Глава 25

МЕДЬ И ЕЕ СПЛАВЫ

1. Основные свойства меди

Медь - металл розовато-красного цвета, плотность мед^ 8,95 г/см³, температура плавления 1083 “С. Медь криста.; - лизуется в гранецентрированной решетке и не имеет полиморф­ных превращений. На воздухе при наличии влаги и углекислого газа медь медленно окисляется, покрываясь пленкой так назы­ваемой патины зеленого цвета, которая является щелочным кар­бонатом меди (Си0Н)₂С0₃. Эта пленка в определенной мере защи­щает медь от дальнейшей коррозии.

Чистая медь обладает высокой электрической проводимостью (на втором месте после серебра), пластичностью, коррозионной стойкостью в пресной и морской воде, а также в ряде химических сред. Медь принято считать эталоном электрической проводимо­сти и теплопроводности по сравнению с другими металлами. Ха­рактеристики этих свойств меди принимаются за 100 %, в то время как у алюминия, магния и железа они составляют соответственнс 60, 40 и 17 % от соответствующих свойств меди. Механические свойства меди в литом состоянии: ст_в = 160 МПа, ст₀,₂ =■ 35 МПа, 5 -= = 25 %; в горячедеформированном: ст_в = 250 МПа, а_{0 2} = 95 МПа, 5 = 50 %. Из-за низких значений предела текучести и высокой стоимости чистая медь как конструкционный материал не приме­няется. Около половины производимой меди используется в элек- тро- и радиотехнике.

Электрическая проводимость меди зависит от содержания примесей. При наличии даже небольшого количества примесей электрическая проводимость резко падает. Для проводов приме­няют электролитическую медь марок М3, содержащую 99,5 % Си, М2 - 99,7 %, Ml - 99,9 % Си, МО - 99,95 %, М00 - 99,99 % Си (ГОСТ 859-2001).

Для повышения прочности проводов, например трамвайных и троллейбусных, их дополнительно наклепывают или легируют кад­мием в количестве около 1 %. При этом электрическая проводимость уменьшается на 10 %, но прочность увеличивается почти в 2 раза.

Медь и ее сплавы являются традиционными материалами, ис­пользуемыми в технике низких температур. Применение меди и ее сплавов обусловлено их высокими характеристиками механи­ческих свойств при низких температурах, хорошей коррозионной стойкостью и высокой теплопроводностью.

Вредными примесями, снижающими механические и техно­логические свойства меди и ее сплавов, являются висмут и сви­нец, сера и кислород. Висмут и свинец почти не растворимы в ме­ди и образуют легкоплавкие эвтектики по границам зерен, что способствует красноломкости и ухудшает способность к горячей деформации. Из-за отрицательного влияния на пластичность ме­ди содержание висмута не должно превышать 0,002 %. Сера с ме­дью образует эвтектику Cu-Cu₂S, обладающую повышенной хруп­костью. Особо вредной примесью является кислород, образующий даже в небольших количествах хрупкую эвтектику Cu-Cu₂0 по границам зерен. При нагреве металла с включениями эвтектики в атмосфере, содержащей водород, диффундирующий в глубь меди, проявляется ее так называемая водородная болезнь: Си₂0 + Н₂ = = 2Си + Н₂0, в результате чего пары воды создают высокое давле­ние и возможно образование трещин.

Медь и ее сплавы имеют удовлетворительную технологич­ность. Медь хорошо деформируется, хорошо сваривается и паяет­ся. Ее недостатком является сравнительно плохая обрабатывае­мость резанием.

Соединение деталей из меди и ее сплавов часто выполняют по­средством твердой и мягкой пайки. Твердые припои изготавлива­ют на основе меди и цинка с добавкой серебра; их температура плавления составляет 600-1000 °С. Мягкие припои изготавлива­ют из сплавов олова со свинцом; их температура плавления 200- 300 °С. Паяные медные соединения обычно применяют в криоста­тах исследовательских установок.

Сплавы меди устойчивы против коррозии, обладают хороши­ми антифрикционными, технологическими и механическими свойствами и широко используются в качестве конструкционных материалов. По технологическим характеристикам различают де­формируемые и литейные медные сплавы, по химическому составу их делят на латуни и бронзы. Латуни представляют собой сплавы меди с цинком, а бронзы - сплавы меди с другими элементами.

Медные сплавы обозначают начальной буквой сплава Л - ла­тунь или Бр - бронза, после чего следуют первые буквы основных элементов, образующих сплав: О - олово, Ц - цинк, Мц - марга­нец, А - алюминий, Ж - железо, Ф - фосфор, Б - бериллий, X — хром, Н - никель и т. д., а после них цифры, указывающие со­держание легирующих элементов в процентах. В деформируемых латунях не указывается содержание цинка, а в деформируемых бронзах - содержание меди, их концентрации определяются по разности. Например, ЛЖМц-59-1-1 - латунь, содержащая, %: 59 Си, 1 Fe, 1 Мп и остальное - цинк, или БрОФ6,5-ОД5 - бронза:

5. Sn, 0,15 Р, остальное - медь.

Порядок цифр в обозначениях марок деформируемых и ли­тейных сплавов различен. В марках деформируемых латуней и бронз цифры, отделенные друг от друга дефисом, ставятся в конце обозначения и расположены в той же последовательности, что и буквы, например ЛА60-1-1 или БрОЦ4-3.

В литейных латунях и бронзах содержание всех компонентов сплавов в процентах, в том числе содержание цинка, приведены сразу же после обозначающих их букв. Содержание меди в литей­ных сплавах определяется по разности от 100 %. Например, ЛЦ16К4 - литейная латунь, содержащая 16 % Zn, 4 % Si, ос­тальное медь; Бр05Ц5С5 - литейная бронза, содержащая 5 % Sn, 5 % Zn, 5 % Pb, остальное - медь.