Меню

Элементы являющиеся вредными примесями для меди

45. Медь; влияние примесей на свойства меди. Латуни, бронзы, медно-никелевые сплавы

45. Медь; влияние примесей на свойства меди. Латуни, бронзы, медно-никелевые сплавы

Медь – это металл красного, в изломе розового цвета, имеет температуру плавления 1083о С. Кристаллическая решетка ГЦК с периодом а 0,31607 ям. Плотность меди 8,94 г/см3. Медь обладает высокими электропроводимостью и теплопроводностью. Удельное электрическое сопротивление меди 0,0175 мкОм?м.

Марки меди: М00 (99,99 % Си), МО (99,97 % Си), М1 (99,9 % Си), М2 (99,7 % Си), М3 (99,50 % Си). Присутствующие в меди примеси оказывают большое влияние на ее свойства.

По характеру взаимодействия примесей с медью их можно разделять на три группы.

1. Примеси, образующие с медью твердые растворы: Ni, Zn, Sb, Fе. Р и др. Эти примеси (особенно Sb) резко снижают электропроводимость и теплопроводность меди, поэтому для проводников тока применяют медь М0 и М1. Сурьма затрудняет горячую обработку давлением.

2. Примеси Pb, Bi и другие, практически не растворимые в меди, образуют в ней легкоплавкие эвтектики, которые, выделяясь по границам зерен, затрудняют обработку давлением.

При содержании 0,005 % Вi медь разрушается при горячей обработке давлением, при более высоком содержании висмута медь становится хладноломкой; на электропроводимость эти примеси оказывают небольшое влияние.

3. Примеси кислорода и серы, образующие с медью хрупкие химические соединения Сu 2О и Сu 2S, входящие в состав эвтектики. Если кислород находится в растворе, то он уменьшает электропроводимость, а сера не влияет на нее. Сера улучшает обрабатываемость меди резанием, а кислород, если он присутствует в меди, образует закись меди и вызывает «водородную болезнь».

При нагреве меди в атмосфере, содержащей водород, происходит его диффузия в глубь меди. Если в меди присутствуют включения Си 2О, то они реагируют с водородом, в результате чего образуются пары воды. Две основные группы медных сплавов: латуни – сплавы меди с цинком; бронзы – сплавы меди с другими элементами.

Латуни – это многокомпонентные сплавы на основе меди, где основным компонентом является цинк. Технические латуни содержат до 40–45 % Zn. К однофазным б-латуням, которые легко деформируются в холодном и горячем состоянии, относятся Л96 (томпак), Л80 (полутомпак), Л68, обладающая наибольшей пластичностью. Двухфазные (? + ?) – латуни, Л59 и Л60 менее пластичны в холодном состоянии и их подвергают горячей обработке давлением.

По технологическому признаку латуни подразделяют на две группы: деформированные и литейные. Литейные латуни мало склонны к ликвидации и обладают антифрикционными свойствами

Деформируемые латуни обладают высокими коррозийными свойствами в атмосферных условиях.

Латуни, предназначение которых для фасонного литья, содержат большое количество специальных присадок, улучшающих их литейные свойства.

Оловянные бронзы. Сплавы, богатые оловом, очень хрупки. Оловянные бронзы обычно легируют Zn, Ре, P, Pb, Ni и другими элементами. Цинк улучшает технологические свойства бронзы и удешевляет бронзу. Фосфор улучшает литейные свойства. Никель повышает механические свойства, коррозийную стойкость и плотность отливок и уменьшает ликвацию. Железо измельчает зерно, но ухудшает технологические свойства бронз и сопротивляемость коррозии.

Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы, которые обладают хорошими литейными свойствами. Двухфазные бронзы обладают высокими антифрикционными свойствами. Их применяют для изготовления антифрикционных деталей.

Никелевые сплавы широко распространены в машиностроении. Никель сообщает меди повышенную стойкость против коррозии и улучшает ее механические и литейные свойства. Бронзы, которые содержат только никель, не применяются из-за высокой стоимости никеля. Никель вводится в сочетании с другими элементами.

Читайте также:  Как чистить медь до блеска

В промышленности распространены никелевые сплавы, которые имеют названия: мельхиор (сплав меди с 18–20 % никеля) – применяется для гильз, имеет белый цвет и высокую коррозийную стойкость; константан – сплав меди с 39–41 % никеля. Константан имеет большое электрическое сопротивление и применяется в виде проволок и лент для реостатов, электроизмерительных приборов.

Медь и ее сплавы находят широкое применение в электротехнике, электронике, приборостроении, литейном производстве, двигателестроении. Так, 50 % полученной меди потребляется электротехнической и электронной отраслями промышленности. Она стоит на втором месте (вслед за алюминием) по объему производства среди цветных металлов.

Технические и технологические свойства меди: высокие электро– и теплопроводность, достаточная коррозионная стойкость, хорошая обрабатываемость давлением, свариваемость всеми видами сварки, хорошо поддается пайке, легко полируется. У чистой меди небольшая прочность и высокая пластичность. К недостаткам меди относятся:

– сложность обработки резанием.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Источник

Сортамент и влияние примесей на свойства меди

Глава 18. Медь и сплавы на основе меди

Медь — мономорфный металл красного цвета, кристаллизующийся при температуре 1084,87 °С с образованием ГЦК решетки, период которой 0,36153 нм. По плотности при 20 °С и γ = 8,96 г/см 3 медь относится к тяжелым цветным металлам. По величине элект­ропроводности (χ = 59 МСм/м) и теплопроводности (λ = 397 вт/(м · К)) медь находится после серебра на втором месте. У отожженной меди высокой чистоты σв = 220 МПа, 8 = =50 %, а ее модуль упругости выше, чем у поликристаллического титана, алюминия и магния: Е— 132 ГПа. Наклеп холодной деформацией позволяет повысить ее прочность до σв = 450 МПа при δ = 2—3 %, а электропроводность при этом снижается только на 1—3 %.

Медь обладает сравнительно хорошей коррозионной стойкостью, компактный ме­талл при температурах ниже 185 °С с сухим воздухом и кислородом не взаимодействует. В присутствии влаги и СО2 на поверхности меди образуется зеленая пленка основного карбоната (CuCО3 · СuОН2). При нагревании меди на воздухе идет поверхностное окис­ление; ниже 375 °С образуется СuО, а выше 375 °С до плавления возникает двухслойная окалина, в поверхностном слое которой находится СuО, а во внутреннем — Сu2O.

Три основных свойства меди определили ее значительную роль в технике: высокая электропроводность; пластичность; теплопроводность. Благодаря этим свойствам > 50 % добываемой меди применяют в электротехнической и электронной промыш­ленности для изготовления проводников тока. Все примеси понижают электропро­водность меди, поэтому для проводников используют металл высших сортов, содер­жащий не

При производстве меди из руды полученную черновую медь подвергают огневому рафинированию и разливают в виде анодов, которые затем используют для электро­литического рафинирования, в результате которого получают листовые катоды. В со­ответствии с ГОСТ 859—2001 выпускают четыре марки катодной меди, используемой в качестве шихты при изготовлении медных полуфабрикатов и сплавов высокой эле­ктропроводности (табл. 18.1).

Таблица 18.1.Марки катодной меди

Марка М00к М0к М1к М2к
Сu + Ag, %, не менее 99,98 99,97 99,95 99,93
СодержаниеО, % 0,01 0,015 0,02 0,03

Остальные двенадцать марок меди по ГОСТ 859—2001 выпускают в виде слитков и полуфабрикатов (прокат, прутки, проволока и др.), которые различаются способами конечного переплава, видом раскислителей и их сочетанием (табл. 18.2). Для выплав­ки бескислородной и раскисленной меди используют катоды, т. е. первичную медь, а огневому рафинированию подвергают расплав, содержащий лом и отходы. Для рас­кисления меди высокой чистоты применяют углерод (плавка под слоем древесного угля). Для остальных сортов меди чаще всего используют фосфор, который вводят в виде лигатуры марки МФ9 (ГОСТ 4515-81) — сплава меди с 8,0-9,5 % Р околоэвтек­тического состава. После такого раскисления в меди остается фосфор (до 0,06 %), снижающий электропроводность. Наивысшей электропроводностью обладает бескислородная медь, полученная вакуумной плавкой.

Читайте также:  Что такое диоксид меди

Примесные элементы (Al, Fe, Ni, Mn, Zn, Ag, Cd), растворимые в твердой меди в тех количествах, в которых они могут присутствовать в технической меди, практиче­ски не влияют на ее механические свойства, а в больших количествах используются для ее легирования. Эти примеси влияют на электро- и теплопроводность меди, по­этому в проводниковых сортах меди их ограничивают тысячными долями процента.

Примеси, малорастворимые в твердой меди, снижают ее деформируемость. В этом отношении наиболее вредными являются примеси свинца, висмута и кислорода. Свинец и висмут незначительно растворимы в меди в твердом состоянии и образуют по границам зерен легкоплавкие эвтектики, состоящие практически из чистого свин­ца (рис. 18.1) и висмута (рис. 18.2). При горячей прокатке меди (800—900 °С) эти эв­тектики находятся в жидком состоянии, и во время обжатий в них происходит межкристаллитное разрушение (горячеломкость). Для предотвращения горячеломкости при прокатке медь должна содержать не > 0,003 % Bi и 0,05 % РЬ. Свинец в отличие от висмута пластичен при низких температурах и не охрупчивает медь при холодной об­работке давлением. Кроме того, свинец заметно улучшает обрабатываемость резани­ем меди и ее сплавов, делая стружку сыпучей.

Сера, селен и теллур практически нерастворимы в меди и образуют эвтектики ме­ди с хрупкими соединениями Cu2S, Cu2Se, Cu2Te, температуры плавления эвтектик 1067, 1063 и 1051 °С соответственно. Из-за очень малой растворимости уже при малых концентрациях этих примесей в структуре появляются по границам зерен хрупкие эв­тектики, снижающие деформируемость меди и при горячей, и при холодной обработ­ке давлением. Содержание этих вредных примесей ограничивается тысячными доля­ми процента.

Кислород — наиболее часто встречающаяся в значительных количествах примесь, так как он легко попадает в медь при плавке. Кислород практически нерастворим в твердой меди и образует эвтектику, состоящую из меди и оксида меди Cu2O (рис. 18.3). Температура плавления эвтектики Сu + Сu2O (1066 °С) находится выше температуры горячей прокатки меди, поэтому примесь кислорода не вызывает горячеломкости. При содержании кислорода свыше 0,1 % хрупкий оксид может существенно снизить пластичность меди и затруднить как горячую, так и холодную обработку давлением.

Таблица 18.2.Марки меди для слитков и полуфабрикатов

Марки Сu Cu+Ag, %, не менее О, % Р, % Электро­провод­ность, МСм/м Способ выплавки и раскис­ления Применение
М00б 99,99 0,001 0,0003 59,0 Переплав с раскислением углеродом в вакууме, восста­новительной или инертной среде Проводники тока и полуфаб­рикаты для электронной тех­ники
М0б 99,97 0,001 0,002 58,6
М1б 99,95 0,003 0,002
М00 99,96 0,03 0,0005 Переплав катодов в инертной среде
М0 99,93 0,04 58,5
Ml 99,9 0,05 58,0 Проводники тока, прокат, высококачественные безоловя- нистые бронзы
Mlp М1ф 99,9 99,9 0,01 — 0,002-0,012 0,012-0,04 57,0 Переплав с раскислением Рf
М2р 99,7 0,01 0,005-0,06 48,0 Полуфабрикаты сплавов по­вышенного качества, обраба­тываемых давлением
МЗр 99,5 0,01 0,005-0,06
М2 99,7 0,07 Переплав вторичного металла и огневое рафинирование
МЗ 99,5 0,08 Прочие сплавы обычного качества для литья и обработки давлением
Читайте также:  Аппарат для чистки меди

Особенно вредна примесь кислорода, если медь отжигают или эксплуатируют в ат­мосфере, содержащей водород. Атомы водорода, хоть и малорастворимого в твердой меди (

0,003 % при эвтектической температуре 1075 °С), быстро диффундируют по междоузлиям вглубь металла, и при восстановлении оксида меди образуется водяной пар, нерастворимый в меди. Под давлением этого пара возникают вздутия и микро­трещины. Это явление называют водородной болезнью меди.

С повышением температуры испытаний у разных сортов меди характеристики прочности плавно понижаются, а характеристики пластичности (относительное уд­линение и сужение) меняются немонотонно. Эти характеристики у многих сортов ме­ди до 200 °С меняются мало, а затем начинают снижаться, и в области температур 300-600 °С наблюдается минимум пластич­ности, который называют «провалом плас­тичности». Это является одной из причин то­го, что горячая обработка меди давлением производится при сравнительно высоких температурах: 800-900 °С. Минимальные значения характеристик пластичности в этом интервале сильно различаются в зависимости от чистоты меди, окружающих условий ис­пытаний и предшествующей обработки. По­скольку провал пластичности, хотя и менее резкий, наблюдается и у высокочистой меди, например бескислородной, часто его возник новение связывали с «порчей» границ, т. е. объясняли взаимодействием меди по границам зерен с газами окружаю­щей среды при испытаниях. Подтверж­дением этого объяснения считали от­сутствие провала пластичности у четы­рех по чистоте сортов меди: 99,7 %, 99,95, 99,99 и 99,996 %, если образцы для испытаний приготовлены из мо­нокристаллов, т. е. не имели границ зерен (Е.М.Савицкий, Н.И.Новохатская). Однако этот эксперимент гово­рит только о том, что понижение плас­тичности — результат процессов, про­исходящих на границах зерен. Многие исследователи считают, что провал пластичности меди повышенной чистоты вызван небольшими количествами примеси водорода. Это объяснение выглядит наиболее верным, так как по сравнению с резуль­татами испытаний в среде воздуха меди чистотой 99,974 %, содержащей 1,1 • 10 -4 % Н (рис. 18.4, кривая 7), испытания в вакууме, способствующие дегазации, показывают повышение минимума пластичности с

50 % (рис. 18.4, кривая 2) в области 400-500 °С. Если образцы перед испытаниями в вакууме выдерживали 1 ч при каждой температуре под нагрузкой 0,8 а0>ъ то провал пластичности вообще не выявлялся (рис. 18.4, кривая 3). При этом, по данным спектрально-изотопного анализа, содер­жание водорода снизилось до (4 ± 2) • 10

5 %. Провал пластичности меди повышенной чистоты можно объяснить результатом транспортировки водорода атмосферами на дислокациях к границам зерен, где, выделяясь из раствора, он способствует зарожде­нию трещин и снижению пластичности. Выдержка меди под нагрузкой 0,8 а0>2 в ваку­уме, т. е. в условиях неустановившейся ползучести, также эффективна для транспор­тировки водорода атмосферами, но дегазация проходит до испытаний на разрыв. В области температур ниже 300 °С дислокации отрываются от своих атмосфер из-за не­достаточной их диффузионной подвижности. Выше температуры 600 °С атмосферы размываются тепловым колебательным движением атомов, и водород остается в рас­творе.

Латуни — это сплавы меди, в которых главной добавкой является цинк. Латуни очень хорошо обрабатываются давлением. Основная доля сплавов меди с цинком идет на производство деформированных полуфабрикатов — листов, лент, прутков, труб и др. Латуни подразделяют на двойные и многокомпонентные.

Источник

Adblock
detector