Меди основные свойства: Электротехническая медь, основные характеристики

Химические свойства меди

Медь

Химическая активность меди невелика. В сухой атмосфере медь практически не изменяется. Во влажном воздухе на поверхности меди в присутствии углекислого газа образуется зеленоватая пленка состава Cu(OH)₂·CuCO₃. Так как в воздухе всегда имеются следы сернистого газа и сероводорода, то в составе поверхностной пленки на металлической меди обычно имеются и сернистые соединения меди. Такая пленка, возникающая с течением времени на изделиях из меди и ее сплавов, называется патиной. Патина предохраняет металл от дальнейшего разрушения.

При нагревании на воздухе медь тускнеет и в конце концов чернеет из-за образования на поверхности оксидного слоя. Сначала образуется оксид Cu₂O, затем — оксид CuO.

В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Но она достаточно легко вступает в реакции: уже при комнатной температуре с галогенами, например с влажным хлором образует хлорид CuCl₂, при нагревании с серой образует сульфид Cu₂S, с селеном. Но с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температурах. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь не действуют, например, соляная и разбавленная серная кислоты. Но в присутствии кислорода воздуха медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей:

2Cu + 4HCl + O₂ = 2CuCl₂ + 2H₂O.

Кроме того, медь можно перевести в раствор действием водных растворов цианидов или аммиака:

2Cu + 8NH₃·H₂O + O₂ = 2[Cu(NH₃)₄](OH)₂ + 6H₂O

При нагревании металла на воздухе или в кислороде образуются оксиды меди: желтый или красный Cu₂O и черный CuO. Повышение температуры способствует образованию преимущественно оксида меди(I) Cu₂O. В лаборатории этот оксид удобно получать восстановлением щелочного раствора соли меди(II) глюкозой, гидразином или гидроксиламином:

2CuSO₄ + 2NH₂OH + 4NaOH = Cu₂O + N₂ + 2Na₂SO₄ + 5H₂O

Эта реакция – основа чувствительного теста Фелинга на сахара и другие восстановители. К испытываемому веществу добавляют раствор соли меди(II) в щелочном растворе. Если вещество является восстановителем, появляется характерный красный осадок.

Поскольку катион Cu+ в водном растворе неустойчив, при действии кислот на Cu₂O происходит либо дисмутация, либо комплексообразование:

Cu₂O + H₂SO₄ = Cu + CuSO₄ + H₂O

Cu₂O + 4HCl = 2 H[CuCl₂] + H₂O

Оксид Cu₂O заметно взаимодействует со щелочами. При этом образуется комплекс:

Cu₂O + 2NaOH + H₂O = 2Na[Cu(OH)₂]

Оксиды меди не растворимы в воде и не реагируют с ней. Единственный гидроксид меди Cu(OH)₂ обычно получают добавлением щелочи к водному раствору соли меди(II). Бледно-голубой осадок гидроксида меди(II), проявляющий амфотерные свойства (способность химических соединений проявлять либо основные, либо кислотные свойства), можно растворить не только в кислотах, но и в концентрированных щелочах. При этом образуются темно-синие растворы, содержащие частицы типа [Cu(OH)₄]^2–. Гидроксид меди(II) растворяется также в растворе аммиака:

Cu(OH)₂ + 4NH₃*H₂O = [Cu(NH₃)₄](OH)₂ + 4H₂O

Гидроксид меди(II) термически неустойчив и при нагревании разлагается:

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

Большой интерес к химии оксидов меди в последние два десятилетия связан с получением высокотемпературных сверхпроводников, из которых наиболее известен YBa₂Cu₃O₇. В 1987 было показано, что при температуре жидкого азота это соединение является сверхпроводником. Главные проблемы, препятствующие его широкомасштабному практическому применению, лежат в области обработки материала. Сейчас наиболее перспективным считается изготовление тонких пленок.

Многие из халькогенидов меди – нестехиометрические соединения. Сульфид меди(I) Cu₂S образуется при сильном нагревании меди в парах серы или в среде сероводорода. При пропускании сероводорода через водные растворы, содержащие катионы Cu²⁺, выделяется коллоидный осадок состава CuS. Однако, CuS – не простое соединение меди(II). Оно содержит группу S₂ и лучше описывается формулой Cu^I₂Cu^II(S₂)S. Селениды и теллуриды меди проявляют металлические свойства, а CuSe₂, CuTe₂, CuS и CuS₂ при низких температурах являются сверхпроводниками.

Практическое значение имеет способность меди реагировать с растворами солей железа (III), причем медь переходит в раствор, а железо (III) восстанавливается до железа (II):

2FeCl₃ + Cu = CuCl₂ + 2FeCl₂

Этот процесс травления меди хлоридом железа (III) используют, в частности, при необходимости удалить в определенных местах слой напыленной на пластмассу меди.

Ионы меди Cu²⁺ легко образуют комплексы с аммиаком, например, состава [Cu(NH₃)]²⁺. При пропускании через аммиачные растворы солей меди ацетилена С₂Н₂ в осадок выпадает карбид (точнее, ацетиленид) меди CuC₂.

Основные свойства меди

Медь легко
протягивается в проволоку малого
диаметра (до 10 мкм), легко прокатывается
в листы, ленту и фольгу (до 5 мкм),
сваривается всеми видами сварки, хорошо
паяется и полируется. Недостатками меди
являются ее высокая стоимость, большая
литейная усадка, горячеломкость, плохая
обрабатываемость резанием.

Медь имеет высокую
коррозионную стойкость в пресной и
морской воде, атмосферных условиях, но
окисляется в сернистых газах и аммиаке.
Марганец, не снижая пластичности,
повышает коррозионную стойкость меди
(марка ММц–1). Нагрев выше 185С
вызывает окисление поверхности меди с
образованием пленки окисла черного, а
затем красного цвета. На воздухе в
присутствии влаги и углекислого газа
на поверхности меди образуется зеленый
налет основного карбоната меди (карбонат
– гидроксид меди).

Из медной руды
получают сырую (черновую) медь, содержащую
до 3 % примесей, которые значительно
снижают ее электропроводность. Поэтому
медь, предназначенную для электротехнических
целей рафинируют (очищают), а затем
переплавляют в слитки, которые подвергают
горячей прокатке. Для получения проволоки
из слитков получают катанку, ее протягивают
через фильеры волочильных досок и
получают проволоку заданного профиля
и размеров.

Волочением получают
твердую нагартованную (твердотянутую)
медь (МТ). Наклеп повышает твердость и
прочность меди, возрастает удельное
электросопротивление, снижается
пластичность (табл. 2).

Медь марки МТ
применяют там, где требуется высокая
прочность, твердость и сопротивляемость
истиранию. Например, для контактных
проводов электрифицированного транспорта,
коллекторных пластин электрических
машин, шин для распределительных
устройств и т. п.

Рекристаллизационный
отжиг для снятия наклепа проводят при
температуре 550 – 650С.
В результате отжига механические
свойства изменяются гораздо сильнее,
чем удельное сопротивление меди. Отжигом
получают мягкую (отожженную) медь (ММ),
которая пластична и имеет электропроводность
на 3 – 5 % выше, чем (МТ). Отожженная медь
служит электротехническим стандартом,
по отношению к которому выражают в
процентах при температуре 20С
удельную проводимость металлов и
сплавов.

Мягкую медь в виде
проволоки различного диаметра и профиля
используют в качестве токопроводящих
жил (одно- и многожильных) кабелей,
монтажных и обмоточных проводов и т.
д., где важны гибкость и пластичность,
а прочность не имеет решающего значения.
Круглую проволоку из меди МТ и ММ
изготавливают диаметром от 0,02 до 10 мм.

Висмут, свинец и
сера – самые вредные примеси меди
вызывающие ее красноломкость и
хладноломкость.

Электропроводность
меди зависит не только от концентрации
примеси, но и от ее природы. Например,
0,5 % кадмия (Cd),
цинка (Zn)
или серебра (Ag)
снижают электропроводность меди на 5
%, а бериллий (Be), железо (Fe), кремний (Si),
или фосфор (P) – на 55 % и более.

Медь, по степени
чистоты, выпускается несколькими
марками, основные из них приведены в
табл. 3.

Таблица 3

Основные марки
меди

Буква «б» означает
«безкислородная», с повышенной прочностью;
«р» – медь раскислена фосфором, с
пониженным содержанием кислорода; «у»
– медь катодная переплавленная.

В бескилородной
меди допускается содержание кислорода
не более 0,001 %. Большее содержание
кислорода приводит к «водородной
болезни». При нагревании меди в атмосфере
водорода он взаимодействует с кислородом
и образуются пары воды, которые
скапливаются в микропорах меди, создают
высокое давление, что вызывает разрушение
(растрескивание).

Еще более чистой
медью является вакуумная медь, удельное
сопротивление которой практически
такое же, как у серебра.

В случаях, когда
необходимы повышенные механические
свойства и нет жестких требований по
электропроводности, вместо меди, в
качестве проводникового материала,
используют ее сплавы – латуни и бронзы.

3.3.1.2. Латуни
– это сплавы системы

Механические свойства меди и медных сплавов при низких температурах

Номер публикации: 144/8

Медные сплавы становятся прочнее и пластичнее при понижении температуры. Они также сохраняют отличную ударопрочность до 20 К. Эти общие характеристики были выявлены при испытаниях 15 медных сплавов, включая латуни, бронзы и технически чистые меди. Они были испытаны отделом криогеники Национального бюро стандартов для медной и латунной промышленности для проверки прочности на растяжение, прочности на разрыв, модуля Юнга и ударных свойств при температурах до 4 К (-454 F). Информация, представленная здесь, основана на отчете Р. П. Рида и Р. П. Микселла «Низкотемпературные механические свойства меди и выбранных медных сплавов», монография NBS 101, Институт исследования материалов, Национальное бюро стандартов, Боулдер, Колорадо, 80302.

Испытания — Составы и состояние этих сплавов — то есть для стандартного имеющегося в продаже прокатного проката — перечислены в Таблице 1. Образцы на растяжение с расчетной длиной 1,5 дюйма предоставили данные по модулю упругости. Испытания на натяжение надреза (также длиной 1,5 дюйма) и испытания на растяжение проводились с использованием криостата и соответствующего оборудования. Испытания проводились при 295 (окружающей среды), 195, 76, 20 и 4 К. Использовалась испытательная машина Instron со скоростью траверсы 0,02 дюйма в минуту. Процедуры испытаний описаны Р.А. Уоррен и Р. П. Рид в монографии NBS 63.

Результаты — На рисунках на следующих страницах показано поведение напряжения-деформации. В таблице 2 приведены средние данные для каждого сплава для всех испытаний и температур. Разброс данных в большинстве случаев был менее ± 1%.

Значительный разброс в ударной вязкости произошел для меди 102 в 60% холоднотянутом состоянии. Это было связано с размером зерна. Металлографическое исследование показало, что образцы с высокой ударной вязкостью (от 113 до 115 фут-фунтов) имели мелкие зерна, а образцы с низкой ударной вязкостью (от 57 до 84 фут-фунтов) имели крупные зерна.

Состаренный медный сплав № 647, хотя и содержит только около 2,5 мас. % легирующих элементов, оказался значительно прочнее любого другого испытанного сплава. Его ударная вязкость остается высокой, а прочность на разрыв, хотя и снижается при 4 K, по сравнению с прочностью на растяжение является хорошей. Кроме того, удлинение увеличивается при низких температурах.

За исключением никель-алюминиево-бронзового сплава, отлитого в песчаные формы, все сплавы имели отношение растяжения с надрезом к без надреза выше единицы, а также хорошие или очень хорошие ударные свойства. Только сплав, отлитый в песчаные формы, был хрупким при низкой температуре. Для большинства сплавов предел прочности при растяжении, предел текучести, относительное удлинение и предел прочности при надрезе увеличиваются в интервале температур от 29от 5 до 20 К. Предел прочности и предел текучести большинства сплавов меньше при 4 К, чем при 20 К. Прерывистая текучесть очевидна на всех кривых растяжения при 4 К.

Таблица 1 . Состояние и состав сплавов

Copper and Copper Alloy*		Condition	Composition, %
No.	Name		Pb	Fe	Sn	Zn	Ni	P
102	Бескислородный	Холоднотянутая 60%	4 части на миллион	4 части на миллион	1 часть на миллион		4 части на миллион	1 часть на миллион
122	Фосфор Раскисленный,	Отожженный	0,0002	0,003	0,00035	0,001		0,028
	Высокий остаточный Фосфор	Холоднотянутый 26%	То же, что и отожженные образцы
150	Цирконий Медь	Отожженный, 950°С; холоднотянутый 85-90%; состаренный, 450 C, 1 час	Аналогично бескислородной с добавлением циркония
220	Коммерческий Бронза, 90%	Отжиг, 575°С, 3 часа	0,005	0,01		10. 01
230	Красная латунь, 85%	Холоднотянутая 14%		0,02		15,33
443	Адмиралтейство Арсенал	Отжиг, 575°С, 1 час	0,04	0,03	0,97	27,56
464	Морская латунь	Отжиг, 593 C, 1 час	0,09	0,02	0,63	39,71
510	Люминофор Бронза, 5% A	Весна холодная вытянутая 85%	0,02	0,02	4,85	0,05		0,18
614	Алюминий Бронза D	Коммерческий отжиг		2,13
647	Медно-никелевый сплав Кремний	Выдержка, 450°С, 2 часа		0,01			1,97
655	Высокий кремний Бронза A	Коммерческий отжиг (мягкий)	0,01	0,09			0,04
706	Медь Никель 10%	Отжиг, 677°С, 40 мин	0,02	1,16		0,07	9,98
715	Медь Никель 30%	Коммерческий отжиг	< 0,01	0,59	< 0,01	0,04	30. 05
	Никель- Алюминиевая бронза	Отливка из песка		3,35			5,20
* Материал 3/4 дюйма. пруток, кроме никель-алюминиевой бронзы, которая представляла собой заготовку. ** 16 частей на миллион Ag; 12 м.д. S; 2 м.д. As; 5 частей на миллион Sb; менее 3 частей на миллион 0; следы Au, Bi, Mn, Hg, Cd, Zn

Таблица 1 . Состояние и состав сплавов (продолжение)

Copper and Copper Alloy*		Condition	Others	Hardness	Average Grain Diameter, mm
No.	Name
102	Бескислородный	Холоднотянутая 60%	**	руб. от 45 до 53	0,287 9от 0079 до 2,00
122	Фосфор Раскисленный,	Отожженный	Ag, Bi, Sb, Mn, As, Ni (след)	РФ 35	0,051
	Высокий остаточный Фосфор	Холоднотянутый 26%		50 руб.	0,101
150	Цирконий Медь	Отожженный, 950°С; холоднотянутый 85-90%; состаренный, 450 C, 1 час	Zr, 0,18	68 руб.	0,203
220	Коммерческий Бронза, 90%	Отжиг, 575°С, 3 часа		Рф 49	0,051
230	Красная латунь, 85%	Холоднотянутая 14%	Ag, Mg (следы)	РФ 64	0,025
443	Адмиралтейство Арсенал	Отжиг, 575°С, 1 час	Ас, 0,041	РФ 55	0,144
464	Морская латунь	Отжиг, 593 C, 1 час		57 руб.	0,036
510	Люминофор Бронза, 5% A	Весна холодная вытянутая 85%		94 руб.	0,101
614	Алюминий Бронза D	Коммерческий отжиг	Ал, 6,57	руб 97	0,036
647	Медно-никелевый сплав Кремний	Выдержка, 450°С, 2 часа		98 руб.	0,025
655	Высокий кремний Бронза A	Коммерческий отжиг (мягкий)	Мн, 0,88; Си, 2,90	54 руб.	0,025
706	Медь Никель 10%	Отжиг, 677°С, 40 мин		33 руб.	0,051
715	Медь Никель 30%	Коммерческий отжиг	Mn, от 0,71 до 0,73 Al, < 0,01; As, < 0,01	47 руб.	0,036
	Никель- алюминиевая бронза	Отливка из песка	Al, 9,95; Мн, 0,3	93 руб.	0,036
* Материал 3/4 дюйма. пруток, кроме никель-алюминиевой бронзы, которая представляла собой заготовку. ** 16 частей на миллион Ag; 12 м.д. S; 2 м.д. As; 5 частей на миллион Sb; менее 3 частей на миллион 0; следы Au, Bi, Mn, Hg, Cd, Zn

Таблица 2 . Средние свойства меди и медных сплавов при низких температурах

Copper and Copper Alloy		Test Temperature, K	Elastic Properties
No.	Name and Treatment		Youngs Modulus, 106 psi (5%)	Сдвиг Модуль, 106 psi (2%)
102	Бескислородный (холоднотянутый 60%)	295 195 76 20 4	17,3 20,0 22,0
122	Фосфор Раскисленный, Высокий остаточный Фосфор (Отожженный)	295 195 76 20 4	15,1 16,0 16,2 16,3 16,4	6,46 6,81 7,20 7,44
	(Холоднотянутый 26%)	295 195 76 20 4	18,9 19,9 20,3 20,8 21,1
150	Цирконий Медь (Холоднотянутая, состаренная )	295 195 76 20 4	15,8 17,2 17,2
220	Коммерческий Бронза, 90% (отожженная)	295 195 76 20 4	15,1 16,4 17,7 18,0 18,1	6,59 6,97 7,24 7,37
230	Красная латунь, 85% (холоднотянутая 14%)	295 195 76 20 4	14,9 15,8 17,6 18,1 18,2	6,55 6,77 7,06 7,20
443	Адмиралтейство Мышьяк (Отожженный)	295 195 76 20 4	14,6 14,9 15,5 16,0 16,2	5,94 6,15 6,48 6,55
464	Морская латунь (отожженная)	295 195 76 20 4	14,0 14,5 14,8 15,0 15,1	5,76 5,94 6,16 6,26
510	Люминофор Бронза, 5% A (Холоднотянутая 85%, пружинная)	295 195 76 20 4	15,6 16,5 16,7 16,5 16,4
614	Алюминий Бронза D (Отожженный)	295 195 76 20 4	15,8 16,1 16,3 16,3 16,3
647	Медно-никелевый сплав Кремний (Состаренный)	295 195 76 20 4	21,4 22,3 23,2 23,5 23,6
655	Высококремниевый Бронза A (Отожженный, мягкий )	295 195 76 20 4	15,6 15,8 16,1 17,0 17,5
706	Медь Никель 10% (Отожженный)	295 195 76 20 4	17,7 19,5 20,5
715	Медь Никель 30% (Отожженный)	295 195 76 20 4	22,0 23,0 23,2
	Никель- Алюминий Бронза (Отливка в песчаные формы)	295 195 76 20 4	16,8 17,8 18,5 18,5 18,5

Таблица 2 . Средние свойства меди и медных сплавов при низких температурах (продолжение)

Медная и медный сплав		Тест температура, K	Пластиковые свойства
			Uniaxial
№	Имя
№	Имя . , psi	Удлинение, % в 4D	Уменьшение Площадь, %
102	Бескислородный (холоднотянутый 60%)	295 195 76 20 4	48 400 52 900 66 400 74 500 74 600	46 800 49 800 54 400 58 500 58 600	17 20 29 42 41	77 74 78 76 75
122	Фосфор Раскисленный, Высокий остаточный Фосфор (Отожженный)	295 195 76 20 4	31 300 38 300 50 600 63 800 60 400	6 700 6 600 7 400 8 400 7 900	45 56 62 68 65	76 87 84 83 81
	(Холоднотянутый 26%)	295 195 76 20 4	51 800 56 800 68 400 81 400 81 000	49 400 53 600 59 900 64 100 63 600	17 21 28 46 44	76 79 76 78 72
150	Цирконий Медь (Холоднотянутая, состаренная )	295 195 76 20 4	64 450 67 200 77 400 85 200 85 700	59 600 61 300 65 700 66 400 64 700	16 20 26 37 36	62 66 71 72 69
220	Коммерческий Бронза, 90% (отожженная)	295 195 76 20 4	38 500 41 800 55 200 73 200 68 200	9 600 10 200 13 200 15 600 15 000	56 57 86 95 91	84 80 78 73 73
230	Красная латунь, 85% (холоднотянутая 14%)	295 195 76 20 4	40 400 46 500 62 000 79 200 71 000	13 000 14 000 16 400 20 900 18 300	48 63 83 80 82	74 79 77 75 71
443	Адмиралтейство Мышьяк (Отожженный)	295 195 76 20 4	44 800 49 600 64 600 76 800 78 600	10 600 12 600 18 700 20 800 21 100	86 91 98 99 92	81 79 73 68 72
464	Морская латунь (отожженная)	295 195 76 20 4	63 300 67 400 80 400 105 200 99 600	31 000 33 800 38 000 47 600 43 700	37 37 44 41 40	52 54 48 42 48
510	Люминофор Бронза, 5% A (Холоднотянутая 85%, пружинная)	295 195 76 20 4	77 400 85 600 105 200 131 000 116 400	72 000 78 700 89 200 104 800 100 400	18 20 34 39 34	78 78 67 62 58
614	Алюминий Бронза D (Отожженный)	295 195 76 20 4	83 200 89 500 105 800 126 400 134 500	59 400 64 800 69 500 80 600 82 400	40 45 52 48 52	66 71 64 58 59
647	Медно-никелевый сплав Кремний (Состаренный)	295 195 76 20 4	112 400 119 400 123 600 133 700 135 800	105 000 110 800 114 100 118 400 119 800	15 18 24 33 31	60 66 70 68 65
655	Высококремниевый Бронза A (Отожженный, мягкий )	295 195 76 20 4	61 400 69 900 89 000 108 900 101 200	24 200 26 800 31 900 37 600 36 900	66 68 71 72 71	79 79 69 69 70
706	Медь Никель 10% (Отожженный)	295 195 76 20 4	49 600 54 700 72 000 82 500 80 600	21 400 24 700 24 800 30 200 24 900	37 42 50 50 53	79 77 77 73 73
715	Медь Никель 30% (Отожженный)	295 195 76 20 4	57 800 68 000 89 800 103 100 104 600	18 700 22 200 31 600 38 100 40 100	47 48 52 51 48	68 70 70 66 65
	Никель- Алюминий Бронза (Отливка в песчаные формы)	295 195 76 20 4	101 200 104 600 117 100 126 600 130 500	44 000 47 800 54 900 61 600 60 100	11 9 6 6 6	9 9 7 2 5

Таблица 2 . Средние свойства меди и медных сплавов при низких температурах (продолжение)

Медная и медный сплав		Тест температура, К	Пластические свойства
			Тройные
№	ИЗИДЕНИЯ И Очистка
№	ИЗИДЕНИЯ И Очистка
№	И НЕЧА psi	Ударная нагрузка Шарпи Энергия Поглощение, ft-lb
102	Бескислородный (холоднотянутый 60%)	295 195 76 20 4	75 700 82 200 93 600 102 400 100 600	96 101 95 84
122	Фосфор Раскисленный, Высокий остаточный Фосфор (Отожженный)	295 195 76 20 4	43 300 50 400 62 300 72 000 74 700	11 112 112 118
	(Холоднотянутый 26%)	295 195 76 20 4	81 000 86 800 99 800 108 600 109 300	112 112 112 119
150	Цирконий Медь (Холоднотянутая, состаренная )	295 195 76 20 4	97 600 103 100 112 400 119 000 121 600	89 105 114 114
220	Коммерческий Бронза, 90% (отожженная)	295 195 76 20 4	49 900 55 600 69 200 76 300 78 900	112 114 112 115
230	Красная латунь, 85% (холоднотянутая 14%)	295 195 76 20 4	53 900 58 500 71 200 72 000 74 900	96 82 78 76
443	Адмиралтейство Мышьяк (Отожженный)	295 195 76 20 4	53 800 58 800 75 200 89 400 86 200	112 113 114 114
464	Морская латунь (отожженная)	295 195 76 20 4	74 700 84 800 100 700 113 900 115 400	38 42 38 35
510	Люминофор Бронза, 5% A (Холоднотянутая 85%, пружинная)	295 195 76 20 4	136 500 147 100 167 000 185 000 185 400	106 82 54 51
614	Алюминий Бронза D (Отожженный)	295 195 76 20 4	122 500 133 300 148 100 174 300 160 800	110 100 72 66
647	Медно-никелевый сплав Кремний (Состаренный)	295 195 76 20 4	189 700 194 800 204 600 255 800 212 200	110 106 109 116
655	Высококремниевый Бронза A (Отожженный, мягкий)	295 195 76 20 4	81 200 92 000 110 700 126 300 122 100	112 112 114 116
706	Медь Никель 10% (Отожженный)	295 195 76 20 4	65 000 73 100 87 200 96 800 100 000	114 113 115 116
715	Медь Никель 30% (Отожженный)	295 195 76 20 4	79 400 90 500 112 900 127 600 130 500	115 114 114 114
	Никель- Алюминий Бронза (Отливка в песчаные формы)	295 195 76 20 4	105 200 112 800 118 900 121 800 118 400	10 8 6 6

Медь и медные сплавы – общая информация

Знакомство с медью и ее сплавами

Медь — древнейший металл, используемый человеком. Его использование восходит к доисторическим временам. Медь добывалась более 10 000 лет, а медный кулон, найденный в современном Ираке, датируется 8700 г. до н.э. К 5000 г. до н.э. медь выплавляли из простых оксидов меди.

Медь встречается в виде самородного металла и в минералах куприте, малахите, азурите, халькопирите и борните. Он также часто является побочным продуктом производства серебра. Сульфиды, оксиды и карбонаты являются наиболее важными рудами.

Медь и медные сплавы являются одними из самых универсальных доступных конструкционных материалов. Сочетание физических свойств, таких как прочность, проводимость, коррозионная стойкость, обрабатываемость и пластичность, делает медь подходящей для широкого спектра применений. Эти свойства могут быть дополнительно улучшены за счет изменения состава и методов производства.

Медь в основном используется в строительной отрасли. В строительной отрасли использование материалов на основе меди широко. Применение меди в строительной отрасли включает:
~ Кровля
~ Облицовка
~ Водосточные системы
~ Системы отопления
~ Водопроводные трубы и фитинги
~ Нефтегазопроводы
~ Электропроводка

Использование меди

Строительная промышленность является крупнейшим потребителем медных сплавов. В следующем списке представлена ​​разбивка потребления меди по отраслям в годовом исчислении:
~ Строительная промышленность – 47 %
~ Электронная продукция – 23 %
~ Транспорт – 10 %
~ Потребительские товары – 11 %
~ Промышленное оборудование — 9%

Существует около 370 коммерческих составов для медных сплавов. Наиболее распространенным сплавом, как правило, является C106/CW024A – стандартный сорт меди для водопроводных труб.

Мировое потребление меди и медных сплавов в настоящее время превышает 18 миллионов тонн в год.

Области применения

Медь и медные сплавы могут использоваться в необычайно широком диапазоне применений. Некоторые из приложений для меди включают в себя:

~ Линии передачи электроэнергии

~ Архитектурные приложения

~ Приготовленная посуда

~ Зажишки для свечей

~ Электрическая проводка, кабели и шины

~ провода с высокой проводимостью

~ Электроды

~ Теплообменники

~ Олоды

~ Электроды

~ Теплообменчики

~ Олоды

~

~ Олоды

~

~. трубки

~ Сантехника

~ Медные тигли с водяным охлаждением

Кроме того, существует множество других применений медных сплавов – латуни и бронзы

Структура

Медь имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) кристаллическую структуру. Медь и ее сплавы имеют желтый/золотой/красный цвет, а при полировке приобретают яркий металлический блеск.

Переработка

Медные сплавы хорошо подходят для переработки. Около 40% годового потребления медных сплавов приходится на переработанные медные материалы.

Степень переработки латуни для свободной обработки (CZ121/CW614N) особенно высока, поскольку чистая/сухая стружка имеет высокую ценность, что способствует расчету рентабельности при выборе материала.

Свойства медных сплавов

Основные свойства медных сплавов

Медь – прочный, пластичный и ковкий материал. Эти свойства делают медь чрезвычайно подходящей для формовки труб, волочения проволоки, прядения и глубокой вытяжки. Другие ключевые свойства меди и ее сплавов включают:

~       Отличная теплопроводность

~       Отличная электропроводность

~       Хорошая коррозионная стойкость

~ Хорошая устойчивость к биологическому перевороту

~ Хорошая механизм

~ Задержка механических и электрических свойств при криогенных температурах

~ Несагнические

Другие свойства

~ Медные и медные аллее. Они могут передаваться контактным путем, поэтому их следует держать подальше от пищевых продуктов, хотя в некоторых кастрюлях используются эти металлы.

~       Большинство коммерчески используемых металлов имеют металлический белый или серебристый цвет. Медь и медные сплавы имеют желтый/золотой/красный цвет.

Температура плавления

Температура плавления чистой меди составляет 1083ºC.

Коррозионная стойкость

Все медные сплавы устойчивы к коррозии пресной водой и паром. В большинстве сельских, морских и промышленных атмосфер медные сплавы также устойчивы к коррозии. Медь устойчива к солевым растворам, почвам, неокисляющим минералам, органическим кислотам и щелочным растворам. Влажный аммиак, галогены, сульфиды, растворы, содержащие ионы аммиака и окисляющие кислоты, такие как азотная кислота, воздействуют на медь. Медные сплавы также имеют плохую устойчивость к неорганическим кислотам.

Коррозионная стойкость медных сплавов обусловлена ​​образованием липкой пленки на поверхности материала. Эти пленки относительно невосприимчивы к коррозии, поэтому защищают основной металл от дальнейшего воздействия.

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

Электропроводность

Электропроводность меди уступает только серебру. Электропроводность меди равна 9.7% проводимости серебра. Из-за своей гораздо более низкой стоимости и большей распространенности медь традиционно была стандартным материалом, используемым для передачи электроэнергии.

Однако соображения веса означают, что большая часть воздушных линий электропередач высокого напряжения теперь использует алюминий, а не медь. По весу проводимость алюминия примерно в два раза больше, чем у меди. Используемые алюминиевые сплавы имеют низкую прочность и должны быть усилены оцинкованной или покрытой алюминием высокопрочной стальной проволокой в ​​каждой пряди.

Хотя добавление других элементов улучшает такие свойства, как прочность, электропроводность несколько снижается. Например, добавление кадмия в количестве 1% может увеличить прочность на 50%. Однако это приведет к соответствующему снижению электропроводности на 15%.

Окисление поверхности/патинирование

Большинство медных сплавов образуют сине-зеленую патину при воздействии элементов на открытом воздухе. Типичным для этого является цвет Медной статуи Свободы в Нью-Йорке. Некоторые медные сплавы темнеют после длительного воздействия элементов и приобретают цвет от коричневого до черного.

Лаковые покрытия могут использоваться для защиты поверхности и сохранения первоначального цвета сплава. Акриловое покрытие с бензотриазолом в качестве добавки прослужит несколько лет в большинстве наружных условий без истирания.

Предел текучести

Предел текучести медных сплавов четко не определен. В результате, как правило, сообщается либо о 0,5% удлинении под нагрузкой, либо о смещении 0,2%.

Чаще всего предел текучести отожженного материала при растяжении на 0,5 % соответствует приблизительно одной трети предела прочности при растяжении. Упрочнение холодной обработкой означает, что материал становится менее пластичным, а предел текучести приближается к пределу прочности при растяжении.

Соединение

Обычно используемые процессы, такие как пайка и сварка, могут использоваться для соединения большинства медных сплавов. Пайка часто используется для электрических соединений. Сплавы с высоким содержанием свинца непригодны для сварки.

Медь и медные сплавы также могут быть соединены с помощью механических средств, таких как заклепки и винты.

Горячая и холодная обработка

Хотя медь и медные сплавы могут подвергаться механической обработке, они могут подвергаться как горячей, так и холодной обработке.

Пластичность можно восстановить отжигом. Это может быть сделано либо с помощью специального процесса отжига, либо путем случайного отжига посредством процедур сварки или пайки.

Отпуск

Медные сплавы могут быть указаны в соответствии со степенями отпуска. Отпуск придается холодной обработкой и последующими степенями отжига.

Типичные состояния сплавов меди:

~       Мягкий

~       Полутвердый

~       Твердый

~       Пружина

~       Дополнительная пружина.

Предел текучести медного сплава в твердом состоянии составляет примерно две трети предела прочности материалов.

Литье

Природа процесса литья означает, что большинство литых медных сплавов имеют более широкий диапазон легирующих элементов, чем деформируемые сплавы.

Кованые медные сплавы

Кованые медные сплавы производятся с использованием множества различных методов производства. Эти методы включают такие процессы, как прокатка, экструзия, волочение и штамповка.