8. Структура і властивості міді і її сплави. Латунь і бронзи

Серед технічних металів мідь за своїм значенням і поширенням займає особливе місце. Чиста мідь володіє високою теплопровідністю, електропровідністю і досить високою корозійною стійкістю.

Вельми коштовною якістю міді є також її висока пластичність в гарячому і холодному станах. Це дозволяє виготовляти з міді різні напівфабрикати, що деформуються, – листи, стрічки, смуги, прутки, труби, дрiт тощо, широко вживану в різних областях техніку.

Міцність і твердість міді можна значно підвищити шляхом холодної деформації: до 40-45 кГ/мм², НВ до 80-100 кГ/мм². Проте при цьому знижується пластичність і електропровідність міді.

Властивості наклепаної міді можна відновити шляхом обпалювання (рекристалізації).

Чиста мідь стійка проти атмосферної корозії внаслідок утворення на її поверхні тонкої захисної плівки, що складається з CuSO₄*3Cu(ОН)₂. Прісна вода і конденсат пари практично не діють на мідь. Незначна також швидкість корозії міді в морській воді. Мідь погано чинить опір дії аміаку, хлористого амонію, лужних ціаністих з'єднань, окислювальних мінеральних кислот, сірчистого газу й ін.

Взаємодія міді з киснем наголошується вже при кімнатній температурі. При температурах до 100⁰С на поверхні міді утворюється плівка окислу міді чорного кольору. При вищих температурах швидкість окислення міді значно зростає і на поверхні утворюється плівка оксиду міді червоного кольору.

Розрізняють дві основні групи мідних сплавів: латунь – сплави міді з цинком і бронзи – сплави міді з іншими елементами, в числі яких, але лише на ряду з іншими, може бути цинк. Мідні сплави володіють високими механічними і технологічними властивостями, добре чинять опір зносу і корозії.

Латунню називають подвійні або багатокомпонентні сплави на основі міді, в яких основним легуючим елементом є цинк.

Мідь з цинком утворює, окрім основного α-розчину, ряд фаз електронного типу β, γ та ɛ.

Найчастіше структура латуні складається з α або α+β - фаз α-фаза – твердий розчин цинку в міді з кристалічною решіткою міді г.ц.к. Гранична розчинність цинку в міді складає 39%, β - фаза – впорядкований твердий розчин на базі електронного з'єднання CuZn з решiткою о.ц.к.

Подвійнi латунi незрідка легують Al, Fe, Ni, Sn, Mn, Pb і іншими елементами. Такi латунi називають спеціальними або багатокомпонентними.

Всi латунi за технічною ознакою ділять на: 1)тi, що деформуються, з яких виготовляють листи, стрічки, труби, дрiт і інші напівфабрикати і 2) ливарнi – для фасонного лиття.

Всi латунi володіють хорошою рідкотекучістю і антифрикційними властивостями, мало схильні до ліквації.

Олов'яні бронзи. В реальних умовах охолоджування олов'яна бронза складається з α - фази і Cu₃₁Sn₈, В практиці застосовують лише сплави з вмістом до 10 – 12% олова. Сплави, багатші оловом, дуже крихкі. Олов'яні бронзи мають великий інтервал температур і тому схильні до ліквації і утворення розсіяної пористості; при прискореному охолоджуванні у них різко виражена дендритна будова.

Свинець, не розчинний в міді, присутній в структурі бронзи у вигляді округлих виділень в об'ємі зерна. Легування свинцем знижує механічні властивості бронзи, але підвищує щільність відливань, а головне полегшує обробку різанням і покращує антифрикційні властивостi.

Безолов'яні бронзи. Безолов'яні бронзи є сплавами з Al, Ni, Si, Fe, Ве, Cr, Pb й іншими металами. Найчастіше застосовують алюмінієві бронзи, подвійні (БрА5 і БрА7) і додатково леговані нікелем, марганцем, залізом тощо. Ці бронзи використовують для різних втулок, направляючих сідел, фланців, шестерень й інших невеликих відповідальних деталей.

Крем'янисті бронзи. При легуванні міді кремнієм (до 3,5%) підвищується міцність, а також пластичність. Нікель і марганець покращують механічні і корозійні властивості крем'янистих бронз. Ці бронзи легко обробляються тиском, різанням і зварюванням.

Свинцеві бронзи. Свинець практично не розчиняється в рідкій міді, температура монотектичного перетворення відповідає 935ºС і евтектичного 327ºС. Така структура бронзи забезпечує високі антифрикційні властивості.