Медь и ее сплавы маркировка применение

Медь и ее сплавы. Свойства, маркировка и применение.

М е д ь — пластичный металл красно-розового цвета плотностью 8,96 г/см3 и температурой плавления 1083 °С. Медь обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью и лишь немного уступает по этим свойствам серебру. Электропроводность меди в 1,7 раза выше, чем алюми­ния, примерно в 6 раз больше, чем платины и железа, и в 300 раз выше электропроводности вольфрама. Медь хорошо сваривается и паяется, обладает высокой стой­костью в растворах щелочей и кислот, в морской воде и в атмосфере пара. Примесями меди являются сурьма, мышьяк, висмут, железо, фосфор и серебро.

Медь обладает высокой технологичностью и легко-прокатывается в листы, ленту и тонкую проволоку. Недостатками ее являются высокая плотность, плохая обрабатываемость на металлорежущих станках и низ­кие литейные свойства.

В природе медь встречается в виде сульфидных (CuS и Cu2S) и оксидных (Cu20) руд. Содержание металла в этих рудах 1—5%. Выплавляют медь пирометаллургическим и гидрометаллургическим способами.

Наиболее распространенный пиро-металлургический способ позволяет извлекать из руды кроме меди и другие металлы и состоит из следующих основных технологических операций:

флотация, при которой измельченную руду сме­шивают с небольшим количеством минерального масла, загружают в камеру с водой и продувают воздухом. Б результате металлосодержащие фракции руды, плохо смачиваемые водой, обволакиваются маслом и всплы­вают в виде масляной пены. Просушив пену, получают концентрат, содержащий 10—20% меди;

обжиг концентрата в печах при температуре 800—850°С. Этот процесс сопровождается выгоранием значительной части примеси руды — серы — в виде оксида S02. Содержание меди в концентрате повыша­ется от 20 до 35 %;

плавка концентрата в печах при температуре 1500—1600 °С и получение жидкого штейна, содержа­щего 35—50% меди (рис. 24);

продувка штейна в малых конвертерах с оконча­тельным удалением серы и повышение содержания меди до 98,5—99,0%;

огаевое рафинирование черновой меди в окисли­тельной среде повторной продувкой;

электролитическое рафинирование и повышение содержания меди до 99,99%.

Медные сплавы. Свойства, маркировка и примене­ние. В качестве конструкционных материалов применяют главным образом сплавы меди, которые, сохраняя положительные свойства меди, обладают высокими механическими, технологическими, антифрикционными и другими свойствами. По технологическим показателям сплавы меди делятся на деформируемые и литейные, а по химическому составу — на бронзы и латуни.

Бронзами называются сплавы меди с оловом, алю­минием, кремнием, цинком, бериллием и другими леги­рующими элементами, среди которых цинк не является основной добавкой. По названию основных легирующих элементов бронзы подразделяются на оловянные, алю­миниевые, кремнистые, бериллиевые, свинцовые и др. При этом безоловянные бронзы служат не только за­менителями дорогих оловянных бронз, но и в ряде случаев превосходят их по своим основным свойствам.

Бронзы тверже меди, хорошо обрабатываются резанием, имеют высокие литейные и антифрикционные свойства, хорошую коррозионную стойкость.

Деформируемые бронзы маркируют буквами «Бр» за которыми следуют буквы, обозначающие название легирующего элемента, и цифры, показываю­щие их процентное содержание.

Латунями называются сплавы меди с цинком. Ла­тунь тверже меди, имеет высокую коррозионную стой­кость, теплопроводность и электропроводность, хорошо обрабатывается резанием. Наибольшей пластичностью обладают латуни, содержащие около 3% цинка, а наи­большей твердостью и прочностью — содержащие до 45% цинка. Чтобы повысить механические свойства и химическую стойкость латуней, в них добавляют леги­рующие элементы. Легированные латуни применяются для изготовления деформируемых полос, труб, прово­локи и другой металлопродукции. Литейные латуни обычно имеют высокое содержание цинка и легирующих элементов. Наиболее распространенными легирующими элементами в латунях являются алюминий, олово, кремний, никель и др.

Алюминий повышает твердость, прочность и корро­зионную стойкость латуней, олово — коррозионную стойкость латуней в морской воде, кремний — техноло­гические свойства, коррозионную стойкость и особенно жидкотекучесть, никель — механические свойства и кор­розионную стойкость латуней. Алюминиевые латуни применяются в судостроении; кремнистые — для изго­товления проката, поковок и штамповок, а также при производстве сложных отливок в судостроении и прибо­ростроении; детали из никелевых латуней используются в морском судостроении.

Латуни маркируются буквой «Л» (латунь) и циф­рой, выражающей процентное содержание меди. На­пример, Л70—латунь, содержащая около 70% меди и 30% цинка. В легированных латунях после буквы «Л» следуют буквенное обозначение основных добавок и цифры, характеризующие содержание меди и доба­вок. Например, ЛС59-1 — латунь, содержащая около 59% меди и 1% свинца, остальное (40%)—цинк, а ЛК80-3 — латунь, содержащая около 80% меди и 3% кремния, остальное (17%)—цинк.

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

• бронза;

• мельхиор.

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%.

Классификация и маркировка медных сплавов

По техническим свойствам медные сплавы делятся на деформируемые(ГОСТ18175-78) и литейные (ГОСТ613-83); по способности к закалке – термоупрочняемые и нетермоупрочняемые; по химическому составу на бронзы (Cu +другие элементы, кроме Zn) и латуни (Сu+Zn и другие элементы).

В медных сплавах легирующие элементы обозначаются следующим образом: О-олово, С-свинец, А-алюминий, Ж-железо, Мц-марганец, Н-никель, К-кремний, Ф-фосфор, Б-бериллий, Мн-марганец.

Бронзы маркируются буквами «Бр» (бронза) и буквами и цифрами: буквы означают название элемента, а цифры – его количество в сплаве в процентах. Например, Бр05Ц5С5 содержит 5 % олова, 5 % цинка, 5 %свинца, остальное – медь.

Латуни маркируются буквой «Л» (латунь) и цифрой, показывающей содержание легирующего элемента в процентах. В марках легированных латуней кроме цифры, указывающей содержание цинка, даются буквы и цифры, обозначающие название и количество в процентах легирующих элементов. Например, ЛЦ35А3Ж2Мц1 содержит: 35%Zn, 3 %Al, 2 %Fe, 1%Mn, остальные 59 % составляет Cu.

Бронзы имеют более высокие по сравнению с латунями прочностные, антифрикционные, коррозионостойкие свойства, но являются более дорогими.

Латуни.

Медь с цинком образует твердый раствор высокой концентрации. Латуни(ГОСТ17711-74) бывают двойные (Сu+Zn) и многокомпонентные (Cu+Zn+Pb,Ni,Si и т.д.). Двойные латуни делятся на две группы:

1. Однофазные (Zn 39 %), имеющие структуру (α+β) твёрдого раствора (Л60 и др.)

Однофазные латуни пластичны, хорошо поддаются пластической деформации в холодном, и хуже в горячем состоянии, поэтому латунь применяется для изготовления листов, проволоки, ленты путем холодной прокатки. Для прокатки в горячем состоянии применяется двухфазная латунь.

Латуни имеют хорошие литейные свойства, хорошо обрабатываются резанием, хорошо прирабатываются, полируются и противостоят износу. Электро и теплопроводность составляет 20-50 % от меди, коррозионная стойкость хуже, чем у меди из-за наличия примесей.

Механические свойства латуней невысоки:

для α–латуней: σ_b =260-300 МПа, δ %=40-50 %;

для α+β латуней: σ_b=350-400 МПа, δ %=20-30 %.

Многокомпонентные латуни относятся к специальным, имеющим дополнительно те или иные свойства. Обычно латуни легируются Pb, Sn, Si, Ni, Al и др.

Алюминий повышает прочность, твердость и коррозионную стойкость. Алюминиевая латунь ЛЦ21А2 обладает высокой коррозионной стойкостью в морской воде.

Олово повышает коррозионную стойкость в морской воде, поэтому оловянные латуни называются «морскими» и применяются в судостроении (ЛЦ8701, ЛЦ2901 и др.)

Кремний улучшает коррозионную стойкость, жидкотекучесть, свариваемость, способность к деформации как в холодном, так и горячем состоянии, поэтому кремнистые латуни.(например,ЛЦ17К3) применяются в виде сложных фасонных отливок, поковок, прутков, штамповок и т.д.

Свинец улучшает обрабатываемость резанием, поэтому свинцовую латунь (например, ЛЦ40С) называют «автоматной»,то есть предназначенной для обработки на станках-автоматах.

Никель улучшает механические свойства и повышает коррозионную стойкость, поэтому никелевые латуни типа ЛЦ30Н5 применяются в морском судостроении и в химическом машиностроении.

Бронзы.

Бронзы — двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди. В качестве легирующих элементов применяется олово (О), свинец (С), алюминий (А), железо (Ж), марганец (Мц), никель (Н), кремний (К), фосфор (Ф), бериллий (Б) и другие элементы. Sn, Al, Ni, Si увеличивают прочность, упругость и коррозионную стойкость; Pb, P, Zn придают бронзе антифрикционные свойства; Mn и Si – жаростойкость, Fe и Ni – измельчают зерно и повышают твёрдость и прочность; Be повышает упругость и прочность.

По химическому составу бронзы делятся на оловянные (до 10 % Sn по ГОСТ 613-79) и безоловянные(ГОСТ18175-78), а по технологическим признакам — на литейные и обрабатываемые давлением.

Оловянные бронзы хорошо обрабатываются резанием, хорошо паяются, хуже свариваются, имеют очень малую усадку ( 3 ), который кристаллизуется в гексагональной решетке с периодом а=0,295нм , а при более высоких температурах β-титан (при 900°С плотность 4,32г/см 3 ), имеющий решетку, период которой а=0,3282нм. Технический титан изготовливается трех марок: ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ1-1.

Титан обладает высокой коррозионной и химической стойкостью благодаря защитной окисной пленке на его поверхности. Он не корродирует в пресной и морской воде, не растворяется во многих органических и минеральных кислотах, в царской водке и других агрессивных средах. Титан хорошо обрабатывается давлением при комнатной и повышенной температуре; поэтому из него изготавливают листы, трубы, проволоку, поковки и другие детали. Титан хорошо сваривается аргонно-дуговой сваркой. Титан плохо обрабатывается резанием (налипает на инструмент), обладает низкими антифрикционными свойствами, не обладает жаропрочностью. Применяется в химической промышленности для изделий, работающих в сильно агрессивной среде, в судостроении для обшивки морских судов, подводных лодок и др.

Сплавы титана.

Сплавы титана (ГОСТ19807-91) получили значительно большее применение, чем чистый титан, так как обладают лучшим сочетанием свойств: более высокой прочностью, жаростойкостью, жаропрочностью при хорошей пластичности, высокой коррозионной стойкости и малой плотности. Поэтому титановые сплавы получили широкое применение в авиации, ракетной технике, судостроении, химической, медицинской и других отраслях промышленности.

По технологии изготовления титановые сплавы делятся на деформируемые и литейные, а по свойствам – на сплавы нормальной прочности, высокопрочные, жаропрочные и повышенной пластичности.

Титановые однофазные сплавы с α — структурой (ВТ5, ВТ5-1) характеризуются средней прочностью, высокими механическими свойствами при криогенной температуре, хорошей жаропрочностью и жаростойкостью, отличной свариваемостью и коррозионной стойкостью. Обрабатываемость резанием удовлетворительная. Эти сплавы хорошо куются, прокатываются, штампуются, поэтому применяются в виде прутков, труб, сортового проката и др. Сплавы применяются для изготовления деталей, работающих при температуре до 400-500° С. Эти сплавы не упрочняются термообработкой, поэтому имеют σ_b=950МПа, δ=15 %, НВ =300.

Двухфазные (α+β) сплавы (ВТ6, ВТ8, ВТ14) имеют более высокие свойства, как механические, так и технологические. Они упрочняются термообработкой, имеют высокую прочность при комнатной и повышенной до 500°С температуре (ВТ16 имеет σ_b=1450 МПа, δ =6 %). Эти сплавы удовлетворительно обрабатываются резанием и свариваются, хорошо куются, штампуются и паяются. Поставляются в виде поковок, полос, листов, прутков.

Литейные титановые сплавы (ВТ5Л, ВТ14Л, ВТ21Л) имеют хорошие литейные свойства: высокую жидкотекучесть, плотность, малую склонность к образованию горячих трещин, малую усадку ( 3 ). Температура плавления магния 650°С, кристаллическая решетка гексагональная. Технический магний выпускается трех марок МГ90, МГ95 и МГ96. Механические свойства литого магния: σ_b =115МПа , σ_0,2=25 МПа, δ =8 %, 30НВ. На воздухе магний легко воспламеняется. Используется магний в пиротехнике и химической промышленности.

Медь и ее сплавы маркировка применение

Медь – металл красно-розового цвета с температурой плавления 1083 о С; имеет плотность 8,94 г/см 3 ; очень хорошо проводит электрический ток и тепло, уступая только серебру. Медь легко деформируется и паяется; но плохо сваривается и обрабатывается резанием, дает большую усадку при литье.

Промышленность выпускает медь в виде листов, фольги, труб, прутков и проволоки для электротехнической, радиоэлектронной и др. отраслей промышленности. В зависимости от химического состава установлены следующие марки меди: М00, М0, М1, М2, М3, М4 с содержанием Cu от 99,99 до 99,0 %, соответственно.

Для повышения эксплуатационных свойств медь легируют различными элементами, для обозначения которых применяют следующие буквы: А – алюминий, Б – бериллий, Ж – железо, К – кремний, Мц – марганец, Н – никель, О – олово, С – свинец, Ф – фосфор, Х – хром, Ц – цинк и т.д.

По технологии получения заготовок медные сплавы традиционно делят на деформируемые и литейные, а по химическому составу – на латуни и бронзы:

Латунь – сплав на основе меди и цинка, но в нее могут входить и другие элементы;

Бронза – сплав меди с другими элементами, в числе которых, но наряду с другими, может быть и цинк.

Обозначение латуней начинается с буквы Л, а бронз – с букв Бр; далее следует сочетание букв и цифр; цифры, следующие за буквами, указывают содержание легирующих элементов в %. При этом в деформируемых латунях и бронзах сначала перечисляют все буквы, а затем следуют цифры через черточку, например, латунь ЛАЖ60-1-1 содержит 60 % Cu, 1 % Al, 1 % Fe, остальное Zn, а бронза БрОЦ4-3 – 4 % Sn, 3 % Zn, остальное Cu; в литейных сплавах цифры следуют непосредственно после букв, например, латунь ЛЦ30А3 содержит 30 % Zn, 3 % Al, остальное Cu, а бронза БрО3Ц12С5 – 3 % Sn, 12 % Zn, 5 % Pb, остальное Cu.

Латуни и бронзы за счет повышенного содержания отдельных элементов приобретают специфические технологические и эксплуатационные свойства:

— латуни с высоким содержанием меди (Л96 – томпак, Л85 – полутомпак) обладают высокой пластичностью и теплопроводностью, а также пониженной склонностью к коррозионному растрескиванию; легко обрабатываются давлением в холодном и горячем состоянии; используются для штамповки деталей сложной формы;

— латуни с высоким содержанием цинка (Л59, ЛС59-1 – автоматная латунь, Л60, Л62) обладают более высокой прочностью и очень хорошо обрабатываются резанием; применяются для изготовления мелких сложных деталей на станках-автоматах;

— оловянные латуни (ЛО62-1, ЛО70-1 – морские латуни) устойчивы против коррозии в морской воде;

— оловянные бронзы (БрОЦ4-3, БрО4Ц4С17 и др.) обладают высокими упругими и антифрикционными свойствами; используются для изготовления пружин, мембран, втулок, вкладышей подшипников, червячных пар и т.п.;

— алюминиевые бронзы (БрАЖ9-4, БрА10Ж3Мц2 и др.) хорошо сопротивляются коррозии в морской воде и тропическом климате, имеют высокие механические и технологические свойства; используются для изготовления арматуры и антифрикционных деталей

— кремнистые бронзы (типа БрКМц3-1) обладают высокими упругими и технологическими свойствами; применяются при изготовлении приборных пружин, работающих в морской воде и др. агрессивных средах;

— бериллиевые бронзы (БрБ2, БрБНТ1,7 и др.) обладают уникальными упругими и антифрикционными свойствами; используются для изготовления ответственных пружин, мембран и др. упругих элементов в точных приборах.

Механические свойства некоторых медных сплавов, например, алюминиевой латуни и бериллиевой бронзы могут быть существенно улучшены путем термической обработки, состоящей из закалки и искусственного старения.

Легирование меди никелем значительно повышает ее механические свойства, коррозионную стойкость, электросопротивление и термоэлектрические характеристики. Применяющиеся в промышленности медно-никелевые сплавы можно условно разделить на две основные группы: коррозионностойкие и электротехнические:

— в первую группу входят сплавы под названием мельхиор (МН19, МНЖМц30-1-1), нейзильбер (МНЦ15-20, МНЦС16-29-1,8) и куниаль (МНА13-3, МНА6-1,5), обладающие повышенной прочностью, хорошей обрабатываемостью давлением, высокой коррозионной стойкостью в пресной и морской воде, органических кислотах и др. агрессивных средах;

— во вторую группу входят термоэлектродные сплавы для термопар – константан (МНМц40-1,5) и изготовления компенсационных проводов к термопарам (МН0,6; МН16), а также манганин (МНМц3-12), используемый для создания прецизионных катушек электросопротивления, т. к. он обладает малым температурным коэффициентом сопротивления.

Стоимость меди и сплавов на ее основе в зависимости от чистоты и содержания легирующих элементов в большинстве случаев в 8–35 раз превышает стоимость рядовой стали.