Мідні сплави
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Мідні сплави

Мідні сплави , сплави на основі міді. М. с. — перші металеві сплави, створені людиною (див. Бронзове століття ). Приблизно до сірок.(середина) 20 ст по світовому виробництву М. с. займали 1-е місце серед сплавів кольорових металів, поступившись ним потім алюмінієвим сплавам. З багатьма елементами мідь утворює широкі області твердих розчинів заміщення, в яких атоми добавки займають місця атомів міді в гранецентрованих кубічних гратах. Мідь в твердому стані розчиняє до 39 % Zn, 15,8 % Sn, 9,4 % Al, а Ni — необмежено. При утворенні твердого розчину на основі міді зростають її міцність і електроопір, знижується температурний коефіцієнт електроопоу, може значно підвищитися корозійна стійкість, а пластичність зберігається на досить високому рівні. При додаванні легуючого елементу зверху межі розчинності утворюються з'єднання, зокрема електронні, тобто що характеризуються певною електронною концентрацією (відношенням сумарного числа валентних електронів до атомів, яке може бути рівне 3 / 2 , 21 / 13 або 7 / 4 ). Цим з'єднанням умовно приписують формули Cuzn, Cu 5 Sn, Cu 31 Sn 8 , Cu 9 Al 4 , Cube та інші. У багатокомпонентних М. с. часто присутні складні металеві з'єднання невстановленого складу, які значно твердіше, ніж розчин на основі міді, але вельми крихкі (зазвичай в двофазних і багатофазних М. с. доля їх в структурі набагато менше, ніж твердого розчину на основі міді).

  М. с. отримують сплавом міді з легуючими елементами або з проміжними сплавами — лігатурами, що містять легуючі елементи. Для розкислювання (відновлення оксидів) широко застосовують введення в розплав малих добавок фосфору (десяті долі %). М. с. підрозділяють на тих, що деформуються і літейниє. З М., що деформуються, с. відливають (у виливниці або безперервним методом) круглі і плоскі злитки, які піддають гарячіше і холодній обробці тиском: плющенню, пресуванню через матрицю або волочінню для виробництва листів, стрічок, прутков, профілів, труб і дроту. М. с. добре обробляються тиском, і деформовані напівфабрикати складають основну долю всього обсягу їх виробництва. Ливарні М. с. володіють хорошими ливарними властивостями, з них відливанням в земляні і металеві форми отримують фасонні деталі, а також декоративно-прикладні вироби і скульптуру (див. Бронза в мистецтві).

  Механічні властивості М. с. змінюються в широких межах при холодній обробці тиском і при відпалі. Холодною деформацією можна збільшити твердість і межу міцності М. с. в 1,5—3 рази при одночасному зниженні пластичності (див. Наклепання ), а подальший відпал рекристалізації дозволяє частково або повністю (залежно від температури і його тривалості) відновити вихідні (до деформації) властивості (див. Термічна обробка ). Пом'якшувальний відпал М. с. після холодної обробки тиском проводять при 600—700 °С. Більшість М. с. не піддають зміцнюючій термічній обробці (гарту і старінню), оскільки ця обробка або в принципі неможлива, якщо сплав при всіх температурах однофазен, або величина зміцнення дуже мала. Для створення термічно зміцнюваних М. с. використовують такі легуючі елементи, які утворюють з міддю або між собою інтерметалеві з'єднання (наприклад, Cube Nibe, Ni 3 Al), розчинність яких в твердому розчині на базі міді з пониженням температури зменшується. При гарті таких сплавів утворюється пересичений твердий розчин, з якого при штучному старінні виділяються дисперсні інтерметалеві з'єднання, що зміцнюють М. с.

  М. с. підрозділяють на латунь, бронзи і мідно-нікелеві сплави . У латуні головною добавкою є цинк, в бронзах — будь-який елемент, окрім цинку і нікелю. Промислові марки М., що випускаються в СРСР, с. починаються з перших букв їх назв — Л (латунь), Бр. (бронзи) і М-код (мідно-нікелеві сплави). Легуючі елементи позначають наступними буквами: А — алюміній, Н — нікель, Про — олово, Ц — цинк, З — свинець, Же — залізо, Мц — марганець, До — кремній, Ф — фосфор, Т — титан. У марці простий (подвійний) латуні цифри вказують ср. вміст міді. Наприклад, латунь Л90 містить 90 % Cu і 10 % Zn. У марці багатокомпонентної латуні перші цифри вказують середній вміст міді, а подальші — легуючих елементів. Наприклад, латунь ЛАН59-3-2 містить 59 % Cu, 3 % Al і 2 % Ni (останнє цинк). У марках бронз і мідно-нікелевих сплавів букви і відповідні ним цифри вказують вміст тих, що легують елементів. Наприклад, бронза Бр. АЖМц10-3-1,5 містить 10 % Al, 3 % Fe і 1,5 % Mn. Буква Л в кінці марки М. с. означає, що він призначений для фасонного литва (наприклад, ЛК80-3Л). Склад, типові механічні властивості і зразкове призначення М. с. приведені в таблицях 1—3. Всі М. с. відрізняються хорошою стійкістю проти атмосферної корозії. Кисень при кімнатній температурі не діє на М. с.; окисел вуглецю з ними не реагує. Незабруднена пара, суха або волога діє на бронзи дуже слабо. Сірководень вже при незначній вологості і особливо при підвищених температурах сильно реагує с М. с. Азотна і соляна кислоти діють на латунь і олов'яні бронзи дуже сильно, сірчана — значно слабкіше.

Таблиця 1. — Склад, типові механічні свойства * і призначення латуні (1 Мн/м 2 » 0,1 кгс/мм 2 )

Марка сплаву

Склад

Межа міцності s b , Мн/м 2

Відносне подовження d %

Твердість HB , Мн/м 2

Зразкове призначення

Л96

95—97% Cu, останнє Zn

240

50

470

Радіаторні трубки

Л90

88—91% Cu, останнє Zn

260

45

530

Листи і стрічки для плакировки

Л80

79—81% Cu, останнє Zn

320

52

540

Дротяні сітки і целюлозно-паперовою промисловості, сильфони

Л68

67—70% Cu, останнє Zn

320

55

550

Виробу, получає-
миє холодним штампуванням і глибоким витягом

Л63

62—65% Cu, останнє Zn

330

49

560

Смуги, листи, стрічка, дріт, труби, прутки

ЛА77-2

76—79% Cu, 1,75—2,5% Al, останнє Zn

400

55

600

Конденсаторні труби

ЛАЖ60-1-1

58—61% Cu, 0,75—1,5% Al, 0,75—1,5% Fe, 0,1—0,6% Mn,  останнє Zn

450

45

950

Труби і прутки

ЛАЖМц66-6-3-2

64—68% Cu, 6—7% Al,
2—4% Fe, 1,5—2,5% Mn,  останнє Zn

650

7

1600

Литі масивні черв'ячні гвинти, гайки нажімних гвинтів

ЛАН59-3-2

57—60% Cu, 2,5—3,5% Al, 2—3% Ni, останнє Zn

380

50

750

Труби і 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, останнє Zn

450

50

880

Смуги, дріт, прутки і труби

ЛН65-5

64—67% Cu, 5—6,5% Ni, останнє Zn

400

65

700

Манометричні трубки, конденсаторні труби

ЛО70-1

69—71% Cu, 1—1,5% Sn, останнє Zn

350

60

590

Конденсаторні труби, теплотехнічна апаратура

ЛС74-3

72—75% Cu, 2,4—3% Pb, останнє Zn

350

50

570

Деталі годинника, автомобілів

ЛК80-3Л

79—81% Cu, 2,5—4,5% Si, останнє Zn

300

20

1050

Арматура, що піддається дії води, деталі судів

ЛКС80-3-3

79—80% Cu, 2,5—4,5% Si, 2—4% Pb, останнє Zn

350

20

950

Литі підшипники і втулки

* Властивості латуні, що деформується, вказані для стану, що відпалює.

 

Таблиця 2. — Склад, типові механічні свойства * і призначення бронз (1 Мн/м 2 » 0,1 кгс/мм 2 )

Марка сплаву

Склад

Межа міцності s b , Мн/м 2

Відносне подовження d %

Твердість HB , Мн/м 2

Зразкове призначення

Бр. ОФ10-1

9—11% Sn, 0,8—1,2% P

250

3

900

Підшипники, шестерні, вінці, втулки

Бр. ОФ4-0,25

3,5—4% Sn, 0,2—0,3% P

340

52

600

Трубки для манометричних пружин

Бр. ОЦС5-5-5

4—6% Sn,
4—6% Zn,
4—6% P

150

6

600

Антифрикційні деталі і 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, що працює в морській і прісній воді, в атмосфері пари

Бр. А7

6—8% Al

420

70

700

Пружини і пружинячі деталі

Бр. АЖ9-4

8—10% Al,
2—4% Fe

600

40

1100

Шестерні, втулки, сідла клапанів

Бр. АЖМц10-3-1,5

9—11% Al, 2,4% Fe,
1—2% Mn

610

32

1300

Шестерні, втулки, підшипники

Бр. АЖН10-4-4

9,5—11% Al, 3,5—5,5% Fe, 3,5—5,5% Ni

600

35

1500

Шестерні, сідла клапанів

Бр. АМц9-2

8—10% Al, 1,5—2,5% Mn

400

25

1600

Деталі морських судів, електроустаткування

Бр. Мц5

4,5—5,5% Mn

340

30

800

Поковки

Бр. Б2

1,9—2,2% Ве, 0,2—0,5% Ni

1350

1,5

3500

Пружини і пружинячі деталі в авіації і приладобудуванні

Бр. КН1-3

0,6—1,1% Si, 2,4—3,4% Ni, 0,1—0,4% Mn

600

12

1800

Направляючі втулки і інші деталі відповідального призначення

Бр. С30

27—33% Pb

70

5

450

Сальники

* Властивості сплавів Бр. ОФ10-1, Бр. ОЦС5-5-5, Бр. ОЦСН3-7-5-1 і Бр. С30 вказані для відливань в земляні форми, сплавів Бр. Б2 і Бр. КН1-3 — для оброблених тиском виробів, підданих гарту, відповідно при 780 і 850 °С і старінню відповідно при 320 °С (2 ч ) і 450 °С (4 ч ), останніх сплавів — для стану, що відпалює, після обробки тиском.

 

Таблиця 3. — Склад, типові механічні свойства * і призначення мідно-нікелевих сплавів (1 Мн/м 2 » 0,1 кгс/мм 2 )

Марка і найменування сплаву


Склад

Межа міцності s b , Мн/м 2

Відносне подовження d %

Твердість HB , Мн/м 2


Зразкове призначення

МН19 (мельхіор)

18—20% Ni+co

350

35

700

Вироби, що отримуються штампуванням і чеканкою

МНЖМц30-0,8-1 (мельхіор)

29—33% Ni+co,
0,8—1,3% Mn,
0,6—1% Fe

380

40

700

Конденсаторні труби для суднобудування, труби термостатів

МНЦ15-20 (нейзільбер)

13,5—1,5% Ni+co,
18—22% Zn

400

45

700

Деталі приладів точної механіки, посуд

МНМц43-0,5 (копель)

42,5—44% Ni+co,
0,1—1% Mn

400

35

850

Дріт для термопар

МНМц40-1,5 (константан)

39—41% Ni+co,
1—2% Mn

450

30

800

Дріт для реостатів, термопар

* Властивості вказані для стану, що відпалює.

 

  М. с. використовують як конструкційні, пружинні, антифрикційні і корозійностійкі матеріали, сплави з високою електро- і теплопровідністю, з високим електроопоом і низьким термічним коефіцієнтом електроопоу, сплави для термопар, художнього литва і посуду. М. с. застосовують в загальному машинобудуванні авіа-, авто- і суднобудуванні, на залізничному транспорті, в електротехнічній промисловості, приладобудуванні, у виробництві водяної і парової арматури і інших виробів.

 

  Літ.: Бочвар А. А., Металознавство, 5 видавництво, М., 1