Урок 7. Мідь. Основні сплави, їх хімічний склад. Маркування та область застосування. Бронза, марки, позначення, властивості. Сфера  застосування бронзи.

Мідь (традиційна назва) або Купрум (назва хімічного елемента в новій хімічній термінології, відлат. Cuprum) (хімічний символ Cu) — хімічний елемент з атомним номером 29, що в чистому вигляді складає хімічну речовину мідь (до простої речовини назва «купрум» не застосовується). Атомна маса міді 63,546. Це пластичний ковкий перехідний метал червонувато-золотистого кольору (рожевий за відсутності оксидної плівки), добрий провідник тепла і електрики. Віддавна його широко використовувала людина. 

Мідь належить до важких металів із густиною 8,94 г/см3, температурою плавлення 1083 °С і температурою кипіння 2360 °С. За електропровідністю мідь займає друге місце після срібла і тому є основним матеріалом для провідників. Домішки фосфору, кремнію, заліза, сурми і кобальту знижують електропровідність міді. Мідь, як й інші метали з ГЦК-структурою, має невелику міцність і високу пластичність (σв=200 МПа, σ02=50 МПа, δ = 35%.). Хімічна активність міді порівняно невелика. Розведені соляна і сірчана кислоти на мідь практично не впливають. У вологому повітрі рожево-червона мідь тьмяніє через утворення на її поверхні закису міді Сu2О.  

Маркування промислової міді

Марки промислової міді та її хімічний склад визначається в ДСТУ EN 13602:2010 

Спе­ци­фі­чні осо­бли­во­сті міді, що вла­сти­ві різним мар­кам, визна­ча­ю­ться не вмі­стом міді (від­мін­но­сті скла­да­ють не біль­ше 0,5 %), а вмі­стом кон­кре­тних домі­шок (їх кіль­кість може від­рі­зня­ти­ся у 10–50 разів). Часто вико­ри­сто­ву­ють кла­си­фі­ка­цію марок міді за вмі­стом кисню:

• без­ки­сне­ва мідь: М00б, М0б з вмі­стом кисню до 0,001 % і М1б до 0,003 %;

• рафі­но­ва­на мідь (М1ф, М1р, М2р, М3р) з вмі­стом кисню до 0,01 %, але з під­ви­ще­ним вмі­стом фосфо­ру;

• мідь висо­кої чисто­ти (М00, М0, М1) з вмі­стом кисню 0,03–0,05 %;

• мідь загаль­но­го при­зна­че­н­ня (М2, М3) з вмі­стом кисню до 0,08 %.

Сор­та­мент про­ми­сло­вих поста­вок

Про­ми­сло­ва мідь поста­ча­є­ться після насту­пних видів оброб­ки тиском:

• холо­дно­де­фор­мо­ва­ний про­кат — це тягне­ні (пру­тки, дріт, тру­би) і холо­дно­ка­та­ні (листи, стрі­чка, фоль­га) виро­би. Він випу­ска­є­ться в твер­до­му, напів­твер­до­му і м’я­ко­му (від­па­ле­но­му) ста­нах;

• гаря­че­де­фор­мо­ва­ний про­кат — резуль­тат пре­су­ва­н­ня (пру­тки, тру­би) або гаря­чо­го валь­цю­ва­н­ня (листи, пли­ти), при тем­пе­ра­ту­рах вище тем­пе­ра­ту­ри рекри­ста­лі­за­ції (150—240 °C);

Сор­та­мент про­ми­сло­вої міді насту­пний:

• Мідні пру­тки — випу­ска­ю­ться пре­со­ва­ни­ми (20–180 мм) і холо­дно­де­фор­мо­ва­ні, в твер­до­му, напів­твер­ді і м’я­ко­му ста­нах (діа­метр 3–50 мм) за ДСТУ ГОСТ 1535:2006.

• Пло­ский мідний про­кат загаль­но­го при­зна­че­н­ня випу­ска­є­ться у вигля­ді фоль­ги, стрі­чки, листів і плит з ДСТУ ГОСТ 1173:2006.

  • Фоль­га мідна — холо­дно­ка­та­на: 0,05–0,1 мм (випу­ска­є­ться тіль­ки в твер­до­му ста­ні)

  • Стрі­чки мідні — холо­дно­ка­та­ні: 0,1–6 мм.

  • Листи мідні — холо­дно­ка­та­ні: 0,2–12 мм і гаря­че­ка­та­ні: 3–25 мм (меха­ні­чні вла­сти­во­сті регла­мен­ту­ю­ться до 12 мм).

  • Пли­ти мідні — гаря­че­ка­та­ні: понад 25 мм (меха­ні­чні вла­сти­во­сті не регла­мен­ту­ю­ться).

• Мідні тру­би загаль­но­го при­зна­че­н­ня виго­тов­ля­ю­ться холо­дно­де­фор­мо­ва­ни­ми (в м’я­ко­му, напів­твер­ді і твер­до­му ста­нах) і пре­со­ва­ни­ми (вели­ких пере­рі­зів) за ДСТУ ГОСТ 617:2007.

Основні сплави, їх хімічний склад

Основні сплави міді —латунь і бронза. 

Латунь — сплав міді з цинком із вмістом до 45 % Zn. Латуні дешевші за мідь і мають переваги за міцністю, в'язкістю і корозійною стійкістю.

Залежно від технологічних властивостей латуні поділяють на Де формівні (оброблювані тиском) і ливарні. Латунь із вмістом до 32 % цинку добре обробляється тиском у холодному і гарячому станах.

Для виготовлення виробів обробкою тиском (у холодному стані) застосовують, наприклад, латуні марок Л96, Л80, ЛО70-1 та ін. Після обробки тиском у холодному стані на латуні утворюється наклеп, який знімається рекристалізаційним відпалом ^ за температури 500...600 °С.

Із латуней марок ЛС59-1, ЛС74-3, ЛС64-2 виготовляють деталі гарячого штампування з наступною обробкою різанням. При збільшенні вмісту цинку понад 38 % твердість латуні підвищується, поліпшуються ливарні властивості, але знижується пластичність.

Залежно від кількості компонентів латуні поділяють на прості (двокомпонентні) і спеціальні (багатокомпонентні).

Прості латуні містять тільки мідь і цинк. Їх маркують літерою Л і цифрами, які означають вміст міді в сплаві. Наприклад, марка Л80 означає латунь з 80 % Сu, решта — Ζn.

Ураховуючи високу пластичність, прості латуні обробляють тиском. Прості латуні марок Л96, Л90, Л85 (мають найбільшу основу міді) називають томпаками. З них виготовляють, наприклад, радіаторні трубки, штаби, профілі, стрічки.

Спеціальні латуні мають легувальні елементи — Аl, Ni, Si, Sn, Pb, Fe та ін. Ці домішки підвищують корозійну стійкість, твердість, міцність, а також технологічні властивості (полегшують обробку різанням). Вміст легувальних елементів (окрім Си й Ζn) від 1 до 8 %.

При маркуванні спеціальних латуней вміст елементів позначають початковими літерами їхніх назв: О — олово, С — свинець, Η — нікель, Мг — магній, Ж — залізо, А— алюміній тощо. Перші дві цифри, записані після літери Л, означають середній вміст міді (у відсотках), а наступні — вміст інших елементів (у відсотках), решта— цинк. Наприклад, марка ЛС59-1 означає: латунь спеціальна, містить 59 % Си, 1 % Pb, решта — цинк; марка ЛАЖМц66-6-3-2 — латунь містить 66 % Си, 6 % А1, 3 % Fe, 2 % Μη, решта — цинк. Зміцнювальної обробки латуні не зазнають.

Мідно-нікелеві сплави чинять великий опір електричному струму, мають високу твердість, жаростійкість і корозієстійкість. Використовують ці сплави для нагрівальних елементів, термопар, реостатів, посуду тощо.

Маркують мідно-нікелеві сплави літерами і цифрами. Перша літера Η означає, що сплав нікелевий, наступні — показують наявність інших елементів. Двозначне число позначає вміст міді у відсотках, решта — нікель. Найчастіше застосовують такі сплави: НХ9,5 (хромель) — для термопар; НМц85-12 — для реостатів; НМц65-20 (нейзильбер) — для корозійностійких деталей.

Бронза, марки, позначення, властивості.

Бронзи. Бронзами називають сплави міді з оловом, алюмінієм, силіцієм, свинцем, берилієм і деякими іншими елементами.

Бронза, як правило, є золотим твердим, тендітним металом. Властивості залежать від конкретного складу сплаву, а також, як це було оброблено. Ось деякі типові характеристики:

• Дуже пластичний .

• Бронза володіє низьким коефіцієнтом тертя по відношенню до інших металів.

• Багато бронзові сплави відображення незвичайного властивості розширення невеликої кількості, коли затвердіння з рідини в тверде тіло. Для виливки скульптури, це бажано, так як він допомагає заповнити форму.

• Тендітні, але в меншій мірі, ніж чавун.

• При зіткненні з повітрям, бронза окислюється, а тільки на її зовнішньому шарі. Цей наліт складається з оксиду міді, який в кінцевому підсумку стає карбонат міді. Оксидний шар захищає внутрішній метал від подальшої корозії. Однак, якщо хлориди присутні (як з морської води), мідні хлориди форма, які можуть привести до «бронзової хвороби» - це стан, в якому працює від корозії через метал і знищує його.

• На відміну від сталі, б’ючи бронзу на тверду поверхню не створюватиме іскри. Це робить бронзи корисними для використовуваного металу навколо горючих або вибухонебезпечних матеріалів.

Бронзи характеризуються високими механічними, антифрикційними і ливарними властивостями, корозійною стійкістю, їх піддають обробці різанням. Із них виготовляють переважно деталі, які працюють в умовах тертя.

Марка бронзи починається літерами Бр, за ними йдуть літери, що позначають легувальні елементи, і цифри, які означають їх вміст (решта — мідь). Наприклад, марка БрОЦЮ-2 означає: Bp — бронза олов'яниста з вмістом 10 % олова і 2 % цинку, решта — мідь; марка БрАЖМц 10-3-1,6 — бронза алюмінієва, містить 10% алюмінію, 3 % заліза, 1,5 % мангану, решта — мідь.

Олов'янисті бронзи мають низьку лінійну усадку, тому їх використовують для одержання складних фасонних відливків. На відміну від ливарних деформівні бронзи характеризуються високими пластичністю і міцністю. їх використовують для виготовлення круглих і плоских пружин, мембран. Із деформівних бронз марок БрОФ6,5-1,5; БрОЦ4-3 та ін. виготовляють стрічки, прутки, дріт, труби. Бронзи, наприклад, ливарних марок БрОФ10-1, БрОЦС6-6-3 та ін. застосовують для виготовлення підшипників ковзання, арматури тощо.

Алюмінієві бронзи мають високі механічні й антикорозійні властивості. До переваг порівняно з олов'янистими бронзами належать менша вартість, вищі механічні і технологічні властивості. Однофазні бронзи (БрА5, БрА7, які містять 6...8 % А1) мають добру пластичність, вони належать до деформівних. Алюмінієві бронзи додатково легують нікелем, залізом, манганом (БрАЖ9-4, БрАЖН 10-4-4, БрАЖМц10-3-1,5). їх використовують для виготовлення різних втулок, напрямних сідел, фланців, шестерень, які працюють за температури 400... 500°С.

Силіцієві бронзи мають високу пластичність, добрі ливарні і корозійностійкі властивості. За механічними властивостями вони наближаються до сталей. Силіцієві бронзи містять 3...4 % Si. їх додатково легують нікелем і манганом, що підвищує міцність і пружність (для виготовлення пружин застосовують бронзи марок БрКН1-3, БрКМц3-1).

Силіцієві бронзи легко обробляються тиском, різанням і добре зварюються.

Берилієві бронзи характеризуються високими міцністю, твердістю, пружністю і стійкістю до спрацювання, а також високою хімічною стійкістю, доброю зварюваністю і обробкою різанням. Ці бронзи містять 1,8...2,3 % берилію і зміцнюються термічною обробкою (гартуванням і старінням). Наприклад, бронза БрВ2 у стані після гартування і старіння має σΒ = 1250 МПа і δ = 3...5 %. Бронзу часто легують нікелем і титаном (0,10...0,25 %).

Берилієві бронзи застосовують для мембран, пружин, пружинних контактів, деталей, які працюють на знос (кулачки напівавтоматів), в електронній техніці та ін. Недолік берилієвих бронз — висока вартість.

Сфера  застосуванння бронзи

Бронза використовується в архітектурі для структурних і конструктивних елементів, для підшипників через його властивостей тертя, а також фосфористої бронзи в музичних інструментів, електричних контактів і суднових гребних гвинтів. 

Алюмінієва бронза використовується для виготовлення верстатів і деякі підшипників. Bronze шерсть використовується замість сталевої вовни в деревообробній галузі, тому що він не знебарвлює дуб.

Бронза використовувалася, щоб зробити монети. Більшість «мідні» монети насправді бронза, що складається з міді з 4% олова і 1% цинку.

Бронза використовувалася з давніх часів, щоб зробити скульптури. Асирійський цар Сеннахирим (706-681 до н.е.) стверджував, що першою людиною, щоб кинути величезні бронзові скульптури з використанням двох частин прес-форми, хоча метод виплавлюваних був використаний, щоб кинути скульптури задовго до цього часу.

Розгадай кросворд за темою "Мідь та його сплави"