Неорганическая химия. Т. 3, кн. 2. Под ред. Ю.Д. Третьякова (975566), страница 37
Текст из файла (страница 37)
7.3. Фазовая диаграмма системы медь — цинк: п-фаза — твердый раствор цинка в меди; фазы Юм-Розери: Р-фаза — Снап, у-фаза— Сц,Хпь 6-фаза — Сцк,Хпь е-фаза — СцХп4 (пунктирной линией показана температура, ниже которой р-фаза упорядочена) (б9 На основе меди разработано большое число сплавов, к важнейшим из которых относятся латуни„бронзы и мельхиор. Латуни — медно-цинковые сплавы, содержа)цие до 50% цинка. В них также вводят легирующие добавки: марганец, свинец, алюминий и др. Латуни по внешнему виду напоминают золото.
Они дешевле бронз, легко обрабатываются, плавятся при температуре ниже температуры плавления меди, характеризуются высокой коррозионной стойкостью. При хранении на влажном воздухе латунные изделия тускнеют, но сам сплав при этом не разрушается. Латуни используют в кораблестроении, приборостроении, из них изготавливают гильзы патронов, трубы, краны„вентили. В системе медь — цинк (рис. 7.3) присутствует несколько соединений (фаз Юм-Розери; см. т. 3, кн.
1, с. 20). Поскольку свойства этих соединений определяются концентрацией валентн)ях электронов, т.е. отношением их числа к числу атомов, фазы Юм-Розери называют электронными соединениями. Они, хотя и имеют опрелеленные формулы, по составу сильно отклоняются от стехиометрии. При содержании цинка до 39% и медленном охлаждении сплав имее~ однофазную структуру, представленную кристаллами а-фазы — твердого раствора цинка в мели с гранецентрированной решеткой, размеры которой определяются количеством цинка. В эгом состоянии латунь обладает высокой пластичностью при сравнительно небольшой твердости. При содержании цинка от 39 до 46% в системе существует ))-фаза — твердый раствор на основе интерметаллида Сц2п с кубической объемно-центрированной решеткой, параметр которой также зависит от содержания цинка.
Появление !3-фазы приводит к некоторому повышению прочности и твердости латуни. Чистая ))-фаза (!)-латунь; на 1 атом приходится (1 1 + 1 2): 2 = 1,5 элекгрона) обладает максимальной прочностью, но низкой пластичностью, поэтому на практике обычно применяют а-латуни и (а + !3)-лагунке Такие лвухфазные сплавы идут на изготовление труб, листов.
Они обладают хорошими механическими свойствами и высокой коррозионной стойкостью, легко обрабатываются давлением. При дальнейшем увеличении содержания цинка образуются твердые растворы на основе интерметаллидов Сц,2п„ (у-фаза, кубическая) с концентрацией электронов (5 1 ч 8 2): 13 = 1,615 и СцХпз (е-фаза, гексагональная) с концентрацией электронов (1 1 ч 3.
2): 4 = 1,75. Латуни, содержащие не более 20% 2п, называю~ томпаками (от малайского галгЬа8а — медь). Томпаки характеризуются высокой коррозионной стойкостью, прочностью и твердостью, отличаются красивым золотистым оттенком, легко полдаются эмалированию и золочению. Из них изготавливают знаки отличия, фурнитуру, художественные изделия. Получение латуней прямым сплавлением меди с цинком затруднено из-за большой разницы в их температурах плавления и высокого давления паров цинка, что приволит к значительным потерям металла вследствие испарения.
Поэтому для получения латуней вместо чистого цинка используют заранее приготовленные вспомогательные сплавы (лигаеуры), которые вносят в расплавленную медь. Бронза — сплав мели с каким-либо другим металлом, за исключением цинка и никеля. Наиболее известны и распространены оловянные бронзы, содержащие около 10% олова (рис. 7.4). Сплав с 10 — 15% олова имеет золотисто- коричневый (« бронзовый» ) цвет. При содержании олова 16 — 25% сплав становится бледно-желтым, при 26 — 33% олова — светло-серым. При еще большем солержании олова получают так называемую белую бронзу, по цвету напоминающую серебро.
Бронза была известна людям уже за 2500 — 2000 лет до н.э. Олово в рудах часто встречается вместе с медью, поэтому при плавке меди образовывалась не чистая медь, а бронза. Ранние мелные плотничные инструменты Ирландии солержат до 1% Бп, В египетской мелной утвари времен Х1! династии (2 000 лет до н.э.) содержание олова достигает 2%.
По сравнению с медью бронзы более легкоплавки: чистая медь плавится при температуре 1083'С, а сплав, содержащий 8% олова, — при 980'С, 22% олова — при 800'С. Бронза характеризуется большей твердостью, чем чистые металлы, что позволяло делать из нее не только хозяйственную утварь, но и оружие. Максимальной твердости сплав достигает при содержании олова 27%, однако при этом он приобретает хрупкость. Наибольшее распространение получил сплав, содержащий 4 — 6% олова. Такая бронза пластична и может коваться, поэтому она испольювалась лля изготовления оружия и рашгичных предметов вплоть до Хх!11 в., когда была вытеснена чугуном, Но и сейчас она служит важнейшим материа;юм для отливки колоколов, скульптур и медалей. Совре- 170 Содержание 8п, мас. % 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 100 1 000 900 800 700 и.
600 500 300 200 100 0 10 Сп 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Содержание Яп, ат. % 8п меиная бронза, используемая лля художественного литья, содержит 82 — 89% меди, 5 — 7% олова, 5 — 7% цинка, 1 — 4% свинца„а также примеси сурьмы, железа, алюминия. В «пушечной бронзе» около 85% меди. 5% цинка, 5% олова и 5% свинца. Колокольный металл содержит 78 — 80% меди и 20 — 22% олова. Корабельные винты делают из марганцевой бронзы, содержащей до 30% марганца.
Кремнистая бронза (3 — 5% кремния) устойчива к разрыву и используется для изготовления воздушных проводов. При низком содержании легируюшей добавки (не более 4 — 5% 5п, 5 — 7% А1, 0 2% Ве; см. рис. 7 4) сплав представляет собой твердый расгворлегируюшего элемента в меди (а-фаза), сохраняющий исходную кристаллическую с~рук- Рис. 7.4.
Фазовая диаграмма системы медь — олово: а-фаза — твердый раствор олова в меди; Ч-фаза — Спехов со структурой типа )Ч!Аз; фазы Юм-Розери: О-фаза — Со,8п, у-фаза — Со,бп(6)„8-фаза — Сообпо, т-фаза — Сп,бп, з-фаза — Соз„8п„ туру меди. Это обеспечивает хорошую пластичность материала даже при холодной обработке под давлением. Если количество вводимых добавок превышает предел их растворимости в твердой меди, происходит выделение кристаллов вторичных фаз.
Эти фазы представляют собой твердые растворы на основе интерметаллидов электронного типа. Так, в оловянистых бронзах фазы Юм-Розери образуются при содержании олова менее 30 ат.%; б-фаза соответствует соединению Сисбпн (или Сцнбп„), б-фаза — соединению Сцзбп.
Обычно появление кристаллов вторичных фаз приводит к значительному повышению твердости и прочности бронз, но при этом теряется их пластичность. Высокие акустические свойства колокольной бронзы обусловлены интерметаллидом Сц„Яп„, который метастабилен ниже 350'С. При увеличении концентрации этой фазы сплав становится хрупким. Помимо оловянистых бронз, в которых основным легирующим элементом служит олово, выпускают прочные сплавы меди с алюминием, бериллием, германием, кадмием, свинцом и некоторыми другими металлами, также называемые бронзами (безоловянистые, специальные бронзы). Бронзы классифицируют на деформируемые, которые можно обрабатывать давлением в нагретом и холодном виде, и литейные, из которых изделия получают литьем.
Деформируемые бронзы, оловянистые и специальные. обладают высокой прочностью и пластичностью, коррозионной стабильностью на воздухе, в речной и морской воле, растворах неокисляющих солей и кислот. Добавки фосфора, цинка и свинца повышают пластичность, упругость и антифрикционные свойства оловянистых бронз. Из таких материалов изготавливают ленты и полосы лля пружин и деталей машин, шестеренок зубчатых колес, втулок и прокладок для автомашин и тракторов. Из бронзы, содержащей 3,5 — 4,0% олова и 0,2 — 0,3% фосфора, делают трубы для химических и теплотехнических аппаратов и приборов. Бронзы с содержанием марганца около 5% отличаются высокой жаростойкостью. Бронзы с содержанием хрома 0,4 — 1,0% обладают электро- и теплопроводностью, близкой к чистой меди, но сильно превосходят ее по прочности при повышенных температурах. Бериллий добавляют в бронзу в количестве до 2%.
Растворимость бериллия в меди при температуре 800'С составляет 2,8%, а с понижением температуры до комнатной снижается до 0,2%. Это позволяет проводить термообработку бериллиевой бронзы. Сплав, закаленный от 800'С, выдерживают при 300'С, что приводит к увеличению упругости и прочности. Бериллиевые бронзы идут на изготовление пружин в часовых механизмах, приборах, а также мембран. Бериллиевые бронзы двухфазны, Они построены на основе твердого раствора бериллия в меди, в котором присутствуют мелкие кристаллы у-фазы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
