Сплавы на основе меди.

Медные сплавы, как и сплавы большинства других цветных металлов, делятся на деформируемые, которые используются в производстве полуфабрикатов (листов, полос, профилей, проволоки и других), и литейные, применяемые для изделий, которые получают путем литья в песчаные и металлические формы, а также методом непрерывной разливки и центробежного литья.

Латуни. Сплавы меди с цинком носят общее название латуни. Специальные марки латуни содержат другие легирующие элементы. Если предел прочности при растяжении латуни марки Л60 (60 % меди и 40 % цинка) в кованом состоянии составляет 350…400 Н/мм², то у специальных латуней прочность может достигать до 800 Н/мм², т.е. вдвое выше, чем у обыкновенных углеродистых сталей. С увеличением содержания цинка примерно до 15 % сплав сохраняет красный цвет меди, примерно при 15 % цинка сплав приобретает характерный желтый цвет латуни, затем цвет его меняется на светло-золотистый и затем снова переходит в красноватый.

Сегодня латунь используют как конструкционный материал там, где требуется высокая прочность и коррозионная стойкость: в трубопроводной арматуре, в химическом машиностроении и, особенно, в судостроении. Обрабатываемость латуни можно улучшить с помощью легирующих добавок, например, добавки свинца значительно улучшают обрабатываемость резанием и улучшают антифрикционные свойства.

Технические латуни содержат до 48…50 % цинка. В зависимости от содержания цинка различают однофазные - латуни и двухфазные латуни. Однофазные латуни хорошо деформируются в горячем и холодном состоянии. Двухфазные латуни малопластичны в холодном состоянии, имеют большую прочность и износостойкость. Эти латуни подвергают горячей обработке давлением.

Двойные латуни нередко легируют Al, Fe, Ni, Sn, Mn, Pb и другими элементами. Такие латуни называют специальными или многокомпонентными. Легирующие элементы (кроме свинца) увеличивают прочность (твердость), но уменьшают пластичность латуни.

Сопротивление коррозии повышают Al, Zn, Si, Mn и Ni.

Латуни в наклепанном состоянии или с высокими остаточными напряжениями и содержащие > 20 % Zn, склонны к коррозийному растрескиванию в присутствии влаги, кислорода, аммиака. Для предотвращения растрескивания полуфабрикаты из латуни указанных сортов обжигают при 250…650 ⁰С, изделия из латуни - при 250…270 ⁰С.

Все латуни по техническому признаку делят на две группы: деформированные, из которых изготовляют листы, ленты, трубы, проволоку и другие полуфабрикаты, и литейные - для фасонного литья.

Литейные латуни обладают хорошей жидкотекучестью, мало склонны к ликвации и обладают антифрикционными свойствами.

Латуни, предназначенные для фасонного литья, от которого требуется повышенная прочность, содержат большое количество специальных присадок, улучшающих их литейные свойства. Эти латуни отличаются и лучшей коррозионной стойкостью.

Латуни маркируют буквой Л и числом, указывающим среднее содержание меди. Например, Л80 - латунь, содержащая 80 % Сu и 20 % Zn. В марках латуней сложного состава буквы соответствуют введенным легирующим элементам. Например, в латуни ЛМцС58-2-2 содержится 58 % Сu, 2 % Мn и 2 % Рb (остальное цинк). Латунь, содержащую 90 и 80 % Сu, называют томпаком; латунь, содержащую 70…68 % Сu - патронной (или гильзовой), так как в артиллерийском производстве ее с давних пор применяют для изготовления гильз. Латунь, содержащая 33 % цинка и 2 %, алюминия применяется для деталей, работающих в морской воде. Латунь, содержащая 40 % цинка и 2 % марганца, имеет повышенную прочность. Латунь, содержащая 30 % цинка и 5% никеля, обладает повышенной коррозионной стойкостью, используется для конденсаторов и манометрических трубок.

Свинцовые латуни, содержащие 39 и 40 % цинка и 1 % свинца, применяют для деталей, изготавливаемых горячим прессованием. Они хорошо обрабатываются резанием и имеют хорошие антифрикционные свойства. Более 15 марок латуней обладают хорошими литейными свойствами. В их состав входят кремний, марганец, железо.

Бронзы. Бронзы - это собирательное название большой группы медных сплавов. Простейшие из них, оловянные бронзы, известны еще с бронзового века. Они, как и другие сплавы делятся на литейные (содержат 10…20 % олова) и деформируемые (1…8 % олова). Когда-то бронзы получали названия в зависимости от их назначения: колокольная (20…30 % Sn), зеркальная (30…35 % Sn), монетная (4…10 % Sn), пушечная (8…18 % Sn). В наше время бронзы различают по их химическому составу. В зависимости от содержания легирующих элементов и состояния обработки прочность бронз меняется примерно в пределах 200…750 Н/мм².

Оловянные бронзы. В практике применяют только сплавы с содержанием до 10…12 % Sn. Сплавы, более богатые оловом, очень хрупкие. Оловянные бронзы имеют большой интервал температур кристаллизации и поэтому склоны к ликвации (образованию рассеянной пористости); при ускоренном охлаждении у них резко выраженное дендритное строение.

Различают деформируемые и литейные оловянные бронзы.

Деформируемые бронзы содержат 4…6 % Sn, до 0,4 % Р, до 4 % Zn и до 4,5 % Pb и выпускают в виде прутков, лент и проволоки в нагартованном (твердом) и отожженном (мягком) состояниях. Эти бронзы чаще предназначаются для пружин и пружинящих деталей, применяемых в различных отраслях промышленности.

Литейные бронзы содержат большое количество цинка, фосфора и нередко свинца. Эти бронзы обладают невысокой жидкотекучестью, малой литейной усадкой, высокой коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами. Применяют литейные бронзы для изготовления различной арматуры, а также в тех случаях, когда требуются повышенные электро- и теплопроводность в сочетании с хорошей сопротивляемостью коррозии в агрессивных средах. Для снятия внутренних напряжений в отливках их отжигают в течение часа при 550 ⁰С.

Безоловянные бронзы. Безоловянные бронзыпредставляют собой сплавы меди с Al, Ni, Si, Fe, Be, Cr, Pb и другими металлами.

Алюминиевые бронзы. Алюминиевые бронзы содержат около 8 % алюминия, дополнительно легированы никелем, марганцем, железом и др. и отличаются стойкостью к коррозии и окислению, сохраняют высокую прочность при повышенных температурах, хорошо сопротивляются износу. Из них изготавливают конденсаторные трубки и детали химических аппаратов, высокотемпературную арматуру, а также подшипники скольжения, работающие в условиях абразивного износа и ударных нагрузок. Алюминиевые бронзы легко обрабатываются давлением в холодном состоянии, а при содержании до 7…8 % Al - и в горячем. Кроме того, эти бронзы обладают хорошими литейными свойствами и из них можно получать разнообразные отливки. Слитки часто гомогенизируют для устранения внутрикристаллической ликвации. Бронзы, содержащие ~ 9…11 % Al, а также никель, марганец и железо могут быть упрочнены термической обработкой.

Кремнистые бронзы. Кремнистые бронзы применяются в качестве заменителей оловянной бронзы. Они содержат 1…3 % кремния. Эти бронзы имеют хорошие литейные свойства, легко обрабатываются резанием, деформируются в горячем состоянии и свариваются. Механические свойства у них выше механических свойств оловянных бронз, обладают высокой упругостью, выносливостью, антикоррозионной стойкостью. Их используют для деталей, работающих до 500 ⁰С. Наиболее распространенными являются бронзы БрК1Н3 (1 % Si и 3 % Ni) и БрК3Мц1(3 % Si и 1 % Mn). Эти бронзы упрочняются термической обработкой - закалкой с 850-875 ⁰С в воде с последующим отпуском - старением при 410-475 ⁰С.

Из бронзы БрК1Н1 (1 % Si и 1% Ni) изготавливают ответственные детали, работающие в тяжелых условиях температуры и трения. Из бронзы БрК3Мц1 делают прутки, полосы, втулки, клапаны, плоские и круглые пружины. Иногда ее используют как заменитель дорогой бериллиевой бронзы.

Бериллиевые бронзы. Бериллиевые бронзы относятся к числу сплавов, упрочняемых термической обработкой. Наряду с высоким пределом прочности, текучести и упругости бериллиевые бронзы хорошо сопротивляются коррозии, свариваются и обрабатываются резанием.Бериллиевые бронзы применяются для мембран, пружин, пружинящих контактов, деталей, работающих на износ (кулачки полуавтоматов), в электронной технике и т.д.

Свинцовые бронзы. В свинцовых бронзах свинец полностью не растворяется. Сплавы после затвердевания состоят из кристаллов меди и включений свинца. Последние располагаются по границам зерен или заполняют междендритные пространства.

Такая структура бронзы обеспечивает высокие антифрикционные свойства. Это предопределяет широкое применение бронзы БрС30 для изготовления вкладышей подшипников скольжения, работающих с большими скоростями и при повышенных давлениях. По сравнению с оловянными подшипниковыми бронзами теплопроводность бронзы БрС30 в четыре раза больше, поэтому они хорошо отводят тепло, возникающее при трении.

Благодаря невысоким механическим свойствам бронзу БрС30 часто наплавляют тонким слоем на стальные ленты (трубы). Подшипники из таких материалов (биметаллические подшипники) просты в изготовлении и легко заменяются при износе. Нередко свинцовые бронзы легируют никелем и оловом, которые, растворяясь в меди, повышают механические и коррозионные свойства и их используют для изготовления втулок и вкладышей подшипников без стальной основы.

Сплав меди, содержащий 20 % никеля и 15 % цинка, получил название “нейзильбер” (по-немецки – “новое серебро”). Этот сплав применяется не только для изготовления столовых приборов и посуды, но и пружин, мембран и других изделий в приборостроении.

Маркировка бронз: Бр - бронза, далее следуют буквы и цифры, показывающие содержание легирующих элементов, а содержание меди определяются по разности от 100 %. Например, в бронзе марки Бр08Ц4С3 содержится 8 % Sn, 4 % Zn, 3 % Рb и остальное медь, в бронзе БрА9Ж4 содержится 8…10 % Al и 2…4 % Fe, остальное Cu.

Производство меди.