Механические свойства технической меди M1
| Состояние | sв, МПа | s0,2, МПа | d, % | y,% | НВ | KCU, МДж/м2 |
| Литое | – | – | ||||
| Деформированное* | – | |||||
| Отожженное | 1,2–1,8 |
*Свойства проволоки, продеформированной на 90%.
Отжиг для снятия наклепа проводят при 550–600°С в восстановительной атмосфере, так как медь легко окисляется при нагреве.
По электрической проводимости и теплопроводности медь занимает второе место после серебра. Она применяется для проводников электрического тока и различных теплообменников, водоохлаждаемых изложниц, поддонов, кристаллизаторов.
Недостатки меди: невысокая прочность, плохая обрабатываемость резанием и низкая жидкотекучесть.
Общая характеристика и классификация медных сплавов
Для легирования медных сплавов в основном используют элементы, растворимые в меди, – Zn, Sn, Al, Be, Si, Mn, Ni.
Повышая прочность медных сплавов, легирующие элементы практически не снижают, а некоторые из них (Zn, Sn, A1) увеличивают пластичность.
Высокая пластичность – отличительная особенность медных сплавов. Относительное удлинение некоторых однофазных сплавов достигает 65%.
По прочности медные сплавы уступают сталям. Временное сопротивление большинства сплавов меди лежит в интервале 300–500 МПа, что соответствует свойствам низкоуглеродистых нелегированных сталей в нормализованном состоянии. И только временное сопротивление наиболее прочных бериллиевых бронз после закалки и старения находится на уровне среднеуглеродистых легированных сталей (sв = 1100–1200 МПа).
Медные сплавы подразделяют по:
– технологическим свойствам (деформируемые (обрабатываемые давлением) и литейные);
– способности упрочняться с помощью термической обработки (упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой);
– химическому составу (латуни и бронзы).
Медные сплавы маркируют по химическому составу, используя буквы для обозначения элементов и числа – для указания их массовых деталей.
В медных сплавах (так же как и в алюминиевых) буквенные обозначения отличаются от обозначений, принятых для сталей. Алюминий в них обозначают буквой А; бериллий – Б; железо – Ж; кремний – К; медь – М; магний – Мг; мышьяк – Мш; никель – Н; олово – О; свинец – С; серебро – Ср; сурьма – Су; фосфор – Ф; цинк – Ц; цирконий – Цр; хром – X; марганец – Мц.
Латуни (сплавы меди с цинком) маркируют буквой Л. В деформируемых латунях, не содержащих кроме меди и цинка других элементов, за буквой Л ставится число, показывающее среднее содержание меди. В многокомпонентных латунях после Л ставятся буквы – символы элементов, а затем числа, указывающие содержание меди и каждого легирующего элемента. Например, латунь Л68 содержит 68% Сu, латунь ЛАН59-3-2 содержит 59% Сu, 3% А1, 2% Ni (остальное Zn). В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, обозначающей его. Например, латунь ЛЦ40МцЗА содержит 40% Zn, 3% Мn и 1% Аl.
Бронзы (сплавы меди со всеми элементами, кроме цинка) обозначают буквами Бр, за которыми ставятся буквы и числа. В марках деформируемых бронз сначала помещают буквы – символы легирующих элементов, а затем числа, указывающие их содержание. Например, БрАЖ9-4 содержит 9% Аl, 4% Fe, остальное – Сu. В марках литейных бронз после каждой буквы указывается содержание этого легирующего элемента. Например, БрО6Ц6СЗ содержит 6% Sn, 6% Zn, 3% Pb, остальное – Сu.
Латуни
Медь с цинком образует a-твердый раствор с предельной концентрацией цинка 39% (рис. 2.2, а).
При большем содержании цинка образуется электронное соединение CuZn (b-фаза) с кристаллической решеткой ОЦК.
При 454–468°С (штриховая линия на диаграмме) наступает упорядочение b-фазы (b'-фаза), сопровождающееся значительным повышением ее твердости и хрупкости. В отличие от равновесного состояния,
b'-фаза появляется в структуре латуней при содержании цинка около 30%.
а б
Рис. 2.2. Диаграмма состояния системы Сu – Zn (а) и влияние цинка
на механические свойства латуней (б)
В соответствии с изменением структуры меняются механические свойства латуней (рис. 2.2, б):
– когда латунь имеет структуру a-твердого раствора, увеличение содержания цинка вызывает повышение ее прочности и пластичности;
– появление b'-фазы сопровождается резким снижением пластичности, прочность продолжает повышаться при увеличении цинка до 45%, пока латунь находится в двухфазном состоянии;
– переход латуни в однофазное состояние со структурой b'-фазы вызывает резкое снижение прочности.
Практическое значение имеют латуни, содержащие до 45% Zn.
Двойные латуни по структуре подразделяют на две группы:
1) однофазные со структурой a-твердого раствора (рис. 2.3, а);
2) двухфазные со структурой a + b-фаз (рис. 2.3, б).
а б
Рис. 2.3. Микроструктуры латуней:
а – однофазной; б - двухфазной (темная – b-фаза, светлая – a-фаза)
В связи с высокой пластичностью однофазные латуни хорошо поддаются холодной пластической деформации, которая значительно повышает их прочность и твердость. Рекристаллизационный отжиг проводят при 600–700°С.
Сплавы с большим содержанием цинка отличаются высокой хрупкостью. Химический состав некоторых промышленных латуней и их механические свойства приведены в табл. 2.2, 2.3.
Таблица 2.2
Химический состав и механические свойства деформируемых латуней
после отжига
| Марка латуни | Сu | Прочих элементов | sв | s0,2 | d | y | KCU, МДж/м2 | НВ |
| % (мас.) | MПа | % | ||||||
| Л90 | 88–91 | 1,76 | ||||||
| Л68 | 67–70 | 1,68 | ||||||
| Л63 | 62–65 | 1,37 | ||||||
| Л60 | 59–62 | 0,78 | ||||||
| ЛА77-2 | 76–79 | 1,75–2,5 Аl | ||||||
| ЛАН59-3-2 | 57–60 | 2,5–3,5 Al | 0,5 | |||||
| 2–3 Ni | ||||||||
| ЛН65-5 | 64–67 | 5–6,5 Ni | ||||||
| ЛЖМц59-1-1 | 57–60 | 0,1–0,4 A1 | 1,18 | |||||
| 0,6–1,2 Fe | s | |||||||
| 0,5–0,8 Mn | ||||||||
| 0,3–0,7 Sn | ||||||||
| ЛМц58-2 | 57–60 | 1–2 Mn | 52,5 | |||||
| Л070-1 | 69–71 | 1–1,5 Sn | 0,6 | |||||
| ЛК80-3 | 79–81 | 2,5–4 Si | Si | 0,4 |
Таблица 2.3