Механические свойства технической меди M1

Состояние	sв, МПа	s0,2, МПа	d, %	y,%	НВ	KCU, МДж/м2
Литое				–		–
Деформированное*						–
Отожженное						1,2–1,8

*Свойства проволоки, продеформированной на 90%.

Отжиг для снятия наклепа проводят при 550–600°С в восстановительной атмосфере, так как медь легко окисляется при нагреве.

По электрической проводимости и теплопроводности медь занимает второе место после серебра. Она применяется для проводников электрического тока и различных теплообменников, водоохлаждаемых изложниц, поддонов, кристаллизаторов.

Недостатки меди: невысокая прочность, плохая обрабатываемость резанием и низкая жидкотекучесть.

Общая характеристика и классификация медных сплавов

Для легирования медных сплавов в основном используют элементы, растворимые в меди, – Zn, Sn, Al, Be, Si, Mn, Ni.

Повышая прочность медных сплавов, легирующие элементы практически не снижают, а некоторые из них (Zn, Sn, A1) увеличивают пластичность.

Высокая пластичность – отличительная особенность медных сплавов. Относительное удлинение некоторых однофазных сплавов достигает 65%.

По прочности медные сплавы уступают сталям. Временное сопротивление большинства сплавов меди лежит в интервале 300–500 МПа, что соответствует свойствам низкоуглеродистых нелегированных сталей в нормализованном состоянии. И только временное сопротивление наиболее прочных бериллиевых бронз после закалки и старения находится на уровне среднеуглеродистых легированных сталей (s_в = 1100–1200 МПа).

Медные сплавы подразделяют по:

– технологическим свойствам (деформируемые (обрабатываемые давлением) и литейные);

– способности упрочняться с помощью термической обработки (упрочняемые и не упрочняемые термической обработкой);

– химическому составу (латуни и бронзы).

Медные сплавы маркируют по химическому составу, используя буквы для обозначения элементов и числа – для указания их массовых деталей.

В медных сплавах (так же как и в алюминиевых) буквенные обозначения отличаются от обозначений, принятых для сталей. Алюминий в них обозначают буквой А; бериллий – Б; железо – Ж; кремний – К; медь – М; магний – Мг; мышьяк – Мш; никель – Н; олово – О; свинец – С; серебро – Ср; сурьма – Су; фосфор – Ф; цинк – Ц; цирконий – Цр; хром – X; марганец – Мц.

Латуни (сплавы меди с цинком) маркируют буквой Л. В деформируемых латунях, не содержащих кроме меди и цинка других элементов, за буквой Л ставится число, показывающее среднее содержание меди. В многокомпонентных латунях после Л ставятся буквы – символы элементов, а затем числа, указывающие содержание меди и каждого легирующего элемента. Например, латунь Л68 содержит 68% Сu, латунь ЛАН59-3-2 содержит 59% Сu, 3% А1, 2% Ni (остальное Zn). В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, обозначающей его. Например, латунь ЛЦ40МцЗА содержит 40% Zn, 3% Мn и 1% Аl.

Бронзы (сплавы меди со всеми элементами, кроме цинка) обозначают буквами Бр, за которыми ставятся буквы и числа. В марках деформируемых бронз сначала помещают буквы – символы легирующих элементов, а затем числа, указывающие их содержание. Например, БрАЖ9-4 содержит 9% Аl, 4% Fe, остальное – Сu. В марках литейных бронз после каждой буквы указывается содержание этого легирующего элемента. Например, БрО6Ц6СЗ содержит 6% Sn, 6% Zn, 3% Pb, остальное – Сu.

Латуни

Медь с цинком образует a-твердый раствор с предельной концентрацией цинка 39% (рис. 2.2, а).

При большем содержании цинка образуется электронное соединение CuZn (b -фаза) с кристаллической решеткой ОЦК.

При 454–468°С (штриховая линия на диаграмме) наступает упорядочение b-фазы (b' -фаза), сопровождающееся значительным повышением ее твердости и хрупкости. В отличие от равновесного состояния,
b'-фаза появляется в структуре латуней при содержании цинка около 30%.

 

а б

Рис. 2.2. Диаграмма состояния системы Сu – Zn (а) и влияние цинка
на механические свойства латуней (б)

 

В соответствии с изменением структуры меняются механические свойства латуней (рис. 2.2, б):

– когда латунь имеет структуру a-твердого раствора, увеличение содержания цинка вызывает повышение ее прочности и пластичности;

– появление b' -фазы сопровождается резким снижением пластичности, прочность продолжает повышаться при увеличении цинка до 45%, пока латунь находится в двухфазном состоянии;

– переход латуни в однофазное состояние со структурой b'-фазы вызывает резкое снижение прочности.

Практическое значение имеют латуни, содержащие до 45% Zn.

Двойные латуни по структуре подразделяют на две группы:

1) однофазные со структурой a-твердого раствора (рис. 2.3, а);

2) двухфазные со структурой a + b - фаз (рис. 2.3, б).

 

а б

Рис. 2.3. Микроструктуры латуней:

а – однофазной; б - двухфазной (темная – b-фаза, светлая – a-фаза)

 

В связи с высокой пластичностью однофазные латуни хорошо поддаются холодной пластической деформации, которая значительно повышает их прочность и твердость. Рекристаллизационный отжиг проводят при 600–700°С.

Сплавы с большим содержанием цинка отличаются высокой хрупкостью. Химический состав некоторых промышленных латуней и их механические свойства приведены в табл. 2.2, 2.3.

 

Таблица 2.2

Химический состав и механические свойства деформируемых латуней

после отжига

Марка латуни	Сu	Прочих элементов	sв	s0,2	d	y	KCU, МДж/м2	НВ
% (мас.)	MПа	%
Л90	88–91						1,76
Л68	67–70						1,68
Л63	62–65						1,37
Л60	59–62						0,78
ЛА77-2	76–79	1,75–2,5 Аl
ЛАН59-3-2	57–60	2,5–3,5 Al					0,5
	2–3 Ni
ЛН65-5	64–67	5–6,5 Ni
ЛЖМц59-1-1	57–60	0,1–0,4 A1					1,18
	0,6–1,2 Fe					s
	0,5–0,8 Mn
	0,3–0,7 Sn
ЛМц58-2	57–60	1–2 Mn				52,5
Л070-1	69–71	1–1,5 Sn					0,6
ЛК80-3	79–81	2,5–4 Si	Si				0,4

Таблица 2.3