Вопрос 2. Область применения и особенности медных сплавов.

Медь — металл, имеющий температуру плавления 1 083 °С, плотность 8,94 г/см³, кристаллическую ГЦК решётку. Медь имеет высокую пластичность, высокие электро- и теплопроводность, малую окисляемость. В зависимости от химического состава установлены следующие марки меди: М00 (99,99% Сu), М0 (99,95% Сu), M1 (99,90% Сu), М2 (99,70% Сu), М3 (99,50% Сu), М4 (99,0% Сu), остальное — примеси (Bi, Pb и др.).

Важнейшими медными сплавами являются латуни — сплавы меди с цинком и бронзы. Для повышения механических и технологических характеристик и придания медным сплавам специальных свойств их легируют. Обозначения: Л — латунь, Бр — бронзы. Легирующие элементы обозначают буквами: А — А1, Б — Be, Ж — Fe, К — Si, Мг — Mg, Мц — Мn, Мш — As, Н — Ni, О — Sn, С — Pb, Ср — Ag, Су — Sb, Т — Ti, Ф — Р, Ц — Zn, Цр — Zr, Х — Cr и т.д.

Латуни. Цинка в латунях содержится до 45%. Различают двойные и многокомпонентные (специальные) латуни, содержащие дополнительные (легирующие) элементы. Двойные латуни маркируют буквой Л, следующее за ней число обозначает содержание меди. Например, Л96 (Л — латунь, 96% Сu, остальное — Zn).

Структура латуней состоит из - или +'-фаз, где -фаза — твёрдый раствор замещения цинка в меди, имеющий решётку ГЦК, высокую пластичность, низкие значения прочности и твёрдости; '-фаза — упорядоченный твёрдый раствор на базе химического соединения CuZn с кристаллической решёткой ОЦК. Эта фаза характеризуется более высокой твердостью, чем -фаза, и хрупкостью. Однофазные -латуни (до 39% Zn) хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состояниях. Двухфазные (+')-латуни (39–45% Zn) имеют более высокую прочность и износостойкость, чем однофазные. Присутствие в двухфазных латунях хрупкой '-фазы затрудняет их деформацию в холодном состоянии. Поэтому их подвергают горячей пластической деформации.

В деформируемых латунях, легированных только Zn число после буквы оказывает среднее процентное содержание Cu. В марке многокомпонентной деформируемой латуни после букв следуют числа через дефис. Первое число указывает среднее содержание меди, остальные — содержания соответствующих легирующих элементов. Содержание цинка определяется по разности до 100%. Например, латунь ЛМцЖ55-3-1 содержит (в среднем): 55% — Сr, 3% — Мn, 1% — Fe, остальное — Zn. В обозначении литейных латуней на первой позиции указывается обозначение и процентное содержание Zn, далее — обозначение и процентное содержание легирующих элементов (ЛЦ40Мц3А — латунь литейная, 40% — Zn, 3% — Мn, 1% — Al)

Практическое применение находят латуни с содержанием Zn не более 45%.

Двойные латуни применяют чаще как деформируемые (а не литейные) сплавы для изготовления труб, фольги, листов, лент и изделий из них.

Специальные латуни используют как деформируемые и литейные сплавы в машиностроении (гайки нажимных винтов, подшипники, антифрикционные детали, арматура) и других отраслях промышленности.

Бронзы — сплавы меди с оловом, свинцом, алюминием, никелем, фосфором, марганцем, железом, бериллием и другими элементами, вместе с которыми может присутствовать и цинк. По основному легирующему элементу их подразделяют на оловянные, алюминиевые, бериллиевые и т.д.

Оловянистые бронзы (Бр010, БрОЦС3-11-5, БрОФ10-1 и др.) применяются преимущественно в литом виде. По структуре различаются однофазные и двухфазные оловянистые бронзы. Однофазные являются деформируемыми (БрОФ6,5-0,5; БрОЦС4-4-2,5), а двухфазные (БрОЦС5-5-5; БрОЦС4-4-17) — литейными. В оловянистые бронзы добавляется до 5% Pb (повышает обрабатываемость резанием и антифрикционные свойства), до 1% Р (повышает антифрикционные свойства, износостойкость и жидкотекучесть) и до 11% Zn, который позволяет уменьшить содержание дефицитного Sn. Оловянистые бронзы делятся на деформируемые и литейные. Деформируемые оловянистые бронзы поставляются в виде прутков, труб, лент в наклёпанном или отожжённом состояниях и используются для изготовления пружин, мембран, антифрикционных деталей. Литейные оловянистые бронзы обладают более высокими антифрикционными свойствами и стойкостью против коррозии.

Безоловяные бронзы — сплавы меди со свинцом, алюминием, бериллием, железом, кремнием, хромом и другими элементами.

Алюминиевые бронзы отличаются высокими механическими, антикоррозионными и антифрикционными свойствами и меньшей, по сравнению с оловянистыми, стоимостью. Однофазные алюминиевые бронзы (БрА5, БрА7) обладают наилучшим сочетанием прочности и пластичности. Для улучшения свойств они легируются Fe, Ni и Mn. Из легированных алюминиевых бронз (БрАЖ9-4, БрАЖН10-4-4) изготавливаются детали, работающие в тяжёлых условиях износа при повышенных температурах (сёдла клапанов, направляющие втулки выпускных клапанов, части насосов и турбин, шестерни).

Свинцовистые бронзы (БрС30) обладают высокими антифрикционными свойствами и используются для изготовления вкладышей подшипников.

Бериллиевые бронзы (БрБ2) имеют высокие прочность и упругость, коррозионную стойкость и могут устойчиво работать при температурах 310–340%. Они применяются для изготовления пружин и мембран, из бериллиевых бронз изготавливается инструмент для взрывоопасных работ, поскольку при ударах о другой металл он не образует искр.

Кремнистые бронзы обладают хорошими механическими, упругими и антифрикционными свойствами, но обладают худшими, по сравнению с латунями, оловянистыми и алюминиевыми бронзами, литейными свойствами. Улучшаются литейные свойства дополнительным легированием Zn, легирование Mn и Ni повышает прочность и твёрдость. Кремнистые бронзы применяются для изготовления антифрикционных деталей (БрКН1-3, БрКМц3-1) и для замены бериллиевых бронз в пружинах и мембранах.