Медь и медные сплавы.

Получение меди и её сплавов. В настоящее время медь получают из сульфидных руд, содержащих медный колчедан (CuFeS₂). Обогащенный концентрат медных руд (содержащий 11-35% Cu), 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% Cu.

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 техническая чистая). Чистая медь имеет 11 марок (М00б, М0б, М1б, М1у, М1, М1р, М1ф, М2р, М3р, М2 и М3). 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 её сплавы с цинком, оловом, алюминием, кремнием, марганцем и свинцом. Легирование стали обеспечивает повышение её механических, технологических и эксплуатационных свойств. Различают 3 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.

В сравнении с медью, латуни обладают большей прочностью, коррозионной стойкостью и лучшей обрабатываемостью (резанием, давлением). Латуни содержат до 40-45% цинка. При большем содержании цинка снижается прочность латуни и увеличивается её 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, 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 предназначены для изготовления фасонных отливок, их поставляют в виде чушек.

Деформируемые латуни выпускают 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 – проволоков, 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 элемента бронзы называют оловянными, алюминиевыми и т.д. Бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошими литейными и широкими антифриционными свойствами и обрабатываемостью резанием. Для повышения механических характеристик и придания особых свойств бронзы легируют железом, никелем, титаном, цинком, фосфором. Введение марганца соответствует повышению коррозионной стойкости, никеля – пластичности, железа – прочности, цинка – улучшению литейных свойств, свинца – улучшению обрабатываемости.

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 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%; твёрдость 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, механические и антифрикционные свойства.

Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы. Деформируемые бронзы поставляются в виде полуфабрикатов (прутки, проволоки, ленты, полосы) в нагартованном (твёрдом) и отожженном (мягком) состояниях.

Эти бронзы применяют для вкладышей подшипников, втулок деталей приборов и т.д.

Литейные оловянные бронзы содержат большое количество олова (до 15%), цинка (4-1,0%), свинца (3-6%), фосфора (0,4-1,0%). Литейные бронзы 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 °С) повышает твёрдость с НВ 170-200 до НВ 400.

Марганцовистые бронзы (БрМц-5) имеют сравнительно невысокие механические свойства, но обладают высокой пластичностью и хорошей сопротивляемости коррозии, а также сохраняют механические свойства при повышенных температурах.

Свинцовистые бронзы (БрС-30) 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, хорошую коррозионную стойкость, теплостойкость.

Из бериллиевых бронз изготавливают детали особо ответственного назначения.

Кремнистые бронзы (БрКН 1-3, БрКМц3-1) применяют как заменители дорогостоящих бериллиевых бронз.

Сплавы меди с никелем. Медно-никелевые 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 электромеханических изделий.

Нейзильберы (медь-никель-цинк) содержат 15% никеля, 20% цинка, остальное – медь. Нейзильберы имеют приятный белый цвет, близкий к цвету серебра. Они хорошо сопротивляются атмосферной коррозии; применяют в машиностроении 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 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.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: