15. Медь и ее сплавы

15.1. Медь

Медь - тяжелый металл ( = 8,94*10³ кг/м³) красно-розового цвета. Находится в 1 группе Периодической таблицы. Полиморфных превращений не имеет. Кристаллизуется в ГЦК-решетке с параметром а=0,36074 нм. Характеризуется исключительной пластичностью, элек­тропроводностью и теплопроводностью. Около 40 % добываемой ме­ди идет на изготовление электрических проводов и кабелей.

Электронная структура внешних оболочек меди Зs²3p⁶3d^l04s^l. Наличие одного неспаренного электрона во внешнем электронном слое атома объясняет одновалентное состояние. При возбуждении атома электрон из 3d¹⁰ может переходить во внешнюю 4р оболочку.

Поэтому для меди типичны валентности +2 и +3. Наиболее ус­тойчивы соединения меди СuО, CuSO₄ и др.

С кислородом медь образует оксид меди:

2Cu + О₂ = CuO,

а на воздухе (влажном) медь покрывается зеленовато-серой пленкой основных карбонатов (СuОН)₂ СО₃ *Н₂О.

На поверхности меди, как правило, образуется тонкая оксидная пленка, предохраняющая от дальнейшего окисления. Таким обра­зом, медь имеет высокую коррозионную стойкость в пресной и мор­ской воде, щелочах, органических кислотах. Однако азотная, соляная, серная кислоты и аммиак "разъедают" медь. Механические свойства меди низки, поэтому в качестве конструкционного материала медь находит ограниченное применение. Повышение механических свойств достигается созданием разных сплавов на медной основе.

15.2. Латуни

Латунями называют сплавы меди с цинком. Из цветных сплавов латуни самые распространенные. Латуни обозначают буквой Л, справа от которой пишут легирующие элементы кроме цин­ка, затем цифру - процент меди. Так, Л90 содержит 90 % меди, ос­тальные 10 % Zn, ЛАЖМц 66-6-3-2 означает латунь, содержащую 66 % Сu, 6 % А1, 3 % Fe, 2 % Mn. Остальное – 23 % Zn.

Латуни могут иметь в своем составе до 45 % Zn (рис. 15.1). Повышение Zn до 45 % повышает прочность от 20 до 45 кг/мм2, а свыше 45% Zn резко ухудшает механические свойства ( и ) – (рис. 15.2).

Рис. 15.1. Диаграмма Cu-ZnРис. 15.2. Влияние содержанияZnна

свойства латуней

При сплавлении меди с цинком образуется ряд твердых рас­творов , , , .  - твердый раствор меди с цинком с предельной растворимостью цинка 39 %. Фазы , ,  - твердые растворы на базе электронных соединений:

 -CuZn,  -Сu₅Zn,  -CuZn₃.

По химическому составу различают латуни простые и сложные, а по структуре – однофазные и двухфазные. Простые латуни легируются одним компонентом: цинком. Простые однофазные латуни имеют высокую пластичность; она наибольшая у латуней с 30—32 % цинка (латунь Л68). Латуни с более низким содержанием цинка (томпаки и полутомпаки) уступают латуни Л68 в пластичности, но превосходят ее в электро- и теплопроводности. Они поставляются в прокате и в поковках. Простые двухфазные латуни имеют хорошие ковкость (но главным образом при нагреве) и повышенные литейные свойства и используются не только в виде проката, но и отливках. Пластичность их ниже, чем у однофазных латуней, а прочность и износостойкость выше за счет влияния более твердых частиц второй фазы.

Прочность простых латуней 300—350 МПа при однофазной структуре и 400— 450 МПа при двухфазной. Прочность однофазной латуни может быть значительно повышена холодной пластической деформацией. Эти латуни имеют достаточную стойкость в атмосфере воды и пара (при условии снятия напряжений, создаваемых холодной деформацией). Сложные латуни вследствие дополнительного легирования имеют более высокую прочность: до 500—550 МПа. Они хорошо устойчивы в морской воде.