Медь и сплавы на ее основе
Медь – золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок.
Характерным свойством меди является ее высокая электропроводность, поэтому она находит широкое применение в электротехнике. Другое полезное качество меди — высокая теплопроводность. Это позволяет применять её в различных тепло отводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известные радиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления, компьютерных кулерах, тепловых трубках.
В связи с высокой механической прочностью и пригодностью для механической обработки, медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах.
Механические свойства меди относительно низкие. Поэтому в качестве конструкционного материала медь применяется редко. Повышение механических свойств достигается созданием различных сплавов на основе меди.
Латуни (медь + (8—40 %) цинка) хорошо обрабатываются давлением, ковкой и штамповкой. Используются для изготовления деталей литьем, обладают антикоррозионными свойствами, широко применяются в производстве биметаллов. Основные потребители латуней — машиностроение, химическая промышленность, судостроение, оптика и приборостроение.
Бронза - это сплавы меди с другими металлами. Основное применение бронзы это сложные отливки, вкладыши подшипников и трубопроводная арматура.
1. Оловянные бронзы — сплавы меди (80—94 %) и олова (20—6 %).
- Литейные стандартные. Предназначены для получения разных деталей машин методами фасонного литья. Эти бронзы обладают высокими литейными свойствами, а также имеют высокую плотность отливок, достаточную коррозионную стойкость и высокие механические свойства.
- Литейные ответственного назначения. Обладают высокими антифрикционными свойствами и хорошим сопротивлением истиранию. Эти сплавы применяют для изготовления подшипников скольжения и других деталей, работающих в условиях трения.
- Деформируемые. Отличаются от литейных более высокой прочностью, вязкостью, пластичностью, сопротивлением усталости. Основные легирующие элементы в деформируемых бронзах - олово, фосфор, цинк и свинец, причем олова в них меньше, чем в литейных бронзах. Деформируемые бронзы можно разделить на сплавы, улучшенные оловом и фосфором, и сплавы, не содержащие фосфора. Из этих бронз некоторые обрабатываются давлением, а некоторые совсем не обрабатывается давлением в горячем состоянии. Эти бронзы предназначены для изготовления деталей, работающих в условиях трения, и поэтому улучшены свинцом.
2. Алюминиевые бронзы — 5—11 % алюминия и добавки железа марганца, никеля. Обладают высокими механическими свойствами и антикоррозионной стойкостью.
По распространенности в промышленности алюминиевые бронзы занимают одно из первых мест среди медных сплавов. В меди растворяется довольно большое количество алюминия: 7,4% при 1035 °С, 9,4% при 565 °С и около 9% при комнатной температуре. С увеличением содержания алюминия прочностные свойства сплавов повышаются. Оптимальными механическими свойствами обладают сплавы, содержащие 5...8% А1.
Наряду с повышенной прочностью они сохраняют высокую пластичность.
Алюминиевые бронзы по сравнению с оловянными имеют следующие преимущества:
· большую плотность отливок;
· лучшую жидкотекучесть;
· более высокую прочность и жаропрочность;
· более высокую коррозионную и противокавитационную стойкость;
· меньшую склонность к хладноломкости.
Кроме того, алюминиевые бронзы не дают искр при ударе.
Недостатки алюминиевых бронз:
· значительная усадка при кристаллизации
· склонность к образованию крупных столбчатых кристаллов;
· сильное окисление в расплавленном состоянии, при котором образуются оксиды алюминия, приводящие к шиферному излому в деформированных полуфабрикатах;
· вспенивание расплава при заливке в форму;
· трудность пайки твердыми и мягкими припоями;
· недостаточная коррозионная стойкость в перегретом паре.
Бронзы с содержанием алюминия применяются для изготовления различных втулок, направляющих седел, фланцев, шестеренок и много других преимущественно мелких но ответственных деталей.
3. Свинцовые бронзы — 25—33 % свинца с присадками олова, цинка и никеля. Для лучшей обрабатываемости в бронзу вводят от трех до пяти процентов свинца, который присутствует в виде обособленных включений, обеспечивающих ломкость стружки при ее обработке на металлорежущих станках. Бронза с добавлением 30 процентов свинца является высококачественным антифрикционным материалом, широко применяемым в машиностроении. Такая бронза используются для приготовления подшипников, работающих при высоких удельных давлениях и больших скоростях скольжения.
4. Кремниевые бронзы — 4,5 % кремния с добавками цинка, никеля, марганца.
При увеличении содержания кремния до 3,5% повышается не только временное сопротивление разрыву меди, но и относительное удлинение.Сплав бронзы с содержанием кремния около четырех процентов является как бы заменителем оловянных бронз, но бронзы с кремнием лучшие показатели по коррозионной стойкости, механическим свойствам и плотности бронзы в отливках
В промышленном масштабе эти бронзы применяют в изделиях с высокими технологическими, механическими, пружинящими и коррозионными свойствами.
5. Бериллиевые бронзы — 1,8—2,3 % бериллия, обладают после закалки высокой твердостью и упругостью. Используются для изготовления пружин.
Сплавы меди с бериллием отличаются уникальным благоприятным сочетанием в них высоких прочностных и упругих свойств, высокой электро- и теплопроводностью, высоким сопротивлением разрушению и коррозионной стойкостью.
Высокаяпрочность бронзыи упругость при высокой химической стойкости, хорошей свариваемости, обработке резанием делают бронзу с добавлением бериллия подходящим материалом для производства ответственных деталей, специальных пружин, мембран, пружин и контактов и много другого где требуются эти качества. Широкому применению бериллиевых бронз препятствует стоимость и дефицитность бериллия, А также его токсичность.
6. Кадмиевые бронзы — сплавы меди с кадмием (до 1 %). Добавляют олово и магний. Используют при производстве троллейных проводов и коллекторов машин постоянного тока, для изготовления арматуры водопроводных и газовых линий.