Медные сплавы
Ме́дные 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 (См. Латунь), бронзы (См. Бронза) 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- мые холодной штамповкой и глубокой вытяжкой |
| 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, 2—4% Fe, 1,5— 2,5% Mn, остальное Zn | 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, 4—6% Zn, 4—6% P | 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, 2—4% Fe | 600 | 40 | 1100 | Шестерни, втулки, сёдла клапанов |
| Бр. АЖМц10-3- 1,5 | 9—11% Al, 2,4% Fe, 1—2% Mn | 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 | Состав | Предел прочности s b, Мн/м2 | Относительное удлинение d, % | Твердость HB , Мн/м2 | Примерное назначение |
|---|---|---|---|---|---|
| МН19 (мельхиор) | 18—20% Ni+Co | 350 | 35 | 700 | Изделия, получаемые штамповкой и чеканкой |
| МНЖМц30-0,8-1 (мельхиор) | 29—33% Ni+Co, 0,8—1,3% Mn, 0,6—1% Fe | 380 | 40 | 700 | Конденсаторные трубы для судостроения, трубы термостатов |
| МНЦ15-20 (нейзильбер) | 13,5—1,5% Ni+Co, 18—22% Zn | 400 | 45 | 700 | Детали приборов точной механики, посуда |
| МНМц43-0,5 (копель) | 42,5—44% Ni+Co, 0,1—1% Mn | 400 | 35 | 850 | Проволока для термопар |
| МНМц40-1,5 (константан) | 39—41% Ni+Co, 1—2% Mn | 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.
