Медь и сплавы на ее основе

Медь является одним из самых «древних» металлов: считается, что люди начали использовать ее для изготовления орудий труда еще в IV тыс. до н.э.
Распространение меди в древности объясняется тем, что она встречается в природе в самородном, т.е. металлическом, состоянии. В таком виде медь находили в нашей стране на Урале, в Америке, Японии, Китае и некоторых других странах. На территории США был найден крупнейший из из-вестных самородков - его масса составляла 420 т.

Чистая медь —хорошо ковкий, тягучий металл красноватого цвета, с удельным весом 8,9 и температурой плавления 1083°. 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. В совершенно чистом виде в изделиях не встречается. Те вещи ранних периодов, которые мы знаем, — это медь со всякими естественными засорениями и примесями, среди которых можно встретить и железо, и свинец, и цинк, даже золото и серебро.
В современной индустрии чистый металл получается путем очень большого отбора самой руды и специальной рафинировки, которая достигает полного совершенства при электролитическом процессе. Электролитическая медь чиста на 99% и даже выше.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСНОВНЫХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕДИ
Медь отличается высокими:
теплопроводностью,
электропроводностью,
коррозионной стойкостью,
сравнительно низкой температурой плавления.
Превосходно поддается всем видам пайки.
Отлично обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии,
обладает хорошими литейными свойствами
удовлетворительно обрабатывается резанием.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСНОВНЫХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕДИ
В зависимости от чистоты металла, химического состава примесей и метода получения, физико-механические свойства меди разнятся.

ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕДЬ
Техническую медь в зависимости от чистоты разделяют на марки: М00 (99,99% Cu); М0 (99,95% Cu); М0б (99,97% Cu); М1 (99,9% Cu); М2 (99,7% Cu); М3 (99,5% Cu); М4 (99% Cu).
Различие той или иной марки меди еще и в химическом составе примесей и способах ее получения, часто обуславливает и область ее применения.
Всего в России существует около 20 различных марок меди, выпускаемых в зависимости от предназначения и использования.
Например электролитическая — это медь не содержащая никаких примесей, лишенная кислорода и обладающая очень высокой электропроводностью. Раскисленная медь выпускается для строительства, так как не имеет водородной хрупкости и прекрасно поддается пайке и сварке.

Наиболее вредны висмут и свинец. При нагреве под обработку давлением они делают медь хрупкой (красноломкой).
Висмут и свинец допускаются в меди в количестве тысячных и даже десятитысячных долей процента.
Сера и кислород даже в небольшом количестве приводят к уменьшению пластичности, хотя сера и улучшает обрабатываемость меди резанием.
Примеси в меди
железо
фосфор
висмут
сурьма
мышьяк
серебро

ПРИМЕСИ В МЕДИ
Любая примесь в той или иной мере снижает электропроводность меди (очень сильно уменьшают теплопроводность и электропроводимость сурьма и мышьяк), и для изготовления проводников электрического тока применяют наиболее чистые сорта проводниковой меди марок М00к (катодная) и М00б (бескислородная), содержащие примесей не более 0,001%.
Особо вредной примесью в строительстве является кислород, который уменьшает пластичность и прочность меди.
Если медь нагревают (при термообработке или эксплуатации) в атмосфере, где есть водород, то атомы водорода быстро диффундируют вглубь металла и восстанавливают оксид меди Cu2O + H2 = 2Cu + H2O. Образующиеся при этом пары воды создают высокое давление, что приводит к вздутиям, разрывам, трещинам и пористости.
Особенно это вредно при высокотемпературной пайке и сварке медных изделий, так как снижает прочность и надежность соединения. Это явление называется «водородной болезнью» меди и проявляется при температурах выше 400°С. При низкотемпературной (мягкой) пайке этим явлением можно пренебречь.

Для предупреждения окисления, медь плавят под слоем древесного угля, или с использованием защитных газов, или в вакууме.
Общепринятой практикой получения сортов меди, пригодных к сварке и высокотемпературной пайке, является их раскисление, вводом в состав присадки фосфора, которая связывает кислород.

ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СВОЙСТВА МЕДИ

ВЛИЯНИЕ ПРИМЕСЕЙ НА СВОЙСТВА МЕДИ

МАРКИРОВКА МЕДИ
Маркировка меди в российских марках: ставится буква «М» обозначающая медь.
Далее идут цифры показывающие степень чистоты в % (00-высокочистая, 0-чистая, 1,2,3-технически чистая).
Последний элемент маркировки — буква обозначающая способ изготовления меди: (к — катодная, у — катодная переплавленная, б – бескислородная, р — раскисленная, ф — раскисленная фосфором).

МАРКИРОВКА МЕДИ
Медь марок М1р, М2р и М3р при суммарном содержании примесей, одинаковом с медью марок М1, М2 и М3, отличается от них тем, что они более полно раскислены и содержание кислорода в них снижено от 0,05-0,08 % до 0,01%. Поэтому в них дополнительно содержится от 0,002% до 0,012 % фосфора. Марка меди М1ф отличается от М1р еще большим количеством фосфора от 0.012% до 0,04%, для большего раскисления и соответственно полным отсутствием кислорода.

кровельные работы
Применение меди
строительство
сантехника
газоснабжение
изготовление трубопрово-дов
Для строительных целей, сантехники и газоснабжения, для кровельных работ и изготовления трубопроводов любого назначения наиболее часто используют медь марок М1ф. Полное отсутствие в ней кислорода гарантирует отсутствие «водородной болезни», отличную свариваемость и хорошие прочностные качества.
Эта особенность отражается на эксплуатационных качествах изделий, изготовленных из этих марок, поэтому они наиболее широко применяется там, где для соединения этого материала используется пайка и сварка — трубопроводы и строительство. Кроме того процесс патинирования такой меди протекает медленнее и равномернее.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕДИ

МЕДНЫЕ СПЛАВЫ
МЕДНЫЕ СПЛАВЫ -сплавы на основе меди, в которых легирующими элементами являются олово, цинк, свинец, никель, алюминий, марганец, железо, серебро, золото, фосфор, кремний и другие.

ПРИНЯТЫ СЛЕДУЮЩИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ СПЛАВОВ:

Классификация сплавов
латунь
мельхиор
нейзильбер
бронза
манганин
монетные сплавы
константан

Манганин — сплав меди (83%), марганца (13%) и никеля (4%).
Применяют в электротехнике. Мягкие и твердые проволоки, электропроводность которых почти не изменяется с температурой ,ленты различной длины и ширины, обмоточные провода – являются основной продукцией, изготавливаемой из манганина. Они широко применяются при производстве высококлассных резисторов.

Мельхиор является соединением меди и никеля. В его составе нет ни доли серебра, хотя он и имеет серебристый цвет. В нем содержатся, кроме 18% никеля и 80% меди, различные добавки. Это устойчивое к коррозии соединение. Легкий в обработке, обладающий прекрасной тягучестью и высокой пластичностью, мельхиор служит для изготовления столовых приборов, посуды, портсигаров, термоэлементов и украшений. Выпускается в виде труб, лент, полосы.

НЕЙЗИЛЬБЕР— сплав меди с никелем и цинком. МНЦ15-20(15% Ni, 20% Zn, остальное — медь), обладающий наилучшими свойствами из группы тройных сплавов меди с никелем и цинком.
. Отличается хорошей коррозионной стойкостью, красивым серебристым цветом, повышенной прочностью и удовлетворит, пластичностью в холодном и горячем состояниях. Нейзильбер не окисляется на воздухе и достаточно стоек в растворах солей и органич. кислот. Из нейзильбера поставляют ленты и полосы, прутки и проволоку. Применяют для изготовления медицинского инструмента, технич. посуды, телефонной аппаратуры, паровой и водяной арматуры, изделий санитарной техники, точной механики, бытовой посуды и художеств, изделий..

НЕЙЗИЛЬБЕР

Константан-сплав меди(59%), никеля и кобальта(40%),а также марганца(1%)
Выпускается в виде ленты и проволоки. Применяется в радиоэлектронике, термопарах и др.

Латуни - сплавы меди с цинком ( меди от 60 до 90% и цинка от 40 до 10%) - прочнее меди и менее подвержены окислению.
Латунь с содержанием от 5 до 20% цинка называется красной (томпаком), с содержанием 20–36% Zn – желтой.
При присадке к латуни кремния и свинца повышаются ее антифрикционные качества,
при присадке олова, алюминия, марганца и никеля возрастает антикоррозийная стойкость. Листы, литые изделия используются в машиностроении, особенно в химическом, в оптике и приборостроении, в производстве сеток для целлюлознобумажной промышленности.

ИЗДЕЛИЯ ИЗ ЛАТУНИ

Двухкомпонентные латуни («Простые»)- состоящие только из меди, цинка и, в незначительных количествах, примесей.
Многокомпонентные латуни («Специальные»)– кроме меди и цинка присутствуют дополнительные легирующие элементы
Латуни
Простые(двойные)
Сложные(специальные)

МАРКИРОВКА ПРОСТЫХ ЛАТУНЕЙ
Латунь маркируется следующим образом: сначала идет буква Л, а за ней ставятся цифры, указывающие процентное содержание меди, а также других металлов в сплаве. Такая маркировка позволяет легко ориентироваться в свойствах и области применения.
Например, Л68 : 68% Cu, остальное Zn

ОСНОВНЫЕ ЛЕГИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ЛАТУНЯХ

МАРКИРОВКА СЛОЖНЫХ ЛАТУНЕЙ
Как в простых латунях, ставится буква Л, вслед за ней - ряд букв, указывающих, какие легирующие элементы, кроме цинка, входят в эту латунь; затем через дефисы следуют цифры,
первая из которых характеризует среднее содержание меди в процентах,
последующие - каждого из легирующих элементов в той же последовательности, как и в буквенной части марки. Порядок букв и цифр устанавливается по содержанию соответствующего элемента: сначала идет тот элемент, которого больше, а далее по нисходящей. Содержание цинка пределяется по разности от 100%. Например, марка ЛАЖМц66-6-3-2 расшифровывается так: латунь, в которой содержится 66% Cu, 6%A l, 3% Fe и 2% Mn. Цинка в ней 100-(66+6+3+2)=23%.

ДВОЙНЫЕ ДЕФОРМИРУЕМЫЕ ЛАТУНИ
Л96 Радиаторные и капиллярные трубки
Л90 Детали машин, приборов теплотехнической и химической аппаратуры, змеевики, сильфоны и др.
Л85 Детали машин, приборов теплотехнической и химической аппаратуры, змеевики, сильфоны и др.
Л80 Детали машин, приборов теплотехнической и химической аппаратуры, змеевики, сильфоны и др.
Л70 Гильзы химической аппаратуры
Л68 Штампованные изделия
Л63 Гайки, болты, детали автомобилей, конденсаторные трубы
Л60 Толстостенные патрубки, гайки, детали машин

МНОГОКОМПОНЕНТНЫЕ ДЕФОРМИРУЕМЫЕ ЛАТУНИ
ЛА77-2 Конденсаторные трубы морских судов
ЛАЖ60-1-1 Детали морских судов
ЛАН59-3-2 Детали химической аппаратуры, электромашин, морских судов
ЛЖМа59-1-1 Вкладыши подшипников, детали самолетов, морских судов
ЛН65-5 Манометрические и конденсаторные трубки
ЛМц58- 2 Гайки, болты, арматура, детали машин
ЛМцА57- 3-1 Детали морских и речных судов
Л090-1 Конденсаторные трубы теплотехнической аппаратуры

ЛИТЕЙНЫЕ ЛАТУНИ
ЛЦ16К4 Детали арматуры
ЛЦ23А6ЖЗМц2 Массивные червячные винты, гайки нажимных винтов
ЛЦЗОАЗ Коррозионно-стойкие детали
ЛЦ40С Литые детали арматуры, втулки, сепараторы, подшипники
ЛЦ40МцЗЖ Детали ответственного назначения, работающие при температуре до 300 °С
ЛЦ25С2 Штуцера гидросистемы автомобилей

БРО́НЗА
Бро́нза — сплав меди Cuсплав меди Cu с оловом Sn, алюминием Al, кремнием Si, кремнием Si,бериллием Be и другими элементами, за исключением цинка Zn.
В зависимости от легирования бронзы называют оловянными, алюминиевыми, кремнёвыми, бериллиевыми и т. д. Все бронзы принято делить на оловянные и безоловянные.

Цвет бронзы, с увеличением процентного содержания олова, переходит из красного (90% - 99%CU) в желтый (85% CU), белый (50%) и стально-серый (до 35% CU).

По химическому составу бронзы подразделяются на две группы: оловянные, в которых основным легирующим элементом является олово, и безоловянные, не содержащие олово в качестве легирующего компонента.
По технологическому признаку бронзы делятся на литейные и деформируемые. Литейные бронзы предназначены для фасонных отливок. Деформируемые бронзы хорошо поддаются обработке давлением.
Бронзы по сравнению с латунью обладают лучшими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью.
В качестве легирующих элементов в бронзе используют олово, алюминий, никель, марганец, железо, кремний, свинец, фосфор, бериллий, хром, цирконий, магний и другие элементы.

ЛИТЕЙНЫЕ ОЛОВЯННЫЕ БРОНЗЫ
Литейные оловянные бронзы: Жидкотекучесть литейных оловянных бронз ниже, чем у других бронз, однако они имеют незначительную объемную усадку, что позволяет получать из этих сплавов фасонные отливки бронзы.
Оловянные шихтовые литейные бронзы в чушках служат шихтой: БрОЗЦ8С4Н1-для литейной бронзы; БрОЗЦ7С5Н; БрОЗЦ 1ЗС4 - для бронзы БрОЗЦ12С5; Бр04Ц7С5 - для бронзы БрОЗ, 5Ц7С5; Бр05Ц6С5 - для бронзы Бр05Ц5С и Бр04Ц4С17. Перечисленные литейные бронзы применяются для литья антифрикционных деталей. Кроме того, бронзы БрО3Ц12С5 и БрО3Ц7С5Н применяются для арматуры, работающей в воде и водяном паре (БрО3Ц7С5Н в морской воде и маслах) давлением до 245 МПа.

БЕЗОЛОВЯННЫЕ БРОНЗЫ
Из литейных безоловянных бронз изготовляют ответственные тяжелонагруженные детали с повышенными антифрикционными свойствами или детали, работающие в условиях повышенной коррозии, детали различной ответственной арматуры

МАРКИРОВКА БРОНЗЫ
Маркируется по ГОСТ 5017-74. Бронзы маркируются двумя буквами Бр, справа ставят элементы, входящие в бронзу и цифры означают содержание этих элементов (количество меди не указывается).
БрОЦС 8-4-3 (Sn = 8 %, Zn = 4 %, Pb = 3 %, Cu – ост.)

НЕКОТОРЫЕ МАРКИ БРОНЗЫ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ