Медные сплавы их маркировка и применение

Применение меди

Медь находится на втором месте по популярности среди всех цветных металлов. Основной источник получения меди – это медная руда, которую добывают в многочисленных месторождениях сланца и песчаника.
Чистый металл имеет красно-розовый цвет и характеризуется высокими показателями тепло- и электропроводности. К примеру, по уровню теплопроводности она лучше железа в 6 раз.

Область применения меди

Как в форме чистого металла, так и в сочетании со сплавами медь применяется в разных промышленных областях.
Ее свойства позволяют активно применять этот металл электротехники. Свыше 50% добытого металла используется для производства всевозможных электроприборов и электропередач.
Высокие показатели электро- и теплопроводности обуславливают широкое использование меди в строительной отрасли. Как известно, металл отличается устойчивостью к отрицательному действию коррозии и ультрафиолетовых лучей, также не деформируется в условиях резких колебаний температурного режима.
Самым популярным продуктом из меди являются провода. Для их изготовления применяется максимально чистый металл, потому что дополнительные примеси в значительной степени уменьшают показатель токопроводимости. К примеру, если в готовом продукте будет присутствовать свыше 0,02% алюминия, то способность продукта проводить ток падает на 10%.
Хорошая вязкость и пластичность обуславливают популярность меди для создания продукции с различными узорами. В результате обжига, проволока, созданная из красной меди, приобретает максимальный уровень пластичности и мягкости. Из нее можно формировать узоры и орнаменты любой сложности.
Такую проволоку применяют в:

• электротехнике
• электроэнергетике
• автомобилестроении
• судостроении
• производстве кабеля и проводов.

Высокий показатель теплопроводности меди позволяет использовать ее в различных теплообменниках и теплоотводных приборах. Именно из меди создают кулера для системных блоков, радиаторы отопления, трубы, кондиционеры и другие механизмы.
Несмотря на довольно высокую стоимость медных труб, их достоинства неоспоримы:

• не боятся ультрафиолетового излучения
• устойчивы к образованию коррозии
• не реагируют на температурные перепады. Поэтому монтаж можно проводить даже в условиях низких температур воздуха.

Вследствие высокого показателя механической прочности, а также возможности механической обработки специалисты создают бесшовные медные трубы, имеющие круглое сечение. Они предназначены для транспортировки жидких веществ или газов в системах газо- и водоснабжения, кондиционирования и отопления.
Пожалуй, самым первым материалом, из которого сделали кровельное покрытие, была медь. Такой вариант кровли характеризуется долгим периодом эксплуатации — около 200 лет. Через определенное время кровля из меди окисляется, вследствие чего формируется пленка патины. Она защищает
поверхность меди от неблагоприятного действия ультрафиолета, низкой температуры, влажности и других погодных явлений.

Сплавы меди и их применение

Медь и ее сплавы широко используются в процессе возведения линий электропередач и устройств разного типа связи. Сплавы применяют в электромашиностроительной отрасти, в создании разных приборов, при изготовлении холодильников, вакуум-аппаратов.
Примерно половина всей меди используется на нужды электропромышленности. На базе меди получено огромное количество сплавов с разными металлами, например, Zn, Sn, Al, Be, Ni, Mn, Pb, Ti, Ag, Au. Существуют сплавы и с неметаллами, например, с фосфором, серой, кислородом и другими.
Сфера использования таких сплавов довольно обширна. Большая часть их них отличается высокими антифрикционными качествами. Сплавы используют в литой и кованой форме, а также в порошковой форме. К примеру, широко используются сплавы:

• оловянные. Содержат от 4 до 33 % Sn
• свинцовые. В них содержится примерно 30 % Pb
• алюминиевые. Содержат от 5 до 11 % Al
• кремниевые. В таких сплавах присутствует 4-5 % Si
• сурьмяные бронзы, которые востребованы в производстве подшипников, теплообменников и прочих материалов в виде листа, прутков и труб для химической, бумажной и пищевой промышленности.

Разные сплавы меди с хромом, а также вольфрамовый порошковый сплав применяются для изготовления электродов и электроконтактов.
Сложно представить себе химическую промышленность и машиностроение без латуни — сплава меди с цинком (до 50 % Zn). Чаще всего в небольших количествах тут присутствуют и другие элементы, например, Al, Si, Ni, Mn. Сплавы меди с фосфором (6-8 %) применяют как припои.

Использование меди в медицине

Применение меди в медицинской отрасли можно встретить довольно часто. Согласно нормам традиционной медицины — медь это крайне важный элемент жизнедеятельности человека. В нашем организме медь присутствует в объеме 2*10-4 % от общего веса человека. Каждый день вместе с пищей мы употребляем примерно 60 мг меди, однако усваивается лишь 2 мг, но именно это количество и является суточной нормой для взрослого человека.
Медь крайне важна в процессе биосинтеза гемоглобина, а также в поддержании уровня сахара, холестерина и мочевой кислоты. Чтобы сердечно-сосудистая система, головной мозг, пищеварительный тракт работали как положено, необходима медь. При хроническом недостатке меди в организме человека развиваются следующие болезни:

• анемия
• остеопороз
• глаукома
• псориаз
• атрофируется сердечная мышца
• человек быстро устает, теряет вес
• в организме накапливается холестерин.

Самыми богатыми продуктами, содержащими медь, являются:

• шампиньоны
• картофель
• печень трески
• цельное зерно
• устрицы и каракатицы.

Применение и маркировка меди

Чтобы выяснить конкретный состав, по классификации ГОСТ 859-2001, имеется особая таблица с характеристиками и маркировками.
Наиболее востребованной является катодная медь или медные полуфабрикаты, другими словами катанка, прокат, слитки и предметы из медных сплавов. Особенности и сфера использования металла, по данным таблицы ГОСТ 859-2001, определяются согласно процентному содержанию разных примесей. Разные марки меди содержат от 10 до 50 разных примесей. Чаще всего наблюдается разделение на две группы:

• сплав, в котором содержится минимальное количество кислорода (до 0,011 %). Этот сплав имеет высокую чистоту. Обозначение по ГОСТ 859-2001 – М00, М01, медь М3. Применяются главным образом для создания токопроводников или сплавов высокой степени чистоты
• рафинированный металл, в котором содержится примесь фосфора для общего применения. Обозначения по ГОСТ 859-2001 – М1ф, М2р, М3р. Из такого металла создают трубы, горячекатаные и холоднокатаные листы, фольга.

Стоит отметить, что данные классификации по ГОСТ 859-2001 соответствуют иностранным данным классификации по DIN. В иностранной классификации обязательно должны быть обозначены химические элементы и примеси. К примеру, марка М00 – это CuOFE, M1 – CuOF.
Для криогенной промышленности применяется исключительно наиболее чистые металлы, бескислородные марки. Для всех остальных нужд самыми популярными являются такие виды горячего и холодного проката, которые используются в разнообразных отраслях строительства и производства:

• М0, М00 – применяется для создания электропроводников и изделий высокой частоты. Они делаются только под заказ и отличаются более высокой стоимостью
• М001б, М001бф – из них делают медную проволоку небольшого сечения, электрические шины, проводку
• медь М1 (М1р, М1ре, М1ф) – это отличные проводники тока, прокатные материалы и высококачественные бронзы, имеющие максимально низкое количество олова. Из такой меди создают прутья и электроды для электрической сварки чугуна и прочих плохо свариваемых металлов
• медь М2 (М2к, М2р). Она подходит для создания изделий для криогенной техники, литого проката для обработки давлением.
• медь М3 (М3р, М3к) применяется в процессе создания прессованных полуфабрикатов и плоского проката. Кроме этого, из нее делают проволоку для электромеханической сварки медных и чугунных предметов.

Соединения меди

Далее рассмотрим наиболее востребованные соединения меди и их применение. Начнем с фунгицидов. Свыше сотни лет они применяются для борьбы с ложномучнисторосяными и несовершенными грибами, которые являются причиной пятнистости вегетативных органов растений. Фунгициды на основе меди и сегодня являются основными в системе антирезистентной программы к системным фунгицидам.
Пестициды, изготовленные на основе меди, очень востребованы в целях защиты садов и виноградников от вредителей и болезней.
Очень популярен сульфат меди. Применение это вещества происходит повсеместно и в различных областях. Сульфат меди(II) является наиболее важной солью меди. Он является исходным материалом для синтеза многих веществ. Безводный сульфат меди используют в качестве индикатора влажности. В лабораторных условиях он отвечает за осушку этанола и ряда других соединений.
Однако, наибольший объем медного купороса CuSO4 расходуется для борьбы с вредителями в сельскохозяйственной отрасли.

Гидроксид меди применение

Гидроксид меди, также ка и сульфат является отличным фунгицидом. Он защищается растения от различных болезней, как грибковых, так и бактериальных.
Плюсы использования гидроксида меди:

• широкий перечень инфекций, на которые действует соединение
• можно использовать практически для всех видов растений
• питательные вещества меди обеспечивают долгий срок хранения овощей и фруктов
• низкое содержание меди вследствие насыщения препаратов ионами Cu++
• устойчив к осадкам
• не оказывает негативного действия на природу
• невысокая стоимость.

Оксид меди применение

Оксид меди — CuO очень востребован в процессе изготовления стекла и эмалей. Он придает готовым изделиям зелёный и синий оттенок. Также оксид меди незаменим в производстве медно-рубинового стекла.
В лабораторных условиях он используется для выявления восстановительных качеств различных соединений. Вещество способно восстановить оксид до металлической меди. При этом наблюдается переход чёрного цвета оксида меди в розовый оттенок меди.

Учебные материалы

Медь относится к группе цветных металлов, наиболее широко применяемых в промышленности. Порядковый номер меди в периодической системе Д. И. Менделеева — 29, атомный вес А = 63,57. Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку (ГЦК) с периодом а = 3,607 Å.

Удельный вес меди g = 8,94 г/см 3 , температура плавления — 1083 0 С. Чистая медь обладает высокой тепло — и электропроводностью. Удельное электрическое сопротивление меди 0,0175 мкОм×м, теплопроводность l = 395 Вт/(м×град). Предел прочности s_в = 200…250 МПа, твердость 85…115 НВ, относительное удлинение d = 50 %, относительное сужение y = 75 %.

Медь — немагнитный металл. Она обладает хорошей технологичностью: обрабатывается давлением, резанием, легко полируется, хорошо паяется и сваривается, имеет высокую коррозионную стойкость. Основная область применения — электротехническая промышленность.

Электропроводность меди существенно понижается при наличии даже очень небольшого количества примесей. Поэтому в качестве проводникового материала применяют в основном особо чистую медь М00 (99,99 %), электролитическую медь М0 (99,95 %), М1 (99,9 %). Марки технической меди М2 (99,7 %), М3 (99,5 %), М4 (99,0 %).

В зависимости от механических свойств различают медь твердую, нагартованную (МТ) и медь мягкую, отожженную (ММ).

Вредными примесями в меди являются висмут, свинец, сера и кислород. Действие висмута и свинца аналогично действию серы в стали; они образуют с медью легкоплавкие эвтектики, располагающиеся по границам зерен, что приводит к разрушению меди при ее обработке давлением в горячем состоянии (температура плавления эвтектики соответственно 270 0 С и 326 0 С).

Сера и кислород снижают пластичность меди за счет образования хрупких химических соединений Сu₂O и Сu₂S.

В качестве конструкционного материала технически чистую медь применяют редко, так как она имеет низкие прочностные свойства, твердость. Основными конструкционными материалами на основе меди являются сплавы латуни и бронзы. Для маркировки медных сплавов используют следующее буквенное обозначение легирующих элементов:

• О — олово; Ц — цинк; Х — хром;
• Ж — железо; Н — никель; С — свинец;
• К — кремний; А — алюминий; Ф — фосфор;
• Мц — марганец; Мг – магний; Б – бериллий.

Латуни — это медные сплавы, в которых основным легирующим элементом является цинк.

В зависимости от содержания цинка латуни промышленного применения бывают:

1. однофазные a — латуни, содержащие до 39 % цинка (это предельная растворимость цинка в меди);
2. двухфазные (a+b|)- латуни, содержащие до 46 % цинка;
3. однофазные b|- латуни ,содержащие до 50 % цинка.

Однофазные a- латуни пластичны, хорошо обрабатываются резанием, давлением при температурах ниже 300 0 С и выше 700 0 С (в интервале от 300 0 С до 700 0 С — зона хрупкости). С увеличением содержания цинка прочность латуней повышается. В латунях b|- фаза представляет собой упорядоченный твердый раствор на базе электронного соединения СuZn с решеткой ОЦК, она хрупкая и прочная. Поэтому, чем больше в латунях b|- фазы, тем они прочнее и менее пластичны. Практическое применение имеют латуни с содержанием цинка до 42…43 %.

Латуни, обрабатываемые давлением, маркируются буквой Л (латунь), после которой ставятся буквенные обозначения легирующих элементов; цифры, следующие за буквами, указывают содержание меди и количество соответствующего легирующего элемента в процентах. Содержание цинка определяется по разности от 100 %. Например, латунь Л62 содержит 62 % Сu и 38 % Zn. Литейные латуни маркируются буквой Л, после которой ставится содержание цинка и других легирующих элементов в процентах. Количество меди определяется по разности от 100 %. Например, латунь ЛЦ36Мц20С2 содержит 36 % Zn, 20 % Mn, 2 % Pb и 42 % Сu.

К однофазным a — латуням относятся Л96 (томпак), Л80 (полутомпак), Л68, имеющая наибольшую пластичность (d = 56 %). Двухфазные (a+b|) — латуни марок Л59 и Л60 имеют меньшую пластичность в холодном состоянии, но большую прочность и износостойкость. Однофазные имеют после отжига s_в = 250…350 МПа и d = (50…56) %, двухфазные — s_в = 400…450 МПа и d = (35… 40 %).

Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости латуни могут легироваться оловом, алюминием, марганцем, кремнием, никелем, железом и др.

Введение легирующих элементов (кроме никеля) уменьшает растворимость цинка в меди и способствует образованию b|- фазы, поэтому такие латуни чаще двухфазные (a+b|). Никель увеличивает растворимость цинка в меди, и при достаточном его содержании латунь из двухфазной становится однофазной. Свинец облегчает обрабатываемость резанием и улучшает антифрикционные свойства. Сопротивление коррозии повышают Al, Zn, Si, Mn, Ni, Sn.

В морском судостроении применяются оловянистые ”морские” латуни, например, ЛО70-1 (70 % Сu, 1 % Sn, 29 % Zn). Она используется для изготовления конденсаторных трубок, деталей теплотехнической аппаратуры.

Алюминиевые латуни используют для изготовления конденсаторных трубок, цистерн, втулок, а также для изготовления коррозионно-стойких деталей, работающих в морской воде. Марки латуней: ЛА77-2, ЛАЖ60-1-1, ЛАН59-3-2 (в электрических машинах, в хим. машиностроении). Из латуни ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 изготовляют цельнотянутые круглые трубы для производства манометрических трубок и пружин в приборах повышенного класса точности. С помощью закалки и старения sв достигает 700 МПа.

Марганцевые латуни кроме хороших механических и технологических свойств (обрабатываются давлением в холодном и горячем состоянии) обладают высокой коррозионной стойкостью в морской воде, хлоридах и перегретом паре. Латуни ЛМц 58-2 и ЛМцА 57-3-1 применяются в основном для изготовления крепежных изделий арматуры.

Кремнистые латуни характеризуются высокой прочностью (s_в до 640 МПа), пластичностью и вязкостью до минус 183 0 С. Латунь ЛК80-3 применяют для изготовления арматуры, деталей приборов в судо- и общем машиностроении.

Свинцовистые латуни отлично обрабатываются резанием и обладают высокими антифрикционными свойствами. Латуни ЛС60-1, ЛС59-1 применяют для изготовления крепежных деталей , зубчатых колес, втулок.

Никелевая латунь обладает повышенными механическими (s_в до 785 МПа) и коррозионными свойствами, обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии. Латунь ЛН65-5 применяется для изготовления манометрических и конденсаторных трубок, различного вида проката.

Литейные латуни содержат те же элементы, что и латуни, обрабатываемые давлением; от последних литейные отличает, как правило, большее легирование цинком и другими металлами. Вследствие этого они обладают хорошими литейными характеристиками.

Бронзы — это сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием и другими элементами.

По технологическому признаку бронзы делятся на деформируемые и литейные. Деформируемые маркируются буквами Бр, после которых перечисляются легирующие элементы, а затем соответственно содержание этих элементов в процентах. Содержание меди определяется по разности от 100 %. Например, БрОЦС 8-4-3 содержит 8 % Sn, 4 % Zn, 3 % Pb, 85 % Сu.

Литейные бронзы маркируются аналогично литейным латуням. Например, бронза Бр06Ц3Н6 содержит 6 % Sn, 3 % Zn, 6 % Pb, 85 % Сu.

Бронзы по сравнению с латунью обладают лучшими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью.

Оловянные бронзы. Наибольшее практическое значение имеют сплавы, содержащие до 10…12 % Sn. Предельная растворимость олова в меди 15,8%, однако в реальных условиях кристаллизации и охлаждения предельная растворимость снижается примерно до 6 %. К однофазным сплавам относятся бронзы с содержанием олова до 5…6 % и a — фаза, представляет твердый раствор олова в меди с ГЦК — решеткой. При большем содержании олова наряду с a — раствором присутствует эвтектоид (a + Сu31Sn8). Предел прочности бронзы возрастает с увеличением олова, но при его высоких концентрациях резко снижается из-за большего количества хрупкого интерметаллида Сu₃₁Sn₈.

Оловянные бронзы обычно легируют Zn, Pb, Ni, P. Цинк улучшает технологические свойства бронзы и удешевляет ее. Фосфор улучшает литейные свойства. Для изготовления художественного литья содержание фосфора может достигать 1 %. Свинец (до 3…5 %) вводится в бронзу для улучшения ее обрабатываемости резанием. Никель повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность отливок, уменьшает ликвацию. Среди медных сплавов оловянные бронзы имеют самую низкую линейную усадку (0,8 % при литье в землю и 1,4 % — в металлическую форму).

Для проведения пластичности проводится гомогенизация сплавов при температурах 700…750 0 С с с быстрым охлаждением. Остаточные напряжения снимаются отжигом при 550 0 С.

Оловянные деформируемые бронзы Бр0Ф7-0.2, БрОЦС4-4-4, БрОЦ4-3 и другие имеют более высокую прочность, упругость, сопротивление усталости, чем литейные. Их используют для изготовления подшипников скольжения, шестерен, трубок контрольно — измерительных и других приборов, манометрических пружин и т.д.

Литейные оловянные бронзы. По сравнению с деформируемыми они содержат большее количество легирующих элементов, имеют ниже жидкотекучесть, малую линейную усадку, склонны к образованию усадочной пористости. Бронзы БрОЗЦ7С5Н, БрО10Ф1, БрО6Ц6С3, БрО5С25 и другие применяются для изготовления арматуры, работающей в воде и водяном паре, подшипников, шестерен, втулок.

Алюминиевые бронзы отличаются высокими механическими антикоррозионными свойствами, жидкотекучестью, малой склонностью к дендритной ликвации. Из-за большой усадки трудно получить сложную фасонную отливку. Они морозостойки, немагнитны, не дают искры при ударах. По коррозионной стойкости превосходят латуни и оловянистые бронзы.

Алюминий растворяется в меди, образуя a — твердый раствор замещения с пределом растворимости 9,4 %. При большем содержании в структуре появляется эвтектоид (a + g|); g| — интерметаллид Сu₃₂Al₉.

Однофазные бронзы БрА5, БрА7 имеют хорошую пластичность и относятся к деформируемым. Обладают наилучшим сочетанием прочности и пластичности: s_в = 400…450 МПа, d = 60 %.

Двухфазные бронзы (a + g|) имеют повышенную прочность до 600 МПа, но пластичность заметно ниже d = (35…45) %. Эти сплавы упрочняются термообработкой и дополнительно легируются Fe, Ni, Mn.

Железо измельчает зерно и повышает механические и антифрикционные свойства алюминиевых бронз. Никель улучшает механические свойства и износостойкость, температуру рекристаллизации и коррозионную стойкость. Марганец повышает технологические и коррозионные свойства.

Бронзы БрАЖН10-4-4, БрАЖМц10-3-1-5 и др. применяются для изготовления зубчатых колес, деталей турбин, седел клапанов и других деталей, работающих в тяжелых условиях износа при повышенных температурах до 400 0 С, корпуса насосов, клапанные коробки и др.

Закалка проводится с температуры 950 0 С, после чего бронзы подвергают старению при 250…300 0 С в течение 2…3 ч.

Кремнистые бронзы применяются в качестве заменителей оловянистых бронз. До 3 % кремний растворяется в меди, и образуется однофазный a-твердый раствор. При большем содержании кремния появляется твердая и хрупкая g-фаза. Никель и марганец улучшает механические и коррозионные свойства. Они не теряют пластичности при низких температурах, хорошо паяются, обрабатываются давлением, немагнитны и не дают искры при ударах. Их используют для деталей, работающих до 500 0 С, а также в агрессивных средах (пресная, морская вода).

Бронзы БрКН1-3, БрКМц3-1 применяют для изготовления пружин, антифрикционных деталей, испарителей и др.

Бериллиевые бронзы. Содержат 2…2,5 % Ве. Эти сплавы упрочняются термической обработкой. Предельная растворимость бериллия в меди при 866 0 С составляет 2,7 %, при 600 0 С — 1,5 %, а при 300 0 С всего 0,2 %. Закалка проводится при 760…800 0 С в воде и старение при 300 0 С в течение 3 ч. Сплав упрочняется за счет выделения дисперсных частиц g-фазы СuBe, что приводит к резкому повышению прочности до 1250 МПа при d = 3…5 %. Бронзы БрБ2, БрБНТ1,9 и БрБНТ1,7 имеют высокую прочность, упругость, коррозионную стойкость, жаропрочность, немагнитны, искробезопасны (искра не образуется при размыкании электрических контактов). Применяются для изготовления мембран, пружин, электрических контактов.

Свинцовые бронзы. Свинец практически не растворяется в жидкой меди. Поэтому сплавы после затвердевания состоят из кристаллов меди и включений свинца. Такая структура обеспечивает высокие антифрикционные свойства. Бронза БрС30 применяется для изготовления вкладышей подшипников скольжения, работающих при повышенных давлениях и с большими скоростями. По сравнению с оловянистыми бронзами, теплопроводность ее в 4 раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту, возникающую при трении. Прочность этих бронз невысокая s_в = 60 МПа, d = 4 %.

Медь и её сплавы. Определение, назначение, маркировка.

Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. 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 ее сплавы с цинком, оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом Леги­рование меди обеспечивает повышение ее механических, технологичес­ких и эксплуатационных свойств. Различают три 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 и т.п. В сравнении с медью латуни обладают большей прочностью коррози­онной стойкостью и лучшей обрабатываемостью (резанием литьем давлением). Латуни содержат до 40-45% цинка. При большем содержании цинка снижается прочность латуни и увеличивается ее 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 0-олово, Мц — марганец, Ж — железо, Ф — фосфор, Б — бериллий и т.д. Бронзы. Сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, марганцем, свинцом, бериллием называют бронзами. В зависимости от введенного элемента бронзы называют оловянными, алюминиевыми и т.д. Бронзы обладают высокой стойкостью против коррозии, хорошими литейными и высокими антифрикционными свойствами и обрабатыва­емостью резанием. Для повышения механических характеристик и при­дания особых свойств бронзы легируют железом, никелем, титаном, цин­ком, фосфором. Сплавы меди с никелем. Медноникелевые сплавы — это сплавы на ос­нове меди, в которых основным легирующим компонентом является никель. По назначению их подразделяют на конструкционные и элект­ротехнические сплавы.

Куниалu (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 кцвету серебра. Они хорошо сопротивляются атмосферной коррозии; при­меняют в приборостроении 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.

Капель (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.

24.Алюминий и его сплавы. Определение, назаначенеи, маркировка. Алюминий — легкий металл серебристо-белого цвета с высокой элект­ро- и теплопроводностью; плотность его 2700кг/м^3, температура плавле­ния в зависимости от чистоты колеблется в пределах 660—667°С. В ото­жженном состоянии алюминий имеет малую прочность (σв=80—100 МПа), низкую твердость (НВ 20-40), но обладает высокой пластич­ностью (β=35-40%). Первичный алюминий делят натри группы: алюминий особой чис­тоты (маркаА999), высокой чистоты (четыре марки) и технической чис­тоты. Предусмотрено восемь марок, допускающих содержание приме­сей 0,15-1%. Название марки указывает ее чистоту. Например, марка А8 обозначает, что в металле содержится 99,8% алюминия, а в марке А99—99,99% алюминия. Алюминий технической чистоты получают в электролизных ваннах. Путем электролитического рафинирования алю­миния-сырца получают алюминий марок высокой чистоты. Алюминий хорошо обрабатывается давлением, сваривается, но плохо поддается резанию. Имеет высокую стойкость против атмосферной кор­розии и в пресной воде. На воздухе алюминий быстро окисляется, по­крываясь тонкой плотной пленкой окиси, которая не пропускает кисло­род в толщу металла, что и обеспечивает его защиту от коррозии. В качестве конструкционных материалов алюминий широко приме­няют в виде сплавов с другими металлами и неметаллами (медь, марга­нец, магний, кремний, железо, никель, титан, бериллий и др.). Алюми­ниевые сплавы сочетают в себе лучшие свойства чистого алюминия и . повышенные прочностные характеристики легирующих добавок. Так, железо, никель, титан повышают жаропрочность алюминиевых сплавов. Медь, марганец, магний обеспечивают упрочняющую термообработку алюминиевых сплавов. В результате легирования и термической обра­ботки удается в несколько раз повысить прочность (σВ с 100 до 500 МПа) и твердость (НВ с 20 до 150) алюминия. Все сплавы алюминия подразде­ляют на деформируемые и литейные. Деформируемые алюминиевые сплавы. Деформируемые алюминиевые сплавы применяют для получения листов, ленты, фасонных профилей, проволоки и различных деталей штамповкой, прессованием, ковкой. В зависимости от химического состава деформируемые алюминиевые сплавы делят на 7 групп; содержат 2—3 и более легирующих компонента в количестве 0,2—4% каждого. Например, сплавы алюминия с магнием и марганцем; алюминия с медью, магнием, марганцем и др.

Деформируемые сплавы разделяют на сплавы, упрочняемые и не уп­рочняемые термической обработкой. Деформируемые сплавы, подверга­емые механической и термической обработке, имеют буквенные обозна­чения, указывающие на характер обработки (см. примечания к табл. 9).

Термически не упрочняемые сплавы — это сплавы алюминия с марган­цем (Амц) и алюминия с магнием и марганцем (Амг). Он и обладают уме­ренной прочностью, высокой коррозионной стойкостью, хорошей сва­риваемостью и пластичностью (табл. 9).

Термически упрочняемые сплавы (см. табл. 9) приобретают высокие механические свойства и хорошую сопротивляемость коррозии только в результате термической обработки. Наиболее распространены сплавы алюминия с медью, магнием, марганцем (дюралюмины) и алюминия с медью, магнием, марганцем и цинком (сплавы высокой прочности).

Дюралюмины маркируют буквой Д, после которой стоит цифра, обозначающая условный номер сплава. Термическая обработка дюралюминов состоит в закалке, естественном или искусственном старении. Для закалки сплавы нагревают до 500°С и охлаждают в воде. Естественное ста­рение производят при комнатной температуре в течение 5—7 сут.

25. Термопластические и термореактивные полимерные материалы. Среди термореактивных полимеров фенолформальдегидные являются наиболее распространенными. Исходными продуктами для получения этого вида полимеров являются фенол и формальдегид, которые подвергаются процессу поликонденсации. Отличительной чертой фенолформальдегидных полимеров является их коричневый цвет. Эти полимеры обладают набором превосходных свойств: хорошая адгезия ко многим материалам (ткани, дерево), превосходная сочетаемость с наполнителями и добавками. До отверждения они легко растворяются в ацетоне, спирте и иных растворителях, а после отверждения они обладают повышенной степенью прочности.
Являясь одной из разновидностей термореактивных полимеров, карбамидные полимеры представляют собой результат поликонденсации мочевины и формальдегида. Они характеризуются бесцветностью, отсутствием запаха, светостойкостью и рядом иных свойств.
Полиэфирные полимеры, в свою очередь, являют собой олигомерный продукт в состоянии вязкой жидкости, который может при включении отвердителей перейти в твердое состояние. Этот вид полимеров представляет собой материал, характеризующийся высокой степенью прочности, устойчивостью к химическому воздействию. Очень часто полиэфирные полимеры армируют стекловолокном, обеспечивающим снижение хрупкости материала.
Кроме того, к термореактивным полимерам относятся и эпоксидные полимеры, обладающие превосходными эксплуатационными свойствами, обеспечившими их широкое применение в самых различных областях.
Полиуретановые полимеры – ещё одна разновидность термореактивных полимеров, они также достаточно распространены, и их производство растет с каждым годом. Они устойчивы к истиранию, характеризуются высокими показателями прочности, что позволяет использовать их для изготовления подошв для обуви, шин и иной продукции. Кроме того, из полиуретановых полимеров получают пенопласты, поролон и ряд иных полимерных материалов.

Термопла́сты — полимерные материалы, способные обратимо переходить при нагревании в высокоэластичное либо вязкотекучее состояние. При обычной температуре термопласты находятся в твёрдом состоянии. При повышении температуры они переходят в высокоэластичное и далее — в вязкотекучее состояние, что обеспечивает возможность формования их различными методами. Эти переходы обратимы и могут повторяться многократно, что позволяет, в частности, производить переработку бытовых и производственных отходов из термопластов в новые изделия. Переработка термопластов в изделия не сопровождается необратимой химической реакцией. Пригодны к повторной обработке (формованию).

26.Модельный комплект для литья в песчано-глинистые формы. Литье в песчано-глинистые формы находит широкое применение при производстве крупногабаритных заготовок преимущественно из чугуна и стали. Для его технологического обеспечения изготавливается модельный комплект — набор приспособлений и инструментов, необходимых для изготовления формы. В этот набор входят:

• модель отливки — деревянное изделие, полностью соответствующее по форме и размерам будущей отливке и предназначенное для получения в песчано-глинистой смеси соответствующей полости;

• стержневые ящики — для изготовления стержней, которые устанавливаются в форму с целью создания внутренних полостей или отверстий в отливке;

• модель литниковой системы — деревянное приспособление, предназначенное для образования в песчано-глинистой смеси системы каналов, подводящих расплав в полость формы и отводящих газы;

• опока — приспособление в виде жесткой рамы (открытого ящика), служащее для удержания в нем формовочной смеси при изготовлении форм, транспортирования и заливки металлом;

• подмодельная плита — приспособление, на котором монтируются рассмотренные выше элементы.

Операции могут выполняться вручную, механизированными и автоматизированными способами.

Модельная оснастка изготавливается из дерева, металла, пластмасс, гипса и др. материалов. Выбор материала оснастки зависит от применяемой технологии литья и серийности производства отливок.

Приготовление формовочных и стержневых смесей состоит в подготовке и смешивании формовочных материалов, к которым относятся огнеупоры (кварцевый песок, шамот — огнеупорный кирпич); связующие — для придания смеси прочности (глина, смолы, жидкое стекло).

Марки меди – характеристики, маркировка и ее расшифровка

Марки меди широко представлены в различных отраслях промышленности: этот цветной металл благодаря своим уникальным характеристикам является одним из наиболее распространенных. Все марки этого металла отличают высокая пластичность и коррозионная устойчивость при эксплуатации в различных средах, за исключением аммиака и сернистых газов.

Круг медный Ø 30

Современная промышленность выпускает медные заготовки в виде листового материала, труб, проволоки, прутков и шин. Различают бескислородную (М0) и раскисленную (М1) медь, изделия из которых нашли широкое применение в электротехнической, электронной и электровакуумной промышленности. В бескислородных марках О2 содержится в пределах 0,001%, в раскисленных — 0,01%.

Марок, которые классифицируются по чистоте содержания основного металла, сегодня достаточно много: М00, М0, М1, М2 и М3. Распространены также марки М1р, М2р и М3р, которые характеризуются содержанием кислорода в пределах 0,01% и фосфора 0,04%. Для примера, в марках М1, М2 и М3 кислород содержится в пределах 0,05–0,08%.

Примеси в медных сплавах

Примеси, содержащиеся в меди (и, естественно, взаимодействующие с ней), подразделяют на три группы.

Образующие с медью твердые растворы

К таким примесям относятся алюминий, сурьма, никель, железо, олово, цинк и др. Данные добавки существенно снижают электро- и теплопроводность. К маркам, которые преимущественно используются для производства токопроводящих элементов, относятся М0 и М1. Если в составе медного сплава содержится сурьма, то значительно затрудняется его горячая обработка давлением.

Не растворяющиеся в меди примеси

Сюда относятся свинец, висмут и др. Не влияющие на электропроводность основного металла, такие примеси затрудняют возможность его обработки давлением.

Примеси, образующие с медью хрупкие химические соединения

К этой группе относятся сера и кислород, который снижает электропроводность и прочность основного металла. Содержание серы в медном сплаве значительно облегчает его обрабатываемость при помощи резания.

Марки меди и их применение

Стандарты для медных сплавов

Государственными стандартами оговариваются правила маркировки меди и ее сплавов, обозначение которых соответствует определенной структуре.

О том, что перед нами одна из марок меди, свидетельствует буква «М» в ее обозначении. После начальной буквы в маркировке меди и ее сплавов следуют цифры (от 0 до 3), условно обозначающие массовую долю основного металла в их составе (например, медь М3). После цифр следуют прописные буквы, по которым можно определить, каким способом получили данную марку меди. Из технологических способов получения меди различают следующие:

• катодные (к);
• метод раскисления, предполагающий невысокое содержание остаточного фосфора (р);
• метод раскисления, предполагающий высокое содержание остаточного фосфора (ф);
• без использования раскислителей – бескислородные (б).

Примеры маркировок таких марок и сплавов меди могут выглядеть следующим образом: М2р, М1б.

Химический состав меди ГОСТ 859-2014

Целый ряд марок меди, отличающихся уникальными характеристиками, активно используют в различных отраслях промышленности.

• М0 – эта марка применяется для производства токопроводящих элементов и для добавления в сплавы, отличающиеся высокой чистотой.
• М1 — из этой марки также производят токопроводящие элементы, прокат различного профиля, бронзы, детали для криогенной техники, электроды для сварки меди и чугуна, проволоку и прутки (применяемые для выполнения сварочных работ под слоем флюса и в среде инертных газов), расходные материалы для выполнения газовой сварки деталей из меди, не испытывающих значительных нагрузок при эксплуатации.
• М2 – данная марка позволяет получать изделия, хорошо обрабатываемые давлением. Медь М2 также используют для деталей криогенной техники.
• МЗ — детали из данной марки металла производят прокатным методом.

Пространственное распределение запасов меди в России

ГОСТ 859-2001 о марках меди

Данный документ государственного стандарта относится к литым и деформированным полуфабрикатам из меди, а также к меди, изготовленной в виде катодов.

Медь — свойства меди, сплавы и применение

Знакомство человека с медью исчисляется тысячелетиями, где ее прямым конкурентом может выступать только золото, успевшее приобрести статус благородного металла.

Свойства меди и место в жизни человека

В чистом состоянии, элемент таблицы Менделеева, именуемый Cu, встречается крайне редко. Это – пластичный металл с легким розовым оттенком. Человеку же он знаком под другим цветом: желто-красным, чаще коричнево-красным. Это связано с высокой окислительной способностью вещества. Попадая на воздух, медь покрывается тонкой оксидной пленкой, что и делает цвет металла ближе к красному.

медь в чистом виде

Первобытная тяга человека к меди основывалась на свойстве пластичности, позволяющей придавать этому металлу требуемую форму путем несложной обработки. Медь легко поддается гравировке, нанесению резьбы, оставаясь при этом достаточно прочным. Современная ценность меди, как металла – высокие показатели проводимости: электрической и тепловой. Подобная информация позволяет выделить основные направления поиска этого цветного металла в виде отходов и лома.

Удельный вес меди, составляющий округленно 8.9 г/см 3 , также полезен сборщику металлолома. Зная объем собранного лома, в частности проводов, жил, легко рассчитать его оценочный вес.

Сплавы меди

Помимо относительно чистой формы, характеризуемой ничтожным содержанием примесей, медь – составляющий элемент многих сплавов, среди которых наиболее известны:

Латунь — сплав меди

Мельхиор — больше относится к серебру, нежели к меди

Отдельно стоит выделить медный сплав с никелем, именуемый мельхиор. Он известен широкой аудитории по разменным монетам советских времен, начиная с 10 копеек а также подарочные наборы столовых приборов, но существенно уступает первым двум в степени востребованности.

Наиболее перспективными для нужд человека остаются: латунь и бронза. Желтая медь, так иначе называют латунь, на бытовом уровне широко востребована в сантехнике. Те, кто сталкивался с подбором крана или смесителя, хорошо знают это. По химическому составу различают:

• двойные латуни – сплав меди с цинком;

• многокомпонентные, в которых Zn остается основным легирующим элементом.

Процентное содержание цинка, даже в двойной латуни, широко варьируется. Сплавы, где доля Zn составляет не более 20%, именуют томпаком.

Пули из томпака

Определить состав латуни можно исходя из маркировки: для двойных сплавов после буквы «Л» указывается процентное содержание меди, например Л60. Маркировка многокомпонентных сплавов строится аналогично, только за «Л» следуют легирующие примеси с их концентрациями. Таким образом, многокомпонентная латунь марки ЛМц58- 2, использования при изготовлении деталей машин, гаек, болтом, арматуры, подразумевает содержание меди – 58%, цинка – 40%, марганца – 2%.

Бронза – в стандартном понимании, представляет медный сплав с оловом, однако на практике также обладает весьма вариативным составом. Фактически под бронзой принято понимать любой медный сплав, где никель и цинк не являются основными легирующими элементами. Стоит отметить, что найти оловянную бронзу достаточно сложно. Большее распространение получили ее безоловянные сорта.

Медь и ее сплавы, как источник цветного вторичного металла

Взвешивая «чистый» металл и его сплавы на весах прибыльности при сдаче металлолома, можно сказать, что стоимость первого в полтора – два раза выше. Однако весовое содержание меди в металлических конструкциях часто уступает на выходе ее сплавам.

Так, медные сплавы можно обнаружить среди пришедших в негодность изделий сантехники: водопроводные краны, вентили, душевые шланги и трубки. Многие старые светильники, дверная фурнитура также изготовлены из медных сплавов, однако верх пьедестала, по весовому содержанию, занимают радиаторы отопления.

Непосредственно медь стоит искать среди бытовых приборов, желательно уже выработавших свой эксплуатационный ресурс:

• ламповый телевизор — 1,5 кг;

Ламповый телевизор с медью

• полупроводниковый ТВ приемник – 0,5 кг;

• компрессионный холодильник – около килограмма в двигателе, еще столько же могут содержать трубки радиатора;

• электродвигатели – в среднем килограмм на киловатт мощности;

Незаслуженно обходят вниманием магнитные пускатели, хотя оборудование помимо обмотки содержит медь в шинах. Небольшое содержание металла, менее килограмма принесут автомобильные стартеры и генераторы, дроссели люминесцентных ламп, трансформаторы, реле, компрессоры холодильников.

Первичная медь, получение и применение

В зависимости от чистоты металла, различают следующие марки:

Катодная медь М0

• М1 — 99,9%;

• М2 — 99,7%;

• М3 — 99,5%;

• М4 -99%.

Одним из источников сырья для получения металла выступает медный лом, перерабатываемый согласно технологии огневого рафинирования.

Природные ресурсы металла составляет самородная медь и сульфидные руды, в частности медные колчедан и блеск. Существует два металлургических способа получения металла из руды. На основной метод – пирометаллургический, приходится 90% первичного металла, оставшиеся 10% – результат гидрометаллургической технологии.

Физические свойства меди не могли остаться незамеченными в промышленности. Ее высокая электропроводность позволяет использовать металл при изготовлении электродов, проводов, особенно силовых кабелей (марка М0). Относительная химическая инертность меди нашла применение металлу в узлах аппаратуры для работы с огнеопасными веществами.

Высокая теплопроводность металла, наряду с устойчивостью к коррозии, используются при изготовлении сантехнических конструкций, узлов, а также кровельных покрытий. В настоящее время, медь вытеснили тут другие, более дешевые материалы.

Достаточно широкий рынок применения меди — производство сплавов. Латунь и бронза, где Cu является основным компонентом, уже были рассмотренные ранее. Широко используется другой сплав дюралюминий, где содержание меди доходит до 5%.