Медные сплавы их маркировка и применение

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».

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.

Учебные материалы

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/см 3 , температура плавления — 1083 0 С. 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 0 С и 326 0 С).

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 0 С и выше 700 0 С (в интервале от 300 0 С до 700 0 С — 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 %.

Читайте также  Развальцовка медных трубок своими руками

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. Содержание 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. Марки латуней: ЛА77-2, ЛАЖ60-1-1, ЛАН59-3-2 (в электрических машинах, в хим. машиностроении). 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.

Марганцевые латуни кроме хороших механических и технологических свойств (обрабатываются давлением в холодном и горячем состоянии) обладают высокой коррозионной стойкостью в морской воде, хлоридах и перегретом паре. Латуни ЛМц 58-2 и ЛМцА 57-3-1 применяются в основном для изготовления крепежных изделий арматуры.

Кремнистые латуни характеризуются высокой прочностью (sв до 640 МПа), пластичностью и вязкостью до минус 183 0 С. Латунь ЛК80-3 применяют для изготовления арматуры, деталей приборов в судо- и общем машиностроении.

Свинцовистые латуни отлично обрабатываются резанием и обладают высокими антифрикционными свойствами. Латуни ЛС60-1, ЛС59-1 применяют для изготовления крепежных деталей , зубчатых колес, втулок.

Никелевая латунь обладает повышенными механическими (sв до 785 МПа) и коррозионными свойствами, обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии. Латунь ЛН65-5 применяется для изготовления манометрических и конденсаторных трубок, различного вида проката.

Литейные латуни содержат те же элементы, что и латуни, обрабатываемые давлением; от последних литейные отличает, как правило, большее легирование цинком и другими металлами. Вследствие этого они обладают хорошими литейными характеристиками.

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. Содержание 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 0 С с с быстрым охлаждением. Остаточные напряжения снимаются отжигом при 550 0 С.

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 0 С, корпуса насосов, клапанные коробки и др.

Закалка проводится с температуры 950 0 С, после чего бронзы подвергают старению при 250…300 0 С 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 0 С, 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 0 С составляет 2,7 %, при 600 0 С — 1,5 %, а при 300 0 С всего 0,2 %. Закалка проводится при 760…800 0 С в воде и старение при 300 0 С 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 %.

Медь и сплавы на ее основе, маркировка, свойства и область применения

Медь – металл красно-розового цвета с температурой плавления 1083 о С; имеет плотность 8,94 г/см 3 ; очень хорошо проводит электрический ток и тепло, уступая только серебру. Медь легко деформируется и паяется; но плохо сваривается и обрабатывается резанием, дает большую усадку при литье.

Читайте также  Реагирует ли медь с водой

Промышленность выпускает медь в виде листов, фольги, труб, прутков и проволоки для электротехнической, радиоэлектронной и др. отраслей промышленности. В зависимости от химического состава установлены следующие марки меди: М00, М0, М1, М2, М3, М4 с содержанием Cu от 99,99 до 99,0 %, соответственно.

Для повышения эксплуатационных свойств медь легируют различными элементами, для обозначения которых применяют следующие буквы: А – алюминий, Б – бериллий, Ж – железо, К – кремний, Мц – марганец, Н – никель, О – олово, С – свинец, Ф – фосфор, Х – хром, Ц – цинк и т.д.

По технологии получения заготовок медные сплавы традиционно делят на деформируемые и литейные, а по химическому составу – на латуни и бронзы:

Латунь – сплав на основе меди и цинка, но в нее могут входить и другие элементы;

Бронза – сплав меди с другими элементами, в числе которых, но наряду с другими, может быть и цинк.

Обозначение латуней начинается с буквы Л, а бронз – с букв Бр; далее следует сочетание букв и цифр; цифры, следующие за буквами, указывают содержание легирующих элементов в %. При этом в деформируемых латунях и бронзах сначала перечисляют все буквы, а затем следуют цифры через черточку, например, латунь ЛАЖ60-1-1 содержит 60 % Cu, 1 % Al, 1 % Fe, остальное Zn, а бронза БрОЦ4-3 – 4 % Sn, 3 % Zn, остальное Cu; в литейных сплавах цифры следуют непосредственно после букв, например, латунь ЛЦ30А3 содержит 30 % Zn, 3 % Al, остальное Cu, а бронза БрО3Ц12С5 – 3 % Sn, 12 % Zn, 5 % Pb, остальное Cu.

Латуни и бронзы за счет повышенного содержания отдельных элементов приобретают специфические технологические и эксплуатационные свойства:

— латуни с высоким содержанием меди (Л96 – томпак, Л85 – полутомпак) обладают высокой пластичностью и теплопроводностью, а также пониженной склонностью к коррозионному растрескиванию; легко обрабатываются давлением в холодном и горячем состоянии; используются для штамповки деталей сложной формы;

— латуни с высоким содержанием цинка (Л59, ЛС59-1 – автоматная латунь, Л60, Л62) обладают более высокой прочностью и очень хорошо обрабатываются резанием; применяются для изготовления мелких сложных деталей на станках-автоматах;

— оловянные латуни (ЛО62-1, ЛО70-1 – морские латуни) устойчивы против коррозии в морской воде;

— оловянные бронзы (БрОЦ4-3, БрО4Ц4С17 и др.) обладают высокими упругими и антифрикционными свойствами; используются для изготовления пружин, мембран, втулок, вкладышей подшипников, червячных пар и т.п.;

— алюминиевые бронзы (БрАЖ9-4, БрА10Ж3Мц2 и др.) хорошо сопротивляются коррозии в морской воде и тропическом климате, имеют высокие механические и технологические свойства; используются для изготовления арматуры и антифрикционных деталей

— кремнистые бронзы (типа БрКМц3-1) обладают высокими упругими и технологическими свойствами; применяются при изготовлении приборных пружин, работающих в морской воде и др. агрессивных средах;

— бериллиевые бронзы (БрБ2, БрБНТ1,7 и др.) обладают уникальными упругими и антифрикционными свойствами; используются для изготовления ответственных пружин, мембран и др. упругих элементов в точных приборах.

Механические свойства некоторых медных сплавов, например, алюминиевой латуни и бериллиевой бронзы могут быть существенно улучшены путем термической обработки, состоящей из закалки и искусственного старения.

Легирование меди никелем значительно повышает ее механические свойства, коррозионную стойкость, электросопротивление и термоэлектрические характеристики. Применяющиеся в промышленности медно-никелевые сплавы можно условно разделить на две основные группы: коррозионностойкие и электротехнические:

— в первую группу входят сплавы под названием мельхиор (МН19, МНЖМц30-1-1), нейзильбер (МНЦ15-20, МНЦС16-29-1,8) и куниаль (МНА13-3, МНА6-1,5), обладающие повышенной прочностью, хорошей обрабатываемостью давлением, высокой коррозионной стойкостью в пресной и морской воде, органических кислотах и др. агрессивных средах;

— во вторую группу входят термоэлектродные сплавы для термопар – константан (МНМц40-1,5) и изготовления компенсационных проводов к термопарам (МН0,6; МН16), а также манганин (МНМц3-12), используемый для создания прецизионных катушек электросопротивления, т. к. он обладает малым температурным коэффициентом сопротивления.

Стоимость меди и сплавов на ее основе в зависимости от чистоты и содержания легирующих элементов в большинстве случаев в 8–35 раз превышает стоимость рядовой стали.

Марки меди – характеристики, маркировка и ее расшифровка

Марки меди широко представлены в различных отраслях промышленности: этот цветной металл благодаря своим уникальным характеристикам является одним из наиболее распространенных. Все марки этого металла отличают высокая пластичность и коррозионная устойчивость при эксплуатации в различных средах, за исключением аммиака и сернистых газов.

Круг медный Ø 30

Современная промышленность выпускает медные заготовки в виде листового материала, труб, проволоки, прутков и шин. Различают бескислородную (М0) и раскисленную (М1) медь, изделия из которых нашли широкое применение в электротехнической, электронной и электровакуумной промышленности. В бескислородных марках О2 содержится в пределах 0,001%, в раскисленных — 0,01%.

Марок, которые классифицируются по чистоте содержания основного металла, сегодня достаточно много: М00, М0, М1, М2 и М3. Распространены также марки М1р, М2р и М3р, которые характеризуются содержанием кислорода в пределах 0,01% и фосфора 0,04%. Для примера, в марках М1, М2 и М3 кислород содержится в пределах 0,05–0,08%.

Примеси в медных сплавах

Примеси, содержащиеся в меди (и, естественно, взаимодействующие с ней), подразделяют на три группы.

Образующие с медью твердые растворы

К таким примесям относятся алюминий, сурьма, никель, железо, олово, цинк и др. Данные добавки существенно снижают электро- и теплопроводность. К маркам, которые преимущественно используются для производства токопроводящих элементов, относятся М0 и М1. Если в составе медного сплава содержится сурьма, то значительно затрудняется его горячая обработка давлением.

Не растворяющиеся в меди примеси

Сюда относятся свинец, висмут и др. Не влияющие на электропроводность основного металла, такие примеси затрудняют возможность его обработки давлением.

Примеси, образующие с медью хрупкие химические соединения

К этой группе относятся сера и кислород, который снижает электропроводность и прочность основного металла. Содержание серы в медном сплаве значительно облегчает его обрабатываемость при помощи резания.

Марки меди и их применение

Стандарты для медных сплавов

Государственными стандартами оговариваются правила маркировки меди и ее сплавов, обозначение которых соответствует определенной структуре.

О том, что перед нами одна из марок меди, свидетельствует буква «М» в ее обозначении. После начальной буквы в маркировке меди и ее сплавов следуют цифры (от 0 до 3), условно обозначающие массовую долю основного металла в их составе (например, медь М3). После цифр следуют прописные буквы, по которым можно определить, каким способом получили данную марку меди. Из технологических способов получения меди различают следующие:

  • катодные (к);
  • метод раскисления, предполагающий невысокое содержание остаточного фосфора (р);
  • метод раскисления, предполагающий высокое содержание остаточного фосфора (ф);
  • без использования раскислителей – бескислородные (б).

Примеры маркировок таких марок и сплавов меди могут выглядеть следующим образом: М2р, М1б.

Химический состав меди ГОСТ 859-2014

Целый ряд марок меди, отличающихся уникальными характеристиками, активно используют в различных отраслях промышленности.

  • М0 – эта марка применяется для производства токопроводящих элементов и для добавления в сплавы, отличающиеся высокой чистотой.
  • М1 — из этой марки также производят токопроводящие элементы, прокат различного профиля, бронзы, детали для криогенной техники, электроды для сварки меди и чугуна, проволоку и прутки (применяемые для выполнения сварочных работ под слоем флюса и в среде инертных газов), расходные материалы для выполнения газовой сварки деталей из меди, не испытывающих значительных нагрузок при эксплуатации.
  • М2 – данная марка позволяет получать изделия, хорошо обрабатываемые давлением. Медь М2 также используют для деталей криогенной техники.
  • МЗ — детали из данной марки металла производят прокатным методом.

Пространственное распределение запасов меди в России

ГОСТ 859-2001, в котором оговаривались требования и характеристики медных сплавов, в 2014 году был заменен новым государственным стандартом (859-2014), что зафиксировано соответствующим Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии. Новый стандарт по основным своим пунктам практически идентичен ГОСТу 859-2001.

ГОСТ 859-2001 о марках меди

Данный документ государственного стандарта относится к литым и деформированным полуфабрикатам из меди, а также к меди, изготовленной в виде катодов.

БРОНЗА

Бронзой называется сплав меди с алюминием, кремнием, оловом, бериллием и другими элементами, кроме цинка. Бронзы бывают алюминиевыми, кремниевыми, оловянными, бериллиевыми и т.д. – в зависимости от легирующего элемента.

Маркировка бронзы представляет собой определенную последовательность, начинающуюся с буквосочетания «Бр», после которого указываются легирующие элементы. Легирующие элементы перечисляются, начиная с элемента, который находится в максимальном процентном содержании относительно остальных.

Все бронзы подразделяются на оловянные и безоловянные

Оловянные бронзы

Оловянные бронзы применяются в химической промышленности и в качестве антифрикционных материалов благодаря высоким антикоррозийным и антифрикционным свойствам.

Легирующие элементы оловянных бронз – фосфор, цинк, никель. Цинк, входящий в состав оловянных бронз в количестве до 10%, служит для того, чтобы стоимость бронз стала меньше. Фосфор и свинец способствуют повышению антифрикционных свойств бронзы и улучшают их обрабатываемость резанием.

Литейные оловянные бронзы применяются:

· Деформированные бронзы — БрОФ6,5-0,4; БрОЦ4-3; БрОЦС4-4-2,5 – используются в качестве пружин, антифрикционных деталей, мембран

Читайте также  Как соединить медный и алюминиевый кабель

· Литейные бронзы — БрО3Ц12С5, БрО3Ц12С5, БрО4Ц4С17 – используются в антифрикционных деталях, арматуре общего назначения

Безоловянные бронзы – это двойные или многокомпонентные бронзы без олова, в состав которых входя такие элементы как марганец, алюминий, свинец, железо, никель, кремний, бериллий.

Алюминиевые бронзы обладают высокими технологическими и механическими свойствами, коррозийной стойкостью в условиях тропического климата и в морской воде. Для глубокой штамповки на практике используют однофазные бронзы, двухфазные бронзы применяются в виде фасонного литья и подвергают горячей деформации.

Алюминиевые бронзы, обладая более низкими литейными свойствами в сравнении с оловянными бронзами, способствуют более высокой плотности отливок.

Кремнистые бронзы. Кремний, входящий в состав бронзы (до 3,5%), повышает её пластичность и прочность. В сочетании с марганцем и никелем коррозийные и механические свойства кремнистых бронз повышаются. Они широко применяются при работе в агрессивной среде, для изготовления пружинящих деталей, которые должны работать при температуре до 2500°C.

Бериллиевыне бронзы обладают высокой прочностью благодаря термической обработке. Для них характерны высокие характеристики упругости, предела текучести и временного сопротивления, устойчивы к коррозии. Применяются в электронной технике, для пружинящих контактов, мембран, деталей, которые работают на износ.

Свинцовые бронзы представляют собой сплавы, состоящие из включения свинца, который практически не растворяется в меди, и кристаллов меди. Высокие антифрикционные свойства свинцовых бронз позволяют применять их для изготовления деталей, которые работают в условиях больших скоростей и повышенного давления (вкладыши подшипников скольжения). За счёт высокой теплопроводности, свинцовые бронзы БрС30 способствуют отведению теплоты, возникающей при трении.

Бронзы, легированные оловом и никелем, отличаются повышенными коррозийными и механическими свойствами.

Безоловянные бронзы применяются:

· Алюминиевые бронзы — БрАЖ9-4, БрАЖН10-4-4, БрА9Ж3Л, БрА10Ж3Мц2 – применяются для обработки давлением, в качестве деталей химической аппаратуры, арматуры и антифрикционных деталей

· Кремниевые бронзы — БрКМц3-1- применяются в качестве проволоки для пружин, лент, арматуры

· Бериллиевая бронза — БрБ2 – используется как прутки, проволоки для пружин, ленты, полосы

· Свинцовая бронза- БрС30- применяется в антифрикционных деталях

ЛАТУНЬ

Сплав меди с цинком, процентное содержание цинка в котором составляет от 5 до 45%, называется латунью. Латунь, в состав которой входит 2-20% цинка, называется томпак или красная латунь. Если содержание цинка равно 20-36%, то такая латунь называется жёлтой. Латуни, с более чем 45% цинка в своём составе, применяются крайне редко.

· Простые (двухкомпонентные) – сплавы которые состоят из цинка и меди с незначительными примесями других элементов;

· Специальные (многокомпонентные) латуни в своём составе помимо меди и цинка включают ряд других легирующих элементов.

Двухкомпонентные латуни обозначаются заглавной буквой «Л», за которой следует двузначная цифра, определяющая среднее значение процентного содержания меди в сплаве (Л80-латунь, в состав которой входит 80% меди и 20% цинка).

Классификация простых латуней приведена в таблице:

Сплав

Марка

Состав сплава, %

Примеси, не более

Сплавы меди

Медь относят к цветным металлам. Он обладает высокими показателями тепло- и электропроводимости. Она подлежит обработке всеми традиционными технологиями – литье, давление, точение и пр.

Производители выпускают 11 марок чистого металла. Для ее получения используют медный колчедан и некоторые другие руды. На основании этого цветного металла разработано и производится большое количество соединений.

Физико-химические свойства меди

В естественной среде (на воздухе) у меди яркий желто-красный оттенок. Этот цвет придает металлу оксидная пленка, образующаяся на его поверхности. Чистый металл – это довольно мягкий материал, он легко подвергается прокату и вытяжке. Но использование при его получении определенных примесей позволяет увеличить ее твердость и изменить другие параметры.

Плотность этого материала равна 8890 кг/ м 3 , температура плавления лежит в пределах 1100 °C.

Ключевым свойством, которое определило применяемость в быту и производстве. Кроме высокой электропроводимости меди свойственна высокая теплопроводности. Использование таких примесей, как железо, олово и некоторые другие оказывают существенное влияние на ее свойства.

Кроме названных параметров, у меди высокая температура плавления и кипения. Медь обладает высокой стойкостью к воздействию коррозии.

Физические параметры меди позволяют получать из нее различную продукцию, например, проволоку толщиной в несколько микрон.

Медь и ее соединения нашли свое применение, в первую очередь, в электротехнической промышленности, впрочем без нее вряд ли обойдется любая другая область промышленности.

Особенности оксида меди

Соединение кислорода и меди называют оксидом. В природе он существует как кристаллы красно-коричневого цвета. Это соединение применяют для окрашивания изделий из стекла, керамики и пр. Его вводят в состав красок применяемых для окрашивания днищ морских и речных судов.

Это вещество обладает небольшой токсичностью, но в целом представляет опасность только для мелких грызунов.

Медь и ее сплавы как источник цветного вторичного металла

На практике существует два типа сплавов – латунь и бронза. Между тем их можно разделить еще на несколько групп.

Бронза с большим содержанием алюминия. Ее применяют для изготовления деталей, которые работают под воздействием высоких температур и в агрессивных средах, например, морской воде.

Бронза со свинцом – это материал, обладающий высокими антифрикционными свойствами, и это широко применяется в промышленности.

Добыча цветных металов – это дорогостоящее предприятие и поэтому, многие детали и узлы производят из вторичного металла.

То есть существует множество пунктов приема вторичного сырья. Они специализируются на утилизации лома медного сплава и передаче его на заводы по производству цветного металла. Такой подход в итоге позволяет замещать множество изделий, для изготовления которых идет добытая медь и соединения полученные из нее.

Латунь

При введении в расплав меди цинка, получают сплав под названием латунь. Существует двухкомпонентная латунь, в нем содержаться только медь и цинк. Кроме нее промышленность выпускает специальные сплавы, в состав которых входят многочисленные легирующие элементы.

Применение цинка, как компонента сплава существенно повышает прочностные параметры меди. Максимальной пластичности достигает латунь, в состав которой входит порядка 40% цинка.

Большая часть произведенной латуни, используют для производства катаных изделий – труб, листа, проволоки и многих других.

При маркировке латуни используют набор букв и цифр. Буква Л, говорит о том, что это латунь. Затем следует набор символов, показывающий какие материалы, входят в состав этого сплава. Надо отметить, то, что содержание цинка не показывается. Для того, что бы его узнать, надо из 100% отнять, входящее в медный сплав количество основного материала и других элементов. Например, латунь Л90, содержит в себе 90% меди, а остальное составляет цинк.

Если сравнивать характеристики латуни и меди, то надо отметить, что у латуни более высокие прочностные параметры, она отличается стойкостью к воздействию коррозии.

По технологическому предназначению из разделяют на литейные и те, которые обрабатывают под давлением. Последние называют деформируемыми.

Бронза

Так называют сплав меди и олова. Кроме последнего в бронзу могут входить алюминий, кремний, свинец и многие другие вещества. Сплавы этого типа можно разделить на те, которые обрабатывают под давлением и литьем.

Маркировка этого медного сплава выполняется следующим образом – Бр, обозначает бронзу, затем идут буквенно-цифровые обозначения, показывающие содержание других элементов смеси.

Производители выпускают оловянистые бронзы, то есть выполненные с большим содержанием олова. И те, которые получены без его участи. Сплав меди с оловом может использоваться при производстве вкладышей для подшипников скольжения.

Маркировка по ГОСТ

Медные сплавы подразделяют в соответствии со своими техническими характеристиками:

  • литейные;
  • деформируемые;
  • термически упрочняемые;
  • термически неупрочняемые.

Латунь обозначают буквой Л, бронзы – Бр. Затем следуют буквы, которые показывают наличие других химических веществ. Например, Мц – обозначает наличие марганца, С – свинец и пр. Цифры, которые идут далее сообщают о процентном содержании примесей в сплаве.

Применение сплавов

Бронзы и латунь применяют во всех отраслях промышленности, в первую очередь в электротехнической промышленности.

При производстве трубопроводной арматуры, например, при производстве клапанов, вентилей и пр. Кроме этого, медные сплавы применяют при создании систем отопления, вентиляции и кондиционирования.

Бронзы используют при производстве антифрикционных изделий, например, устанавливаемых в подшипники скольжения.

Медные сплавы могут работать в агрессивных средах, например, в морской воде, жидком топливе и пр.

Не последнюю роль бронза играет и в украшении интерьеров зданий и сооружений. В частности, оловянистые бронзы использовали еще в древнем мире для создания предметов искусства и роскоши.Производители выпускают на рынок широкий ассортимент продукции, выпускаемой из латуни и бронзы.

Фигурки из бронзы и латуни

Так, на рынке можно приобрести трубы, которые получены методом холодной деформации. Они поставляются в трех состояниях – мягком, полутвердом, твердом.
Листы и полосы получают с применением холодного проката. При этом листы обладают следующими габаритами 600-3000Х1000-6000 мм. По состоянию материала холоднокатаные листы и полосы изготовляют мягкими, полутвердыми и твердыми.

Для производства проволоки используют латунь марок Л63 или Л68. Они поставляются или в виде прутков длиной до 6 м, либо свернутыми в бухты, длиной в 10 м.

Из бронзового сплава БрАЖМц производят прутки разного диаметра и длиной до 6 метров.