Медь применение и свойства: ее свойства и сферы применения

Медь и бронза: виды, свойства, применение

Медь высокой чистоты — мягкий, ковкий и пластичный металл с очень высокой тепло- и электропроводностью. Свежая открытая поверхность чистой меди имеет красновато-оранжевый цвет. Медь используется как проводник тепла и электричества, как строительный материал и как составная часть различных металлических сплавов, таких как стерлинговое серебро, используемое в ювелирных изделиях, мельхиор, используемый для изготовления морского оборудования и монет, и константан, используемый в тензодатчиках и термопарах. для измерения температуры. Медь высокой чистоты имеет предел прочности около 210 МПа и предел текучести 33 МПа, что ограничивает ее использование в промышленности. Но так же, как и другие сплавы, медь можно упрочнять. Основным механизмом упрочнения является легирование сплавов на основе меди .

Медные сплавы — это сплавы на основе меди, в которых основными легирующими элементами являются Zn, Sn, Si, Al, Ni. Сплавы на основе меди представляют собой в основном твердые растворы замещения, в которых растворенные или примесные атомы замещают или замещают атомы -хозяева . Несколько особенностей атомов растворенного вещества и растворителя определяют степень, в которой первый растворяется во втором. Они выражаются в виде правил Юма-Розери . Существует до 400 различных составов меди и медных сплавов . свободно сгруппированы по категориям: медь, сплав с высоким содержанием меди, латунь, бронза, медь-никель, медь-никель-цинк (нейзильбер), свинцовая медь и специальные сплавы. Кроме того, ограниченное количество медных сплавов можно упрочнить термической обработкой; следовательно, для улучшения этих механических свойств необходимо использовать холодную обработку давлением и/или легирование в твердом растворе.

Свойства меди

Медь – мягкий, прочный, пластичный и ковкий материал. Эти свойства делают медь чрезвычайно подходящей для формовки труб, волочения проволоки, прядения и глубокой вытяжки. К другим ключевым свойствам меди и ее сплавов относятся:

Отличная теплопроводность. Медь имеет показатель теплопроводности на 60% выше, чем алюминий, поэтому она лучше способна уменьшать точки перегрева в системах электропроводки. Электрическая и теплопроводность металлов обусловлена тем, что их внешние электроны делокализованы.

Отличная электропроводность. Электропроводность меди составляет 97% от проводимости серебра. Из-за гораздо более низкой стоимости и большей распространенности медь традиционно была стандартным материалом, используемым для передачи электроэнергии. Однако алюминий обычно используется в воздушных высоковольтных линиях электропередачи, потому что он имеет примерно половину веса и более низкую стоимость по сравнению с медным кабелем сопоставимого сопротивления. При заданной температуре тепло- и электропроводность металлов пропорциональны, но повышение температуры увеличивает теплопроводность при уменьшении электропроводности. Это поведение количественно выражено в законе Видемана-Франца.

Хорошая коррозионная стойкость. Медь не реагирует с водой, но медленно реагирует с кислородом воздуха, образуя слой коричнево-черного оксида меди, который, в отличие от ржавчины, образующейся на железе во влажном воздухе, защищает нижележащий металл от дальнейшей коррозии (пассивация).

Медно-никелевые сплавы, алюминиевая латунь и алюминий демонстрируют превосходную стойкость к коррозии в морской воде.

• Хорошая стойкость к биообрастанию
• Хорошая обрабатываемость . Возможна механическая обработка меди, хотя сплавы предпочтительнее из-за хорошей обрабатываемости при создании сложных деталей.
• Сохранение механических и электрических свойств при криогенных температурах
• Диамагнетик

Бронза

Бронзы представляют собой семейство сплавов на основе меди, традиционно легированных оловом, но могут относиться к сплавам меди и других элементов (например, алюминия, кремния и никеля). Бронза несколько прочнее латуни, но все же обладает высокой степенью коррозионной стойкости. Как правило, они используются, когда в дополнение к коррозионной стойкости требуются хорошие свойства при растяжении. Например, бериллиевая медь достигает наибольшей прочности (до 1400 МПа) среди всех сплавов на основе меди.

Исторически сложилось так, что сплав меди с другим металлом, например оловом, для получения бронзы впервые начали практиковать примерно через 4000 лет после открытия выплавки меди и примерно через 2000 лет после того, как «природная бронза» стала широко использоваться. Древняя цивилизация находится в бронзовом веке либо путем производства бронзы путем выплавки собственной меди и сплавления с оловом, мышьяком или другими металлами. Бронза или бронзоподобные сплавы и смеси использовались для изготовления монет в течение более длительного периода. Бронзы до сих пор широко используются для изготовления пружин, подшипников, втулок, направляющих подшипников автомобильных трансмиссий и аналогичных фитингов, особенно в подшипниках небольших электродвигателей. Латунь и бронза являются распространенными конструкционными материалами в современной архитектуре и в основном используются для кровли и облицовки фасадов из-за их внешнего вида.

Виды бронз

Как уже было сказано, бронзы представляют собой семейство сплавов на основе меди, традиционно легированных оловом, но могут относиться к сплавам меди и других элементов (например, алюминия, кремния и никеля).

Оловянная и фосфористая бронза.

В общем, бронзы представляют собой семейство сплавов на основе меди, традиционно легированных оловом, обычно с содержанием олова около 12–12,5%. Добавление небольшого количества (0,01–0,45) фосфора дополнительно повышает твердость, сопротивление усталости и износостойкость. Добавление этих сплавов приводит к таким применениям, как пружины, крепежные детали, крепления для кирпичной кладки, валы, шпиндели клапанов, шестерни и подшипники. Бронза также является предпочтительным металлом для колоколов в виде бронзового сплава с высоким содержанием олова, известного в просторечии как колокольный металл, который содержит около 23% олова. Сплавы из бронзы с высоким содержанием олова обычно используются также в зубчатых передачах, а также в высокопрочных втулках и подшипниках, где присутствуют высокая прочность и большие нагрузки. Другими областями применения этих сплавов являются рабочие колеса насосов, поршневые кольца и паровые фитинги. Например, Медный литейный сплав UNS C90500 представляет собой литой сплав меди и олова, который также известен как оружейный металл. Первоначально использовавшийся в основном для изготовления оружия, он был в значительной степени заменен сталью.

Кремниевая бронза.

Кремниевая бронза обычно содержит около 96 процентов меди. Кремниевая бронза имеет состав Si: 2,80–3,80%, Mn: 0,50–1,30%, Fe: макс. 0,80%, Zn: макс. 1,50%, Pb: макс. 0,05%. Кремниевые бронзы обладают хорошим сочетанием прочности и пластичности, хорошей коррозионной стойкостью и легкой свариваемостью. Кремниевые бронзы изначально были разработаны для химической промышленности из-за их исключительной устойчивости к коррозии во многих жидкостях. Они используются в архитектурных продуктах, таких как:

• Дверная фурнитура
• Перила
• Церковные двери

Алюминиевая бронза.

Алюминиевые бронзы представляют собой семейство сплавов на основе меди, обладающих сочетанием механических и химических свойств, не имеющих себе равных ни в одной другой серии сплавов. Они содержат от 5 до 12% алюминия. Кроме того, алюминиевые бронзы также содержат никель, кремний, марганец и железо. Они обладают превосходной прочностью, аналогичной прочности низколегированных сталей, и отличной коррозионной стойкостью, особенно в морской воде и аналогичных средах, где сплавы часто превосходят многие нержавеющие стали. Их превосходная коррозионная стойкость обеспечивается алюминием в сплавах, который вступает в реакцию с кислородом воздуха с образованием тонкого прочного поверхностного слоя оксида алюминия (оксида алюминия), который действует как барьер против коррозии богатого медью сплава. Встречаются в кованом и литом виде. Алюминиевые бронзы обычно имеют золотистый цвет.

Общее сфера применения, связанная с морской водой

• Подшипники
• Фитинги
• Компоненты насосов и клапанов
• Теплообменники

Бериллиевая бронза.

Медно-бериллий, также известный как бериллиевая бронза, представляет собой сплав меди с 0,5—3% бериллия. Медный бериллий является самым твердым и прочным из всех медных сплавов (UTS до 1400 МПа) в полностью термообработанном и нагартованном состоянии. Он сочетает в себе высокую прочность с немагнитными и искробезопасными свойствами, по своим механическим свойствам близок ко многим высокопрочным легированным сталям, но по сравнению со сталями обладает лучшей коррозионной стойкостью. Обладает хорошей теплопроводностью (210 Вт/м°С) в 3-5 раз больше, чем инструментальная сталь. Эти высокоэффективные сплавы уже давно используются для искробезопасных инструментов в горнодобывающей (угольные шахты), газовой и нефтехимической промышленности (нефтяные вышки). Для этих сред доступны отвертки из бериллиевой меди, плоскогубцы, гаечные ключи, холодные долота, ножи и молотки. Из-за отличной усталостной прочности,

Колокольная бронза (бронза с высоким содержанием олова).

В общем, колокольные металлы обычно относятся к бронзам с высоким содержанием олова, которые представляют собой семейство сплавов на основе меди, традиционно легированных оловом, обычно с более чем 20% олова (обычно 78% меди, 22% олова по массе). Колокольный металл используется для литья высококачественных колоколов. Более высокое содержание олова увеличивает жесткость металла и увеличивает резонанс. Было обнаружено, что увеличение содержания олова увеличивает время затухания удара колокола, что делает колокол более звонким. Бронзы с высоким содержанием олова также используются в зубчатых передачах, а также в высокопрочных втулках и подшипниках, где присутствуют высокая прочность и большие нагрузки.

Использование и применение бронзы

Исторически сложилось так, что сплав меди с другим металлом, например оловом, для получения бронзы впервые начали практиковать примерно через 4000 лет после открытия плавки меди и примерно через 2000 лет после того, как «природная бронза» стала широко использоваться. Древняя цивилизация находится в бронзовом веке либо путем производства бронзы путем выплавки собственной меди и сплавления с оловом, мышьяком или другими металлами. Основными областями применения меди являются электрические провода (60%), кровля и водопровод (20%), а также промышленное оборудование (15%).

Медь используется в основном в чистом виде, но когда требуется большая твердость, ее вводят в такие сплавы, как латунь и бронза (5% от общего использования). Медь и сплавы на ее основе, включая латуни (Cu-Zn) и бронзы (Cu-Sn), широко используются в различных промышленных и общественных целях. Некоторые из распространенных применений латунных сплавов включают бижутерию, замки, петли, шестерни, подшипники, гильзы для боеприпасов, автомобильные радиаторы, музыкальные инструменты, электронную упаковку и монеты. Бронза или бронзоподобные сплавы и смеси использовались для изготовления монет в течение более длительного периода. до сих пор широко используется для пружин, подшипников, втулок, направляющих подшипников автомобильных трансмиссий и аналогичных фитингов, и особенно распространен в подшипниках небольших электродвигателей.

Свойства бронзы

В основу материаловедения входит изучение структуры материалов и их связь с их свойствами (механическими, электрическими и т. д.). Как только материаловед узнает об этой корреляции структуры и свойств, он может приступить к изучению относительных характеристик материала в данном приложении. Основными факторами, определяющими структуру материала и, следовательно, его свойства, являются входящие в его состав химические элементы и то, как он был обработан до конечной формы.

Механические свойства бронз

Материалы часто выбирают для различных применений, потому что они имеют желаемое сочетание механических характеристик. Для структурных применений свойства материалов имеют решающее значение, и инженеры должны их учитывать.

Прочность бронзы

В механике материалов прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации. Прочность материалов в основном рассматривает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и возникающей в результате деформацией или изменением размеров материала. Прочность материала – это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.

медь: применение, химический состав, ГОСТ, свойства, твердость

Характеристики материала

Химические свойства

Механические свойства

Механические свойства при T=20 °C

Сортамент	Размер	Напр.	σв, МПа	σT, МПа	δ5, %	ψ, %	KCU, кДж/м2	Термообработка
Сплав мягкий холоднокатан., ГОСТ 1173-2006			200-260		42
Сплав твердый холоднокатан. , ГОСТ 1173-2006			290		6

Твердость

Физические свойства

Источники информации и нормативная документация

1. ГОСТ 1173 — 2006

Медь – спецификация, свойства и применение

Мы изучаем медь, ее обширную историю и ее использование в современных суперсплавах на основе никеля

Медь – материал с долгой историей; мы использовали его тысячи лет. В прошлом это был один из очень немногих металлов, встречавшихся в природе в форме, пригодной для непосредственного использования. Однако в наше время его получают из минеральной руды. Крупнейшими производителями меди сегодня являются Чили и США.

Его использование продолжается на протяжении всей истории человечества, включая здания, украшения, инструменты, посуду и многое другое. Открытие и использование меди является настолько важным шагом в развитии человечества, что существует короткий медный век (период энеолита), который наступает незадолго до более устоявшегося бронзового века. В это время медь сплавлялась с оловом для получения бронзы, первого металлического сплава.

Медь с тех пор используется во многих сплавах и до сих пор играет роль в производстве гораздо более технических и высокоэффективных суперсплавов. У него есть желаемые свойства, которые делают его полезным. Это мягкий и пластичный металл с очень высокой тепло- и электропроводностью. Вот почему он часто используется в электронике и для проводки. Он также естественно устойчив к коррозии, легко обрабатывается и немагнитен.

Многие никелевые сплавы, которые имеются в наличии у Corrotherm, имеют различное количество меди в своем составе.

Медь в сериях INCONEL и INCOLOY

В линейке INCONEL содержание меди строго ограничено. Медь встречается в природе с некоторыми другими металлами и может непреднамеренно загрязнить тщательно сбалансированный состав. Во время производства сплавов INCONEL важно следить за уровнем меди, чтобы убедиться, что он не превышает максимального предела, который варьируется в зависимости от марки. Для большинства суперсплавов INCONEL содержание меди ограничено до менее 1%, если вообще содержится.

Сплавы INCOLOY, которые представляют собой варианты сплава INCONEL с более низким содержанием никеля, имеют более высокие пороговые значения для меди, и ее преднамеренно добавляют в состав некоторых сортов. Например, сплав INCOLOY 825 и сплав INCOLOY 925 имеют 1,5-3% меди. Медь добавляется для работы с никелем и молибденом, чтобы обеспечить выдающуюся стойкость к восстанавливающим химическим веществам, включая серную и фосфорную кислоты.

Как медь используется в сплавах MONEL

Ассортимент сплавов MONEL гораздо больше зависит от меди. Сплавы формируются на основе никеля и меди вместе с другими важными добавками.

Сплав MONEL 400 имеет свойства, аналогичные технически чистому никелю, но является более дешевой альтернативой из-за высокого содержания меди. Он содержит примерно 30% меди и является универсальным пластичным материалом с множеством применений. Он популярен для компонентов колонн перегонки нефти и внутренних деталей клапанов, а также для применения в морском секторе. Он также не дает искр, что означает, что его можно использовать во взрывчатых веществах и ракетной технике. Смесь никеля и меди придает сплаву хорошую коррозионную стойкость, что достигается за счет контроля уровня меди. Сплавы с более высоким содержанием меди могут быть менее устойчивы к воздействию окисляющих сред.

В условиях, когда требуется более прочный материал, сплав MONEL K-500 представляет собой дисперсионно-упрочненную версию сплава MONEL 400. Он по-прежнему обладает такими же свойствами коррозионной стойкости, но является более прочным сплавом. Это достигается добавлением алюминия и титана в никель-медную основу. Он часто используется при добыче нефти, морской и химической переработке.

Чтобы узнать больше о нашем ассортименте суперсплавов, посетите нашу страницу Марки или свяжитесь с членом нашей команды, чтобы обсудить ваш следующий проект.

Медь – Свойства – Цена – Применение

О меди

Медь – мягкий, ковкий и пластичный металл с очень высокой тепло- и электропроводностью. Свежая открытая поверхность чистой меди имеет красновато-оранжевый цвет. Медь используется как проводник тепла и электричества, как строительный материал и как составная часть различных металлических сплавов, таких как стерлинговое серебро, используемое в ювелирных изделиях, мельхиор, используемый для изготовления морского оборудования и монет, и константан, используемый в тензодатчиках и термопарах. для измерения температуры.

Сводка

Применение меди

Исторически сложилось так, что сплав меди с другим металлом, например оловом, для получения бронзы впервые начали практиковать примерно через 4000 лет после открытия плавки меди и примерно через 2000 лет после того, как «природная бронза» стала общепринятой. использовать. Древняя цивилизация находится в бронзовом веке либо путем производства бронзы путем выплавки собственной меди и сплавления с оловом, мышьяком или другими металлами. Основными областями применения меди являются электрические провода (60%), кровля и водопровод (20%), а также промышленное оборудование (15%). Медь используется в основном в чистом виде, но когда требуется большая твердость, ее вводят в такие сплавы, как латунь и бронза (5% от общего использования). Медь и сплавы на основе меди, включая латуни (Cu-Zn) и бронзы (Cu-Sn), широко используются в различных промышленных и общественных целях. Некоторые из распространенных применений латунных сплавов включают бижутерию, замки, петли, шестерни, подшипники, гильзы для боеприпасов, автомобильные радиаторы, музыкальные инструменты, электронную упаковку и монеты. Бронза или бронзоподобные сплавы и смеси использовались для изготовления монет в течение более длительного периода. до сих пор широко используется для пружин, подшипников, втулок, направляющих подшипников автомобильных трансмиссий и аналогичных фитингов, и особенно распространен в подшипниках небольших электродвигателей. Латунь и бронза являются распространенными конструкционными материалами в современной архитектуре и в основном используются для кровли и облицовки фасадов из-за их внешнего вида.

Производство и цена меди

Цены на сырье меняются ежедневно. Они в первую очередь обусловлены спросом, предложением и ценами на энергоносители. В 2019 году цены на чистую медь составляли около 27 долларов за кг.

Большая часть меди добывается или извлекается в виде сульфидов меди в крупных карьерах на медно-порфировых месторождениях, содержащих от 0,4 до 1,0% меди. Участки включают Чукикамата в Чили, шахту Бингем-Каньон в Юте, США, и шахту Эль-Чино в Нью-Мексико, США. Медь является одним из наиболее широко перерабатываемых металлов; примерно одна треть всей меди, потребляемой в мире, перерабатывается. Вторичная медь и ее сплавы могут быть переплавлены и использованы напрямую или подвергнуты дальнейшей переработке в рафинированную медь без потери каких-либо химических или физических свойств металла.

Источник: www.luciteria.com

Механические свойства меди

Прочность меди

В механике материалов прочность материала представляет собой его способность выдерживать приложенную нагрузку без сбоев или Пластическая деформация. Прочность материалов в основном рассматривает взаимосвязь между внешними нагрузками , приложенными к материалу, и результирующей деформацией или изменением размеров материала. При проектировании конструкций и машин важно учитывать эти факторы, чтобы выбранный материал имел достаточную прочность, чтобы противостоять приложенным нагрузкам или силам и сохранять свою первоначальную форму. Прочность материала — это его способность выдерживать приложенную нагрузку без разрушения или пластической деформации.

При растяжении способность материала или конструкции выдерживать нагрузки, имеющие тенденцию к удлинению, известна как предел прочности при растяжении (UTS). Предел текучести или предел текучести — это свойство материала, определяемое как напряжение, при котором материал начинает пластически деформироваться, тогда как предел текучести — это точка, в которой начинается нелинейная (упругая + пластическая) деформация.

См. также: Сопротивление материалов

Предел прочности при растяжении меди

Предел прочности при растяжении меди составляет 210 МПа.

Предел текучести меди

Предел текучести меди   составляет 33 МПа.

Модуль упругости меди

Модуль упругости Юнга меди составляет 120 ГПа.

Твердость меди

В материаловедении твердость  – это способность выдерживать вмятин на поверхности ( локализованная пластическая деформация ) и царапины . Испытание на твердость по Бринеллю В испытаниях по Бринеллю твердый сферический индентор вдавливается под определенной нагрузкой в ​​поверхность испытуемого металла.

Твердость меди по Бринеллю составляет приблизительно 250 МПа.

Метод определения твердости по Виккерсу был разработан Робертом Л. Смитом и Джорджем Э. Сандландом из Vickers Ltd в качестве альтернативы методу Бринелля для измерения твердости материалов. Метод определения твердости по Виккерсу можно также использовать в качестве метода определения микротвердости , который в основном используется для мелких деталей, тонких срезов или обработки глубины корпуса.

Твердость меди по Виккерсу составляет примерно 350 МПа.

Твердость к царапанью является мерой устойчивости образца к остаточной пластической деформации из-за трения об острый предмет. Наиболее распространенной шкалой для этого качественного теста является шкала Мооса , которая используется в минералогии. Шкала твердости минералов Мооса основан на способности одного природного образца минерала заметно царапать другой минерал.

Медь имеет твердость приблизительно 3.

См. также: Твердость материалов

Медь – кристаллическая структура

Возможная кристаллическая структура Медь представляет собой гранецентрированную кубическую структуру .

В металлах и во многих других твердых телах атомы расположены в виде правильных рядов, называемых кристаллами. Кристаллическая решетка — это повторяющийся узор из математических точек, простирающийся по всему пространству. Силы химической связи вызывают это повторение. Именно этот повторяющийся узор определяет такие свойства, как прочность, пластичность, плотность, проводимость (свойство проводить или передавать тепло, электричество и т. д.) и форму. Существует 14 основных типов таких паттернов, известных как решетки Браве.

См. также: Кристаллическая структура материалов

Кристаллическая структура меди

Прочность элементов

Упругость элементов

Твердость элементов

Тепловые свойства меди

Медь – Точка плавления и температура кипения

Температура плавления меди 1084,62°C .

Температура кипения меди 2562°С .

Обратите внимание, что эти точки связаны со стандартным атмосферным давлением.

Медь – Теплопроводность

Теплопроводность Медь составляет 401 Вт/(м·К).

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью , k (или λ), измеряемой в Вт/м·K . Это мера способности вещества передавать тепло через материал за счет теплопроводности. Обратите внимание, что Закон Фурье  применим ко всей материи, независимо от ее состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Коэффициент теплового расширения меди

Коэффициент линейного теплового расширения Медь  составляет 16,5 мкм/(м·K)

Тепловое расширение  это обычно тенденция материи изменять свои размеры в ответ на изменение в температуре. Обычно его выражают в виде доли изменения длины или объема на единицу изменения температуры.

Медь – удельная теплоемкость, скрытая теплота плавления, скрытая теплота парообразования

Удельная теплоемкость меди 0,38 Дж/г K .

Теплоемкость  является экстенсивным свойством материи, то есть пропорциональна размеру системы. Теплоемкость C  выражается единицей энергии на градус или энергию на кельвин. При выражении того же явления в качестве интенсивного свойства теплоемкость делится на количество вещества, массу или объем, таким образом, количество не зависит от размера или протяженности образца.

Скрытая теплота плавления меди 13,05 кДж/моль .

Скрытая теплота парообразования меди 300,3 кДж/моль .

Скрытая теплота – это количество теплоты, добавляемое к веществу или отводимое от него для изменения фазы. Эта энергия разрушает силы межмолекулярного притяжения, а также должна обеспечивать энергию, необходимую для расширения газа (работа pΔV ). При добавлении скрытой теплоты изменения температуры не происходит. Энтальпия парообразования зависит от давления, при котором происходит это превращение.

Температура плавления элементов

Теплопроводность элементов

Тепловое расширение элементов

Теплоемкость элементов

90 003

Теплота плавления элементов

Теплота испарения элементов

Медь – Удельное электрическое сопротивление – Магнитная восприимчивость

Электрические свойства относятся к реакции материала на приложенное электрическое поле. Одной из основных характеристик материалов является их способность (или отсутствие способности) проводить электрический ток. Действительно, по этому свойству материалы классифицируют, то есть делят на проводники, полупроводники и непроводники.

См. также: Электрические свойства

Магнитные свойства  относится к реакции материала на приложенное магнитное поле . Макроскопические магнитные свойства материала являются следствием взаимодействия между внешним магнитным полем и магнитными дипольными моментами составляющих атомов . Различные материалы реагируют на приложение магнитного поля по-разному .

См. также: Магнитные свойства

Удельное электрическое сопротивление меди

Удельное электрическое сопротивление меди  16,8 нОм⋅м .

Электрическая проводимость  и ее обратное значение, удельное электрическое сопротивление , является фундаментальным свойством материала, которое количественно определяет, как медь проводит поток электрического тока. Электропроводность или удельная проводимость обратны удельному электрическому сопротивлению.