меди сплавы

МЕДИ СПЛАВЫ

сплавы на основе меди, содержащие Zn, Sn, Al, Ni, Fe, Mn, Si, Be, Cr, Pb, P и др. легирующие элементы (в сумме до 50%). М. с., состоящие из Cu и одного легирующего элемента, наз. двойными или простыми, содержащие неск. легирующих элементов — многокомпонентными или сложными. В двухкомпонентных М.с. легирующий элемент образует с Cu твердые растворы замещения, или интерметаллиды, имеющие определенное соотношение числа валентных электронов к числу атомов (э/а). Обычно э/а составляет ³/₂ (напр., для CuZn, Cu₃Al, Cu₅Sn), ²¹/₁₃ (Cu₅Zn₈, Cu₉Al₄, Cu₃₁Sn₈) и ⁷/₄ (CuZn₃, Cu₃Sn). Кроме того, в М.с. часто наблюдается образование более сложных интерметаллич. соединений. По основным легирующим элементам М.с. разделяют на бронзы, латуни и медноникелевые сплавы.

Бронзы — сплавы Cu, легированные разл. хим. элементами (Sn, Al, Be, Pb и др.), кроме Zn и Ni.

• подробнее см. ст. бронзы

Латуни — медно-цинковые сплавы, содержащие от 4 до 50% Zn. Двойные латуни с содержанием Zn до 10% наз. томпаками, до 20% — полутомпаками. Маркируют двойные латуни буквой "Л" и цифрой, указывающей на содержание Cu в сплаве. Среди двойных латуней наиб. распространены сплавы, содержащие 30, 32 и 37% Zn. Латуни с содержанием Zn до 32% являются однофазными (α-латуни), содержащие 32–50%-двухфазными системами (содержат α- и β-фазы). α-Латуни представляют собой твердые растворы замещения Zn в Cu и имеют гранецентрир. кубич. решетку; β-латуни образуют соед. с э/а = ³/₂ и имеют объемноцентрир. кубич. решетку. Сложные латуни получают дополнит. легированием простых латуней разл. элементами, напр. Al, Mn, Sn, Ni, Fe. В марках легированных латуней буквами обозначают качеств. состав сплава, числами — содержание компонентов; первое число означает содержание Cu, следующие — легирующих добавок. Легирующие элементы обозначают буквами: А-Al, H-Ni, О-Sn, Ц-Zn, C-Pb, Ж-Fe, Мц-Mn, К-Si, Ф-Р, Т-Ti. Наиб. распространены: оловянная адмиралтейская, или морская (ЛО62-1), алюминиевая, никелевая или алюмоникелевая (марка последней ЛАН59-3-2) и железомарганцевая (ЛЖМц59-1-1). Созданы также многофазные (дисперснотвердеющие) латуни, упрочнение которых достигается термич. обработкой со старением, напр. ЛАНКМц75-2-2,5–0,5-0,5. Получают латуни сплавлением меди с легирующими элементами, обычно в электрич. индукционных печах. Получение латуни прямым сплавлением элементов затруднено из-за большой разницы температур плавления этих металлов и большой упругости пара Zn, поэтому при сплавлении обычно вводят лигатуру (небольшое количество готового сплава Cu-Zn), облегчающую сплавление компонентов. Обрабатывают латуни давлением (деформируемые латуни) или с использованием литья. Латуни отличаются хорошими мех. свойствами, высокой коррозионной стойкостью, пластичностью, прочностью. Зависимость прочности, пластичности и электрич. сопротивления латуней от содержания Zn показана на рисунке. Латуни превосходят Cu по прочности на растяжение: σ_раст для Cu 450 МПа, для ЛАЖ > 600 МПа, для β-латуни > 740 МПа при удлинении (d) более 12%. Используют латуни для производства листов, лент, полос, труб, проволоки, которые изготовляют при горячей или холодной обработке расплава. Из полученных полуфабрикатов изготовляют электротехн. и машиностроит. детали, части приборов, медали, сетки и пр.

Зависимость электрич. сопротивления (а), пластичности (б) и прочности (в) латуней от содержания Cu в сплаве: 1 - наклепанная латунь; 2 — отожженная латунь; 3 — литая латунь.

К медно-никелевым сплавам относятся мельхиоры (содержат 20–30% Ni и легирующие элементы Fe, Mn и др.), нейзильбер (5–35% Ni, 12–46% Zn), константан (40% Ni, 1,5% Mn), манганин (30% Ni, 12% Mn) и др. Никель образует с медью непрерывный ряд твердых растворов, его введение повышает коррозионную стойкость, твердость, прочность, модуль упругости и температуру плавления сплава, понижает его теплопроводность, электрич. проводимость и температурный коэф. электрич. сопротивления. Медноникелевые сплавы обрабатывают давлением в горячем и холодном состоянии. Применяют в кораблестроении, для изготовления деталей, работающих при повышенной температуре и давлении. Все М.с. обладают высокой стойкостью против атмосферной и газовой коррозии. Для латуней, нейзильбера, бериллиевых и др. бронз она составляет (0,5–30)∙10⁻⁴ мм в год. Существенно замедляют их окисление Be, Zn и Al, способствующие образованию на поверхности сплава защитной пленки; заметно уменьшают коррозию также Si, Sn, Zn, Cd; не влияют — Fe, Ni, Co, Mn, Sb, Ag, P; присутствие в сплаве Cr, Se, As ускоряет его окисление. М.с. устойчивы в атмосфере CO₂, сухого NH₃, незагрязненного сухого и влажного водяного пара. При длительной (десятки лет) атмосферной коррозии латунь подвергается обесцинкованию. Этот процесс протекает вследствие селективной коррозии Zn или перехода в результате коррозии в раствор Cu и Zn с послед. осаждением Cu в сплаве. При этом наблюдается сохранение медного остова, изделие не меняет своей формы, но утрачивает прочность. Латуни с повыш. содержанием Zn наиб. подвержены такому виду коррозии. Склонность М.с. к обесцинкованию уменьшается в присутствии добавок As (не более 0,5% по массе). Подобная селективная коррозия характерна также для алюминиевых и оловянных бронз. М.с. слабо поддаются почвенной коррозии. Исключение — латуни, которые в этих условиях подвержены обесцинкованию. В естеств. водных (речных и морских) средах М.с. подвергаются кавитационному разрушению (напр., разрушение корабельных винтов), являющемуся результатом коррозии и действия на сплав высокотурбулентного потока воды. Скорость коррозии в кислотных средах возрастает с повышением температуры, концентрации кислоты, степени аэрации раствора и скорости потока. Наиб. стойки к кислотам оловянные, алюминиевые и кремнистые бронзы, а также медно-никелевые сплавы; применять латуни в контакте с кислотами не рекомендуется. В окислит. средах и горячих щелочных растворах все М.с. быстро разрушаются. М.с. нельзя также использовать в контакте с H₂O₂, расплавленной серой, H₂S и SO₂. Галогены в сухих условиях мало действуют на М.с., но при наличии влаги вызывают коррозию. На поверхности М.с. образуются защитные пленки Cu₂O, Cu(OH)₂, CuCO₃ и др. соед. Cu, слабо растворимых в воде. Это способствует появлению с течением времени на поверхности т. наз. патины, которая придает художеств. изделиям из М.с. особый внеш. вид. Специфич. особенность нейзильбера, латуней, бериллиевых, марганцевых и алюминиевых бронз — склонность к коррозии под напряжением, т. е. растрескиванию при одновременном воздействии внеш. сил или остаточных внутр. мех. напряжений и коррозионной среды. Такая коррозия возникает в присутствии NH₃, паров Hg, растворов ее солей, в загрязненной влажной атмосфере (сезонная болезнь). Предотвращают коррозионное растрескивание отжигом при температуре 250–800 °C, снимающим внутр. напряжение сплава, или легированием.

Мех. свойства М.с. изменяются в широких пределах при холодной обработке давлением и при отжиге. Холодной деформацией (наклепом) можно увеличить твердость и предел прочности М.с. в 1,5–3 раза при одновременном снижении пластичности, которую затем восстанавливают отжигом. Смягчающий отжиг латуней и бронз после холодной обработки проводят при 600–700 °C.

По назначению М.с. подразделяют на антифрикционные, жаропрочные, конструкционные, пружинные и электротехнические. К первым относят свинцовистую бронзу, легированные алюминиевые бронзы, свинцовистую латунь. Применяют их для заливки стальных вкладышей тяжелогруженых подшипников, для изготовления узлов трения, втулок, фрикционных дисков и пр. Жаропрочные М. с. содержат от одного до трех легирующих компонентов (напр., Со, Cr, Mg, Zr) и обычно перед использованием подвергаются термич. обработке. Предназначены для изготовления проводников электрич. тока, эксплуатируемых при высокой температуре, электродов сварочных машин и т. п. К конструкционным М.с. относят гл. обр. двойные латуни и латуни, легированные небольшими добавками Sn, Al, Fe, Si, Ni, Mn. Из них изготовляют трубы для конденсаторов и радиаторов, посуду, гильзы и др. Пружинные сплавы — гл. обр. бериллиевые бронзы, медно-никелевые сплавы. Их применяют для изготовления пружин, эксплуатируемых до температуры 130 °C. Электротехн. М.с. отличаются малым температурным коэф. электрич. сопротивления, жаропрочностью. Используют такие сплавы для изготовления электрич. приборов, реостатов, резисторов.

^{Лит.: Смирягин А. П., Смирягина Н. А., Белова А. В., Промышленные цветные металлы и сплавы, Справочник, 3 изд., М., 1974; [Металловедение медных сплавов], в сб.: Научные труды института Гипроцветметобработка, М., 1975–85.}