5.3 Сплави на мідній основі

Мідь володіє високою електро- і теплопровідністю (вищі ці характеристики тільки у срібла), корозійностійка в багатьох середовищах (спиртах, органічних кислотах та ін.), але погано чинить опір впливу аміаку й лужних розчинів, а також хлоридів. Мідь є основою найважливіших конструкційних матеріалів – латуней і бронз.

5.3.1 Латуні

Латунями називають сплави міді, головним легуючим елементом у яких є цинк. У бінарних латунях вміст цинку змінюються від 4-х до 45 %. При вмісті ≤ 39 % цинку латуні – однофазні, при більших – двофазні (відповідно менш пластичні). При збільшенні вмісту Zn в однофазних латунях міцність росте (σ_в від 200 до 400 МПа). При цьому, зі збільшенням концентрації Zn до 30 %, пластичність δ не тільки не падає, а навпаки, – росте (δ збільшується від 30 до 60 %). При ще більших концентраціях цинку, δ починає знижуватися. Тепло- і електропровідність латуней знижується з ростом концентрації в них цинку (при 39 % Zn ці характеристики становлять тільки 20 % від їх значень у чистій міді).

Крім бінарних латуней випускаються промисловістю й леговані латуні. Легуючими елементами є Al, Si, Sn, Ni та ін. Усі ці елементи підвищують стійкість латуней. Легування алюмінієм, крім того, підвищує міцність латуней (σ_в до 700 МПа). Легування латуней нікелем поліпшує їх здатність до штампування, легування кремнієм підвищує пластичність не тільки при кімнатній температурі, але й при низьких до –183 ºС. Усі латуні діляться на деформовані й ливарні.

Існує спеціальна система маркування латуней. У бінарних деформованих латуней маркування починається з літери – Л (латунь), і потім іде двозначна цифра, що вказує зміст міді у %. У легованих деформованих латунях після цифри, що вказує вміст міді, ідуть літери, які вказують назву легуючого елемента, і далі цифри (через риску), що розкривають концентрацію кожного з легуючих елементів. Al позначають літерою A, Ni – H, Sn – O, Pb – C, Si – K, Mn – Мц, Be – Б. Напр., Л63 означає бінарну латунь із 63 % міді (цинк визначається за різницею від 100 %). Л70 – 1 – морська латунь, вміст 70 % Cu, 1 % Sn, а ЛАЖМц 66–3–2–1 – латунь, що містить 66 % Cu, 3 % Al, 2 % Fe, 1 % Mn.

При маркуванні ливарних латуней двозначною цифрою вказують не вміст міді, а вміст цинку. Вміст легуючих елементів вказується літерами, за якими відразу йде цифра, що вказує на їхню кількість. Напр., ЛЦ40Мц3А2 означає, що це ливарна латунь, яка має 40 % Zn, 3 % Mn, 2 % Al.

Найбільш широко в промисловості використовують алюмінієві латуні (для різних валів, зубчастих коліс, втулок, мішалок) та ін. виробів, безпосередньо контактуючих з агресивними продуктами, а також кремнієві латуні, для виготовлення різних пружин.

5.3.2 Бронзи

Бронзами називають сплави міді з усіма елементами, крім цинку, хоча в легованих бронзах цинк може використовуватися як легуючий елемент. Називаються бронзи за основним легуючим елементом (алюмінієві, кремнієві, олов'янисті, фосфористі й ін.). Бронзи, як і латуні, діляться на деформовані й ливарні.

Для кожної з цих груп існує своя система маркування. В деформованих бронзах після літер Бр (бронза) йдуть усі літери, які вказують на назву легуючих елементів, а потім через риски цифри, що вказують на концентрацію, цих елементів. Напр., БрОФ – 4–0,25 означає, що це – деформована бронза, зі вмістом 4 % Sn і 0,25 % P. При маркуванні ливарних бронз, зміст кожного легуючого елемента ставиться безпосередньо після літери, яка вказує його назву. Наприклад, БрА10Ж4Н4 означає, що це ливарна бронза, яка містить 10 % Al, 4 % Fe, 4% Ni.

Найбільш широко в промисловості використовуються олов'янисті й алюмінієві бронзи. Вміст легуючих елементів у них не перевищує 10 – 12 %, тому що при більш високих концентраціях бронзи стають крихкими. Міцність бронз, які деформуються, (σ_в) залежно від їхнього складу може змінюватися від 340 до 400 МПа, при δ = 40 – 65 %. Для ливарних бронз σ_в змінюється від 150 до 250 МПа, а δ від 10 до 3 %. Олов'янисті бронзи досить дорогі й для здешевлення їх легують Zn, Ni, P, Pb. Кремнієві бронзи з 3 % Si мають високі пружні властивості й досить великий опір втомному руйнуванню. Алюмінієві бронзи поєднують високі механічні властивості з гарною корозійною стійкістю й антифрикційними характеристиками.

Для деталей теплообмінних апаратів, які працюють під тиском при температурах до 500 ºС, у відповідальних вузлах застосовуються ливарні бронзи Бра10Ж4Н4 (втулки, клапани й ін.). Як замінники олов'янистих бронз при виготовленні паропровідної апаратури, для різних валів, зубчастих коліс, мішалок, використовують деформовану бронзу БрАЖС– 10–3–15. Бронзи використовуються і як антифрикційні матеріали для виготовлення деталей тертя.

Література: 2, 3.