Химическая энциклопедия

МЕДИ СПЛАВЫ , сплавы на основе меди, содержащие Zn, Sn, Al, Ni, Fe, Mn, Si, Be, Cr, Pb, P и др. легирующие элементы (в сумме до 50%). М. с., состоящие из Сu и одного легирующего элемента, наз. двойными или простыми, содержащие неск. легирующих элементов - многокомпонентными или сложными. В двухкомпонентных М.с. легирующий элемент образует с Сu твердые р-ры замещения, или интерметаллиды , имеющие определенное соотношение числа валентных электронов к числу атомов (э/а). Обычно э/а составляет ³/₂ (напр., для CuZn, Cu₃Al, Cu₅Sn), ²¹/₁₃ (Cu₅Zn₈, Cu₉Al₄, Cu₃₁Sn₈) и ⁷/₄ (CuZn₃, Cu₃Sn). Кроме того, в М.с. часто наблюдается образование более сложных интерметаллич. соединений. По основным легирующим элементам М.с. разделяют на бронзы, латуни и медноникелевые сплавы. Бронзы - сплавы Сu, легированные разл. хим. элементами (Sn, Аl, Be, Pb и др.), кроме Zn и Ni. Подробнее см. ст. Бронзы . Латуни - медно-цинковые сплавы, содержащие от 4 до 50% Zn. Двойные латуни с содержанием Zn до 10% наз. томпаками, до 20% - полутомпаками. Маркируют двойные латуни буквой "Л" и цифрой, указывающей на содержание Сu в сплаве. Среди двойных латуней наиб. распространены сплавы, содержащие 30, 32 и 37% Zn. Латуни с содержанием Zn до 32% являются однофазными (a-латуни), содержащие 32-50%-двухфазными системами (содержат a- и b-фазы). a-Латуни представляют собой твердые р-ры замещения Zn в Сu и имеют гранецентрир. кубич. решетку; b-латуни образуют соед. с э/а = ³/₂ и имеют объемноцентрир. кубич. решетку. Сложные латуни получают дополнит. легированием простых латуней разл. элементами, напр. Al, Mn, Sn, Ni, Fe. В марках легированных латуней буквами обозначают качеств. состав сплава, числами - содержание компонентов; первое число означает содержание Сu, следующие - легирующих добавок. Легирующие элементы обозначают буквами: А-Аl, H-Ni, О-Sn, Ц-Zn, C-Pb, Ж-Fe, Мц-Mn, К-Si, Ф-Р, Т-Тi. Hаиб. распространены: оловянная адмиралтейская, или морская (ЛО62-1), алюминиевая, никелевая или алюмоникелевая (марка последней ЛАН59-3-2) и железомарганцевая (ЛЖМц59-1-1). Созданы также многофазные (дисперснотвердеющие) латуни, упрочнение к-рых достигается термич. обработкой со старением, напр. ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5. Получают латуни сплавлснием меди с легирующими элементами, обычно в электрич. индукционных печах. Получение латуни прямым сплавлением элементов затруднено из-за большой разницы т-р плавления этих металлов и большой упругости пара Zn, поэтому при сплавлении обычно вводят лигатуру (небольшое кол-во готового сплава Cu-Zn), облегчающую сплавление компонентов. Обрабатывают латуни давлением (деформируемые латуни) или с использованием литья. Латуни отличаются хорошими мех. св-вами, высокой коррозионной стойкостью, пластичностью, прочностью. Зависимость прочности, пластичности и электрич. сопротивления латуней от содержания Zn показана на рисунке. Латуни превосходят Сu по прочности на растяжение: s_раст для Сu 450 MПа, для ЛАЖ > 600 MПа, для b-латуни > 740 MПа при удлинении (d) более 12%. Используют латуни для произ-ва листов, лент, полос, труб, проволоки, к-рые изготовляют при горячей или холодной обработке расплава. Из полученных полуфабрикатов изготовляют электротехн. и машиностроит. детали, части приборов, медали, сетки и пр.

Зависимость электрич. сопротивления (а), пластичности (б)и прочности (в)латуней от содержания Сu в сплаве: 1 - наклепанная латунь; 2 -отожженная латунь; 3 - литая латунь. К медно-никелевым сплавам относятся мельхиоры (содержат 20-30% Ni и легирующие элементы Fe, Mn и др.), нейзильбер (5-35% Ni, 12-46% Zn), константан (40% Ni, 1,5% Mn), манганин (30% Ni, 12% Mn) и др. Никель образует с медью непрерывный ряд твердых р-ров, его введение повышает коррозионную стойкость, твердость, прочность, модуль упругости и т-ру плавления сплава, понижает его теплопроводность, электрич. проводимость и температурный коэф. электрич. сопротивления. Медноникелевые сплавы обрабатывают давлением в горячем и холодном состоянии. Применяют в кораблестроении, для изготовления деталей, работающих при повышенной т-ре и давлении. Все М.с. обладают высокой стойкостью против атмосферной и газовой коррозии. Для латуней, нейзильбера, бериллиевых и др. бронз она составляет (0,5-30).10^-4 мм в год. Существенно замедляют их окисление Be, Zn и Al, способствующие образованию на поверхности сплава защитной пленки; заметно уменьшают коррозию также Si, Sn, Zn, Cd; не влияют - Fe, Ni, Co, Mn, Sb, Ag, P; присутствие в сплаве Сr, Se, As ускоряет его окисление. М.с. устойчивы в атмосфере СО₂, сухого NH₃, незагрязненного сухого и влажного водяного пара. При длительной (десятки лет) атмосферной коррозии латунь подвергается обесцинкованию. Этот процесс протекает вследствие селективной коррозии Zn или перехода в результате коррозии в р-р Сu и Zn с послед. осаждением Сu в сплаве. При этом наблюдается сохранение медного остова, изделие не меняет своей формы, но утрачивает прочность. Латуни с повыш. содержанием Zn наиб. подвержены такому виду коррозии. Склонность М.с. к обесцинкованию уменьшается в присут. добавок As (не более 0,5% по массе). Подобная селективная коррозия характерна также для алюминиевых и оловянных бронз. М.с. слабо поддаются почвенной коррозии. Исключение -латуни, к-рые в этих условиях подвержены обесцинкованию. В естеств. водных (речных и морских) средах М.с. подвергаются кавитационному разрушению (напр., разрушение корабельных винтов), являющемуся результатом коррозии и действия на сплав высокотурбулентного потока воды. Скорость коррозии в кислотных средах возрастает с повышением т-ры, концентрации к-ты, степени аэрации р-ра и скорости потока. наиб. стойки к к-там оловянные, алюминиевые и кремнистые бронзы, а также медно-никелевые сплавы; применять латуни в контакте с к-тами не рекомендуется. В окислит. средах и горячих щелочных р-рах все М.с. быстро разрушаются. М.с. нельзя также использовать в контакте с Н₂О₂, расплавленной серой, H₂S и SO₂. Галогены в сухих условиях мало действуют на М.с., но при наличии влаги вызывают коррозию. На пов-сти М.с. образуются защитные пленки Cu₂O, Cu(OH)₂, CuCO₃ и др. соед. Сu, слабо р-римых в воде. Это способствует появлению с течением времени на пов-сти т. наз. патины, к-рая придает художеств. изделиям из М.с. особый внеш. вид. Специфич. особенность нейзильбера, латуней, бериллиевых, марганцевых и алюминиевых бронз - склонность к коррозии под напряжением, т.е. растрескиванию при одновременном воздействии внеш. сил или остаточных внутр. мех. напряжений и коррозионной среды. Такая коррозия возникает в присут. NH₃, паров Hg, р-ров ее солей, в загрязненной влажной атмосфере (сезонная болезнь). Предотвращают коррозионное растрескивание отжигом при т-ре 250-800 °С, снимающим внутр. напряжение сплава, или легированием. Мех. св-ва М.с. изменяются в широких пределах при холодной обработке давлением и при отжиге. Холодной деформацией (наклепом) можно увеличить твердость и предел прочности М.с. в 1,5-3 раза при одновременном снижении пластичности, к-рую затем восстанавливают отжигом. Смягчающий отжиг латуней и бронз после холодной обработки проводят при 600-700 °С. По назначению М.с. подразделяют на антифрикционные, жаропрочные, конструкционные, пружинные и электротехнические. К первым относят свинцовистую бронзу, легированные алюминиевые бронзы, свинцовистую латунь. Применяют их для заливки стальных вкладышей тяжелогруженых подшипников, для изготовления узлов трения, втулок, фрикционных дисков и пр. Жаропрочные М. с. содержат от одного до трех легирующих компонентов (напр., Со, Сr, Mg, Zr) и обычно перед использованием подвергаются термич. обработке. Предназначены для изготовления проводников электрич. тока, эксплуатируемых при высокой т-ре, электродов сварочных машин и т. п. К конструкционным М.с. относят гл. обр. двойные латуни и латуни, легированные небольшими добавками Sn, Al, Fe, Si, Ni, Mn. Из них изготовляют трубы для конденсаторов и радиаторов, посуду, гильзы и др. Пружинные сплавы - гл. обр. бериллиевые бронзы, медно-никелевые сплавы. Их применяют для изготовления пружин, эксплуатируемых до т-ры 130°С. Электротехн. М.с. отличаются малым температурным коэф. электрич. сопротивления, жаропрочностью. Используют такие сплавы для изготовления электрич. приборов, реостатов, резисторов. Лит.: Смирягин А. П., Смирягина Н. А., Белова А. В., Промышленные цветные металлы и сплавы, Справочник, 3 изд., М., 1974; [Металловедение медных сплавов], в сб.: Научные труды института Гипроцветметобработка, М., 1975-85.