Медь и сплавы на ее основе: латуни, бронзы. Их свойства, применение, классификация

Медь и сплавы на ее основе: латуни, бронзы. Их свойства, применение, классификация.

Медь — это тяжелый розово-красный металл, мягкий и ковкий, плавится при температуре 1084,5°С, очень хорошо проводит электрический ток и теплоту: электрическая проводимость меди в 1,7 раза выше, чем алюминия, в 6 раз выше, чем железа, и лишь немного уступает электрической проводимости серебра. Получают ее из медных руд, таких как халькоперит (медный колчедан), борнит, халькозин (медный блеск), ковеллин, малахит и азурит. Дальнейшей электролитической обработкой черной меди получают чистую медь. Цвет меди — красноватый. Плотность — 8,9 г/см3, температура плавления — 1083°C.

Медь и сплавы на ее основе: латуни, бронзы.

К цветным металлам, наиболее широко применяемым в промышленности, относятся медь, алюминий, хром, олово, цинк, магний, вольфрам, молибден, никель, свинец, титан, серебро, золото, платина и др.

К сплавам цветных металлов относятся: медные сплавы (латунь, бронза и др.); алюминиевые сплавы (дюралюминий, силумин и др.); магниевые сплавы; титановые сплавы; свинцово-оловянистые сплавы и др.

Латунь — это сплав меди (45 — 80%) с цинком (от 3 до 50%), а также с другими элементами: алюминием, оловом, свинцом, железом, никелем и др. Плотность латуни 8,3 — 8,5 г/см3, температура плавления 890–1000°C.

В зависимости от технологических свойств латуни подразделяются на литейные и обрабатываемые давлением. Они обладают хорошей прочностью, пластичностью, антифрикционными и антикоррозионными свойствами.

Высокими механическими, антикоррозионными и литейными свойствами обладает томпак — латунь, содержащая не более 22% цинка и не менее 61% меди.

Латуньобозначается буквой Л. В маркировке латуни буквы обозначают химические элементы, входящие в сплав, первые две цифры, стоящие за буквами, указывают содержание меди, а цифры, отделенные дефисом, — среднее содержание легирующих элементов в процентах в порядке, соответствующем буквам. Так, латунь марки ЛКС80-3-3 содержит 79 — 81% меди, 10,5 — 16,5% цинка, 2,5 — 4,5% кремния, 2 — 4% свинца.

Латунь широко применяется в промышленности.

Бронза — это сплав меди с одним или несколькими химическими элементами: оловом, свинцом, цинком, никелем, фосфором, кремнием, марганцем, алюминием, железом. Плотность бронзы 7,5 — 9,3 г/см³, температура плавления 940 — 1093 °C. Используется в качестве материала для деталей машин, арматуры, подвергающихся трению, атмосферному воздействию, а также действию слабых кислот и т. д.

Бронзы характеризуются высокими механическими, литейными, антифрикционными и антикоррозионными свойствами.

В зависимости от состава различают бронзы:

— оловянистые, применяемые для вкладышей подшипников и арматуры;

— алюминиевые (6 — 11,5% алюминия), применяемые для фасонного литья и лент;

— кремнистые (1 — 3,5% кремния);

— марганцовистые (4,5 — 5,5 % марганца);

— свинцовые (30 — 60 % свинца), применяемые для подшипников скольжения;

— бериллиевые (2% бериллия), применяемые для пружин и износостойких деталей;

— медно-титановые и др.

Бронзы хорошо обрабатываются и отливаются.

Бронзы обозначаются буквами Бр и другими буквами (аналогично латуни), указывающими элементы, входящие в их состав, и цифрами, показывающими соответственно среднее содержание этих элементов в процентах. Так, бронза марки БрАЖМц 10-3-1,5 содержит 9,5 — 10,5% алюминия, 2,5 — 3,5 % железа, 1 — 2 % марганца, остальное — медь.

В группу благородных металлов входят золото, платина, серебро.

При нормальной комнатной температуре в жидком состоянии находится ртуть. Плотность ртути — 13,5 г/см3, температура кипения — 357°C, затвердевания – 38,9°C.

Свойства меди.

Медь хорошо поддается холодной пластической обработке, штамповке, горячей ковке. Во время холодной пластической обработки несколько повышает свою твердость. Отличается хорошей тепло- и электропроводностью. Под влиянием влаги быстро окисляется, покрываясь зеленым налетом. Широко используется в электротехнической промышленности, для изготовления художественных изделий, в гальванопластике и для металлопокрытий. Медь входит также в состав многих сплавов. Медь можно паять, сваривать с предварительным подогревом, под давлением.

Цветные металлы и их сплавы характеризуются высокой сопротивляемостью коррозии, большой пластичностью, вязкостью, хорошей обрабатываемостью, высокой электро- и теплопроводностью.

Классификация меди.

Чистая медь (Сu) это популярный представитель группы цветных металлов, который обладает внушительным набором полезных физико-технических характеристик. Главные свойства этого металла — высокая электрическая и тепловая проводимость, дополняемая хорошей сопротивляемостью окислению. Существует несколько видов заготовок из чистой меди, в которых основной металл представлен от 99,4% до 99,9% от общего объёма с остаточными примесями и легирующими компонентами — фосфором, цинком, никелем, оловом, свинцом, бериллием, кремнием. Кроме сочетания легирующих элементов, чистая медь различается по давлению, необходимому для деформации структуры. Металл, твердость которого примерно равна 45 МПа называется мягкой медью, а если этот параметр равен 110 МПа, такую медь называют твёрдой. Более точная классификация по пределу прочности заключается в наличии трёх видов меди с соответствующим отражением в маркировке — мягкая медь (м), полутвёрдая (пт) и твёрдая (т).

Для повышения физико-технических характеристик чистой меди в современной металлургии создаются передовые медные сплавы, легируемые различными металлами и минералами. Основные элементы, которые включены в состав медных сплавов этих двух типов — это цинк, олово, алюминий, кремний, фосфор, никель. В качестве дополнительных легирующих компонентов для создания новых физических и химических характеристик используются марганец, висмут, никель, бериллий и другие элементы таблицы Менделеева.

Все медные сплавы подразделяются на три большие группы — латунь, оловянистые и неоловянистые бронзы. Информация о бронзах и латунях представлена в отдельных статьях текущего раздела.

По аналогии с алюминиевыми сплавами, металлы на основе меди также делятся на деформируемые и литейные сплавы. Деформируемые медные сплавы отличаются высокой пластичностью и электропроводностью. Эти металлы широко используются для создания различных конструкций, штампованных деталей, пружин, гильз, электротехнических и электронных изделий, а также декоративно-функциональных предметов интерьера. Из них производятся многие виды проката: медный лист и трубы, сорт и арматура. Литейные медные сплавы характеризуются отличной плавкостью и являются основным материалом для художественного и промышленного фасованного литья.

Медно-фосфористые сплавы представляют собой металлы, в состав которых входит два основных элемента — медь и фосфор. Кроме того, в составе таких сплавов находятся в незначительных пропорциях висмут и сурьма. Медно-фосфористые сплавы используются в машиностроении, для создания новых сплавов, в качестве раскислителей и в производстве бытовой техники. В частности материалы этого класса, дополненные серебром, являются самофлюсующимися припоями для эффективной пайки меди и других цветных металлов.

Большим спросом в промышленном производстве пользуются жаропрочные сплавы меди, включающие кремний, хром и цинк в различных пропорциях. Эти прогрессивные материалы способны выдерживать значительные термальные нагрузки без изменения основных физико-химических характеристик. Подобное свойство обусловило широкое применение медных сплавов для изготовления деталей, работающих в условиях повышенного термального прессинга.

Жаропрочные сплавы включают в свой состав от одного до нескольких легирующих элементов. Для упрочнения термической стойкости в такие сплавы вводят хром, марганец, кремний, никель и цинк в различных пропорциях и сочетаниях. Предварительная стадия процесса производства на основе медных сплавов этой категории в обязательном порядке включает в себя термообработку заготовок для облегчения механических воздействий. Электротехнические медные сплавы — это подгруппа жаропрочных соединений, которая используется для производства электронных деталей, электрооборудования и приборов. Металлы этого класса, кроме термостойкости, отличаются повышенной электропроводностью, что и определяет область применения. В основном они представлены медным кругом различного диаметра.

В отдельную группу также выделены медно никелевые сплавы, отличающиеся непревзойдённой коррозийной стойкостью, что позволяет с успехом использовать этот передовой материал в современном судостроении. К этой же группе относится мельхиор, который широко используется для изготовления посуды и украшений. Наличие в сплаве никеля существенно увеличивает сопротивление окислению, повышает упругость и прочность конечного соединения. Одновременно понижаются главные свойства меди — теплопроводность и электропроводимость, что учитывается при использовании медно-никелевых сплавов. Как правило, обработка медно-никелевых сплавов требует повышенных температурных режимов и высокого давления.

Большинство медных сплавов обладают серьёзным конкурентным приоритетом, ставящим эти металлы в группу незаменимых материалов в определённой области производства. Минимальный коэффициент трения — это главное преимущество различных сплавов этой категории, который активно используется в изготовлении деталей для механических узлов, работающих в режиме постоянного рабочего контакта с различными твёрдыми поверхностями.

Применение меди.

Одна из важнейших отраслей применения меди — электротехническая промышленность. Из меди изготавливают электрические провода. Для этой цели металл должен быть очень чистый: примеси резко снижают электрическую проводимость. Присутствие в меди 0,02% алюминия снизит ее электрическую проводимость почти на 10%. Еще более резко возрастает сопротивление металла в присутствии неметаллических примесей. Для получения чистой меди, которую можно использовать в электротехнике, проводят ее электрорафинирование. Этот метод основан на проведении электролиза водного раствора соли меди с растворимым медным анодную или черновую, медь, которая служит одним из электродов, погружают ванну, заполненную водным раствором сульфата меди. В ванну погружают еще один электрод. К электродам подключают источник постоянного тока таким образом, чтобы техническая медь стала анодом (положительный полюс источника тока), электрод — катодом. На аноде идет реакция окисления металла: анод (+) Сu (техн.)-2e=Сu2+ + примеси.

Ионы меди переходят в раствор и перемещаются к катоду (отрицательно заряженному электроду). Нерастворимые примеси собираются вблизи анода, некоторые примеси могут переходить в раствор. На катоде протекает процесс восстановления ионов меди: катод (-) Сu2 + + 2е=Сu. Условия электролиза таковы, что примеси, находящиеся в растворе, не восстанавливаются.

Электрорафинированием получают Н электролитическую медь чистотой 99,999%, что вполне достаточно для нужд электротехники. Очень важная область применения меди — производство медных сплавов.

Со многими металлами медь образует так называемые твердые растворы, которые похожи на обычные растворы тем, что в них атомы одного компонента (металла) равномерно распределены среди атомов другого. Большинство сплавов меди — это твердые растворы.

Сплав меди, известный с древнейших времен — бронза содержит 4 — 30% олова (обычно 8 — 10%). Бронза по своей твердости превосходит отдельно взятые чистые медь и олово. В настоящее время в бронзах олово часто заменяют другими металлами, что приводит к изменению их свойств. Алюминиевые бронзы, которые содержат 5 — 10% алюминия, обладают повышенной прочностью. Из такой бронзы чеканят медные монеты.

Очень прочные, твердые и упругие бериллиевые бронзы содержат примерно 2% бериллия. Пружины, изготовленные из бериллиевой бронзы, практически вечные. Широкое применение в народном хозяйстве нашли бронзы, изготовленные на основе других металлов: свинца, марганца, сурьмы, железа, никеля и кремния.

Большую группу составляют медно-никелевые сплавы. Эти сплавы имеют серебристо-белый цвет, несмотря на то, что преобладающим компонентом является медь. Сплав мельхиор содержит от 18 до 33% никеля (остальное медь). Он имеет красивый внешний вид. Из мельхиора изготавливают посуду и украшения, чеканят монеты («серебро»). Похожий на мельхиор сплав — нейзильбер содержит кроме 15% никеля, до 20% цинка. Этот сплав используют для изготовления художественных изделий, медицинского инструмента.

Медно-никелевые сплавы константан (40% никеля) и манганин (сплав меди, никеля и марганца) обладают очень высоким электрическим сопротивлением. Их используют в производстве элект­роизмерительных приборов. Характерная особенность всех медно-никелевых сплавов — их высокая стойкость к процессам коррозии — они почти не подвергаются разрушению даже в морской воде.

Сплавы меди с цинком с содержанием цинка до 50% носят название латунь. Это дешевые сплавы, обладают хорошими механическими свойствами, легко обрабатываются. Латуни благодаря своим качествам нашли широкое применение в машиностроении, химической промышленности, в производстве бытовых товаров. Для придания латуням особых свойств в них часто добавляют алюминий, никель, кремний, марганец и другие металлы.

Из латуней изготавливают трубы для радиаторов автомашин, трубопроводы, патронные гильзы, памятные медали, а также части технологических аппаратов для получения различных веществ.
В технике применяют процессы меднения — покрытие стальных изделий тонким слоем меди. Зачем это делается? Стальные детали и изделия часто покрывают защитно-декоративными хромовыми и никелевыми покрытиями. Такое покрытие, нанесенное непосредственно на сталь, непрочно: оно растрескивается и отпадает.

Если сталь покрыть тонким слоем меди, а затем хромом или никелем, то электролитические осадки получаются высокого качества. Меднение проводят также для облегчения спаивания деталей — медь очень хорошо подвергается пайке.

7.1 Медь и ее сплавы

Медь – металл красновато-розового цвета. По применению в промышленности она занимает одно из первых мест среди цветных металлов. Температура плавления меди 1083?С. Кристаллическая решетка – гранецентрированная кубическая. Аллотропических превращений медь не имеет. Плотность меди 8,96 г/см?, ее твердость почти в 2 раза ниже, чем у железа.

Медь обладает хорошей технологичностью. Она прокатывается в тонкие листы, ленту. Из меди получают тонкую проволоку, трубки небольшого диаметра, она легко полируется, хорошо паяется и сваривается.

Медь характеризуется высокими теплопроводностью и электропроводностью, пластичностью и коррозионной стойкостью. По электропроводимости она лишь незначительно уступает серебру. Поэтому значительная часть всей выплавляемой меди используется электротехнической промышленностью для производства электрических проводов и кабелей.

Важное значение имеет степень чистоты меди, поскольку при наличии даже небольшого количества примесей электрические свойства меди существенно понижаются. Поэтому в качестве проводникового материала используют электролитическую медь марок М1 (99,9%), М0 (99,95%) и особо чистую медь М00 (99,99%).

Недостатками меди являются высокая плотность, плохая обрабатываемость резанием и низкие литейные качества.

В качестве конструкционного материала чистая медь в технике практически не применяется. Легирование меди позволяет получать на ее основе различные технические сплавы, обладающие хорошими механическими, технологическими и эксплутационными свойствами. В качестве легирующих добавок используют цинк, олово, свинец, алюминий, марганец, бериллий, никель и другие элементы.

Наиболее распространенными конструкционными сплавами на основе меди являются латуни и бронзы.

Латунями называют группу сплавов меди с цинком. Механическая прочность латуней выше, чем меди. Все латуни хорошо обрабатываются резанием.

Влияние химического состава латуней на их механические свойства показано на рис.25. При содержании цинка примерно до 30% увеличиваются одновременно и прочность, и пластичность. После этого пластичность резко снижается. Прочность латуней увеличивается до содержания цинка около 45%, а затем снижается также резко, как и пластичность. Сплавы с большим содержанием цинка отличаются высокой хрупкостью.

В технике наибольшее применение нашли латуни, содержащие цинка 30…38%. Эти латуни достаточно пластичны, хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, проявляют высокую коррозионную стойкость к различным агрессивным средам.

Чем больше меди в латуни, тем она более пластична, выше ее коррозионная стойкость, теплопроводность и электропроводимость. Повышение содержания цинка удешевляет латуни, улучшает их обрабатываемость резанием, способность прирабатываться и противостоять износу. Вместе с тем уменьшаются теплопроводность и электрическая проводимость, которые составляют от 20 до 50% от характеристик меди.

Все латуни имеют хорошие литейные свойства – высокую жидкотекучесть, малую усадку, небольшую ликвацию.

Для повышения механических свойств и химической стойкости производят легирование латуней. С этой целью в их состав дополнительно вводят различные легирующие элементы: свинец, олово, алюминий, кремний, марганец и др. Свинец улучшает обработку латуней резанием и антифрикционные свойства. Марганец и, особенно, олово повышают прочностные свойства латуней и их коррозионную стойкость. Кремний увеличивает твердость и прочность, улучшает литейные свойства. Кремнистые латуни хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии, хорошо свариваются и соединяются с помощью различных припоев.

Выпускают латуни в виде холоднокатаных полуфабрикатов: полос, лент, проволоки, листов, из которых изготавливают, например, радиаторные трубки, снарядные гильзы, трубопроводы, а также детали, требующие по условиям эксплуатации низкую твердость (шайбы, втулки, уплотнительные кольца и т.п.).

Латуни обозначаются буквой Л (латунь) и числом, показывающим среднее содержание меди в процентах. Например, в латуни Л85 содержится 85% меди и 15% цинка. В марках латуней сложного состава имеются буквы, указывающие на содержание соответствующих легирующих элементов. Алюминий в медных сплавах обозначают буквой А, олово – О, свинец – С, железо – Ж, марганец –Мц, никель – Н, кремний – К. Например, в латуни ЛАН59-3-2 содержится в среднем 59% меди, 3% алюминия и 2% никеля (остальное цинк).

Двойные латуни марок Л96 и Л90, имеющие наибольшую массовую долю меди (88…97%), называются томпаками. Томпак Л90, например, имеет высокую коррозионную стойкость, обладает достаточно хорошими литейными и механическими свойствами, имеет хорошую свариваемость со сталью. Латуни, имеющие массовую долю меди 79…86%, называются полутомпаками (марки Л85, Л80). Они несколько дешевле томпаков, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

Бронзами называют сплавы на основе меди с добавками олова, алюминия, свинца, кремния, бериллия и других элементов. В состав бронз может входить и цинк, при этом он не является основной добавкой.

Маркируют бронзы буквами Бр. Далее следуют буквы и цифры, показывающие содержание легирующих элементов, а содержание меди определяется как разность от 100%. Например, в бронзе марки Бр.АЖН10-4-4 содержится в среднем 10% алюминия, 4% железа, 4% никеля и остальное медь (82%). Элементы обозначаются так же, как и в латунях.

Бронзы обладают хорошими литейными свойствами, их усадка при литье почти в 3 раза меньше, чем у стальных отливок. Некоторые бронзы имеют достаточную пластичность и могут обрабатываться давлением. В отличие от латуней все бронзы хорошо обрабатываются резанием. Большинство бронз обладает хорошей коррозионной стойкостью. Многие бронзы имеют хорошие антифрикционные свойства, поэтому используются как подшипниковые материалы.

Бронзы получают название по основным элементам, входящим в их состав. Важнейшими являются оловянистые, алюминиевые, кремнистые, бериллиевые и никелевые. Одной из давно известных человечеству бронз является оловянистая. Она обладает высокими литейными и антифрикционными свойствами, поэтому используется в основном для художественного литья и как подшипниковый материал в узлах трения машин и механизмов. Однако эта бронза сравнительно дорогая из-за высокой дефицитности и стоимости олова, содержание которого обычно не превышает 3…6%.

Для удешевления в большинство промышленных бронз вводят свинец, цинк, алюминий и другие элементы. Добавки свинца снижают стоимость оловянистых бронз и улучшают их обрабатываемость резанием. Однако механические свойства при этом снижаются.

Алюминиевые бронзы характеризуются хорошей жидкотекучестью, малой ликвацией, хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии, имеют высокие механические свойства. Однако эти сплавы имеют достаточно высокую литейную усадку (2,3%). Кроме того, у некоторых алюминиевых бронз недостаточно высокая коррозионная стойкость.

Бериллиевые бронзы обладают комплексом уникальных свойств, отличающих от других сплавов на основе меди. Эти бронзы имеют высокую химическую стойкость, упругость, износоустойчивость. После термической обработки они приобретают высокую прочность и твердость. Бериллиевые бронзы хорошо свариваются, обрабатываются резанием и подвергаются горячей обработке давлением.

Из этих бронз изготавливают такие детали точного приборостроения, как пружины, мембраны, пружинящие элементы электронных устройств, а также детали, работающие на истирание.

Кремнистые бронзы содержат до 3% кремния. Они характеризуются хорошими механическими свойствами, высокой упругостью и выносливостью, успешно поддаются обработке литьем и давлением в горячем состоянии. Во многих случаях они успешно заменяют оловянистые бронзы при изготовлении деталей подшипниковых узлов.

Сплавы меди с никелем и другими легирующими элементами называют мельхиорами. Эти сплавы представляют собой по существу бронзы особого вида. Принцип маркировки таких сплавов аналогичен, как и для латуней и бронз. Например, мельхиор МНЖМц30-1-1 содержит около 30% никеля, до 1% железа и марганца, остальное – медь. Эти сплавы используют для изготовления монет, столовой посуды, деталей точной механики и др.

Медные сплавы с повышенным электрическим сопротивлением называют константанами. Такие сплавы (например, МНМц40-1,5) используют для изготовления катушек сопротивления, реостатов, термопар, а также нагревательных элементов электрических приборов и печей.

Белая медь это сплав меди с

Получение меди и ее сплавов. В настоящее время мель получают из сульфидных руд, содержащих медный, колчедан (CuFeS₂). Обогащенный концентрат медных руд (содержащий 11-35% Си), сначала обжигают для снижения содержания серы, а затем плавят на медный штейн. Цель плавки на штейн — отделение сернистых соединений меди и железа от рудных примесей. Штейны содержат до 16-60% Си. Медные штейны переплавляют в медеплавильном конвертере с продувкой воздухом и получают черновую медь, содержащую 1-2% примесей железа, цинка, никеля, мышьяка и др. Черновую медь рафинируют для удаления примесей. Содержание меди после рафинирования возрастает до 99,5-99,99% (медь первичная – технически чистая). Чистая медь имеет 11 марок (М00б, М0б, М1б, M1y, M1, M1p, М1ф, М2р, МЗр, М2 и МЗ). Суммарное количество примесей в лучшей марке М00б — 0,01%, а в марке М3 — 0,5%.
Механические свойства чистой отожженной ‘меди: σ_в=220-240 МПа, НВ 40-50, δ=45-50%. Чистую медь применяют для электротехнических целей и поставляют в виде полуфабрикатов — проволоки, прутков, лент, листов, полос и труб. Из-за малой механической прочности чистую медь не используют как конструкционный материал, а применяют ее сплавы с цинком, оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом. Легирование меди обеспечивает повышение ее механических, технологических и эксплуатационных свойств. Различают три группы медных сплавов: латуни, бронзы, сплавы меди с никелем.
Латуни. Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк. При введении других элементов (кроме цинка) латуни называют специальными по наименованию элементов, например железофосфорномарганцевая латунь и т. п.
В сравнении с медью латуни обладают большей прочностью, коррозионной стойкостью и лучшей обрабатываемостью (резанием, литьем, давлением). Латуни содержат до 40-45% цинка. При большем содержании цинка снижается прочность латуни и увеличивается ее хрупкость. Содержание легирующих элементов в специальных латунях не превышает 7-9%.
Сплав обозначают начальной буквой Л — латунь. Затем следуют первые буквы основных элементов образующих сплавов: Ц — цинк, О — олово, Мц — марганец, Ж — железо, Ф — фосфор, Б — бериллий и т. д. Цифры, следующие за буквами, указывают на количество легирующего элемента в процентах. Например, ЛАЖМц66-6-3-2 алюминиевожелезомарганцовистая латунь, содержащая 66% меди, 6% алюминия, 3% железа, и 2% марганца, остальное цинк.
По технологическому признаку латуни, как и все сплавы цветных металлов, подразделяют на литейные и деформируемые. Литейные латуни (ГОСТ 17711-72) предназначены для изготовления фасонных отливок, их поставляют в виде чушек (табл. 11).
Деформируемые латуни выпускают (ГОСТ 15527-70) в виде простых латуней, например Л90 (томпак), Л80 (полутомпак), и сложных латуней, например ЛАЖ60-1-1, ЛС63-3 и др. Латуни поставляют в виде полуфабрикатов — проволоки, прутков, лент, полос, листов, труб и других видов прокатных и прессованных изделий. Латуни широко применяют в общем и химическом машиностроении.
Бронзы. Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом, бериллием называют бронзами. В зависимости от введенного элемента бронзы называют оловянными, алюминиевыми и т. д.
Бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошими литейными и высокими антифрикционными свойствами и обрабатываемостью резанием. Для повышения механических характеристик и придания особых свойств бронзы легируют железом, никелем, титаном, цинком, фосфором. Введение марганца способствует повышению коррозионной стойкости, никеля — пластичности, железа — прочности, цинка – улучшению литейных свойств, свинца — улучшению обрабатываемости (табл. 12).

11. Механические свойства латуней

Примечание. Механические свойства литейных латуней даны применительно к литью в кокиль.
12. Механические свойства бронз

Примечание. Механические свойства литейных латуней даны применительно к литью в кокиль.

Бронзы маркируют буквами Бр, правее ставят элементы, входящие в бронзу: О — олово, Ц — цинк, С — свинец, А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец и др. Затем ставят цифры, обозначающие среднее содержание элементов в процентах (цифру, обозначающую содержание меди в бронзе, не ставят). Например, марка БрОЦС5-5-5 означает, что бронза содержит олова, свинца и цинка по 5%, остальное – медь (85%).
Оловянные бронзы содержат в среднем 4-6% олова, имеют высокие механические (σ_в=150-350 МПа; δ=3-5%; твердость НВ 60-90), антифрикционные и антикоррозионные свойства; хорошо отливаются и обрабатываются резанием. Для улучшения качества в оловянные бронзы вводят свинец, повышающий антифрикционные свойства и обрабатываемость; цинк, улучшающий литейные свойства; фосфор, повышающий литейные, механические и антифрикционные свойства.
Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы. Деформируемые бронзы (ГОСТ 5017-74) поставляются в виде полуфабрикатов (прутки, проволоки, ленты, полосы) в нагартованном (твердом) и отожженном (мягком) состояниях. Эти бронзы применяют для вкладышей подшипников, втулок деталей приборов и т. п. Литейные оловянные бронзы содержат большее количество олова (до 15%), цинка (4-10%), свинца (3-6%), фосфора (0,4-1,0%). Литейные бронзы (ГОСТ 614-73) применяют для получения различных фасонных отливок. Высокая стоимость и дефицитность олова — основной недостаток оловянных бронз.
Безоловянные бронзы содержат алюминий, железо, марганец, бериллий, кремний, свинец или различное сочетание этих элементов. Алюминиевые бронзы содержат 4-11% алюминия. Алюминиевые бронзы имеют высокую коррозионную стойкость, хорошие механические и технологические свойства. Эти бронзы хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии, а при содержании алюминия до 8% — и в холодном состоянии. Бронзы, содержащие 9-11% алюминия, а также железо, никель, марганец, упрочняются термической обработкой (закалка и отпуск). Наиболее поддающаяся закалке БрАЖН10-4-4 после закалки (980°С) и отпуска (400°) повышает твердость с НВ 170-200 до НВ 400.
Марганцовистые бронзы (БрМЦ5) имеют сравнительно невысокие механические свойства, но обладают хорошей сопротивляемостью коррозии и высокой пластичностью, а также сохраняют механические свойства при повышенных температурах.
Свинцовистые бронзы (БрС30) отличаются высокими антикоррозионными свойствами и теплопроводностью (в четыре раза большей, чем у оловянных бронз), применяют для высоконагруженных подшипников с большими удельными давлениями.
Бериллиевые бронзы (БрБ2) после термообработки имеют высокие механические свойства, например у БрБ2 σ_в=1250 МПа, НВ 350, высокий предел упругости, хорошая коррозионная стойкость, теплостойкость. Из бериллиевых бронз изготовляют детали особо ответственного назначения.
Кремнистые бронзы (БрКН1-3, БрКМцЗ-1) применяют как заменители дорогостоящих бериллиевых бронз.
Сплавы меди с никелем. Медноникелевые сплавы — это сплавы на основе меди, в которых основным легирующим компонентом является никель. По назначению их подразделяют на конструкционные и электротехнические сплавы.
Куниали (медь-никель-алюминий) содержат 6-13% никеля, 1,5-3% алюминия, остальное — медь. Куниали подвергают термической обработке (закалка-старение). Куниали служат для изготовления деталей повышенной прочности, пружин и ряда электротехнических изделий.
Нейзильберы (медь-никель-цинк) содержат 15% никеля, 20% цинка, остальное медь. Нейзильберы имеют белый приятный цвет, близкий к цвету серебра. Они хорошо сопротивляются атмосферной коррозии; применяют в приборостроении и производстве часов.
Мельхиоры ( медь-никель и небольшие добавки железа и марганца до 1%) обладают высокой коррозионной стойкостью, в частности в морской воде. Их применяют для изготовления теплообменных аппаратов, штампованных и чеканных изделий.
Копель (медь-никель 43%-марганец 0,5%) — специальный термоэлектродный сплав для изготовления термопар.
Манганин (медь-никель 3%-марганец 12%) — специальный сплав с высоким удельным электросопротивлением, используемый в электротехнике для изготовления электронагревательных элементов.
Константан (медь-никель 40%-марганец 1,5%) имеет такое же назначение, как и манганин.

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 о марках меди

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

Медь (Cuprum)

Химический элемент I группы переодической системы Менделеева.

Латинское название — Cuprum.

Температура плавления — 1083,4 °С.

Розовато-красный металл, при просвечивании в тонких слоях зеленовато-голубой. Мягкий и ковкий. Хороший проводник тепла и электричества, уступает по этим качествам только серебру. Входит в семерку наиболее ценных металлов на ряду с золотом, серебром, железом, оловом, свинцом и ртутью. Медь относится к группе самородных металлов. Благодаря пластичности и вязкости часто используется для штамповки сложных рельефов и орнаментов. Проволока из красной меди — один из лучших материалов для филигранных работ. Важнейшие сплавы меди — бронза, латунь, мельхиор.

Очень широко используется в промышленности: главное применение меди — в качестве проводника электрического тока. Кроме того, медь используется в монетных сплавах, поэтому ее часто называют «монетным металлом». Она также входит в состав традиционных бронзы (сплавы меди с 7—10 % олова) и латуни (сплав меди с цинком) и специальных сплавов, таких как монель (сплав никеля с медью). Металлообрабатывающий инструмент из медных сплавов не искрит и может использоваться во взрывоопасных цехах. Сплавы на основе меди служат для изготовления духовых инструментов и колоколов. Медь устойчива в чистом сухом воздухе при комнатной температуре, но при температуре красного каления образует оксиды. Реагирует с серой и галогенами. В атмосфере, содержащей соединения серы, медь покрывается зеленой пленкой основного сульфата. Практически не взаимодействует с неокисляющими кислотами. Последние десятилетия интерес химиков к меди, точней, к оксидам этого металла связан с получением высокотемпературных сверхпроводников.

Наиболее известную простую соль — пентагидрат сульфата меди (II) CuSO₄·5H₂O — часто называют медным купоросом. Сульфат меди широко используется в электролитических процессах, при очистке воды, для защиты растений. Он является исходным веществом для получения многих других соединений меди.

Медь известна с древних времен. Она и ее сплавы сыграли значительную роль в становлении материальной культуры (так называемый «медный век век», 4—3 тысячелетие до н. э.). За счет легкой восстановимости из окислов и карбонатов, медь была первым металлом, который человек научился восстанавливать из руд. Считается, что медь начали использовать около 5000 до н. э.

Латинское название cuprum происходит от названия острова Кипр, где древние греки добывали медную руду. В древности для обработки скальной породы её нагревали на костре и быстро охлаждали, причём порода растрескивалась. При этих условиях были возможны процессы восстановления. В дальнейшем восстановление вели в кострах с большим количеством угля и с вдуванием воздуха посредством труб и мехов. Костры окружали стенками, которые постепенно повышались, что привело к созданию шахтной печи. Позднее методы восстановления уступили место окислительной плавке сульфидных медных руд с получением промежуточных продуктов — штейна (сплава сульфидов), в котором концентрируется медь, и шлака (сплава окислов). К 3000 до н. э. в Индии, Месопотамии и Греции для выплавки более твердой бронзы в медь стали добавлять олово. Открытие бронзы могло произойти случайно, однако ее преимущества по сравнению с чистой медью быстро вывели этот сплав на первое место. Так начался «бронзовый век».

В природе медь находится в самородном состоянии в виде руд. Содержание в земной коре — (4,7—5,5)×10 -3 % по массе; причем в нижней части земной коры её больше, чем в верхней. Богатые месторождения меди давно выработаны. Сегодня почти весь металл добывается из низкосортных руд, содержащих не более 1 % меди. Некоторые оксидные руды меди могут быть восстановлены непосредственно до металла нагреванием с коксом.

Применение в медицине

Традиционная медицина

Медь — важный элемент жизни, она участвует во многих физиологических процессах: синтезе гемоглобина, в образовании костной ткани, функционировании системы кровообращения и центральной нервной системы, при получении энергии из клеток. Среднее содержание меди в живом веществе 2×10 -4 % от массы. Ежедневная потребность взрослого человека в меди составляет 2—3 мг. Дефицит меди в организме может привести к таким тяжелым последствиям как порок развития костей, анемия и мозговая недостаточность. Металлическая медь, как и серебро, обладает антибактериальными и противогрибковыми свойствами.

В настоящее время в медицине применяют лазеры на парах меди для лечения онкологических заболеваний и косметических процедур. Волокна меди могут использоваться для массажа.

Лекарства с содержанием меди прописываются людям при переломах, для лечения ревматоидного артрита, пептических язв желудка и двенадцатиперстной кишки, при инфарктах.

Медь «контролирует» в организме уровни холестерина, сахара и мочевой кислоты, служит для поддержания баланса микрофлоры, сдерживающего рост дрожжевых микроорганизмов.

Медь играет важную роль в процессах биосинтеза гема и, соответственно, гемоглобина. Поэтому ее недостаток, так же как и железа, может привести к возникновению анемии. Регулирует обмен катехоламинов, серотонина, тирозина, меланина, способствует повышению активности инсулина и более полной утилизации углеводов.

Принимает участие в формировании структуры белков соединительной ткани — коллагена и эластина, которые являются структурными компонентами костной и хрящевой ткани, кожи, легких, стенок кровеносных сосудов. Поэтому дефицит меди может привести к формированию аневризмы аорты и сосудов головного мозга. По этой же причине недостаток меди приводит к деминерализации костной ткани и остеопорозу.

Аюрведа

Удаляет излишки питты и жира. Является укрепляющим средством для печени, селезенки и лимфатической системы. Особо полезна для склонных к полноте людей. Способствует излечению малокровия.

Для лечения ожирения и заболеваний печени и селезенки промывают медную монету в жесткой (известковой) воде, помещают её в ёмкость с квартой воды и кипятят до тех пор, пока не останется половина объема. Две чайные ложки полученного раствора принимают 3 раза в день в течение месяца.

Для общего укрепления организма полезно носить на запястье медный браслет.

Применение в магии

Самым распространенным и известным магическим свойством меди является защита от нечистой силы. Медь является сильным металлом, поэтому ее очень часто используют в серьезных талисманах.

Для того, чтоб не мучали ночные кошмары, следует перед сном под подушку положить крестом пять медных монет так, чтоб центральная лежала вверх «решкой», а остальные четыре — орлом.

В любовной магии медь используется для привлечения любви понравившегося человека. С этой целью необходимо, не торгуясь, в пятницу купить медное кольцо и на его внутренней стороне выцарапать свое имя. Затем кольцо следует подарить тому человеку, любовь которого стремитесь завоевать. Если он примерит и станет носить — скоро ваши судьбы переплетутся. Если нет, то судьбе неугодно, чтоб вы были вместе.

Медь используют для ускорения процесса заживления ран. С этой целью ее просто прикладывают к пораженному месту.

Чтобы избавиться от судорог, нужно тоненькую медную проволоку трижды обернуть вокруг запястий и щиколоток.

Питье воды, где лежали медные предметы, помогает уравновесить кровяное давление. Значительного эффекта можно добиться, обернув полностью небольшой стеклянный стакан толстой медной проволокой. Питье из такого сосуда делает воду целительной. Она уравновешивает знергетические потоки и способствует более гармоничной работе внутренних органов.

Медь, положенная под ступню ноги на трое суток, снимает боли в суставах ног.

Оказывает целительный эффект при змеиных укусах. Если медь носить с собой в местах, где можно встретить змей, то даже при укусе она будет препятствовать быстрому проникновению змеиного яда в кровь.

Медь рекомендуется использовать людям, не умеющим контролировать свои эмоции. Медное кольцо или браслет помогают обрести внутренний контроль и успокоить психику. Медь снимает внутренее напряжение и способствует умиротворению: гневный становится спокойней, а нерешительный — уверенней в себе.

Целительство

Металл используют и для выведения бородавок. Для этого нужно взять нечетное количество мелких медных монет и тщательно промыть их под струей холодной воды. Затем каждую монетку потереть о бородавку и завернуть их в кусок белой ткани, после чего выбросить в лесу или малолюдном месте так, чтобы они рассыпались в разные стороны.

Астрология

Знак зодиака: Телец.

Период наибольшей активности: 21 апреля — 20 мая.

День наибольшей активности: пятница.

Период наименьшей активности: 23 сентября — 22 октября.

Несовместимый знак зодиака: Весы.

Мифы и легенды

• Венерой — богиней красоты и садов;
• Иштар — в аккадской мифологии центральное божество, богиня плотской любви;
• Астартой — в западносемитской мифологии богиней любви и плодородия;
• Хатор — в египетском пантеоне богиня неба.

В ветхозаветных преданиях говорится о магическом свойстве меди противостоять змеиным укусам. После исхода из Египта Моисей за малодушие и ропот был наказан дождем из змей. По указанию Бога он сделал медного змея. Спасались только те люди, кто прикасался к изваянию змея или смотрел на него.

Полезный совет

Потемневшие медные предметы можно очистить с помощью погружения их в 5—10 % раствор уксусной кислоты. Подойдет так же и простой столовый уксус. Так же медные изделия хорошо чистить смесью нашатырного спирта, мыла и воды в пропорции 3:1:6, после чего протереть тряпочкой до блеска.