108975 (Свойства алюминия), страница 3

(в разных марках от 0.4 до 1.2 %), содержание кремнезема (от 0.03 до

0.5 %), окиси железа (от 0.035 до 0.1 %) и окиси щелочных металлов

(от 0.1 до 0.6 %).

Влага, удаляемая при 120 C, не нормируется.

Как уже сказано, по физическому состоянию глинозем имеет вид порош­ка. Особенно строгие требования по гранулометрическому составу предь­являют к глинозему марки ГЭВ, в котором частицы должны иметь округлую форму и их размер не должен превышать 3 мкм.

Глинозем марок ГК и ГЭВ при поставке обязательно упаковывают в мно­гослойные бумажные мешки или в сухие мешки из плотной ткани. Перево­зят их в закрытых железнодорожных вагонах и трюмах. Глинозем осталь­ных шести марок можно упаковывать в мешки, но чаще его перевозят без тары навалом в специальных (цементовозах, цистернах и т.д.).

Прочность алюминия незначительна, поэтому для изготовления любых из­делий,предназначенных к восприятию внешних сил, применяют не чистый алюминий, а его сплавы, которых в настоящее время разработано достато­чно много марок.

Введение различных легирующих элементов в алюминий существенно изме­няет его свойства, а иногда придает ему новые специфические свойства. При различном легировании повышаются прочность, твердость, приобрета­ется жаропрочность и другие свойства. При этом происходят и нежелате­льные изменения: неизбежно снижается электропроводность, во многих случаях ухудшается коррозионная стойкость, почти всегда повышается от­носительная плотность. Исключение составляет легирование марганцем, который не только не снижает коррозионную стойкость, но даже несколь­ко повышает ее, и магнием, который тоже повышает коррозионную стой­кость (если его не более 3 %) и снижает относительную плотность, так как он легче, чем алюминий.

Алюминиевые сплавы по способу изготовления из них изделий делят на две группы: деформируемые и литейные. Такое деление отражает основные технологические свойства сплавов: деформируемые имеют высокую пластич­ность в нагретом состоянии, а литейные-хорошую жидкотекучесть. Для по­лучения этих свойств в алюминий вводят разные легирующие элементы и в неодинаковом количестве.

Сырьем для получения сплавов обоего типа являются не только техниче­ски чистый алюминий, о котором речь шла выше, но также и двойные спла­вы алюминия с кремнием, которые содержат 10-13 % Si, и несколько отли­чаются друг от друга количеством примесей железа, кальция, титана и марганца. Общей содержание примесей в них 0.5-1.7 %. Эти сплавы назы­вают силуминами и маркируют у нас в стране СИЛ-00 (наиболее чистый по примесей), СИЛ-0, СИЛ-1 и СИЛ-2. Поставляют их в виде гладких чушек или чушек с пережимами массой 6 и 14 кг. Силумин в чушках тоже явля­ется товаром на мировом рынке.

Для получения деформируемых сплавов в алюминий вводят в основном ра­створимые в нем легирующие элементы в количестве, не превышающем пре­дел их растворимости при высокой температуре. В них не должно эвтекти­ки, которая легкоплавка и резко снижает пластичность.

Деформируемые сплавы при нагреве под обработку давлением должны иметь гомогенную структуру твердого раствора, обеспечивающую наиболь­шую пластичность и наименьшую прочность. Это и обусловливает их хоро­шую обрабатываемость давлением.

Основными легирующими элементами в различных деформируемых сплавах является медь, магний, марганец и цинк, кроме того, в сравнительно не­больших количествах вводят также кремний, железо, никель и некоторые другие элементы.

Деформируемые алюминиевые сплавы делят на упрочняемые и неупрочняе­мые. Это наименование отражает способность или неспособность сплава заметно повышать прочность при термической обработке.

Структурные превращения, происходящие в алюминиевых сплавах при их термической обработке, существенно отличается от таковых в стали пото­му, что алюминий не имеет аллотропического превращения. В них повыше­ние прочности может происходить только за счет процессов, связанных с выделением из перенасыщенного в результате закалки твердого раствора каких-то упрочняющих фаз.

Характерными упрочняемыми сплавами являются дюралюминии-сплавы алю­миния с медью, которые содержат постоянные примеси кремния и железа и могут быть легированы магнием и марганцем. Количество меди в них нахо­дится в пределах 2.2-7 %.

Название марок дюралюминия начинается буквой Д, затем идет цифра, которая не отражает химического состава, а представляет собой просто номер. В разное время было разработано много марок дюралюминия, но многие из них не нашли широкого применения. Сейчас промышленность вы­пускает пять основных марок дюралюминия, химический состав которых приведен в таблице.

Медь растворяется в алюминии в количестве 0,5% при комнатной темпе­ратуре и 5,7% при эвтектической температуре, равной 548 C .

Термическая обработка дюралюминия состоит из двух этапов. Сначала его нагревают выше линии предельной растворимости (обычно приблизи­тельно до 500 C ). При этой температуре его структура представляет со­бой гомогенный твердый раствор меди в алюминии. Путем закалки, т.е. быстрого охлаждения в воде, эту структуру фиксируют при комнатной тем­пературе. При этом раствор получается пересыщенным. В этом состоянии, т.е. в состоянии закалки, дюралюминий очень мягок и пластичен.

Структура закаленного дюралюминия имеет малую стабильность и даже при комнатной температуре в ней самопроизвольно происходят изменения. Эти изменения сводятся к тому, что атомы избыточной меди группируются в растворе, располагаясь в порядке, близком к характерному для крис­таллов химического соединения CuAl . Химическое соединение еще не об­разуется и тем более не отделяется от твердого раствора, но за счет неравномерности распределения атомов в кристаллической решетке твердо­го раствора в ней возникают искажения, которые приводят к значительно­му повышению твердости и прочности с одновременным снижением пластич­ности сплава. Процесс изменения структуры закаленного сплава при ком­натной температуре носит название естественного старения.

Естественное старение особенно интенсивно происходит в течение пер­вых нескольких часов, полностью же завершается, придавая сплаву макси­мальную для него прочность, через 4-6 суток. Если же сплав подогреть до 100-150 C ,то произойдет искуственное старение. В этом случае про­цесс совершается быстро, но упрочнение происходит меньшее. Обьясня­ется это тем, что при более высокой температуре диффузионные переме­щения атомов меди осуществляются более легко, поэтому происходит за­вершенное образование фазы CuAl и выделение ее из твердого раствора. Упрочняющее же действие полученной фазы оказывается меньшим, чем дей­ствие искаженности решетки твердого раствора, возникающей при естест­венном старении.

Сравнение результатов старения дюралюминия при различной температу­ре показывает, что максимальное упрочнение обеспечивается при естест­венном старении в течении четырех дней.

Близкими по химическому составу к дюралюминию, но в горячем состо­янии несколько более пластичными, чем они, являются алюминиевые спла­вы для поковок и штамповок, которые маркируют буквами АК (алюминий кованый) и порядковым номером (АК4, АК4-1, АК6 и АК8).

К группе деформируемых упрочняемых сплавов сплавов относят также бо­лее высокопрочные, чем дюралюминий, сплавы системы Al-Cu-Mg-Zn, назва­ние марок которых начинаются буквой В (высокопрочные)-это сплавы марок В93, В94, В95.

Характерной особенностью осноного химического состава сплавов В93, В94 и В95 является то, что при сравнительно небольшом содержании меди (0.8-2.4 %) и магния (1.2-2.8 %) в них вводят большое количество цинка (5-7 %). Цинк не образует упрочняющих фаз, но, входя в состав твердого раствора, увеличивает эффект старения, что приводит к значительному повышению твердости.

Среди неупрочняемых алюминиевых сплавов наибольшее значение приобре­ли сплавы на основе Al-Mn и Al-Mg.

Марганец и магний, так же как и медь, имеют ограниченную раствори­мость в алюминии, уменьшающуюся при снижении температуры. Однако эф­фект упрочнения при их термообработке невелик. Обьясняется это следу­щим образом.

В процессе кристаллизации при изготовлении сплавов, содержащих до 1,9% Mn, выделяющийся из твердого раствора избыточный марганец должен был бы образовать с алюминием растворимое в нем химическое соединение Al (MnFe), которое в алюминии не растворяется. Следовательно, последу­ющий нагрев выше линии предельной растворимости не обеспечивает обра­зование гомогенного твердого раствора, сплав остается гетерогенным, состоящим из твердого раствора и частиц Al (MnFe), а это приводит к невозможности закалки и последущего старения.

В случае системы Al-Mg причина отсутствия упрочнения при термической обработке иная. При содержании магния до 1,4% упрочнения быть не мо­жет, так как в этих пределах он растворяется в алюминии при комнатной температуре и никакого выделения избыточных фаз не происходит. При большем же содержании магния закалка с последущим химическим старением приводит к выделению избыточной фазы-химического соединения Mg Al . Однако свойства этого соединения таковы, что процессы, предшествующие его выделению, а затем и образующиеся включения не вызывают заметного эффекта упрочнения.

Несмотря на сказанное, введение и марганца, и магния в алюминий по­лезно. Они повышают его прочность и коррозионную стойкость (при содер­жании магния не более 3%). Кроме того, сплавы с магнием более легкие, чем чистый алюминий.

Значительное повышение прочности сплавов алюминия с марганцем и ма­гнием может быть достигнуто путем их пластической деформации. Накле­панные (нагартованные) изделия из этих сплавов обладают существенно более высокой прочностью, чем в отожженном состоянии. В сплаве АМц, например, при поклепе временное сопротивление повышается с 13 до 22 кГ/мм .

Название марок сплавов системы Al-Mn обозначают буквами АМц, а сис­темы Al-Mg буквами АМг, далее в обоих случаях следует цифра, указыва­ющая номер сплава.

Для получения литейных сплавов в алюминий вводят такие легирующие элементы и в таком количестве, чтобы обеспечить получение в их струк­туре эвтектики. Эвтектика легкоплавка и кристаллизуется при постоянной температуре, что создает хорошую жидкотекучесть, т.е. способность сплава в жидком состоянии хорошо заполнять литейную форму.

Применяемые в настоящее время литейные алюминиевые сплавы, делят на пять групп в зависимости от того, какой основной легирующий элемент введен в них. К группе 1 относят сплавы, легированные магнием, к груп­пе 2-кремнием, 3-медью, 4-одновременно кремнием и медью, к группе 5 относят сплавы, легируемые другими элементами, включающие в свой сос­тав иногда до пяти легирующих компонентов одновременно.

Марки литейных сплавов независимо от их принадлежности к той или иной группе обозначают буквами АЛ (алюминиевый литейный) и номером.

Наиболее характерные составы литейных алюминиевых сплавов всех пяти групп приведены в таблице. Там же указаны и другие марки сплавов, от­носящихся к каждой из этих групп.

Сплав алюминия с высоким содержанием магния (марка АЛ8) обладает на­иболее высокими механическими и антикоррозионными свойствами среди ли­тейных сплавов, но его литейные свойства существенно хуже, чем у дру­гих. Отливка изделий из него сопряжена с определенными технологически­ми трудностями.

Литейные сплавы с высоким содержанием кремнием часто называют силу­минами, т.е. так же, как и сырьевые двойные сплавы алюминия с кремни­ем. Нормальный силумин АЛ2, содержащий 10-13% Si, является сплавом с прекрасными литейными свойствами, но он недостаточно прочен и не мо­жет упрочняться путем термической обработки, так как кремний почти не­растворим в алюминии. В его структуре на фоне грубой эвтектики нахо­дятся крупные весьма твердые включения первичного кремния, что делает сплав малопластичным. Во избежания этого структуру измельчают путем модифицирования-введением перед отливкой незначительных количеств, на­пример натрия. Такой сплав называют модифицированным силумином.

Для повышения прочности силумина содержание кремния в нем снижают до 4,5-5,5%, но дополнительно вводят легирующие добавки меди, марганца и магния, например марка АЛЗ. Это делает его и более прочным и упрочня­емым при закалке и старении.

Силумин марки АЛ11, содержащий большое количество цинка, обладает особенно высокой жидкотекучестью; его применяют для получения отливок очень сложной конфигурации.

Легирование заметно улучшает свойства алюминия. Так только временное сопротивление алюминия разрыву повышается с 10 до 22 кГ мм в дюралю­минии марки Д16. В состоянии же максимального упрочнения прочность не­которых сплавов повышается до 58 кГ мм .

Высокий уровень механических свойств в сочетании с низкой удельной плотностью обеспечивает очень широкое применение алюминиевых сплавов в самых разнообразных отраслях, особенно в самолетостроении, авиамото­ростроении, транспортном машиностроении и др., где от снижения массы конструкции увеличивается ее полезная мощность.

Алюминиевая промышленность относительно новая, самая крупная и быс­трее всех растущая среди основных подотраслей цветной металлургии, а вместе с тем и наиболее монополизированная. В конце 70-х годов почти половина всего производства первичного алюминия в несоциалистических сранах была сосредоточена на заводах трех американских ("Алкоа", "Рей­нолдз металз" и "Кайзер алюминиум") и одной канадской ("Алкан") моно­полий, тесно связанной с американским капиталом. Они не только господ­ствуют в алюминиевой промышленности США и Канады, но и захватили важ­ные позиции в ряде европейских государств (особенно сильны они в Нор­вегии), в Японии и Австралии, в бокситодобывающих странах Центральной Америки и Африки. Предприятия широкоизвестных монополий французкой "Пешине С. А.", швейцарской "Алюсюис", западногерманской "Ферайнигте Алюминиумверке А. Г." и трех японских дают более 1 5 производства алю­миния в развитых капиталистических странах.

В 1950 г. алюминиевые заводы имелись в 12 промышленно развитых капи­талистических странах и лишь в одной развивающейся, причем 99% выплав­ки было сконцетрировано в шести главных капиталистических странах и четырех, где основную роль в электроэнергетики играли ГЭС-в Канаде, Норвегии, Австрии и Швейцарии. К 1977 г. доля последних четырех госу­дарств в мировом капиталистическом производстве упала более чем вдвое (до 8.9%), а число стран, производящих алюминий, превысило 30; среди них одиннадцать развивающихся: Гана, Индия, Бразилия, Бахрейн (c про­изводством свыше 100 тыс. т год), Аргентина, Суринам, Камерун (свыше 50 тыс. т), Венесуэла, Мексика, Иран, Южная Корея. Алюминиевой про­мышленностью обзавелись Австралия, Новая Зеландия, ЮАР и Исландия. Она теперь есть в преобладающем большинстве западноевропейских госу­дарств. Однако все вместе взятые, появившиеся после 1950 г., 19 новых производителей алюминия дают его меньше, чем одна Япония, опередившая по масштабам производства Канаду. Из европейских государств бедная гидроресурсами ФРГ опередила не только Францию и Италию, но и Норве­гию, а Нидерланды производят теперь больше алюминия, чем альпийские Швейцария и Австрия вместе взятые. Эти изменения-отчасти результат снижения удельной элекроемкости алюминиевого производства (с 22-25 тыс. кВт ч на 1 кг до 11-12 тыс. на новейших предприятиях подотрасли), а главным образом-изменившейся ситуации в электроэнергетике большин­ства государств: резкого падения доли ГЭС в электробалансе и переводе их в этой связи на работу преимущественно в пиковом и полупиковом ре­жиме; кроме того, благодаря техническому прогрессу, удешевилась выра­ботка элекроэнергии на ТЭС, особенно работающих на дешевом топливе. В большинстве экономически развитых стран новые алюминиевые заводы лока­лизуют в расчете на собственные топливные базы (например, в Руре) или на привозное топливо (близ Гамбурга, в портах Японии); в Великобрита­нии построен даже завод в расчете на получение электроэнергии от АЭС (на о-ве Энглси).

Большинство развитых капиталистических государств, в том числе все шесть главных держав, хотя и покрывают основную часть внутреннего спроса на алюминий собственным производством, являются все же его нет­то-импортерами. Важнейшими нетто-экспортерами остались Канада и Норве­гия. К числу "новых" экспортеров алюминия относятся-Гана, Камерун, Су­ринам, с недавних пор Новая Зеландия, Исландия и вовсе не богатые ги­дроэнергоресурсами Нидерланды, Греция, и Бахрейн и некоторые другие страны Ближнего Востока.

На сегодня цена тонны алюминия составляет примерно 1640 $ за тонну на Лондонской бирже металлов. И надо отметить, что сейчас на рынке алюминия спрос сильно снизился. Обвальное падение цен на алюминий в 1993 г. вынудило семь основных мировых производителей сократить выпуск металла на 1044 миллиона тонн в год. Основными странами-производителя­ми было заключено соглашение об ограничении производства алюминия, ко­торое истекает в декабре 1995 г. Уже сейчас известно, на сколько по истечении срока действия соглашения основные производители расширят свое производство алюминия. Так, норвежская группа "Норск хидро" в 1996 г. вернется к полной загрузке мощностей, что преполагает дополни­тельный выпуск 70000 тонн металла. Голландская "Хуговенс" увеличит свое производство на 42000 тонн, канадская "Алкан"-на 124000 тонн. Крупнейшие заводы России обьявили о том, что полная загрузка производ­ственных мощностей будет достигнута уже в будущем году, однако, скорее всего, по мнению французкой газеты "Трибюн", намеченная задача не бу­дет выполнена из-за проблем со снабжением сырьем. Тем не менее, по оценкам, в 1996 г. Россия произведет 2.7 миллиона тонн и экспортирует

2.2 миллиона тонн алюминия. Плюс к этому отмечается быстрое расширение предложение алюминия со стороны Индии, государств Южной Америки и осо­бенно государств Персидского залива.

Специалисты полагают, что начало 1996 г. на мировом рынке алюминия будет отмечено незначительным дефицитом предложения-от 180000 до 260000 тонн, которого, однако будет явно недостаточно, чтобы приоста­новить падение цен, вызванное замедлением спроса. По всей видимости, мировая цена на алюминий в 1996 г. будет колебаться на критическом для производителей уровне - 1400-1500 $ за тонну.

Из цветных металлов в хозяйстве также очень широко используется медь и ее сплавы. Из всех цветных металлов медь нашла наиболее раннее широкое применение. Ее сплавы, называемые бронзами, были известны че­ловечеству с доисторических времен, когда они были единственным метал­лом, из которого изготовлялись оружие и орудия труда (бронзовый век).

По внешнему виду медь легко отличить от всех остальных металлов, так как она имеет специфический красновато-розовый цвет.

Медь химически мало активна. В разбавленных соляной и серной кисло­тах растворяется только в присутсвии окислителя (например, кислорода). Легко растворяется в азотной кислоте. Она обладает высокой коррозион­ной стойкостью в атмосферных условиях и в парах воды.

Относительная плотность меди 8.95, температура плавления 1083 C .

Характерными физическими свойствами меди являются ее высокие тепло-

и электропроводность. По электропроводности медь занимает первое место

среди других технических металлов. При 0 C удельная электропроводность

меди равна 64 1/ом. Незначительно выше электропроводность только у се­ребра (68 1/ом), но оно существенно дороже меди. Электропроводность меди тем выше, чем она чище. Любые примеси снижают это ценное ее свойство.

Медь-очень пластичный металл с невысокой прочностью. Ее механические свойства в сильной мере зависят от состояния поставки. Следует иметь в виду, что у нагартованной, т.е. упрочненной холодной пластической де­формацией меди электропроводность ниже. Снять наклеп можно с помощью рекристаллизационного отжига.

Медь кристаллизуется в кубическую гранецентрированную решетку с па­раметром 3,6 А. Аллотропических превращений не имеет.

Медь встречается в земной коре главным образом в виде комплексных соединений, содержащих, кроме меди, свинец, цинк, сурьму, мышьяк, зо­лото и серебро. В рудах медь находится в виде сульфидных и окисленных соединений; встречается и самородная медь. Наибльшее распространение и значение имеют сульфидные руды, содержащие от 1 до 5% Cu. К сульфидным рудам относятся медный колчедан, медный блеск и пестрая медная руда.

М е д н ы й к о л ч е д а н или х а л ь к о п и р и т-минерал ла­тунно-желтого цвета. Представляет собой химическое соединение меди с

железом и серой CuFeS , содержащее 34,5% Cu. Твердость по Моосу 3-4.

Это главная медная руда, из которой извлекают большую часть добывающей меди.

М е д н ы й б л е с к, или х а л ь к о з и н,-минерал свинцово­серого или черного цвета. По химическому составу это соединение меди с

серой Cu S, в котором содержится 79,8% Cu, а иногда присутствует при­месь серебра. Твердость минерала по шкале Мооса 2-3. Медный блеск от­носится к богатым медным рудам.

П е с т р а я м е д н а я р у д а, или б о р н и т, является про­дуктом распада медного колчедана. Химический состав минерала Cu FeS ,

т.е. это сульфид меди и железа с содержанием 52-65% Cu. Твердость по

Моосу около 3.

Из окисных медных руд наибольшее значение имеет красная медная руда. К р а с н а я м е д н а я р у д а, или к у п р и т,-минерал крас-

ного цвета, имеющий химический состав Cu O с содержанием 88,8% Cu. Твердость по Моосу 3,5-4. Это-богатая медная руда.

Медь можно получить пирометаллургическим и гидрометаллургическим спосабами. Наиболее распространным в современной практике является пи­рометаллургический способ.

Богатые окисленные руды с содержанием меди 3-5% и более подвергают непосредственной плавке. Руды со средним содержанием меди (1-2%) и все комплексные руды, в состав которых входят цинк, свинец, никель и дру­гие металлы, включая благородные, перед плавкой проходят обогащение. Наиболее широко его осуществляют флотационным методом, позволяющим по­чить концетрат с 15-30% Cu.

Богатую руду или концетрат вначале обжигают при 600-700 C для удале­ния избытка серы и образования окислов железа, а затем переплавляют в отражательных печах. При переплавке получается еще не медь, а медный штейн, состоящий из сернистых соединений меди и железа. В нем содер­жится приблизительно 20-25% Cu, 20-40% Fe и 22-25% S. Медный штейн в жидком виде поступает на дальнейшую переработку для получения черновой меди.

Черновую медь получают в горизонтальных конвертерах путем продувания воздуха через расплавленный штейн. В первой стадии процесса проходящий через расплав кислород окисляет железо и получающиеся окислы, соединя­ясь с кремнеземом, образуют шлак:

2FeS + 3O + SiO 2FeO SiO + 2SO .

Эти реакции проходят с выделением большого количества тепла, поэтому никакого дополнительного подогрева ванны не требуется. Шлак удаляют.

Вторая стадия процесса состоит из двух этапов и приводит к получению черновой меди:

Cu S + 1,5O Cu O + SO ;

Cu S + 2Cu O 6Cu + SO .

Продолжительность конвертирования штейна, содержащего 24% Cu, при емкости конвертора 40 т составляет около 15 ч, а при более крупных конверторах 25-30 ч.

Готовую черновую конверторную медь разливают в металлические формы (изложницы) и получают слитки. Эта медь еще непригодна для технических целей, ее необходимо подвергнуть огневому или электролитическому рафи­нированию.

При огневом методе через черновую медь в пламенных отражаельных пе­чах под давлением продувают воздух, кислород которого выжигает приме­си. Этод метод применяют для получения меди не особенно высокой чисто­ты и в тех случаях, когда медные руды, из которых приготовлена черно­вая медь, содержит ничтожно малое количество благородных металлов или не содержат их совсем. При этом способе они не извлекаются, а полнос­тью остаются в получающейся огневой меди.

В настоящее время в большинстве случаев применяют электролитическое рафинирование, обеспечивающее более полную очистку меди от примесей и позволяющее более полную очистку меди от примесей и позволяющее извле­чение благородных металлов. Используют также последовательное комбини­рование более дешевого огневого способа с электролитическим.

При электролитическом рафинировании в ванну с электролитом опускают аноды, в качестве которых служит подлежащая очистке медь с примесями, и катоды-тонкие (0,5-0,7 мм) листы чистой меди. Первые соединяют с по­ложительным полюсом, а вторые-с отрицательным. При пропускании тока медь анода сначала переходит в электролит в виде положительно заряжен­ных ионов, а потом осаждается на катодах, которые вынимают через каж­дые 10-12 дней по достижении массы 60-90 кг.

Примеси, находящиеся в аноде, частично растворяются в электролите, частично переходят в шлам-нерастворимый осадок.

Электролитную катодную медь для переплавки в проволоку, листы и дру­гие изделия переплавляют в плавильных печах и разливают в слитки раз­личной удобной для прокатки формы.

Если медь предназначена для изготовления медных сплавов, то катодные листы режут на части и переплавляют с необходимым для этой цели добав­лением легирующих элементов.

На мировом рынке в основном обращается технически чистая медь разной степени чистоты.

Наша промышленность производит десять марок меди, отличающихся друг от друга количеством примесей.

Марка меди................... М00 М0 М0б М1 М1р

Содержание меди, % не менее.. 99,99 99,95 99,97 99,90 99,90

Марка меди................... М2 М2р М3 М3р М4

Содержание меди, % не менее.. 99,70 99,70 99,50 99,50 99,0

Медь марок М1р, М2р и М3р при суммарном содержании примесей, одина­ковом с медью марок М1, М2 и М3, отличается от них тем, что они более полно раскислены-содержание кислорода в них снижено до 0,01 % вместо 0,05-0,08 %. Кроме того, в них дополнительно содержится до 0,04 % P. Марка М0б кислорода не содержит, тогда как в марке М0 он быть в коли­честве до 0,02 %.

Примесями в меди являются висмут, сурьма, мышьяк, железо, фосфор и серебро. Влияние различных примесей на свойства меди неодинаково, по­этому в контрактах описывается не только суммарное содержание приме­сей, но приведены также предельно допустимые количества каждой из них.

Наиболее вредны в меди висмут и свинец. Они с нею образуют легко­плавкие эвтектики, которые располагаются по границам зерна. При нагре­ве под обработку давлением эвтектики расплавляются и делают хрупким, неспособным воспринимать пластическую деформацию, т.е. красноломким. Поэтому висмут и свинец допускаются в меди разной степени чистоты в количестве тысячных и даже десятитысячных долей процента.

В зависимости от чистоты применение меди различно. Поскольку любая примесь в той или иной мере снижает электропроводность, то для изго-

товления проводников электрического тока (проводов, шин, контактов и

др.) применяют преимущественно наиболее чистую медь марок М00 и М0.

Менее чистую медь применяют для разных целей, используя ее основные положительные свойства: высокую теплопроводность и коррозионную стой­кость.

Большое количество меди идет на изготовление сплавов на ее основе и для легирования других цветных сплавов, например медноникелевых, мед­носеребряных и др. При этом более чистые сорта меди (М0, М1, М2) при­меняют для получения сплавов высокой чистоты и высококачественных, об­рабатываемых давлением, а менее чистые-для деформируемых сплавов обыч­ного качества (М3) и для литейных сплавов (М3, М4).

Технически чистую медь поставляют или в виде катодных листов, или в виде полуфабрикатов-слитков, предназначенных для дальнейшего передела прокаткой. Поставляют также и готовые медные изделия, полученные ли­тьем (отливки разной формы и назначения) и главным образом методами обработки давлением-проволоку, листы, ленты, полосы и др.

Наиболее широко применяемыми в народном хозяйстве являются медные сплавы двух типов, носящие общее групповое название латуней и бронз. В каждой из этих групп содержатся сплавы разного химического состава, обладающие различными свойствами.

Л а т у н я м и называют сплавы меди с цинком. Различают двухкомпо­нентные латуни, состоящие только из меди, цинка и неизбежных примесей, и многокомпонентные латуни, в которые дополнительно введены еще один

или несколько легирующих элементов для придания тех или иных свойств.

Первые латуни часто называют простыми, а вторые-специальными.

Двухкомпонентные латуни. Предел растворимости цинка в меди при ком­натной температуре равен 39 %. При повышении температуры он снижается и при 905 C становится равным 32 %. Латуни, содержащие цинка менее 39 %, имеют однофазную структуру твердого раствора цинка в меди; их называют -латунями.

Если вводят большое количество цинка, то появляется вторая более сложная -фаза. Структура сплавов становится двухфазной. Их называют ( + )-латунями.

В практически применяемых латунях количетво цинка не превышает 45 %. В пределах этого содержания цинк сильно изменяет свойства сплавов. Цинк повышает прочность и пластичность меди.

Максимальной пластичностью обладает -латунь, содержащая 30 % Zn. Прочность ее сравнительно низкая. Резкое снижение пластичности наблю-

дается при переходе через границу растворимости цинка в меди, когда

сплав становится двухфазным и представляет собой механическую смесь -

и -кристаллов. Максимальная прочность достигается в сплавах с 45% Zn,

но пластичность при этом становится невысокой. Дальнейшее повышение

содержание цинка приводит к резкому снижению прочности без повышения

пластичности, поэтому в практике такие сплавы не используют.

Коррозионная стойкость латуней в атмосферных условиях оказывается средней между стойкостью элементов, образующих сплав, т.е. цинка и ме­ди.

Латуни обладают высокими технологическими свойствами. Из них получа­ют хорошие отливки, так как они обладают хорошей жидкотекучестью и ма­лой склонностью к ликвации. Одновременно с этим латуни легко поддаются пластической деформации и поэтому основное их количество идет на изго­товление катанных полуфабрикатов-листов, полос, лент, проволоки и раз­ных профилей.

Особенностью обработки латуней давлением является то, что для обра­ботки в холодном состоянии (тонкие листы, проволока, калиброванные профили) используют -латунь с содержанием цинка до 32 %, так как она при комнатной температуре имеет высокую пластичность и малую проч­ность. При повышении температуры до 300-700 C ее пластичность уменьша­ется, поэтому в горячем состоянии ее обрабаывать нет смысла. Для этой цели целесообразно использовать или -латунь с большим содержанием цинка (до 39 %), которая при нагреве переходит в двухфазное состояние

+ , или еще лучше ( + )-латунь. Обьясняется это тем, что менее плас­тичная при комнатной температуре -фаза при высоких температурах ста-

новится более пластичной, чем -фаза.

Цинк более дешевый материал по сравнению с медью, поэтому его введе­ние в сплав одновременно с повышением механических, технологических и антифрикационных свойств приводит к снижению стоимости-латунь дешевле меди. Электропроводность и теплопроводность латуни ниже, чем меди.

Поскольку содержание меди и цинка решающим образом влияет на все свойства латуней, его отражают в наименовании марки. Марка латуни сос­тавляется из буквы Л, указывающей тип сплава-латунь, и двузначной ци­фры, характеризующей среднее содержание меди. Количество цинка не от­ражают, так как его легко определить по разности от 100 %. Например, марка Л80-латунь, содержащая 80 % Cu и 20 % Zn.

Классификация латуней дана в таблице.

Остальное-цинк.

Контролируемыми примесями в медноцинковых сплавах являются свинец, железо, сурьма, висмут и фосфор, а в марке Л70 еще дополнительно-мышь­як, олово и сера. Их вредное влияние на латунь такое же, как и в чис­той меди-они делают ее хрупкой при горячей обработке давлением.

Все двухкомпонентные латуни хорошо обрабатываются давлением. Их пос­тавляют в виде труб и трубок разной формы сечения, листов, полос, лен­ты, проволоки и прутков различного профиля.

Латунные изделия с большим внутренним напряжением (например, нагар­тованные) подвержены растрескиванию. При длительном хранении на возду­хе на них образуются продольные и поперечные трещины. Чтобы избежать этого, перед длительным хранением необходимо снять внутреннее напряже­ние, проведя низкотемпературный отжиг при 200-300 C.

Многокомпонентные латуни. Количество марок многокомпонентных лату­ней, естественно, больше, чем двухкомпонентных, так как в них варьи­руется не только содержание цинка, но также наименование и количество входящих легирующих элементов.

Наименование специальной латуни отражает ее легирование. Так, если она легирована железом и марганцем, то ее называют железомарганцевой, если алюминием-алюминиевой и т.д.

Марку этих латуней составляют следующим образом: первой, как в прос­тых латунях, ставится буква Л, вслед за ней-ряд букв, указывающих, ка­кие легирующие элементы, кроме цинка, входят в эту латунь; затем через дефисы следуют цифры, первая из которых характеризует среднее содержа­ние меди в процентах, а последующие-каждого из легирующих элементов в той же последовательности, как и в буквенной части марки. Порядок букв и цифр устанавливается по содержанию соответствующего элемента: снача­ла тот, которого больше, а далее по нисходящей закономерности. Содер­жание цинка определяется по разности от 100%. Например, марка ЛАЖМц66- 6-3-2 расшифровывается так: латунь, в которой содержится 66 % Cu, 6 % Al, 3 % Fe и 2 % Mn. Цинка в ней 100-(66+6+3+2)=23 %.

Основными легирующими элементами в многокомпонентных латунях явля­ются алюминий, железо, марганец, свинец, кремний, никель. Они по-раз­ному влияют на свойства латуней.

М а р г а н е ц повышает прочность и коррозионную стойкость, осо­бенно в сочетании с алюминием, оловом и железом.

О л о в о повышает прочность и сильно повышает сопротивление корро­зии в морской воде. Латуни, содержащие олово, часто называют морскими

латунями.

Н и к е л ь повышает прочность и коррозионную стойкость в различных средах.

С в и н е ц ухудшает механические свойства, но улучшает обрабатыва­емость резанием. Им легируют (1-2 %) латуни, которые подвергаются ме-

ханической обработке на станках-автоматах. Поэтому эти латуни называют

автоматными.

К р е м н и й ухудшает твердость, прочность. При совместном легиро­вании кремнием и свинцом повышаются антифрикционные свойства латуни и

она может служить заменителем более дорогих, например оловянных бронз,

применяющихся в подшипниках скольжения.

Еще наиболее распространенными медными сплавами являются бронзы.

Б р о н з а м и называют все медные сплавы за исключением латуней. Следовательно, бронзы-это сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием,

бериллием и другими элементами. Наиболее раннее применение нашли оло­вянные бронзы, которые знали и широко использовали еще в древности. Эти бронзы не утратили своего значения и в настоящее время, но в силу высокой стоимости и дефицитности оловаисследователи искали и нашли ряд заменителей оловянной бронзы, в которых олово содержится в меньшем ко­личестве по сравнению с ранее применявшимися бронзами или не содержат совсем.

В зависимости от легирования бронзы называют оловянными, алюминие­выми, кремневыми, бериллиевыми и т.д. Марку бронз составляют из букв Бр, характеризующих тип сплава-бронза; букв, указывающих перечень вхо­дящих легирующих перечень входящих легирующих элементов в нисходящем порядке их содержания, и цифр, соответсвующих их среднему количеству в процентах. Указывать в марке содержание меди в противоположность лату­ням нет необходимиости. В латунях два обязательно присутствующих не указанных в марке элемента-медь и цинк, а в бронзах-только медь и ее легко определить по разности от 100 %. Например, маркой Бр. ОЦС4-4-2,5 обозначают бронзу, содержащую 4% Sn, 4% Zn, 2.5% Pb и 100-(4+4+2.5)= =89,5% Cu.

Принято все бронзы делить на оловянные и безоловянные.

Оловянные бронзы. Олово на механические свойства меди влияет анало­гично цинку: оно повышает прочность и пластичность. Количественно это влияние выражено еще более сильно. Кроме того, сплавы меди с оловом обладают высокой антикоррозионной стойкостью и хорошими антифрикцион­ными свойствами. Этим обусловливается применение бронз в химической промышленности для изготовления литой арматуры, а также в качестве ан­тифрикционного материала в других отраслях.

Бронза хорошо обрабатывается давлением и резанием. Она имеет очень малую усадку при литье: менее 1%, тогда как усадка латуней и чугуна составляет около 1,5%, а стали-более 2%. Поэтому, несмотря на склон­ность к ликвации и сравнительно невысокую жидкотекучесть, бронзы при­меняют для получения сложных по конфигурации отливок, включая худо­жественное литье.

Оловянные бронзы легируют цинком, никелем и фосфором. Цинка добав­ляют до 10%, в этом количестве он почти не изменяет свойств бронз, но делает их дешевле. Свинец и фосфор улучшают антифрикационные свойства бронзы и ее обрабатываемость резанием.

Оловянные бронзы дорогие, поэтому в народном хозяйстве их применяют ограниченно.

Бронзы безоловянные. В настоящее время существует ряд марок бронз, не содержащих олова. Это двойные или чаще многокомпонентные сплавы ме­ди с алюминием, марганцем, железом, свинцом, никелем, бериллием и кре­мнием.

Во многих случаях эти бронзы не только не уступают оловянным брон­зам, но по некоторым свойствам и превосходят их. Алюминиевые, кремни­евые и особенно бериллиевые бронзы превосходят их по механическим свойствам, алюминиевые-по коррозионной стойкости, кремнецинковая-по жидкотекучести.

Преимуществом некоторых из них (алюминиевой, бериллиевой) является также и то, что они могут быть подвергнуты термической обработке, в результате чего увеличивается их прочность. Величина усадки при крис­таллизации у всех этих бронз более высокая, чем у оловянных. В этом отношении оловянная бронза непревзойденный литейный сплав.

С п л а в ы м е д ь-ф о с ф о р не могут служить машиностроитель­ным материалом, поэтому их нельзя отнести к бронзам. Однако они явля­ются товаром на мировом рынке и предназначаются в качестве лигатура

при изготовлении многих марок фосфористых бронз, а также и для раскис­ления сплавов на медной основе.

Среди других медных сплавов, кроме латуни и бронз, наиболее значимой является группа м е д н о н и к е л е в ы х с п л а в о в.

Медь и никель имеют одинаковую кристаллическую решетку и почти оди­наковый размер атомов, поэтому при сплавлении они образуют непрерывный ряд твердых растворов. Изменение свойств тведого раствора в такой сис­теме происходит тоже непрерывно. Поэтому деление медноникелевых спла­вов на те, у которых основой является медь, и те, у которых основа ни­кель, следует считать условным.

Никель, введенный в медь, сильно изменяет ее свойства. Твердость, прочность и пластичность сплавов при увеличении содержания никеля воз­растают. Электропроводность резко снижается, и это используют для соз­дания сплавов на медной основе с высоким электросопротивлением. Леги­рование никелем вызывает значительное повышение антикоррозионной стой­кости. Изменяется и внешний вид сплавов-уже при 15% Ni получается се­ребристо-белый цвет сплавов, совершенно отличный от цвета меди.

Назначение каждого медноникелевого сплава, как правило, узкое и впо­лне определенное, соответствующее его основным свойствам. Так, сплав с 19% Ni красив по внешнему виду, пластичен, хорошо сопротивляются кор­розии и истиранию, поэтому его применяют, в частности, для чеканки мо­нет и медалей; сплав с 40% Ni, легированный марганцем имеет наиболее высокое электросопротивление из всех медноникелевых сплавов, поэтому его применяют для электротехнических целей, в термопарах и т.д.

Наиболее широко применяемые сплавы меди с никелем: мельхиор, ней­зильбер, манганин, константин, конель, куниаль А, куниаль Б. В этих сплавах, кроме химического состава, по основным элементам контролируют содержание одиннадцати примесей, в числе которых кремний, углерод, висмут, мышьяк, свинец, сурьма и т.д.