Структура и свойства меди и ее сплавы. Латуни и бронзы

Среди технических металлов медь по своему значению и распространению занимает особое место. Чистая медь обладает высокой теплопроводностью, электропроводностью и достаточно высокой коррозионной стойкостью.

Весьма ценным качеством меди является также ее высокая пластичность в горячем и холодном состояниях. Это позволяет изготовлять из меди различные деформируемые полуфабрикаты – листы, ленты, полосы, прутки, трубы, проволоку и др., широко применяемые в различных областях техники.

Прочность и твердость меди можно значительно повысить путем холодной деформации: до 40-45 кГ/мм², НВ до 80-100 кГ/мм². Однако при этом снижается пластичность и электропроводность меди.

Свойства наклепанной меди можно восстановить путем отжига (рекристаллизации).

Чистая медь устойчива против атмосферной коррозии вследствие образования на ее поверхности тонкой защитной пленки, состоящей из CuSO₄*3Cu(OH)₂. Пресная вода и конденсат пара практически не действуют на медь. Незначительна также скорость коррозии меди в морской воде. Медь плохо сопротивляется действию аммиака, хлористого аммония, щелочных цианистых соединений, окислительных минеральных кислот, сернистого газа и др.

Взаимодействие меди с кислородом отмечается уже при комнатной температуре. При температурах до 100⁰С на поверхности меди образуется пленка окиси меди черного цвета. При более высоких температурах скорость окисления меди значительно возрастает и на поверхности образуется пленка закиси меди красного цвета.

Различают две основные группы медных сплавов: латуни – сплавы меди с цинком и бронзы – сплавы меди с другими элементами, в числе которых, но только на ряду с другими, может быть цинк. Медные сплавы обладают высокими механическими и технологическими свойствами, хорошо сопротивляются износу и коррозии.

Латунями называют двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является цинк.

Медь с цинком образует, кроме основного a-раствора, ряд фаз электронного типа b,g и e.

Наиболее часто структура латуней состоит из a или a+b - фаз, a-фаза – твердый раствор цинка в меди с кристаллической решеткой меди г.ц.к. Предельная растворимость цинка в меди составляет 39%, b - фаза – упорядоченный твердый раствор на базе электронного соединения CuZn с решеткой о.ц.к.

Двойные латуни нередко легируют Al, Fe, Ni, Sn, Mn, Pb и другими элементами. Такие латуни называют специальными или многокомпонентными.

Все латуни по техническому признаку делят на: 1) деформируемые, из которых изготовляют листы, ленты, трубы, проволоку и другие полуфабрикаты и 2) литейные – для фасонного литья.

Все латуни обладают хорошей жидкотекучестью и антифрикционными свойствами, мало склонны к ликвации.

Оловянные бронзы. В реальных условиях охлаждения оловянная бронза состоит из a - фазы и Cu₃₁Sn₈, В практике применяют только сплавы с содержанием до 10 – 12% олова. Сплавы, более богатые оловом, очень крупки. Оловянные бронзы имеют большой интервал температур и поэтому склонны к ликвации и образованию рассеянной пористости; при ускоренном охлаждении у них резко выражено дендритное строение.

Свинец, не растворимый в меди, присутствует в структуре бронзы в виде округлых выделений в объеме зерна. Легирование свинцом снижает механические свойства бронзы, но повышает плотность отливок, а главное облегчает обработку резанием и улучшает антифрикционные свойтсва.

Безоловянные бронзы. Безоловянные бронзы представляют собой сплавы с Al, Ni, Si, Fe, Be, Cr, Pb и другими металлами. Алюминиевые бронзы наиболее часто применяют алюминиевые бронзы, двойные (БрА5 и БрА7) и добавочно легированные никелем, марганцем, железом и др. Эти бронзы используют для различных втулок, направляющих седел, фланцев, шестерен и других небольших ответственных деталей.

Кремнистые бронзы. При легировании меди кремнием (до 3,5%) повышается прочность, а также пластичность. Никель и марганец улучшают механические и коррозионные свойства кремнистых бронз. Эти бронзы легко обрабатываются давлением, резанием и свариванием.

Свинцовые бронзы. Свинец практически не растворяется в жидкой меди, температура монотектического превращения соответствует 935 С и эвтектического 327 С. Такая структура бронзы обеспечивает высокие антифрикционные свойства.