Реферат: Медные сплавы

Деформируемые латуни (другое название – томпак) имеют процентное содержание меди 90-97%. Они высоко пластичны, обладают высокой устойчивостью к коррозии, хорошими антифрикционными свойствами, легко свариваются со сталью. Томпак окрашен в приятный золотистый цвет, благодаря чему, сплав используется для изготовления фурнитуры, художественных изделий, знаков отличия.

Двойные деформируемые латуни используются в автомобилестроении, для изготовления различной аппаратуры, змеевиков, сильфонов, гаек, болтов, конденсаторных труб, толстостенных патрубков.

Многокомпонентные деформируемые латуни применяют для изготовления деталей часов, электромашин, морских судов, самолетов, химической аппаратуры. Из них производят вкладыши подшипников, арматуру, втулки, пружины и полиграфические матрицы.

Литейные латуни

Литейные латуни применяют для изготовления литых деталей арматуры, устойчивых к коррозии и высокой температуре деталей ответственного назначения.

Латуньмаркируется следующим образом: сначала идет буква Л, а за ней ставятся цифры, указывающие процентное содержание меди, а также других металлов в сплаве. Такая маркировка позволяет легко ориентироваться в свойствах и области применения. Так, например, латуни Л62 и Л68 используются вместо меди для изготовления деталей методом глубокой штамповки. Состав латуни должен соответствовать нормам ГОСТа.

б) Бронзы

БРО́НЗА (франц. bronze),сплавмеди с разными химическими элементами, главным образом металлами (олово,алюминий,бериллий,свинец,кадмий,хроми др.). Соответственно, бронза называется оловянной, алюминиевой, бериллиевой и т.п. Исключение составляют сплавы меди с цинком, которые называютсялатунь, и сплавы меди с никелем — медноникелевые сплавы.

При введении в медь различных элементов —легировании— атомы легирующей примеси увеличивают деформацию и концентрацию дефектов ее кристаллической решетки. Кроме этого, атомы примеси взаимодействуют сдислокациямии затрудняют их подвижность, упрочняя медь. Поэтому удельное сопротивление бронз выше, чем у чистой меди, выше также предел прочности на разрыв и твердость, меньше относительное удлинение перед разрывом. Бронзы лучше обрабатываются на металлорежущих станках и обладают более высокими литейными свойствами, чем медь.

Оловянные бронзы

Оловянная бронза — древнейший сплав, выплавленный человеком. Первые изделия из бронзы получены около 3 тыс. лет до н. э. восстановительной плавкой смеси медной и оловянной руд с древесным углем. Значительно позднее бронзы стали изготовлять добавкой в медь олова и других металлов. Бронза применялась в древности для производства оружия и орудий труда (наконечников стрел, кинжалов, топоров), украшений, монет и зеркал. В Средние века большое количество бронзы шло на отливку колоколов. Колокольная бронза обычно содержит 20% олова. До середины 19 в. для отливки орудийных стволов использовалась пушечная (орудийная) бронза — сплав меди с 10% олова.

В наши дни в практике нашли применение бронзы, содержащие до 14% олова. Оловянные бронзы обладают высокими антифрикционными свойствами, нечувствительны к перегреву, морозостойки, немагнитны. Главными недостатками оловянных бронз являются образование пор в отливках, что ведет к их невысокой герметичности. Оловянные бронзы легируют цинком, свинцом, никелем, фосфором. Фосфор образует соединение с медью, влияющее на характер кристаллизационных процессов в сплаве. Он водится в оловянную бронзу как раскислитель и устраняет хрупкие включения окиси олова. При содержания в бронзе около 1% фосфора, ее называют фосфористой. Легирование фосфором повышает механические, технологические, антифрикционные характеристики оловянных бронз. Введение никеля способствует повышению механических и противокоррозионных свойств. Легирование свинцом увеличивает плотность бронз, улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием, однако при этом снижаются механические свойства. Введение железа способствует повышению механических свойств бронз, однако с увеличением концентрации железа резко снижаются коррозионная стойкость и технологические свойства.

Алюминиевые бронзы

Алюминиевые бронзы обладают высокими механическими, антифрикционными и противокоррозионными свойствами. Для снижения усадки, окисляемости и склонности к газонасыщению алюминиевые бронзы легируют железом, никелем, марганцем. Основное применение алюминиевых бронз — для изготовления ответственных деталей машин, работающих при интенсивном изнашивании и повышенных температурах.

Кремниевые бронзы

Кремнистые бронзы характеризуются высокими антифрикционными, упругими свойствами, коррозионной стойкостью. Кремнистые бронзы уступают оловянным по величине усадки, но превосходят по коррозионной стойкости, механическим свойствам и плотности отливки. При добавлении кремния образуется сплав на основе твердого раствора кремния в меди, такой сплав хорошо обрабатывается давлением, пластичен. Кремнистые бронзы применяю для изготовления антифрикционных деталей, пружин, мембран приборов и оборудования.

Бериллиевые бронзы

Высокой механической прочностью обладает бериллиевая бронза. Она отличается высокой твердостью и упругостью, износостойкостью и стойкостью к воздействию коррозионных сред, что обеспечивает работоспособность изделий при повышенных температурах. Бериллиевая бронза хорошо обрабатывается резанием и сваривается. Используется для изготовления деталей, эксплуатируемых при повышенных скоростях перемещения, нагрузках, температуре.

Хромовые бронзы

Хромовые бронзы отличаются высокими механическими свойствами, высокой электропроводностью и теплопроводностью и повышенной температурой рекристаллизации. Эти сплавы широко применяются для электродов электросварочных аппаратов и изготовления коллекторов электромоторов, как более качественные сплавы, чем кадмиевая бронза и коллекторная медь, применяемые для этих целей.

в) Медно-никелевые сплавы

Сплавы на основе меди, содержащие никель в качестве главного легирующего элемента. Никель образует с медью непрерывный ряд твёрдых растворов. При добавленииникеля к медивозрастают её прочность и электросопротивление, снижается температурный коэффициент электросопротивления, сильно повышается стойкость против коррозии. Медно-никелевые сплавы хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

Мельхиор

Мельхиор - однофазный сплав, представляющий собой твёрдый раствор; хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии, после отжига имеет предел прочности около 400 Мн/м2 (40 кгс/мм2). Наиболее ценное свойство Мельхиора — высокая стойкость против коррозии в воздушной атмосфере, пресной и морской воде. Увеличенное содержание никеля, а также добавки железа и марганца обеспечивают повышенную коррозионную и кавитационную стойкость, особенно в морской воде и в атмосфере водяного пара.

Нейзильбер

Нейзильбер - сплав меди с 5—35% Ni и 13—45% Zn. При повышенном содержании никеля имеет красивый белый цвет с зеленоватым или синеватым отливом и высокую стойкость против коррозии. Дорогие изделия из сплавов типа Нейзильбер под названием "пакфонг" завезены в Европу из Китая в 18 в. В 19 в. изделия из сплавов такого типа, обычно посеребрённые, производили под разными наименованиями: китайское серебро, мельхиор и др.

2. Свойства основы сплава – медь

Физические свойства меди

Цвет Меди красный, в изломе розовый, при просвечивании в тонких слоях зеленовато-голубой. Металл имеет гранецентрированную кубическую решетку с параметром а = 3,6074 Å; плотность 8,96 г/см³ (20 °С). Атомный радиус 1,28 Å; ионные радиусы Cu⁺ 0,98 Å; Сu² + 0,80 Å; t_пл 1083 °С; t_кип 2600 °С; удельная теплоемкость (при 20 °С) 385,48 дж/(кг·К), т.е. 0,092 кал/(г·°С). Наиболее важные и широко используемые свойства Меди: высокая теплопроводность - при 20 °С 394,279 вт/(м·К.), то есть 0,941 кал/(см·сек·°С); малое электрическое сопротивление - при 20 °С 1,68·10^-8 ом·м. Термический коэффициент линейного расширения 17,0·10^-6 . Давление паров над Медью ничтожно, давление 133,322 н/м² (т.е. 1 мм рт.ст.) достигается лишь при 1628 °С. Медь диамагнитна; атомная магнитная восприимчивость 5,27·10^-6 . Твердость Меди по Бринеллю 350 Мн/м² (т. е. 35 кгс/мм² ); предел прочности при растяжении 220 Мн/м² (т. е. 22 кгс/мм² ); относительное удлинение 60%, модуль упругости 132·10³ Мн/м² (т.е. 13,2·10³ кгс/мм² ). Путем наклепа предел прочности может быть повышен до 400-450 Мн/м² , при этом удлинение уменьшается до 2% , а электропроводность уменьшается на 1-3% . Отжиг наклепанной Меди следует проводить при 600-700 °С. Небольшие примеси Bi (тысячные доли%) и Рb (сотые доли%) делают Медь красноломкой, а примесь S вызывает хрупкость на холоде.