Медные сплавы
Медные сплавы, сплавы на основе меди. М. с. — первые металлические сплавы, созданные человеком (см. Бронзовый век). Примерно до сер. 20 в. по мировому производству М. с. занимали 1-е место среди сплавов цветных металлов, уступив его затем алюминиевым сплавам. Со многими элементами медь образует широкие области твёрдых растворов замещения, в которых атомы добавки занимают места атомов меди в гранецентрированной кубической решётке. Медь в твёрдом состоянии растворяет до 39 % Zn, 15,8 % Sn, 9,4 % Al, a Ni — неограниченно. При образовании твёрдого раствора на основе меди растут её прочность и электросопротивление, снижается температурный коэффициент электросопротивления, может значительно повыситься коррозионная стойкость, а пластичность сохраняется на достаточно высоком уровне. При добавлении легирующего элемента свыше предела растворимости образуются соединения, в частности электронные, т. е. характеризующиеся определённой электронной концентрацией (отношением суммарного числа валентных электронов к числу атомов, которое может быть равно 3/2, 21/13 или 7/4). Этим соединениям условно приписывают формулы CuZn, Cu5Sn, Cu31Sn8, Cu9Al4, CuBe и другие. В многокомпонентных М. с. часто присутствуют сложные металлические соединения неустановленного состава, которые значительно твёрже, чем раствор на основе меди, но весьма хрупки (обычно в двухфазных и многофазных М. с. доля их в структуре намного меньше, чем твёрдого раствора на основе меди).
М. с. получают сплавлением меди с легирующими элементами или с промежуточными сплавами — лигатурами, содержащими легирующие элементы. Для раскисления (восстановления окислов) широко применяют введение в расплав малых добавок фосфора (десятые доли %). М. с. подразделяют на деформируемые и литейные. Из деформируемых М. с. отливают (в изложницы или непрерывным методом) круглые и плоские слитки, которые подвергают горячей и холодной обработке давлением: прокатке, прессованию через матрицу или волочению для производства листов, лент, прутков, профилей, труб и проволоки. М. с. хорошо обрабатываются давлением, и деформированные полуфабрикаты составляют основную долю всего объёма их производства. Литейные М. с. обладают хорошими литейными свойствами, из них отливкой в земляные и металлические формы получают фасонные детали, а также декоративно-прикладные изделия и скульптуру (см. Бронза в искусстве).
Механические свойства М. с. изменяются в широких пределах при холодной обработке давлением и при отжиге. Холодной деформацией можно увеличить твёрдость и предел прочности М. с. в 1,5—3 раза при одновременном снижении пластичности (см. Наклёп), а последующий рекристаллизационный отжиг позволяет частично или полностью (в зависимости от температуры и его продолжительности) восстановить исходные (до деформации) свойства (см. Термическая обработка). Смягчающий отжиг М. с. после холодной обработки давлением проводят при 600—700 °С. Большинство М. с. не подвергают упрочняющей термической обработке (закалке и старению), так как эта обработка или в принципе невозможна, если сплав при всех температурах однофазен, или величина упрочнения очень мала. Для создания термически упрочняемых М. с. используют такие легирующие элементы, которые образуют с медью или между собой интерметаллические соединения (например, CuBe, NiBe, Ni3Al), растворимость которых в твёрдом растворе на базе меди с понижением температуры уменьшается. При закалке таких сплавов образуется пересыщенный твёрдый раствор, из которого при искусственном старении выделяются дисперсные интерметаллические соединения, упрочняющие М. с.
М. с. подразделяют на латуни, бронзы и медно-никелевые сплавы. В латунях главной добавкой является цинк, в бронзах — любой элемент, кроме цинка и никеля. Промышленные марки выпускаемых в СССР М. с. начинаются с первых букв их названий — Л (латуни), Бр. (бронзы) и М (медно-никелевые сплавы). Легирующие элементы обозначают следующими буквами: А — алюминий, Н — никель, О — олово, Ц — цинк, С — свинец, Ж — железо, Мц — марганец, К — кремний, Ф — фосфор, Т — титан. В марке простой (двойной) латуни цифры указывают ср. содержание меди. Например, латунь Л90 содержит 90 % Cu и 10 % Zn. В марке многокомпонентной латуни первые цифры указывают среднее содержание меди, а последующие — легирующих элементов. Например, латунь ЛАН59-3-2 содержит 59 % Cu, 3 % Al и 2 % Ni (остальное цинк). В марках бронз и медно-никелевых сплавов буквы и соответствующие им цифры указывают содержание легирующих элементов. Например, бронза Бр. АЖМц10-3-1,5 содержит 10 % Al, 3 % Fe и 1,5 % Mn. Буква Л в конце марки М. с. обозначает, что он предназначен для фасонного литья (например, ЛК80-3Л). Состав, типичные механические свойства и примерное назначение М. с. приведены в таблицах 1—3. Все М. с. отличаются хорошей стойкостью против атмосферной коррозии. Кислород при комнатной температуре не действует на М. с.; окись углерода с ними не реагирует. Незагрязнённый пар, сухой или влажный действует на бронзы очень слабо. Сероводород уже при незначительной влажности и особенно при повышенных температурах сильно реагирует с М. с. Азотная и соляная кислоты действуют на латуни и оловянные бронзы очень сильно, серная — значительно слабее.
Таблица 1. — Состав, типичные механические свойства* и назначение латуней (1 Мн/м2 " 0,1 кгс/мм2)
| Марка сплава | Состав | Предел прочности sb, Мн/м2 | Относительное удлинение d, % | Твердость HB, Мн/м2 | Примерное назначение |
| Л96 | 95—97% Cu, остальное Zn | 240 | 50 | 470 | Радиаторные трубки |
| Л90 | 88—91% Cu, остальное Zn | 260 | 45 | 530 | Листы и ленты для плакировки |
| Л80 | 79—81% Cu, остальное Zn | 320 | 52 | 540 | Проволочные сетки и целлюлозно-бумажной промышленности, сильфоны |
| Л68 | 67—70% Cu, остальное Zn | 320 | 55 | 550 | Изделия, получае- |
| Л63 | 62—65% Cu, остальное Zn | 330 | 49 | 560 | Полосы, листы, лента, проволока, трубы, прутки |
| ЛА77-2 | 76—79% Cu, 1,75—2,5% Al, остальное Zn | 400 | 55 | 600 | Конденсаторные трубы |
| ЛАЖ60-1-1 | 58—61% Cu, 0,75—1,5% Al, 0,75—1,5% Fe, 0,1—0,6% Mn, остальное Zn | 450 | 45 | 950 | Трубы и прутки |
| ЛАЖМц66-6-3-2 | 64—68% Cu, 6—7% Al, | 650 | 7 | 1600 | Литые массивные червячные винты, гайки нажимных винтов |
| ЛАН59-3-2 | 57—60% Cu, 2,5—3,5% Al, 2—3% Ni, остальное Zn | 380 | 50 | 750 | Трубы и прутки |
| ЛЖМц59-1-1 | 57—60% Cu, 0,6—1,2% Fe, 0,5—0,8% Mn, 0,1—0,4% Al, 0,3—0,7% Sn, остальное Zn | 450 | 50 | 880 | Полосы, проволока, прутки и трубы |
| ЛН65-5 | 64—67% Cu, 5—6,5% Ni, остальное Zn | 400 | 65 | 700 | Манометрические трубки, конденсаторные трубы |
| ЛО70-1 | 69—71% Cu, 1—1,5% Sn, остальное Zn | 350 | 60 | 590 | Конденсаторные трубы, теплотехническая аппаратура |
| ЛС74-3 | 72—75% Cu, 2,4—3% Pb, остальное Zn | 350 | 50 | 570 | Детали часов, автомобилей |
| ЛК80-3Л | 79—81% Cu, 2,5—4,5% Si, остальное Zn | 300 | 20 | 1050 | Арматура, подвергающаяся действию воды, детали судов |
| ЛКС80-3-3 | 79—80% Cu, 2,5—4,5% Si, 2—4% Pb, остальное Zn | 350 | 20 | 950 | Литые подшипники и втулки |
* Свойства деформируемых латуней указаны для отожжённого состояния.
Таблица 2. — Состав, типичные механические свойства* и назначение бронз (1 Мн/м2 " 0,1 кгс/мм2)
| Марка сплава | Состав | Предел прочности sb, Мн/м2 | Относительное удлинение d, % | Твердость HB, Мн/м2 | Примерное назначение |
| Бр. ОФ10-1 | 9—11% Sn, 0,8—1,2% P | 250 | 3 | 900 | Подшипники, шестерни, венцы, втулки |
| Бр. ОФ4-0,25 | 3,5—4% Sn, 0,2—0,3% P | 340 | 52 | 600 | Трубки для манометрических пружин |
| Бр. ОЦС5-5-5 | 4—6% Sn, | 150 | 6 | 600 | Антифрикционные детали и арматура |
| Бр. ОЦСН3-7-5-1 | 2,5—4% Sn, 6—9,5% Zn, 3—6% Pb, 0,5—2% Ni | 180 | 8 | 600 | Арматура, работающая в морской и пресной воде, в атмосфере пара |
| Бр. А7 | 6—8% Al | 420 | 70 | 700 | Пружины и пружинящие детали |
| Бр. АЖ9-4 | 8—10% Al, | 600 | 40 | 1100 | Шестерни, втулки, сёдла клапанов |
| Бр. АЖМц10-3-1,5 | 9—11% Al, 2,4% Fe, | 610 | 32 | 1300 | Шестерни, втулки, подшипники |
| Бр. АЖН10-4-4 | 9,5—11% Al, 3,5—5,5% Fe, 3,5—5,5% Ni | 600 | 35 | 1500 | Шестерни, сёдла клапанов |
| Бр. АМц9-2 | 8—10% Al, 1,5—2,5% Mn | 400 | 25 | 1600 | Детали морских судов, электрооборудования |
| Бр. Мц5 | 4,5—5,5% Mn | 340 | 30 | 800 | Поковки |
| Бр. Б2 | 1,9—2,2% Be, 0,2—0,5% Ni | 1350 | 1,5 | 3500 | Пружины и пружинящие детали в авиации и приборостроении |
| Бр. КН1-3 | 0,6—1,1% Si, 2,4—3,4% Ni, 0,1—0,4% Mn | 600 | 12 | 1800 | Направляющие втулки и другие детали ответственного назначения |
| Бр. С30 | 27—33% Pb | 70 | 5 | 450 | Сальники |
* Свойства сплавов Бр. ОФ10-1, Бр. ОЦС5-5-5, Бр. ОЦСН3-7-5-1 и Бр. С30 указаны для отливок в земляные формы, сплавов Бр. Б2 и Бр. КН1-3 — для обработанных давлением изделий, подвергнутых закалке, соответственно при 780 и 850 °С и старению соответственно при 320 °С (2 ч) и 450 °С (4 ч), остальных сплавов — для отожжённого состояния после обработки давлением.
Таблица 3. — Состав, типичные механические свойства* и назначение медно-никелевых сплавов (1 Мн/м2 " 0,1 кгс/мм2)
| Марка и наименование сплава |
| Предел прочности sb, Мн/м2 | Относительное удлинение d, % | Твердость HB, Мн/м2 |
|
| МН19 (мельхиор) | 18—20% Ni+Co | 350 | 35 | 700 | Изделия, получаемые штамповкой и чеканкой |
| МНЖМц30-0,8-1 (мельхиор) | 29—33% Ni+Co, | 380 | 40 | 700 | Конденсаторные трубы для судостроения, трубы термостатов |
| МНЦ15-20 (нейзильбер) | 13,5—1,5% Ni+Co, | 400 | 45 | 700 | Детали приборов точной механики, посуда |
| МНМц43-0,5 (копель) | 42,5—44% Ni+Co, | 400 | 35 | 850 | Проволока для термопар |
| МНМц40-1,5 (константан) | 39—41% Ni+Co, | 450 | 30 | 800 | Проволока для реостатов, термопар |
* Свойства указаны для отожжённого состояния.
М. с. используют как конструкционные, пружинные, антифрикционные и коррозионностойкие материалы, сплавы с высокой электро- и теплопроводностью, с высоким электросопротивлением и низким термическим коэффициентом электросопротивления, сплавы для термопар, художественного литья и посуды. М. с. применяют в общем машиностроении, авиа-, авто- и судостроении, на железнодорожном транспорте, в электротехнической промышленности, приборостроении, в производстве водяной и паровой арматуры и других изделий.
Лит.: Бочвар А. А., Металловедение, 5 изд., М., 1956; Смирягин А. П., Промышленные цветные металлы и сплавы, 2 изд., М., 1956.
И. И. Новиков.
Следующие
Медные удобрения, один из видов микроудобрений.… читать дальше
Медный блеск, то же, что халькозин.… читать дальше
"Медный бунт", название Московского восстания 1662, принятое в русской дворянской и буржуазной историографии.… читать дальше
