свойства. Для изготовления художественного литья содержание фосфора может достигать 1 %.

Свинец (до 3…5 %) вводится в бронзу для улучшения ее обрабатываемости резанием. Никель повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность отливок, уменьшает ликвацию.

Среди медных сплавов оловянные бронзы имеют самую низкую линейную усадку (0,8 % при литье в землю и 1,4 % — в металлическую форму).

Для проведения пластичности проводится гомогенизация сплавов при температурах 700…750 0С с с быстрым охлаждением. Остаточные напряжения снимаются отжигом при 550 0С.

Оловянные деформируемые бронзы Бр0Ф7-0.2, БрОЦС4-4-4, БрОЦ4-3 и другие имеют более высокую прочность, упругость, сопротивление усталости, чем литейные. Их используют для изготовления подшипников скольжения, шестерен, трубок контрольно — измерительных и других приборов, манометрических пружин и т.д.

Литейные оловянные бронзы.

По сравнению с деформируемыми они содержат большее количество легирующих элементов, имеют ниже жидкотекучесть, малую линейную усадку, склонны к образованию усадочной пористости. Бронзы БрОЗЦ7С5Н, БрО10Ф1, БрО6Ц6С3, БрО5С25 и другие применяются для изготовления арматуры, работающей в воде и водяном паре, подшипников, шестерен, втулок.

Алюминиевые бронзы

отличаются высокими механическими антикоррозионными свойствами, жидкотекучестью, малой склонностью к дендритной ликвации. Из-за большой усадки трудно получить сложную фасонную отливку. Они морозостойки, немагнитны, не дают искры при ударах. По коррозионной стойкости превосходят латуни и оловянистые бронзы.

Алюминий растворяется в меди, образуя a — твердый раствор замещения с пределом растворимости 9,4 %. При большем содержании в структуре появляется эвтектоид (a + g|); g| — интерметаллид Сu32Al9.

Однофазные бронзы БрА5, БрА7 имеют хорошую пластичность и относятся к деформируемым. Обладают наилучшим сочетанием прочности и пластичности: sв = 400…450 МПа, d = 60 %.

Двухфазные бронзы (a + g|) имеют повышенную прочность до 600 МПа, но пластичность заметно ниже d = (35…45) %. Эти сплавы упрочняются термообработкой и дополнительно легируются Fe, Ni, Mn.

Железо измельчает зерно и повышает механические и антифрикционные свойства алюминиевых бронз. Никель улучшает механические свойства и износостойкость, температуру рекристаллизации и коррозионную стойкость. Марганец повышает технологические и коррозионные свойства.

Бронзы БрАЖН10-4-4, БрАЖМц10-3-1-5 и др. применяются для изготовления зубчатых колес, деталей турбин, седел клапанов и других деталей, работающих в тяжелых условиях износа при повышенных температурах до 400 0С, корпуса насосов, клапанные коробки и др.

Закалка проводится с температуры 950 0С, после чего бронзы подвергают старению при 250…300 0С в течение 2…3 ч.

Кремнистые бронзы

применяются в качестве заменителей оловянистых бронз. До 3 % кремний растворяется в меди, и образуется однофазный a-твердый раствор. При большем содержании кремния появляется твердая и хрупкая g-фаза.

Никель и марганец улучшает механические и коррозионные свойства. Они не теряют пластичности при низких температурах, хорошо паяются, обрабатываются давлением, немагнитны и не дают искры при ударах.

Их используют для деталей, работающих до 500 0С, а также в агрессивных средах (пресная, морская вода).

Бронзы БрКН1-3, БрКМц3-1 применяют для изготовления пружин, антифрикционных деталей, испарителей и др.

Бериллиевые бронзы.

Содержат 2…2,5 % Ве. Эти сплавы упрочняются термической обработкой. Предельная растворимость бериллия в меди при 866 0С составляет 2,7 %, при 600 0С — 1,5 %, а при 300 0С всего 0,2 %. Закалка проводится при 760…800 0С в воде и старение при 300 0С в течение 3 ч.

Сплав упрочняется за счет выделения дисперсных частиц g-фазы СuBe, что приводит к резкому повышению прочности до 1250 МПа при d = 3…5 %. Бронзы БрБ2, БрБНТ1,9 и БрБНТ1,7 имеют высокую прочность, упругость, коррозионную стойкость, жаропрочность, немагнитны, искробезопасны (искра не образуется при размыкании электрических контактов).

Применяются для изготовления мембран, пружин, электрических контактов.

Свинцовые бронзы.

Свинец практически не растворяется в жидкой меди. Поэтому сплавы после затвердевания состоят из кристаллов меди и включений свинца. Такая структура обеспечивает высокие антифрикционные свойства.

Бронза БрС30 применяется для изготовления вкладышей подшипников скольжения, работающих при повышенных давлениях и с большими скоростями. По сравнению с оловянистыми бронзами, теплопроводность ее в 4 раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту, возникающую при трении.

Прочность этих бронз невысокая sв = 60 МПа, d = 4 %.

Алюминий и его сплавы > Дальше >

Электронная библиотека

Общетехнические дисциплины / Материаловедение технология конструкционных материалов / 7.3.1 Медь и ее сплавы

К металлам и сплавам высокой проводимости предъявляют следую­щие требования:

· минимальное значение (ρ

v);

· достаточно высокие механиче­ские свойства, главным образом предел прочности при растяжении (σ

р) и относительное удлинение при разрыве ();

· хорошая технологичность (способность к пластическим деформациям, пайке, сварке);

· достаточно высокая стойкость к действию агрессивных сред.

Материалы высокой про­водимости применяют для изготовления обмоточных и монтажных прово­дов, различного вида токоведущих частей. Наиболее распространенными материалами высокой проводимости в электротехнике являются: медь, алюминий, серебро и сплавы на их основе, а также железо и сплавы на его основе; в электронной технике также ис­пользуют золото, платину, палладий.

Проводниковая медь

является лучшим после серебра проводниковым материалом высокой проводимости. Широкое применение меди в качестве проводникового материала обусловлено рядом ценных свойств этого мета­ла:

1) малым удельным электрическим сопротивлением (ρv

= 0,017241 мкОм·м при 20°С, что является электротехническим стандартом, по отношению к которому выражают
ρ
v других проводниковых материалов);

2) высокой механической прочностью;

3) удовлетворительной коррозионной стойкостью;

4) хорошей технологичностью.

Примеси других металлов (включая и серебро) резко снижают прово­димость меди. Поэтому для основных марок проводниковой меди допуска­ется содержание примесей не более 0,1 % для марки М1 и 0,03 % для марки МО. Кроме того, содержание кислорода, существенно ухудшающего меха­нические свойства меди, допускается не более 0,08 % и 0,02 % для соответ­ствующих марок.

В электровакуумной технике применяют более чистую медь, не со­держащую кислорода и летучих примесей (Zn, Рb, Вi), бескислородную медь

марки МО. Она содержит не более 0,03 % примесей. Еще более чистой является
вакуумная медь
марки МВ с содержанием примесей не более 0,01 %.

Как проводниковый материал используют твердую медь

марки МТ и
мягкую медь
марки ММ. При холодной прокатке (волочении) у
твердой
(
твердотянутой
)
меди
повышаются твердость, упругость, предел прочности при растяжении, сопротивление (
ρ
v),. По­сле отжига при температуре в несколько сотен градусов получают
мягкую
(
отожженную
)
медь
, которая пластична, имеет проводимость на 3…5 % вы­ше, чем у твердой меди, характеризуется большим удлинением при разры­ве. К недостаткам отожженной меди следует отнести небольшую прочность и пониженную твердость.

Применение твердой и мягкой меди различно. Твердую медь приме­няют там, где требуется обеспечить высокую механическую прочность, твердость и сопротивляемость к истиранию: для изготовления коллектор­ных узлов электрических машин, контактных проводов, шин распредели­тельных устройств и т.д. Мягкую медь используют для изготовления обмоточных и монтажных проводов, токоведущих жил кабелей, где важны гибкость и пластичность, а прочность не имеет существенного значения.

Из специальных электровакуумных сортов меди изготавливают аноды мощных генераторных ламп, детали СВЧ-устройств. Медь достаточно до­рогой и дефицитный материал.

Для изделий, от которых требуется прочность выше 400 МПа, используют сплавы меди.

Латуни

– двойные и многокомпонентные медные сплавы с основным легирующим элементом – цинком. По сравнению с медью латуни обладают более высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

Латуни могут иметь в своем составе до 45 % цинка. Повышение количества цинка в латуни до 45 % приводит к повышению её прочности (σ

в) до 450 МПа
.
Максимальная пластичность латуни достигается при содержании цинка около 37 %
.
По технологическому

признаку латуни подразделяются на
деформируемые
и
литейные
Изделия из
α-латуни
изготавливают главным образом холодной или горячей деформацией, обработка резанием не дает достаточной чистоты. Изделия из
(α + β)-латуней
изготавливают горячей (прессованием, штамповкой) или холодной (без вытяжки) деформацией или обработкой резанием. Изделия применяются в отожженом или же наклепанном состоянии, поскольку термическая обработка не дает эффекта.

В многокомпонентных

латунях добавки Al, Sn, Ni, Mn, Fe и Si повышают прочность, твердость, коррозионную стойкость и литейные свойства сплава. Свинец улучшает обрабатываемость резанием. Введение третьего компонента в двойные латуни изменяет их структуру и свойства. Экспериментально установлено, что добавки третьего компонента сдвигают границы
α-
и (
α + β
)-областей. Добавляемый элемент действует на структуру латуней качественно так же, как и сам цинк, но эффект от добавки 1 % этого элемента будет иной.

По ГОСТ 15527 – 70 простые

(
двойные
) латуни обозначаются буквой Л и цифрой, показывающей содержание меди в процентах (остальное цинк).

Латуни с содержанием меди 90 % и более (Л96, Л90) называют томпак

, с содержанием меди 80 – 85 % меди (Л85, Л80) –
полутомпак
.

Легированные деформируемые латуни

маркируются буквой Л и буквами, обозначающими название легирующего элемента. Цифры, отделенные друг от друга знаком «тире», идущие после букв, показывают содержание меди (первая) и легирующих элементов (соответственно буквам) в процентах (остальное – цинк). Например: ЛАЖ 60-1-1, Л070-1, ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 и др. (ГОСТ 15527 – 70*).

Легированные латуни называют по легирующим добавкам. Например:

1) ЛА77-2 – алюминиевая деформируемая латунь, содержащая 77 % Сu, 2 % Al, остальное (21 %) Zn;

2) ЛО90-1 – оловянный томпак, содержащий 90 % Сu, 1 % Sn (О), остальное Zn (9 %).

По ГОСТ 17711 – 80* в марках литейных латуней

указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, обозначающей его название. Например: ЛЦ14К3С3, ЛЦ40Мц1,5, ЛЦ40С, ЛЦ30А3 и др.

Пример расшифровки марки ЛЦ23А6Ж3Мц2: алюминиево-железо-марганцовая литейная латунь, содержащая 23 % Zn, 6 % Al, 3 % Fe, 2 % Mn, остальное Сu (66 %).

Латуни, за исключением свинцовосодержащих, легко поддаются обработке давлением в холодном и горячем состоянии.

Все латуни хорошо паяются твердыми и мягкими припоями. Из латуней изготавливают различные детали машин, аппаратов.

Литейные латуни идут для фасонного литья, обладают хорошей жидкотекучестью, мало склонны к ликвации и обладают антифрикционными свойствами.

Бронзы

– сплавы меди, обычно многокомпонентные, в которых основными легирующими элементами являются различные металлы, кроме цинка и никеля.

По химическому составу

бронзы подразделяются на
оловянные
и
безоловянные
, не содержащие олова в качестве легирующего компонента.

Бронзы называют, как и латуни, по соответствующим добавкам:

· алюминиевые;

· свинцовые;

· кремнистые и т.д.

По технологическому признаку

бронзы делятся на
литейные
и
деформируемые
.

При маркировке бронз на первом месте стоят буквы Бр. Остальная запись сплава зависит от способа получения заготовок.

В марках литейных

бронз обозначение и количество легирующих компонентов такое же, как для латуней. В конце марки может дополнительно стоять прописная буква Л. Например: БрО3Ц7С5Н, БрО10, БрО10Ф, БрО8Н4Ц2 и др. (ГОСТ 613 – 79); БрА9Мц2Л, БрА10Ж4Н4Л, БрСу3Н3Ц3С20Ф (Су – сурьма) и др. (ГОСТ 493 – 79) и т.д.

Например, расшифровка марки БрО3,5Ц7С5: оловянно-цинково-свинцовая литейная бронза с содержанием олова (О) – 3,5 %, цинка (Ц) – 7 %, свинца (С) – 5 %, остальное (84,5 %) – медь.

Отличие обозначения марок деформируемых

бронз от марок литейных такое же, как и для латуней: сначала в обозначении марки записываются все легирующие элементы, а затем – цифры через тире, указывающие в той же последовательности содержание компонентов в процентах. Например: БрОФ6,5-0,4, БрОЦ4-3, БрОЦС4-4-4 и др. (ГОСТ 5017 – 74*), БрА5, БрАЖН10-4-4, БрБНТ1,9 и др. (ГОСТ 18175 – 78*) и т.д.

Пример расшифровки марок:

1) БрБ2 – безоловянная бериллиевая деформируемая бронза, содержащая 2 % бериллия (Б), остальное – 98 % медь;

2) БрБНТ1,7 – безоловянная бериллиево-никелево-титановая деформируемая бронза, содержащая 1,7 % бериллия (Б), менее 1 % никеля и титана каждого, остальное (около 97 %) – медь.

Бронзы, обрабатываемые давлением, характеризуются более низким содержанием олова, чем применяемые для литья.

В промышленности применяются двойные оловянные бронзы, имеющие в составе кроме меди и олова, добавки цинка, свинца, фосфора, никеля и др. Механические свойства двойных оловянных бронз зависят от содержания олова (рис. 7.5).

Широкий интервал кристаллизации сплавов меди с оловом является причиной их невысокой жидкотекучести и значительной пористости отливок. Для улучшения литейных свойств, повышения плотности отливок и уменьшения интервала кристаллизации в небольшом количестве в оловянную бронзу вводят цинк.

Свинец улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием оловянных бронз, фосфор (при содержании фосфора 1 %

появляется тройная эвтектика) улучшает литейные, антифрикционные и механические свойства бронз. Кроме того, фосфор служит раскислителем.

Рис. 7.5. Зависимость механических свойств сплавов Cu-Sn

Алюминиевые бронзы

, среди медных сплавов, по своей распространенности занимают одно из первых мест. Это объясняется высокими механическими, коррозионными и антифрикционными свойствами алюминиевых бронз. Детали из алюминиевых бронз изготавливаются литьем и обработкой давлением.

Оптимальными свойствами обладают алюминиевые бронзы с содержанием 5…8 % алюминия. Увеличение алюминия до 10…11 % ведет к резкому повышению прочности и снижению пластичности алюминиевых бронз.

Свинцовые бронзы

выгодно сочетают в себе хорошие антифрикционные свойства с высокой теплопроводностью. Кроме того, они хорошо воспринимают ударные нагрузки и работают на усталость. В связи с этим их применяют для ответственных высоконагруженных подшипников, работающих при больших скоростях (подшипников авиационных двигателей, дизелей, мощных турбин и др.).

Свинцовые бронзы имеют высокую теплопроводность (в 4 раза большую, чем у оловянистой бронзы, в 6 раз большую, чем у баббитов

– сплавов олова с сурьмой)), допускают больший нагрев (до 300…320 °С), что весьма важно для быстроходных машин.

Наибольшее применение имеют бронзы, содержащие 25…30 % свинца. Медь и свинец в твердом состоянии не растворимы друг в друге и образуют эвтектику, которая практически состоит из кристаллов меди и включений свинца, которые располагаются по границам зерен или заполняют междендритные пространства. Такая структура обеспечивает высокие антифрикционные свойства.

Бронза Бр30 имеет низкие механические свойства (σ

в = 60…80 МПа,
δ
= 4 % , НВ 250), поэтому ее применяют в виде тонкого слоя по стальной ленте или трубе, из которой изготавливают подшипники.

В соответствии с составом свинцовые бронзы условно делят на две группы: к первой группе относят двойные бронзы с 30…35 % свинца, ко второй группе – легированные свинцовые бронзы с присадками олова и никеля. Добавки олова и никеля повышают механические и коррозионные свойства бронзы.

Медно-никелевые сплавы

– сплавы, в которых основным легирующим элементом является никель.

Промышленные медно-никелевые сплавы можно условно разделить на две группы: конструкционные

и
электротехнические.
К первой группе относятся коррозионно-стойкие и высокопрочные сплавы типа мельхиор, нейзильбер, куниаль

. В качестве дополнительных легирующих элементов в них добавляют Mn, Al, Zn, Fe, Co, Pb и др.

Маркировка медно-никелевых сплавов (ГОСТ 5063 – 73, ГОСТ 5187 – 70) начинается с буквы М:

МНЖМц30-1-1, МН19 – мельхиор;

МНЦ15-20, МНЦС16-29-1,8 – нейзильбер;

МНА13-3, МНА6-1,5 – куниаль и др.

Медно-никелевые сплавы имеют высокую коррозионную стойкость в различных средах, высокие механические свойства, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии, устойчивы к разрушению при низких температурах.

Медные сплавы

Медные сплавы – продукция металлургического производства, процесс изготовления которой человечество освоило с давних времён. Первый медный сплав – сплав меди с оловом – дал начало целой технологической эпохе истории цивилизации, получившей название «бронзовый век».

Медь

Мягкий, пластичный металл розовато-золотистого цвета. Его красота издревле привлекала человека, поэтому первыми изделиями из меди были украшения.

В присутствии кислорода медные слитки и изделия из меди приобретают красновато-жёлтый оттенок за счёт образования плёнки из оксидов. Во влажной среде в присутствии углекислого газа медь становится зеленоватой.

Медь имеет высокие показатели теплопроводности и электропроводности, что обеспечивает ей использование в электротехнике. Не меняет свойств в значительном диапазоне температур от очень низких до очень высоких. Не магнитная.

В природе залежи медной руды чаще, чем других металлов, находятся на поверхности. Это позволяет вести добычу открытым способом. Встречаются крупные медные самородки с высокой чистотой меди и медные жилы. Помимо этого медь получают из таких соединений:

• медный колчедан,
• халькозин,
• борнит,
• ковеллин,
• куприт,
• азурит,
• малахит.

Медные сплавы, их свойства, характеристики, марки

Изготовление медных сплавов позволяет улучшить свойства меди, не теряя основных преимуществ данного металла, а также получить дополнительные полезные свойства.

К медным сплавам относят: бронзу, латунь и медно-никелевые сплавы.

Бронза

Сплав меди с оловом. Однако, с развитием технологий появились также бронзы, в которых вместо олова в состав сплава вводятся алюминий, кремний, бериллий и свинец.

Бронзы твёрже меди. У них более высокие показатели прочности. Они лучше поддаются обработке металла давлением, прежде всего, ковке.

Маркировка бронз производится буквенно-цифровыми кодами, где первыми стоят буквы Бр, означающими собственно бронзу. Добавочные буквы означают легирующие элементы, а цифры после букв показывают процентное содержание таких элементов в сплаве.

Буквенные обозначения легирующих элементов бронз:

• А – алюминий,
• Б – бериллий,
• Ж – железо,
• К – кремний,
• Мц – марганец,
• Н – никель,
• О – олово,
• С – свинец,
• Ц – цинк,
• Ф – фосфор.

Пример маркировки оловянистой бронзы: БрО10С12Н3. Расшифровывается как «бронза оловянистая с содержанием олова до 10%, свинца – до 12%, никеля – до 3%».

Пример расшифровки алюминиевой бронзы: БрАЖ9-4. Расшифровывается как «бронза алюминиевая с содержанием алюминия до 9% и железа до 4%».

Латунь

Это сплав меди с цинком. Кроме цинка содержит и иные легирующие добавки, также и олово.

Латуни – коррозионно устойчивые сплавы. Обладают антифрикционными свойствами, позволяющими противостоять вибрациям. У них высокие показатели жидкотекучести, что даёт изделиям из них высокую степень устойчивости к тяжёлым нагрузкам. В отливках латуни практически не образуются ликвационные области, поэтому изделия обладают равномерной структурой и плотностью.

Маркируются латуни набором буквенно-цифровых кодов, где первой всегда стоит буква Л, означающая собственно латунь. Далее следует цифровой указатель процентного содержания меди в латуни. Остальные буквы и цифры показывают содержание легирующих элементов в процентном соотношении. В латунях используются те же буквенные обозначения легирующих элементов, что и в бронзах.

Пример маркировки латуни двойной: Л85. Расшифровывается как «латунь с содержанием меди до 85%, остальное – цинк».

Пример маркировки латуни многокомпонентной: ЛМцА57-3-1. Расшифровывается как «латунь с содержанием меди до 57%, марганца – до 3%, алюминия – до 1%, остальное – цинк».

Медно-никелевые сплавы

• Мельхиор — сплав меди и никеля. В качестве добавок в сплаве могут присутствовать железо и марганец. Частные случаи технических сплавов на основе меди и никеля:
• Нейзильбер – дополнительно содержит цинк,
• Константан – дополнительно содержит марганец.

У мельхиора высокая коррозионная устойчивость. Он хорошо поддаётся любым видам механической обработки. Немагнитен. Имеет приятный серебристый цвет.

Благодаря своим свойствам мельхиор является, прежде всего, декоративно-прикладным материалом. Из него изготавливают украшения и сувениры. В декоративных целях является отличным заменителем серебра.

Выпускается 2 марки мельхиора:

• МНЖМц – сплав меди с никелем, железом и марганцем;
• МН19 – сплав меди и никеля.

Область применения сплавов меди

Медь обладает невысоким удельным сопротивлением. Это свойство обеспечило меди широкое применение в электротехнической промышленности. Из меди изготавливаются проводники, провода, кабели. Медь используется при изготовлении печатных плат различных электронных устройств. Медные провода используются в электрических двигателях и трансформаторах.

У меди высокая теплопроводность. Это обеспечивает ей применение при изготовлении охладительных и отопительных радиаторов, кондиционеров, кулеров.

Прочность и коррозиоустойчивость меди послужили основанием для изготовления из неё труб, находящих значительную сферу применения: в водопроводных, газовых и отопительных системах, в охладительном оборудовании, в кондиционировании.

В строительстве медь применяется при изготовлении крыш и фасадных деталей зданий.

Бактерицидные особенности меди дают ей возможность использования в медицинских заведениях как дезинфицирующего материала: при изготовлении деталей интерьера, которых люди касаются больше всего – дверных ручек, перил, поручней, бортиков кроватей и т.п.

Медные сплавы имеют не меньшую сферу применения.

Бронзы (по маркам) применяются при производстве деталей машин: паровой и водяной арматуры, элементов ответственного назначения, подшипников, втулок. Оловянистые деформируемые бронзы используют для производства сеток, используемых в целлюлозно-бумажной промышленности.

Латуни (по маркам) находят применение при производстве деталей машин в области теплотехники и химической аппаратуры. Из них изготавливают различные змеевики и сильфоны.

В автомобилестроении латуни используют для изготовления конденсаторных труб, патрубков, метизов. В судостроении и авиастроении латуни также используются для изготовления деталей, конденсаторных труб, метизов.

Из латуней изготавливаются детали часовых механизмов, полиграфические матрицы.

Мельхиор МНЖМц используется для производства конденсаторных трубок морских судов, работающих в наиболее тяжёлых условиях. Мельхиор МН19 используется для изготовления медицинских инструментов, монет, украшений, столовых приборов.

Источники меди для вторсырья

Экономия ресурсов – важная экологическая и технологическая задача. Медь – слишком ценный элемент, чтобы запросто им разбрасываться.

Поэтому при утилизации бытовых устройств и приборов (телевизоров, холодильников, компьютерной техники) нужно срезать все медь содержащие элементы и сдавать их на пункты сбора вторсырья.

На производствах должен быть организован централизованный сбор списанных силовых кабелей и трансформаторов, электродвигателей, прочих медь содержащих деталей и устройств. Определённое содержание меди есть в испорченных люминесцентных лампах, что тоже стоит учитывать при утилизации.

Медь и медные сплавы, освоенные человечеством на самой заре цивилизации, остаются востребованными материалами и в технологическую эпоху, основу которой составляет железо.

Современное промышленное производство невозможно себе представить без использования цветных металлов.

В дальнейшем потребность в меди её сплавах будет только расти, поэтому очень важно относиться к данным материалам экономно и использовать их рационально.

Какой материал называют твердой медью — Справочник металлиста

Самородная медь размером около 4 см

Медь

— минерал из класса самородных элементов. В природном минерале обнаруживаются Fe, Ag, Au, As и другие элементы в виде примеси или образующие с Cu твёрдые растворы.

Простое вещество медь — это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). Один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления.

Он входит в семёрку металлов, известных человеку с очень древних времён. Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных.

СТРУКТУРА

Кристаллическая структура меди

Кубическая сингония, гексаоктаэдрический вид симметрии m3m, кристаллическая структура — кубическая гранецентрированная решётка. Модель представляет собой куб из восьми атомов в углах и шести атомов , расположенных в центре граней (6 граней). Каждый атом данной кристаллической решетки имеет координационное число 12.

Самородная медь встречается в виде пластинок, губчатых и сплошных масс, нитевидных и проволочных агрегатов, а также кристаллов, сложных двойников, скелетных кристаллов и дендритов.

Поверхность часто покрыта плёнками «медной зелени» (малахит), «медной сини» (азурит), фосфатов меди и других продуктов её вторичного изменения.

СВОЙСТВА

Кристаллы самородной меди, Верхнее озеро, округ Кинави, Мичиган, США. Размер 12 х 8,5 см

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет.

Наряду с осмием, цезием и золотом, медь — один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов.

Этот цветовой оттенок объясняется наличием электронных переходов между заполненной третьей и полупустой четвёртой атомными орбиталями: энергетическая разница между ними соответствует длине волны оранжевого света.

Тот же механизм отвечает за характерный цвет золота.

Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра). Удельная электропроводность при 20 °C: 55,5-58 МСм/м. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент сопротивления: 0,4 %/°С и в широком диапазоне температур слабо зависит от температуры. Медь является диамагнетиком.

Существует ряд сплавов меди: латуни — с цинком, бронзы — с оловом и другими элементами, мельхиор — с никелем и другие.

Запасы и добыча

Образец меди, 13,6 см. Полуостров Кинави, Мичиган, США

Среднее содержание меди в земной коре (кларк) — (4,7-5,5)·10−3% (по массе). В морской и речной воде содержание меди гораздо меньше: 3·10−7% и 10−7% (по массе) соответственно. Большая часть медной руды добывается открытым способом.

меди в руде составляет от 0,3 до 1,0 %. Мировые запасы в 2000 году составляли, по оценке экспертов, 954 млн т, из них 687 млн т — подтверждённые запасы, на долю России приходилось 3,2 % общих и 3,1 % подтверждённых мировых запасов.

Таким образом, при нынешних темпах потребления запасов меди хватит примерно на 60 лет. Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди — пирометаллургия, гидрометаллургия и электролиз. Пирометаллургический метод заключается в получении меди из сульфидных руд, например, халькопирита CuFeS2.

Гидрометаллургический метод заключается в растворении минералов меди в разбавленной серной кислоте или в растворе аммиака; из полученных растворов медь вытесняют металлическим железом.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Небольшой самородок меди

Обычно самородная медь образуется в зоне окисления некоторых медносульфидных месторождений в ассоциации с кальцитом, самородным серебром, купритом, малахитом, азуритом, брошантитом и другими минералами. Массы отдельных скоплений самородной меди достигают 400 тонн.

Крупные промышленные месторождения самородной меди вместе с другими медьсодержащими минералами формируются при воздействии на вулканические породы (диабазы, мелафиры) гидротермальных растворов, вулканических паров и газов, обогащенных летучими соединениями меди (например, месторождение озера Верхнее, США).

Самородная медь встречается также в осадочных породах, преимущественно в медистых песчаниках и сланцах.

Наиболее известные месторождения самородной меди — Туринские рудники (Урал), Джезказганское (Казахстан), в США (на полуострове Кивино, в штатах Аризона и Юта).

Медь — свойства меди, сплавы и применение

Знакомство человека с медью исчисляется тысячелетиями, где ее прямым конкурентом может выступать только золото, успевшее приобрести статус благородного металла.

Свойства меди и место в жизни человека

В чистом состоянии, элемент таблицы Менделеева, именуемый Cu, встречается крайне редко. Это – пластичный металл с легким розовым оттенком. Человеку же он знаком под другим цветом: желто-красным, чаще коричнево-красным. Это связано с высокой окислительной способностью вещества. Попадая на воздух, медь покрывается тонкой оксидной пленкой, что и делает цвет металла ближе к красному.

медь в чистом виде

Первобытная тяга человека к меди основывалась на свойстве пластичности, позволяющей придавать этому металлу требуемую форму путем несложной обработки.

Медь легко поддается гравировке, нанесению резьбы, оставаясь при этом достаточно прочным. Современная ценность меди, как металла – высокие показатели проводимости: электрической и тепловой.

Подобная информация позволяет выделить основные направления поиска этого цветного металла в виде отходов и лома.

Удельный вес меди, составляющий округленно 8.9 г/см3, также полезен сборщику металлолома. Зная объем собранного лома, в частности проводов, жил, легко рассчитать его оценочный вес.

Сплавы меди

Помимо относительно чистой формы, характеризуемой ничтожным содержанием примесей, медь – составляющий элемент многих сплавов, среди которых наиболее известны:

Латунь — сплав меди

Бронза

Мельхиор — больше относится к серебру, нежели к меди

Отдельно стоит выделить медный сплав с никелем, именуемый мельхиор. Он известен широкой аудитории по разменным монетам советских времен, начиная с 10 копеек а также подарочные наборы столовых приборов, но существенно уступает первым двум в степени востребованности.

Наиболее перспективными для нужд человека остаются: латунь и бронза. Желтая медь, так иначе называют латунь, на бытовом уровне широко востребована в сантехнике. Те, кто сталкивался с подбором крана или смесителя, хорошо знают это. По химическому составу различают:

• двойные латуни – сплав меди с цинком;

• многокомпонентные, в которых Zn остается основным легирующим элементом.

Процентное содержание цинка, даже в двойной латуни, широко варьируется. Сплавы, где доля Zn составляет не более 20%, именуют томпаком.

Пули из томпака

Определить состав латуни можно исходя из маркировки: для двойных сплавов после буквы «Л» указывается процентное содержание меди, например Л60.

Маркировка многокомпонентных сплавов строится аналогично, только за «Л» следуют легирующие примеси с их концентрациями.

Таким образом, многокомпонентная латунь марки ЛМц58- 2, использования при изготовлении деталей машин, гаек, болтом, арматуры, подразумевает содержание меди – 58%, цинка – 40%, марганца – 2%.

Бронза – в стандартном понимании, представляет медный сплав с оловом, однако на практике также обладает весьма вариативным составом. Фактически под бронзой принято понимать любой медный сплав, где никель и цинк не являются основными легирующими элементами. Стоит отметить, что найти оловянную бронзу достаточно сложно. Большее распространение получили ее безоловянные сорта.

Медь и ее сплавы, как источник цветного вторичного металла

Взвешивая «чистый» металл и его сплавы на весах прибыльности при сдаче металлолома, можно сказать, что стоимость первого в полтора – два раза выше. Однако весовое содержание меди в металлических конструкциях часто уступает на выходе ее сплавам.

Так, медные сплавы можно обнаружить среди пришедших в негодность изделий сантехники: водопроводные краны, вентили, душевые шланги и трубки. Многие старые светильники, дверная фурнитура также изготовлены из медных сплавов, однако верх пьедестала, по весовому содержанию, занимают радиаторы отопления.

Непосредственно медь стоит искать среди бытовых приборов, желательно уже выработавших свой эксплуатационный ресурс:

• ламповый телевизор — 1,5 кг;

Ламповый телевизор с медью

• полупроводниковый ТВ приемник – 0,5 кг;

• компрессионный холодильник – около килограмма в двигателе, еще столько же могут содержать трубки радиатора;

• электродвигатели – в среднем килограмм на киловатт мощности;

Незаслуженно обходят вниманием магнитные пускатели, хотя оборудование помимо обмотки содержит медь в шинах. Небольшое содержание металла, менее килограмма принесут автомобильные стартеры и генераторы, дроссели люминесцентных ламп, трансформаторы, реле, компрессоры холодильников.

Смотрите статью — Где искать металлолом меди?