Применение меди

Медь, ее соединения и сплавы находят широкое применение в различных отраслях промышленности. В электротехнике медь используется в чистом виде в производстве кабельных изделий, шин голого и контактного проводов, электрогенераторов, телефонного и телеграфного оборудования и радиоаппаратуры. Из меди изготавливают теплообменники, вакуум-аппараты, трубопроводы. Более 30% меди

Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение: Справ, изд.: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1982.

идет на сплавы. Сплавы меди с другими металлами используют в машиностроении, в автомобильной и тракторной промышленности (радиаторы, подшипники), для изготовления химической аппаратуры. Химический состав марок меди приведен в табл. 1.7.

Высокая вязкость и пластичность металла позволяют применять медь для изготовления разнообразных изделий с очень сложным узором. Проволока из красной меди в отожженном состоянии становится настолько мягкой и пластичной, что из нее без труда можно вить всевозможные шнуры и выгибать самые сложные элементы орнамента. Кроме того, проволока из меди легко спаивается сканым серебряным припоем, хорошо серебрится и золотится. Эти свойства меди делают ее незаменимым материалом при производстве филигранных изделий.

Коэффициент линейного и объемного расширения меди при нагревании приблизительно такой же, как у горячих эмалей, в связи с чем при остывании эмаль хорошо держится на медном изделии, не трескается, не отскакивает. Благодаря этому мастера для производства эмалевых изделий предпочитают медь всем другим металлам.

Промышленные медные сплавы

Сплавы меди с цинком (латуни).

Практическое применение имеют медные сплавы с содержанием цинка до 45%, которые называются латунями. Диаграмма состояния Си—Zn показана на рис. 1.34. Сложная, на первый взгляд, диаграмма фактически составлена из пяти простых перитектических диаграмм. В твердом состоянии возможно образование у сплавов меди и цинка следующих фаз: a-твердый раствор цинка в меди; (3-твердый раствор на базе электронного соединения CuZn.

Упорядоченное расположение атомов сохраняется лишь при температурах ниже 453—470 °С. При более высокой температуре атомы меди и цинка в объемноцентрированной решетке располагаются статистически. Упорядоченный твердый раствор обозначается через (3'; у-твердый раствор на базе электронного соединения Cu₅Zn₈ (21/13) (температура упорядочения этой фазы 270 °С); ?-твердый раствор на базе электронного соединения CuZn₃ (7/4); 5-твердый раствор, природа этого соединения пока не установлена; г-твердый раствор меди в цинке.

При комнатной температуре практически применяемые латуни состоят либо из одних a-кристаллов, либо являются смесью а- и (3-кристаллов. Механические свойства медноцинковых сплавов в зависимости от содержания цинка показаны на рис. 1.35. Цинк повышает прочность и пластичность сплава. Максимальной пластичностью обладает сплав с 30% Zn. Переход через границу однофазной области (39% Zn) ведет к резкому снижению пластичности, (3-латунь

Таблица 1.7

Химический состав марок меди по ГОСТ 850-41

обладает максимальной прочностью (а_в = 420 МПа) при относительно низкой для латуни пластичности (5 = 7%), у-латунь является весьма хрупкой. В силу отмеченных обстоятельств (малая пластичность) не только у- и р+у-, но и р-латуни не имеют практического применения. Применяются латуни, имеющие структуру а или а+р.

Рис. 1.34. Диаграмма состояния Си—Zn

Рис. 1.35. Механические свойства медноцинковых сплавов в зависимости от содержания цинка

Литейные свойства латуней определяются взаимным расположением линий ликвидус и солидус. Так как линии ликвидус и солидус для кристаллизации а- и p-фаз лежат близко друг от друга, то литейные свойства латуней характеризуются малой склонностью к ликвации, хорошей жидкотекучестью, склонностью к образованию концентрированной усадочной раковины.

Латунь легко поддается пластической деформации, и поэтому из латуней преимущественно изготовляют катаный полуфабрикат (листы, ленты, профили и т.д.). Однако поведение различных латуней при горячей обработке своеобразно. Пластичные при комнатной температуре, латуни оказываются в интервале температур 300—700 °С менее пластичными. Хотя прочность при комнатной температуре а-латуни выше, чем р-латуни, при температурах выше 500 °С (3-латуни оказываются менее прочными и более пластичными. По этой причине для прокатки в горячем состоянии наиболее пригодны латуни с содержанием цинка более 32%, чтобы при высокой температуре структура состояла из а+р- или p-кристаллов. Наоборот, для производства тонких листов и проволоки (т.е. для деформации в холодном состоянии) целесообразно применение латуней, обладающих максимальной пластичностью при комнатной температуре (т.е. однофазные а-латуни с содержанием цинка около 30%).

Отмеченное выше вредное влияние на способность к деформации в горячем состоянии оказывают загрязнения латуни висмутом и свинцом из-за образования легкоплавких включений этих металлов по границам зерен. Однако вредное влияние свинец оказывает только на а-латунь, не испытывающую фазовых превращений (Zn <32%). При содержании цинка более 32% свинец, располагающийся по границам зерен, при рекристаллизации а о р оказывается внутри зерен и не мешает обработке давлением. Поэтому в латунях с содержанием цинка 32—38% загрязнение свинцом можно допустить в значительно больших пределах, а при содержании цинка больше 38—40% свинец вводят умышленно до 1—2%, так как такие латуни обрабатываются давлением в однофазном p-состоянии и свинец не вредит способности латуни пластически деформироваться. Одновременно обособленные включения свинца повышают обрабатываемость режущим инструментом, так как облегчают стружколомание.

Латуни маркируются буквой Л, за которой следует цифра, показывающая среднее содержание в сплаве меди. Так как цинк дешевле меди, то чем больше в латуни цинка, тем она дешевле.

Практически применяемые латуни в зависимости от структуры при комнатной температуре разделяются на две категории: а-латуни и а+р-латуни.

а-латуни содержат меди не менее 61%; марки этих латуней Л62, Л68 и др. Их изготовляют в виде тонких листов, лент и тому подобных полуфабрикатов, из которых изготовляют различные детали, а-латуни с более высоким содержанием меди (Л80) имеют цвет золота и применяются для ювелирных и декоративных изделий. Эти высокомедистые латуни называются томпаком.

а+Р-латуни содержат 55—61% меди; наиболее распространенная марка Л 59; из латуни этой марки изготовляют прутки, а из них путем обработки резанием изготовляют различные детали.

Механическая прочность латуней невысока. Для а-латуней характерны следующие значения механических свойств: а_в = 300 М Па; 5 = = 40%; а+Р-латуни имеют несколько большую прочность: а_в = = 350 МПа, но меньшую пластичность — 5 = 20%.

Кроме простых латуней — сплавов только меди и цинка — применяются специальные латуни, в которые для придания тех или иных свойств дополнительно вводятся различные элементы: свинец для улучшения обрабатываемости (латунь марки ЛС59 содержит около 40% Zn и 1—2% РЬ, так называемая автоматная латунь), олово для повышения сопротивления коррозии в морской воде (так называемая морская латунь), алюминий и никель для повышения механических свойств и т.д.

Кроме двойных существует большое количество тройных и более сложных латуней. Они подразделяются на алюминиевые (ЛА), кремнистые (ЛК), марганцовистые (ЛМц), никелевые (ЛН), оловянистые (ЛО), свинцовые (ЛС) и другие специальные латуни^[1].

• [1] Гуляев Л. П. Металловедение. М.: Оборонгиз, 1956; БочварЛ.Л. Металловедение. 5-е изд. М.: Металлургиздат, 1956; Циммерман R, Гюнтер К. Металлургия и материаловедение: Справ, изд.: Пер. с нем. М.: Металлургия, 1982;Жуков Л.Л., Лужников Л. П., Дынкина С.Я. Машиностроительные материалы:Карманный справочник. М.: Машиностроение, 1967.