Меди сплавы, сплавы на основе меди, содержащие Zn, Sn, Al, Ni, Fe, Mn, Si, Be, Cr, Pb, P и другие легирующие элементы (в сумме до 50%). Cплавы меди, состоящие из Сu и одного легирующего элемента, называют двойными или простыми, содержащие несколько легирующих элементов - многокомпонентными или сложными.
В двухкомпонентных сплавах меди легирующий элемент образует с Сu твердые растворы 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 сплавах меди часто наблюдается образование более сложных интерметаллических соединений.
По основным легирующим элементам сплавы меди разделяют на бронзы, латуни и медноникелевые сплавы.
Бронзы - сплавы Сu, легированные различными химическими элементами (Sn, Аl, Be, Pb и др.), кроме Zn и Ni.
Латуни - медно-цинковые сплавы, содержащие от 4 до 50% Zn. Двойные латуни с содержанием Zn до 10% называют томпаками, до 20% - полутомпаками. Маркируют двойные латуни буквой "Л" и цифрой, указывающей на содержание Сu в сплаве. Среди двойных латуней наиболее распространены сплавы, содержащие 30, 32 и 37% Zn. Латуни с содержанием Zn до 32% являются однофазными (α-латуни), содержащие 32-50%-двухфазными системами (содержат α- и β-фазы). α-Латуни представляют собой твердые растворы замещения Zn в Сu и имеют гранецентрированную кубическую решетку; β-латуни образуют соединения с э/а = 3/2 и имеют объемноцентрированную кубическую решетку.
Сложные латуни получают дополнительным легированием простых латуней различными элементами, например Al, Mn, Sn, Ni, Fe. В марках легированных латуней буквами обозначают качественный 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. Hаиболее 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 которых достигается термической обработкой со старением, например ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5.
Получают латуни сплавлением меди с легирующими элементами, обычно в электрических индукционных печах. Получение латуни прямым сплавлением элементов затруднено из-за большой разницы температур 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 латунидавлением (деформируемые латуни) или с использованием литья. Латуни отличаются хорошими механическими свойствами, высокой коррозионной стойкостью, пластичностью. прочностью. Зависимость прочности, пластичности и электрического сопротивления латуней от содержания Zn показана на рисунке. Латуни превосходят Сu по прочности на растяжение: sраст для Сu 450 MПа, для ЛАЖ > 600 MПа, для β-латуни > 740 MПа при удлинении (d) более 12%. Используют латуни для произ-ва листов, лент, полос, труб, проволоки, которые изготовляют при горячей или холодной обработке расплава. Из полученных полуфабрикатов изготовляют электротехнические и машиностроительные детали, части приборов, медали, сетки и пр.
Зависимость электрического 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 растворов, его введение повышает коррозионную стойкость, твердость, прочность, модуль упругости и температуру плавления сплава, понижает его теплопроводность, электрическая проводимость и температурный коэффициент электрического сопротивления. Медноникелевые сплавы обрабатывают давлением в горячем и холодном состоянии. Применяют в кораблестроении, для изготовления деталей, работающих при повышенной температуре и давлении.
Все сплавы меди обладают высокой стойкостью против атмосферной и газовой коррозии. Для латуней, нейзильбера, бериллиевых и других 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. Сплавы меди 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 раствор Сu и Zn с последующим осаждением Сu в сплаве. При этом наблюдается сохранение медного остова, изделие не меняет своей формы, но утрачивает прочность. Латуни с повышенным содержанием Zn наиболее подвержены такому виду коррозии. Склонность сплавы меди к обесцинкованию уменьшается в присутствии добавок As (не более 0,5% по массе). Подобная селективная коррозия характерна также для алюминиевых и оловянных бронз.
Сплавы меди слабо поддаются почвенной коррозии. Исключение - латуни, которые в этих условиях подвержены обесцинкованию. В естественных водных (речных и морских) средах сплавы меди подвергаются кавитационному разрушению (например, разрушение корабельных винтов), являющемуся результатом коррозии и действия на сплав высокотурбулентного потока воды.
Скорость коррозии в кислотных средах возрастает с повышением температуры, концентрации кислоты, степени аэрации раствора и скорости потока. Наиболее стойки к кислотам оловянные, алюминиевые и кремнистые бронзы, а также медно-никелевые сплавы; применять латуни в контакте с кислотами не рекомендуется. В окислит. средах и горячих щелочных растворах все сплавы меди быстро разрушаются. сплавы меди нельзя также использовать в контакте с Н2О2, расплавленной серой, H2S и SO2. Галогены в сухих условиях мало действуют на сплавы меди, но при наличии влаги вызывают коррозию. На пов-сти сплавы меди образуются защитные пленки Cu2O, Cu(OH)2, CuCO3 и других соединений Сu, слабо растворимых в воде. Это способствует появлению с течением времени на поверхности так называемой патины, которая придает художественным изделиям из сплавы меди особый внешний вид.
Специфическая особенность нейзильбера, латуней, бериллиевых, марганцевых и алюминиевых бронз - склонность к коррозии под напряжением, т.е. растрескиванию при одновременном воздействии внеш. сил или остаточных внутренних механических напряжений и коррозионной среды. Такая коррозия возникает в присутствии NH3, паров Hg, растворов ее солей, в загрязненной влажной атмосфере (сезонная болезнь). Предотвращают коррозионное растрескивание отжигом при температуре 250-800њС, снимающим внутреннее напряжение сплава, или легированием.
Механические свойства сплавы меди изменяются в широких пределах при холодной обработке давлением и при отжиге. Холодной деформацией (наклепом) можно увеличить твердость и предел прочности сплавы меди в 1,5-3 раза при одновременном снижении пластичности, которую затем восстанавливают отжигом. Смягчающий отжиг латуней и бронз после холодной обработки проводят при 600-700 њС.
По назначению сплавы меди 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 сплавы меди содержат от одного до трех легирующих компонентов (напр., Со, Сr, Mg, Zr) и обычно перед использованием подвергаются термической обработке. Предназначены для изготовления проводников электрического тока, эксплуатируемых при высокой температуре, электродов сварочных машин и т. п. К конструкционным сплавы меди относят главным образом 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 - главным образом бериллиевые бронзы, медно-никелевые сплавы. Их применяют для изготовления пружин, эксплуатируемых до температуры 130њС. Электротехнический сплавы меди отличаются малым температурным коэффициент электрического сопротивления, жаропрочностью. Используют такие сплавы для изготовления электрических 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.
