Медь и ее сплавы

Кристаллическая решетка меди — гранецентрированный куб. Полиморфных превращений она не имеет. Температура плавления 1083 °С. Прочность и пластичность меди сильно зависит от наклепа. После прокатки и отжига медь имеет предел прочности 200...250 МПа, а относительное удлинение 30...35 %.

Вследствие высокой пластичности медь плохо обрабатывается резанием, но легко деформируется в горячем и холодном состояниях. Прочность меди в результате холодной деформации возрастает до 700 МПа, а пластичность ее снижается до 1...3 %.

В зависимости от химического состава существуют следующие марки меди: М00 (99,99 % Си), МО (99,95 % Си), Ml (99,90 % Си), М2 (99,70 % Си), М3 (99,50 % Си), М4 (99,0 % Си). Чем больше цифра в марке меди, тем больше в ней примесей.

Все примеси, кроме бериллия, ухудшают электропроводность меди. Особенно сильно снижают ее элементы, образующие твердые растворы с ограниченной растворимостью и вызывающие сильное искажение кристаллической решетки — фосфор, кремний, железо и мышьяк. Элементы, обладающие полной растворимостью в меди и слабо искажающие ее решетку, в значительно меньшей степени снижают ее электропроводность. Например, серебро почти не влияет на электропроводность меди. Сплав, содержащий приблизительно 0,25 % серебра, применяют для изготовления обмоток сверхмощных турбогенераторов.

Примеси, не растворяющиеся в меди или образующие нерастворимые включения, почти не влияют на электропроводность меди (силикаты, сернистые и кислородные включения, свинец, висмут).

В установках глубокого охлаждения для присоединения манометров и других приборов применяют медные трубки. Малая механическая прочность меди не позволяет использовать медные трубы большого диаметра. Следует иметь в виду, что медь подвержена ползучести при комнатной температуре.

Из-за высокой теплопроводности и хорошей коррозионной стойкости во многих средах медь находит применение как материал для поверхностей нагрева трубчатых теплообменников.

Латуни — медные сплавы, в которых преобладающим легирующим компонентом является цинк. Кроме меди и цинка, латуни могут содержать небольшие примеси других элементов.

Латуни маркируют буквой Л, после буквы следует цифра, указывающая на содержание в ней меди (Л96, Л68 и др.). Если кроме меди и цинка латунь содержит примеси других элементов, то за буквой Л следует буква, принятая для условного обозначения примеси: О — олово, С — свинец, А — алюминий, Ж — железо, Мц — марганец, Н — никель, К — кремний, Ф — фосфор. Например: ЛАЖ60-1 -1 —латунь содержит 60 % меди, 1 % алюминия, 1 % железа, остальное цинк.

Латуни с большим содержанием меди называют томпаками — Л96 и Л80, а Л85 и Л80 — полутомпаками.

В теплотехнике латуни применяют для изготовления трубок конденсаторов паровых турбин и теплофикационных бойлеров. Для конденсаторов, работающих на пресной воде, применяют трубки из латуни Л68, а для теплофикационных бойлеров из Л68 и Л63. Латунные трубки предпочтительнее по сравнению с трубками из углеродистой стали вследствие более высокой коррозионной стойкости в воде.

В процессе эксплуатации наблюдается особый вид разрушения латунных трубок — обесцинкование. Отдельные участки трубы или вся ее поверхность превращаются в рыхлые кристаллы меди. Иногда этот процесс развивается в виде язвенных образований: «пробки» меди легко выпадают, и сплошность трубы нарушается. Нормальный срок службы латунных труб в бойлерах и конденсаторах 20 лет, однако при сплошном слоевом растворении цинка массовый выход из строя труб начинается через 4...6 лет. При образовании «пробок» выход труб из строя начинается через 1...2 года, а иногда даже через несколько месяцев. Латунь Л070-1 несколько лучше сопротивляется растворению цинка, чем латунь Л63, Поэтому трубки из латуни ЛО70-1 ставят на конденсаторы, охлаждаемые морской водой. Сильно ускоряют процесс обесцинкования угольная кислота и аммиак, растворенный в охлаждаемой воде.

Экономичнее устанавливать на охладителях, работающих на морской воде, более дорогие мельхиоровые трубки (МН70-30), срок службы которых составляет не менее 10 лет против 3 лет дешевых латунных трубок.

В табл. 8.1 приведены некоторые латуни и их механические свойства.

Латунные трубки в процессе изготовления получают наклеп, поэтому в материале трубок имеются остаточные напряжения. Хранение их на воздухе приводит к образованию трещин. Для предупреждения образования трещин трубки подвергают отжигу при 200...400 °С в течение нескольких часов.

Для деталей, изготавливаемых обработкой резанием, применяют латунь Л59 и латунь со свинцом ЛС59-1.

Таблица 8.1

Механические свойства некоторых латуней (после отжига)

Марка латуни

Предел прочности при растяжении, МПа

Относительное удлинение, %

Л63, Л68

360

49

Л70

330

55

Л80

320

52

Л96

240

50

ЛАЖ60-1-1

450

45

ЛА77-2

380

47

ЛК80-3

300

40

ЛС59-1

400

45

ЛА67-2,5

400

15

Ряд латуней применяют преимущественно для изготовления литых деталей. Коррозионно-стойкие детали льют из алюминиевой латуни ЛА67-2,5, на арматурное литье идут латуни ЛК80-ЗЛ и ЛМцОС5 8-2-2-2.

Латунь деформируемая — латунь, содержащая 57...97 % Си, обладающая высокой пластичностью, легко обрабатывается давлением (табл. 8.2).

Таблица 8.2

Химический состав и применение деформируемых латуней*

(по ГОСТ 15527-70)

Сплав

Содержание элементов ( %)

Применение

Си

гп

РЬ

Ре

БЬ

В1

Р

Сумма

примесей

Л96

  • 95,0...
  • 97,0

Остальное

0,03

0,10

0,005

0,002

0,01

0,2

Радиаторные трубки

Л90

  • 88,0...
  • 91,0

Остальное

0,03

0,10

0,005

0,002

0,01

0,2

Листы, лента для планировки

Л85

  • 84,0...
  • 86,0

Остальное

0,03

0,10

0,005

0,002

0,01

0,3

Трубы гофрированные

Окончание табл. 8.2

Сплав

Содержание элементов ( %)

Применение

Си

Ъп

РЬ

Бе

БЬ

В1

Р

Сумма

примесей

Л80

  • 79,0...
  • 81,0

Остальное

0,03

0,10

0,005

0,002

0,01

0,3

Листы, лента и проволока

Л70

  • 69,0...
  • 72,0

Остальное

0,03

0,07

0,002

0,002

0,005

0,2

Полосы и лента

Л68

  • 67,0...
  • 70,0

Остальное

0,03

0,10

0,005

0,002

0,01

0,3

Полосы, листы, лента, трубы и проволока

Л62

  • 60,0...
  • 63,5

Остальное

0,08

0,15

0,005

0,002

0,01

0,5

Полосы, листы, лента, трубы и проволока

* В латуни марки Л70 должно быть не более 0,005 % А$; 0,005 % Бп и 0,002 % Б; в антимагнитных латунях содержание железа должно быть не более 0,03 %.

Латунь литейная предназначена для изготовления полуфабрикатов и фасонных деталей методом литья. Латунь литейная содержит 50...81 % Си. В качестве легирующих элементов применяются алюминий, марганец, железо, кремний, олово и свинец. Латуни литейные отличаются высокими литейными свойствами и коррозионной стойкостью. Большинство из них имеют хорошие антифрикционные свойства и в ряде случаев являются полноценными заменителями оловянистых бронз. По ГОСТ 17711—80 изготовляется 10 марок латуни литейной (табл. 8.3).

Из литейной латуни изготовляют коррозионно-стойкие литые детали морских судов (гребные винты, лопасти, арматуру и др.), самолетов, различных машин и аппаратов, всевозможных нажимных и червячных винтов, шестерен, подшипников и других антифрикционных деталей, работающих в тяжелых условиях.

Структура литейной латуни за исключением латуни Л62, однофазовая. Латунь Л62 в отожженном состоянии имеет двухфазную структуру — (а + Р)-кристаллы. При температуре выше 750 °С эта латунь состоит только из кристаллов р-фазы. ПрочТаблица 8.3

Химический состав и механические свойства литейных латуней (по ГОСТ 17711-80)

Сплав

Содержание основных элементов, % (по массе)

Механические

свойства

Си

Мп

другие элементы

ств, МПа (не менее)

6, %

ЛА67-2,5

66...68

2...3 А1

400*

15

Ск)

О

о

  • *
  • *

12

ЛАЖМц66-6-3-2

64...68

1,5...2,5

6...7 А1

650*

7

2...4 Ре

600**

7

700***

7

ЛАЖ60-1-1Л

58...61

0,1...0,6

0,75...1,5 А1

420*

18

0,75...1,5 Ре

Ск)

оо

о

  • *
  • *

20

0,2...0,7 Бп

ЛК80-ЗЛ

79...81

2,5...4,5

300*

15

250**

10

ЛКС80-3-3

79...81

2,5...4,5

300*

15

2...4 РЬ

250**

7

ЛМцС58-2-2

57...60

1,5...2,5

1,5...2,5 РЬ

350*

8

250**

10

ЛМцОС58-2-2-2

56...60

1,5...2,5

1,5...2,5 Бп

300*

4

0,5...2,5 РЬ

300**

6

ЛМцЖ55-3-1

53...58

3...4

0,5...1,5 Ре

500*

10

450**

15

ЛМцЖ52-4-1

50...55

4...5

0,5...1,5 Ре

500*

15

ЛС59-1Л

57...61

0,8...1,9 Бп

2оо***

70

* Литье в кокиль. ** Литье в землю. *** Центробежное литье.

ность и твердость латуней возрастает с увеличением содержания цинка. Максимальной пластичностью обладает латунь Л68, применяемая главным образом для деталей, изготовляемых штамповкой или другими видами обработки с высокими степенями вытяжки. Наибольшее применение из стандартных деформируемых латуней имеет латунь Л62, содержащая минимальное количество меди и обладающая достаточно высокими механическими свойствами и коррозионной стойкостью. Деформируемые латуни, предназначаемые для изготовления деталей штамповкой, наряду с высокой пластичностью должны иметь определенный размер зерна. Крупнозернистая структура приводит к образованию на штампованных изделиях шероховатой поверхности. На деформируемых латунях с очень мелким зерном могут возникать трещины при глубокой вытяжке.

Из деформируемых латуней изготавливают листы, прутки, трубки и проволоку.

Латунь деформируемая марки Л96 стойкая против коррозионного растрескивания имеет высокую теплопроводность, применяется для изготовления трубок авиационных радиаторов и конденсаторных трубок.

Латунь Л90 обладает высокой коррозионной стойкостью, хорошо сваривается со сталью. Из нее изготовляют биметаллы типа сталь—латунь.

Латунь деформируемая коррозионно-стойкая — латунь, содержащая 60...91 % Си и один или несколько легирующих элементов.

Латунь деформируемая коррозионно-стойкая обладает более высокой коррозионной стойкостью, чем простые (двойные) латуни, и хорошо обрабатывается давлением. Добавки, улучшающие коррозионную стойкость латуней: алюминий, марганец, кремний, никель, олово и мышьяк.

Алюминий повышает коррозионную стойкость латуней в условиях морской и пресной воды. Добавки никеля и железа к алюминийсодержащим латуням повышают их коррозионную стойкость и прочность. Изготовляются следующие марки, содержащие алюминий: ЛА85-0,5, ЛА77-2, ЛАЖ60-1-1, ЛАН59-3-2. Предел прочности этих латуней в отожженном состоянии составляет 380—500 МПа и в наклепанном (на 50 %) — 580...700 МПа, относительное удлинение 40...55 и 8... 12 % соответственно. Латунь деформируемую коррозионно-стойкую с высоким содержанием меди марки ЛА85-0,5 применяют для изготовления знаков отличия, фурнитуры и художественных изделий; ЛА77-2 — для конденсаторных труб. Из латуни деформируемой коррозионно-стойкой ЛАЖ60-1-1 изготовляют трубы и прутки для высокопрочных деталей, работающих в морской воде. Латунь деформируемая коррозионно-стойкая ЛАН59-3-2 отличается высокой прочностью и коррозионной стойкостью и предназначается для коррозионно-стойких, высокопрочных деталей, применяемых в морском судостроении, электромашиностроении и химической апаратуре.

Марганец повышает стойкость латуней против действия морской воды, хлоридов и перегретого пара. В сочетании с алюминием и железом марганец также повышает прочность латуней. Механические свойства выпускаемых латуней деформируемых коррозионно-стойких с марганцем марок ЛЖМц59-1-1, ЛМц58-2 и ЛМцА57-3-1: предел прочности 45...600 МПа, относительное удлинение 40...60 %. Из латуней ЛЖМц59-1-1, ЛМц58-2 и ЛМцА57-3-1 изготовляют трубы, листы, полосы и прутки. Выпускают также нестандартную латунь ЛНМцЖА60-1-2-1-1 (58...62 % Си, 0,1...0,5 % №, 1,5...2,5 % Мп, 0,5...1,1 % Ре и 0,5... 1 % А1), характеризующуюся высокой коррозионной стойкостью в пресной и морской воде. Эта латунь заменяет бронзы и латуни с высоким содержанием меди и может изготовляться из вторичных медных сплавов; применяется для изготовления деталей в морском судостроении.

Кремний (кремнистая латунь) повышает коррозионную стойкость латуней в морской воде и атмосферных условиях, а также увеличивает стойкость против коррозионного растрескивания. Выпускается латунь с кремнием стандартная ЛК80-3 и нестандартная ЛКС65-1,3-3 (63,5...66,5 % Си, 1...2 % Бц 2,5...3,5 РЬ). Последняя хорошо обрабатывается резанием и обладает высокими антифрикционными свойствами. Из латуни ЛК80-3 изготовляют кованные и штампованные детали. Механические свойства латуни ЛК80-3: предел прочности 300...500 МПа, относительное удлинение 15...40 %.

Никель (никелевая латунь) повышает коррозионную стойкость латуней в атмосферных условиях и морской воде и несколько увеличивает стойкость против обесцинкования. Выпускается стандартная латунь ЛН65-5, отличающаяся высокой коррозионной стойкостью и повышенными механическими свойствами (предел прочности 380...700 МПа, относительное удлинение 4...60 %). Из латуни ЛН65-5 изготовляют листы, полосы, ленты, трубы, прутки и профили. Ее применяют для конденсаторных труб, манометрических трубок и сеток бумагоделательных машин.

Олово повышает коррозионную стойкость латуней в морской и пресной воде, вследствие чего они получили название морских латуней. По ГОСТ 17711—80 выпускают четыре марки латуни с оловом: ЛО90-1, ЛО70-1, Л062-1 и ЛО60-1. Механические свойства оловянистых латуней в зависимости от содержания олова: предел прочности в отожженном состоянии от 280 до 350 МПа, в нагартованном состоянии от 450 до 650 МПа, а относительное удлинение 40...60 % и 8... 12 % соответственно. Из латуни ЛО90-1 изготовляют полосы и ленты, применяемые для антифрикционных деталей, от которых требуется хорошая коррозионная стойкость. Латунь Л070-1 в основном предназначается для изготовления конденсаторных труб, теплотехнической аппаратуры и т.п. Латунь Л062-1 поставляется в виде листов, полос и прутков и предназначается для всевозможных деталей в морском судостроении. Латунь ЛО60-1 применяется в виде проволоки и тонких прутков для сварки различных конструкций в судостроении.

Мышьяк в количестве до 0,05 % в несколько раз повышает стойкость против обесцинкования латуней с высоким содержанием цинка (более 20 %).

Латунь заклепочная. К ней относится латунь Л 62, из которой изготавливают проволоку диаметром от 1 до 10 мм. Проволока выпускается в отожженном состоянии с ав не менее 380 МПа и относительным удлинением не менее 18 %. Во избежание коррозионного растрескивания клепанные детали необходимо подвергать низкотемпературному отжигу при 250...300 °С.

Бронзы. Бронзы — сплавы меди, в которых основным легирующим компонентом является любой металл, кроме цинка. Цинк также может входить в состав бронз, но в них он не является основным легирующим элементом. Большинство бронз обладают хорошими литейными свойствами и хорошо обрабатываются резанием.

Обозначение марок бронз начинаются буквами Бр. Далее следуют буквы, соответствующие легирующим элементам бронзы. Цифры указывают на содержание этих элементов в процентах. Например: БрСЗО содержит около 30 % свинца, а БрФ6,5-0,25 содержит 6,5 % олова и 0,25 % фосфора.

Из бронз изготавливают втулки подшипников скольжения и другие трущиеся детали (шестерни, направляющие и др.). Бронзы обеспечивают малый коэффициент трения в паре со сталью, хорошо прирабатываются (хорошо воспринимают очертания вала), выдерживают большие удельные давления и мало изнашиваются.

Материал вкладыша подшипника или другой трущейся детали, обладающий хорошими антифрикционными свойствами, должен состоять, по крайней мере, из двух структурных составляющих: твердой и мягкой. В процессе приработки вала к подшипнику мягкая составляющая вырабатывается, образуются микроканалы, по которым циркулирует смазка. Вал опирается на твердые включения вкладыша подшипника. Но твердые включения материала вкладыша должны быть мягче самой мягкой структурной составляющей вала. Иначе твердые включения материала вкладыша подшипника будут вызывать быстрый износ вала. Мягкая металлическая основа вкладыша хорошо поглощает случайно попавшие в подшипник твердые частицы.

Оловянистые бронзы склонны к ликвации: при ускоренном охлаждении они получают резко выраженное дендритное строение. Хорошие литейные свойства оловянистых бронз позволяют применять их для фасонного литья.

Обработке давлением можно подвергать только однофазные бронзы, содержащие не более 5...6 % 8п. Эти бронзы проходят рекристаллизационный отжиг (при 600...650 °С) — как промежуточную операцию при холодной обработке давлением или заключительную операцию для придания готовым полуфабрикатам требуемых свойств. Оловянистые бронзы, особенно двухфазные, обладают высокими антифрикционными свойствами.

Бронзы с большим содержанием дорогостоящего олова заменяют более дешевыми бронзами, в которые добавляют цинк и свинец. Кроме того, свинец улучшает обрабатываемость резанием.

В оловянистые бронзы добавляют также фосфор (до 1 %), который является раскислителем и улучшает их литейные свойства. Фосфор повышает механические и антифрикционные свойства.

Алюминиевые бронзы, содержащие до 6...8 % А1, обрабатывают давлением в холодном или горячем состоянии. Холодная деформация значительно повышает прочность.

Бронзы, содержащие 8... 10 % А1, можно обрабатывать давлением только при высоких температурах. Их из-за повышенных литейных свойств применяют для фасонного литья. Они устойчивы против коррозии.

Кремнистые бронзы превосходят оловянистые по механическим свойствам и в то же время являются более дешевыми. Они обладают высокой устойчивостью против коррозии в ряде агрессивных сред, особенно в щелочах. Однофазные кремнистые бронзы обладают высокой пластичностью.

Бериллиевые бронзы содержат 2...2,5 % Ве, обладают наилучшим комплексом свойств из всех известных бронз. Бериллиевая бронза значительно повышает механические свойства в результате термической обработки. Наиболее высокие механические свойства бериллиевые бронзы приобретают после закалки с

760...780 °С в воде и старении при 300...350 °С в течение 2 ч.

В закаленном состоянии бериллиевые бронзы имеют ав = = 500 МПа; 5 = 45 % и твердость НВ 120. При старении временное сопротивление разрыву возрастает до 1300... 1350 МПа, твердость до НВ 400, относительное удлинение снижается до 1,5 %, Из бериллиевых бронз изготавливают пружины в электроаппаратуре, мембраны, а также детали электронной техники.

Свинцовистые бронзы содержат до 30 % РЬ. Свинец и медь нерастворимы в твердом состоянии, поэтому микроструктура свинцовистых бронз состоит из кристаллов более твердой меди и мягкого свинца. Это обеспечивает хорошие антифрикционные свойства сплава, но механические свойства при заливке в кокиль невысокие. Свинцовистые бронзы применяют для изготовления вкладышей подшипников, работающих с большими скоростями и при повышенных давлениях.

В табл. 8.4 приведены механические свойства и назначение некоторых бронз.

Таблица 8.4

Механические свойства и назначение бронз

Бронза

Состояние

материала

ств, МПа

6, %

Назначение

БрОЦСНЗ-7-5-1

Литье в землю

1180

8

Арматура, работающая в морской и пресной воде, втулки и подшипники

БрОЦС5-5

То же

150

6

Втулки, подшипники и другие детали, работающие на трение

БрОФ6,5-0,15

После

отжига

350...450

60...70

Листы и ленты, проволока для пружин

Окончание табл. 8.4

Бронза

Состояние

материала

ств, МПа

6, %

Назначение

БрОФ6,5-0,15

После

холодной

деформации

700...800

7...12

Листы и ленты, проволока для пружин

БрОЦ4-3

После

отжига

350

40

Токоведущие пружины, контакты (пружинящие) в электромашинах и аппаратах химической промышленности

БрОЦ4-3

После

холодной

деформации

550

4

То же

БрАЖ9-4Л

Литье в землю

550

15

Фасонное литье

БрАЖ9-4

Прессованные прутки

600

40

Прутки, поковки

БрАЖ10-4-4Л

Литье в кокиль

650

10

Фасонное литье

БрАЖН 10-4-4

После

деформации и отжига

650

35

Прутки, трубы, поковки

После

холодной

деформации

750...830

9

То же

БрКМЦЗ-1

После прокатки и отжига

380

45

Лента, проволока, прутки. Сварные резервуары в пищевой промышленности

После

холодной

деформации

700

7

То же

БрБ2

После

закалки

400...500

40...50

Ответственные детали узлов трения, работающих при высоких скоростях, повышенных удельных давлениях и температурах. Пружинящие контакты, пружины, мембраны, сильфоны

После закалки и старения

  • 1150...
  • 1250

1,5

То же

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >