Характеристика медь – Свойства меди – все важные характеристики металла + Видео

alexxlab | 13.06.2020 | 0 | Разное

Медь: свойства характеристики применение металла

Главная страница » Медь: свойства характеристики применение металла

Медь (производная греческого слова «Κύπρος») — материал, с которым приходится сталкиваться повсеместно в обычной жизни, даже не замечая и не задумываясь о контакте. Каждый раз, применяя какое-то электрическое устройство, например, пылесос или стиральную машину, пользователь прямо или косвенно контактирует с медью. Универсальный металл – неотъемлемая часть высокотехнологичных гаджетов и машин — от электронных микроскопов и мобильных телефонов, до простых пищевых кастрюль. Примерно 10 000 лет насчитывает вся история существования меди с момента обнаружения этого металла на Кипре. Этого вполне достаточно, чтобы уделить внимание популярному металлу.

Содержимое публикации

Что такое медь в общем смысле слова?

Медь физически выглядит мягким металлом, имеющим красновато-оранжевый окрас. Особенность металла хорошая электрическая проводимость и тепловой обмен. Среди распространённых химических элементов, присутствующих в земной коре, медь занимает 25 место своеобразного рейтинга.

Медные прутки разного диаметра наглядно демонстрируют внешний вид материала и качество структуры в целом. Однако это наиболее простые изделия из всех возможных

Ведущим поставщиком меди в мире является Чили (примерно треть мировой добычи). Также список достаточно мощных источников добычи дополняют:

  • Польша
  • Англия
  • Канада
  • Перу
  • Соединенные Штаты
  • Замбия
  • Австралия

Если сравнивать с алюминием и титаном, медь при добыче нередко встречается в необработанном виде, смешанном в породах с другими металлами — золотом, серебром, свинцом.

Также встречаются медьсодержащие минералы — халькоцит, халькопирит, борнит. Несмотря на объёмную добычу меди из недр земли, достаточно большие объёмы производятся методом переработки материалов, к примеру, устаревшего электрооборудования.

Процесс производства химического элемента

Как правило, концентрация меди в руде отмечается на уровне не более 4%. Подавляющее большинство руды составляют отходы. Используются различные процессы для разделения меди и отходов.

Точный характер процесса переработки зависит от металлов и других примесей, смешанных с медью, а также от требований к чистоте конечного продукта. Процесс очистки обычно охватывает несколько этапов разной сложности. Каждая стадия удаления примесей даёт большую концентрацию и улучшение чистоты меди.

Примерно таким выглядит природный медный минерал, встречающийся в процессе добычи популярного химического элемента. Подобные образования отличаются более высоким содержанием вещества

Типичный процесс начинается с функции дробления руды с последующим приготовлением суспензии путём добавления воды. Суспензия загружается в резервуары, смешивается с воздухом и маслянистыми химикатами. Это примеси, помогающие отделить частицы «Cuprum» от других присутствующих минералов.

Затем оставшуюся руду нагревают в большой плавильной печи, где сжигаются оставшиеся примеси. После термообработки остаётся материал — медный штейн, по меньшей мере, содержащий 50% меди.

На следующем этапе проводится второй процесс нагревания медного штейна с кремнеземом и воздухом с целью ещё более «тонкого» удаления отходов. Остаётся переработанный материал — черновая медь, обладающий чистотой более 97%.

Максимально возможную чистоту меди получают электролизом, когда электрический ток пропускается через раствор, содержащий медь. Медь, полученная электролизом, характерна степенью чистоты на уровне 99,9% — идеальный материал для проводки электричества.

Физические свойства меди

Физически медь очень хорошо проводит тепло и электричество. Материал относительно мягкий и легкий. Металл не ржавеет, но подвержен эффекту окисления на открытом воздухе.

Традиционное применение медных проводников в конструкции электрических двигателей. Вместе с тем существует огромный ассортимент медных проводов, в том числе изолированных, скрученных, многожильных, специальных и других

Структура материала допускает значительное усложнение посредством образования более длинных кристаллов. Этим увеличивается общая структура с образованием нечто подобного «арматуре» железобетона.

Какие существуют соединения «Cuprum»?

Несмотря на слабую реакционную способность меди, этот металл допускает создание широкого спектра полезных соединений и сплавов. Когда атомы меди соединяется с атомами других металлов, химически отмечаются два совершенно разных поведения:

  1. Образуются соединения Cuprum I
  2. Образуются соединения Cuprum II

Двумя наиболее важными соединениями меди являются сульфат меди (II) ярко-синего цвета, используемый в сельском хозяйстве и в медицине, а также хлорид меди (II), применяемый в качестве антисептика древесины, а также в полиграфической и красильной индустрии.

Как получают медные сплавы?

Получение медных сплавов выполняется путём смешивания с одним или несколькими другими металлами. В результат получается новый материал, сочетающий лучшие свойства. Самые известные медные сплавы — бронза и латунь. Металл бронза — сплав, где основой структуры являются медь и олово. Иногда добавляется цинк или свинец.

Продукт на основе никель-медного сплава характеризуется не только улучшенными механическими свойствами, но также демонстрирует улучшенный внешний вид

Бронза существенно твёрже, прочнее и устойчивее (с точки зрения коррозии) чистой меди. Разновидности бронзы отличаются разными пропорциями отмеченных ингредиентов в структуре. Например, твердая бронза для изготовления статуй обычно содержит:

  • 78,5% меди,
  • 17,2% цинка,
  • 2,9% олова
  • 1,4% свинца.

Латунь также представляет сплав меди и обычно содержит 10-50% цинка, в зависимости от предназначения к использованию.

Для чего применим медный металл?

Конкретное применение материалов целиком и полностью зависит от физических и химических свойств, которыми эти материалы обладают. Собственно, в этом кроется суть науки, именуемой материаловедением. Что касается конкретно меди, мягкий, ковкий и пластичный материал проводит электричество и тепло, имеет приятный внешний вид.

Вот почему две основных сферы применения меди – это строительство зданий и производство электрического (электронного) оборудования. Крайне сложно найти электрический (электронный прибор), конструкция которого не содержит меди.

Бытовые и хозяйственные аксессуары, предметы искусства и поделок достаточно часто выполняются на основе медного материала. Получаются очень интересные привлекательные изделия

Поскольку «Cuprum» хороший проводник тепла, этот материал также широко используется в производстве аксессуаров бытовой сферы. Классический пример — кастрюли с медным дном. Учитывая, что металл не ржавеет, актуальным видится применение в качестве покрытий (например, как в своё время для покрытия днищ кораблей). Наконец, производство денег никак не обходится без меди.

Особенности присущие популярному химическому элементу

Практически идеальным электрическим проводником считается именно медный материал. Лучшие свойства проводимости демонстрирует только серебро. Однако по сравнению с медью, проводник серебра – это достаточно дорогое удовольствие.

Поэтому серебряные электрические линии транспорта тока применяются очень ограниченно, в схемах устройств, предъявляющих особые требования к передаче электричества.

Многие живые организмы и природные растения нуждаются в некоторых количествах «Cuprum». Такая природная «добавка» помогает в прямом смысле выживать растениям и организмам.

Если среди живых организмов выделить именно человека, определённые количества меди, поступающей в организм, способствует образованию гемоглобина, ответственного за транспорт кислорода в крови.


 

zetsila.ru

Основные свойства меди

Свойства

Марка меди

МТ

ММ

Удельное сопротивление p, мкОм·м

0,0177 – 0,0180

0,01724

Предел прочности при растяжении Gв, МПа

250 – 300

200 – 280

Относительное удлинение δ, %

0,5 – 5,0

18 – 50

Относительное сужение Ψ, %

55

75

Твердость по Бринеллю, НВ

65 – 120

35 – 38

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

Марка

Содержание Сu, % не менее

Марка

Содержание Сu, % не менее

М00 б

99,99

М1 р

99,90

М00

99,96

М2

99,70

М0 б

99,97

М2 р

99,70

М0

99,95

М3

99,50

М1 б

99,95

М3 р

99,50

М1 у

99,90

М4

99,00

М1

99,90

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

studfiles.net

Медь или Сu(29)

Медь - металл розово-красного цвета, относится к группе тяжелых металлов, является отличным проводником тепла и электрического тока. Электропроводность меди в 1,7 раза выше, чем у алюминия, и в 6 раз выше, чем у железа.

Медь. Она имеет характерный красноватый цвет, в природе встречается в виде сернистых соединений, в окислах и очень редко в чистом виде. Медь маркируют буквой М. В зависимости от чистоты меди (ГОСТ 859-2001). Самая чистая медь - содержит 99,99% меди и 0,01% примесей. Благодаря высокой пластичности медь хорошо обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии. Она обладает хорошей электропроводностью. Из нее изготовляют проводники электрического тока - провода и кабели.

Химические свойства меди

Медь - малоактивный металл, который не взаимодействует с водой, растворами щелочей, соляной и разбавленной серной кислотой. Однако, медь растворяется в сильных окислителях (например, азотной и концентрированной серной).

Медь обладает достаточно высокой стойкостью к коррозии. Однако, во влажной атмосфере, содержащей углекислый газ, поверхность металла покрывается зеленоватым налетом (патиной).

Основные физические свойства меди

Температура плавления °C

1084

Температура кипения °C

2560

Плотность, γ при 20°C, кг/м³

8890

Удельная теплоемкость при постоянном давлении, Ср при 20°C, кДж/(кг•Дж)

385

Температурный коэффициент линейного расширения, а•106 от 20 до 100°C, К-1

16,8

Удельное электрическое сопротивление, р при 20°C, мкОм•м

0,01724

Теплопроводность λ при 20°C, Вт/(м•К)

390

Удельная электрическая проводимость, ω при 20°C, МОм/м

58

Механические свойства меди

Свойства

Состояние

Деформированное

Отожженное 

Предел прочности на разрыв, σ МПа

340 - 450

220 - 245

Относительное удлинение после разрыва, δ ψ%

4 - 6

45 - 55

Относительное сужение, после разрыва, %

40 - 60

65 - 80

Твердость по Бринеллю, НВ

90 - 110

35 - 55

При отрицательных температурах медь имеет более высокие прочностные свойства и более высокую пластичность, чем при температуре 20°С. Признаков холодноломкости техническая медь не имеет. С понижением температуры увеличивается предел текучести меди и резко возрастает сопротивление пластической деформации.

Применение меди

Такие свойства меди, как электропроводность и теплопроводность, обусло- вили основную область применения меди - электротехническая промыш- ленность, в частности, для изготовления проводов, электродов и т. д. Для этой цели применяется чистый металл (99,98-99,999%), прошедший электролитическое рафинирование. 

Медь обладает многочисленными уникальными свойствами: устойчивостью к коррозии, хорошей технологичностью, достаточно долгим сроком службы, прекрасно сочетается с деревом, природным камнем, кирпичом и стеклом. Благодаря своим уникальным свойствам, с древнейших времен этот металл используется в строительстве: для кровли, украшения фасадов зданий и т. д. Срок службы медных строительных конструкций исчисляется сотнями лет. Кроме этого, из меди изготовлены детали химической аппаратуры и инструмент для работы с взрывоопасными или легковоспламеняющимися веществами. 

Очень важная область применения меди - производство сплавов. Один из самых полезных и наиболее употребляемых сплавов - латунь (или желтая медь). Ее главные составные части: медь и цинк. Добавки других элементов позволяют получать латуни с самыми разнообразными свойствами. Латунь тверже меди, она ковкая и вязкая, потому легко прокатывается в тонкие листы или выштамповывается в самые разнообразные формы. Одна беда: она со временем чернеет. 

С древнейших времен известна бронза. Интересно, что бронза более легкоплавка по сравнению с медью, но по своей твердости превосходит отдельно взятые чистые медь и олово. Если еще 30-40 лет назад бронзой называли только сплавы меди с оловом, то сегодня уже известны алюминиевые, свинцовые, кремниевые, марганцевые, бериллиевые, кадмиевые, хромовые, циркониевые бронзы.

Медные сплавы, так же как и чистая медь, с давних пор используются для производства различных орудий, посуды, применяются в архитектуре и искусстве. 

Медные чеканки и бронзовые статуи украшали жилище людей с древних времен. До наших дней сохранились изделия из бронзы мастеров Древнего Египта, Греции, Китая. Большими мастерами в области бронзового литья были японцы. Гигантская фигура Будды в храме Тодайдзи, созданная в VIII веке, весит более 400 тонн. Чтобы отлить такую статую, требовалось поистине выдающееся мастерство.

  1. Алюминий, свойства, применение.

Алюминий. Алюминий - мягкий металл белого цвета. Он добывается путем электролиза из алюминиевой руды - бокситов и хорошо поддается прокатке и ковке. Особенностями алюминия являются легкость, хорошая электропроводность (60% электропроводности меди) и высокая коррозийная стойкость.

По ГОСТ 3549-55 алюминий выпускается нескольких марок. Самой высокой по чистоте является марка АВ0000, содержащая 99,996% алюминия. Из алюминия изготовляют провода, кабели, змеевики (испарители) в холодильниках и т. д. Окислы алюминия безвредны.

   Алюминий характеризуется высокой электро- и теплопроводностью, коррозионной стойкостью, пластичностью, морозостойкостью. Важнейшим свойством алюминия является его  малая плотность (примерно 2.70 г/куб.см).  Температура плавления алюминия около 660 С.

       Физико-химические, механические и технологические свойства алюминия очень сильно зависят от вида и количества примесей, ухудшая большинство свойств чистого металла.  Основными естественными примесями в алюминии являются железо и кремний.  Железо, например, присутствуя в виде самостоятельной фазы Fe-Al,  снижает электропроводность и коррозионную стойкость, ухудшает пластичность, но несколько повышает прочность алюминия.

        В зависимости от степени очистки первичный алюминий разделяют на алюминий  высокой и технической чистоты (ГОСТ 11069-2001). К техническому алюминию относятся также марки с маркировкой АД, АД1, АД0, АД00 (ГОСТ 4784-97).  Технический алюминий всех марок получают электролизом криолит-глиноземных расплавов. Алюминий высокой чистоты получают дополнительной очисткой технического алюминия. Особенности свойств алюминия высокой и особой чистоты рассмотрены в книгах

лектропроводность.

       Важнейшее свойство алюминия – высокая электропроводность, по которой он уступает только серебру, меди и золоту. Сочетание высокой электропроводности с малой плотностью позволяет алюминию конкурировать с  медью в сфере кабельно-проводниковой продукции.

       На электропроводность алюминия кроме железа и кремния сильно влияет хром, марганец, титан. Поэтому в алюминии, предназначенном для изготовления проводников тока, регламентируется содержание ещё нескольких примесей. Так, в алюминии марки А5Е при допускаемом содержании железа 0.35%, а кремния  0.12%, сумма примесей Cr+V+Ti+Mn не должна превышать всего лишь 0.01%.

     Электропроводность зависит от состояния материала. Длительный отжиг при 350 С улучшает проводимость, а нагартовка  проводимость ухудшает.

     Величина удельного электрического сопротивления при температуре 20 С составляет  Ом*мм2/м или мкОм*м :

0.0277  –  отожженная проволока из алюминия марки А7Е

0.0280 –  отожженная проволока из алюминия марки А5Е

0.0290 – после прессования, без термообработки из алюминия марки АД0

     Таким образом удельное электросопротивление проводников из алюминия примерно в 1.5 раза выше электросопротивления медных проводников. Соответственно электропроводность (величина обратная удельному сопротивлению)  алюминия составляет 60-65% от электропроводности меди. Электропроводность алюминия растет с уменьшением количества примесей.

      Температурный коэффициент электросопротивления алюминия (0.004) приблизительно такой же, как у меди.

       Теплопроводность

      Теплопроводность алюминия при 20 С составляет примерно 0.50 кал/см*с*С и возрастает с увеличением чистоты металла. По теплопроводности алюминий уступает только серебру и меди (примерно 0.90), втрое превышая теплопроводность малоуглеродистой стали. Это свойство определяет применение алюминия в радиаторах охлаждения и теплообменниках.

 

      Другие физические свойства.

     Алюминий имеет очень высокую удельную теплоемкость (примерно 0.22 кал/г*С). Это значительно больше, чем для большинства металлов (у меди – 0.09). Удельная теплота плавления также очень высока (примерно 93 кал/г). Для сравнения – у меди и железа эта величина составляет примерно 41-49 кал/г.

     Отражательная способность алюминия сильно зависит от его чистоты. Для алюминиевой фольги чистотой 99.2% коэфициент отражения белого света равен 75%, а для фольги с содержанием алюминия 99.5% отражаемость составляет уже 84%.

        Коррозионные свойства алюминия.

       Сам по себе алюминий является очень химически активным металлом. С этим связано его применение в алюмотермии и в производстве ВВ. Однако на воздухе алюминий покрывается тонкой (около микрона), пленкой окиси алюминия. Обладая высокой прочностью и химической инертностью, она защищает алюминий от дальнейшего окисления и определяет его высокие антикоррозионные свойства во многих средах.

ехнологические свойства

      Высокая пластичность алюминия позволяет производить фольгу (толщиной до 0.004 мм),  изделия глубокой вытяжкой, использовать его для заклепок.

      Алюминий технической чистоты при высоких температурах проявляет хрупкость.

      Обрабатываемость резанием очень низкая.

      Температура рекристаллизационного отжига 350-400 С, температура отпуска – 150 С.

      Свариваемость.

      Трудности сварки алюминия обусловлены 1) наличием прочной инертной окисной пленки, 2) высокой теплопроводности.

      Тем не менее алюминий считается хорошо свариваемым металлом. Сварной шов имеет прочность основного металла (в отожженном состоянии) и такие же коррозионные свойства. Подробно о сварке алюминия см., например, www.weldingsite.com.ua.

 

       Применение.

      Из-за низкой прочности алюминий применяется только для ненагруженных элементов конструкций, когда важна высокая электро- или теплопроводность, коррозионная стойкость, пластичность или свариваемость. Соединение деталей осуществляется сваркой или заклепками. Технический алюминий применяется как для литья, так и для производства проката.

  1. Сплавы на основе меди, марки, применение.

В настоящее время считается, что бронзовому веку предшествовал период, когда оружие и инструменты человек делал из меди. В то же время из употребления не исчезли еще кремниевые орудия, поэтому его называют каменно-медным веком.

Трудно установить точно, когда именно люди начали добывать и обрабатывать металлы. Можно лишь предположить, какие из металлов первыми нашли применение. Очевидно, это были металлы, которые в природе встречаются в виде самородков. К таким наиболее распространенным металлам относятся медь и золото. Скорее всего, золото и было первым металлом, который люди начали использовать. Однако из-за низких механических свойств изготовлять орудия труда или оружие было нецелесообразно. Поэтому, очевидно, первые мелкие изделия, такие как наконечники для стрел и копий, выковывали из найденных самородков меди. Было обнаружено, что при холодной ковке медь не только принимает нужную форму, но и становится тверже. Затем люди открыли, что упрочненный ковкой металл можно снова сделать мягким, нагрев его на огне. В дальнейшем люди научились плавить медь и отливать ее в определенные формы. 

Однако медь при всех своих достоинствах имела существенный недостаток – медные орудия труда и инструменты быстро затуплялись. Даже в холодноупрочненном состоянии свойства меди были не настолько высоки, чтобы заменить изделия из камня. 

Решающую роль в этом направлении сыграли сплавы меди с другими элементами (бронзы). Основными преимуществами сплавов по сравнению с медью были их лучшие литейные свойства, значительно более высокие твердость и прочность, более сильное упрочнение при холодной деформации.

Наиболее распространенными леги­ру­ющими элементами в меди являются цинк, алюминий, олово, железо, кремний, мар­га­нец, бериллий, никель, которые существен­но повышают ее прочностные свойства. На рис. 66 показано влияние некоторых ле­гирующих элементов на предел прочности меди sв, МПа. Легирующие элементы, по­вы­шая прочность, практически не снижают, а некоторые из них (алюминий, цинк, олово) даже повышают пластичность.

Медные сплавы, как и сплавы на основе алюминия, подразделяются на де­фор­ми­ру­емые и литейные, термически неупрочняемые. Однако наиболее часто медные спла­вы делят на латуни и бронзы (рис. 67).

Латунями называются сплавы на основе меди, в которых главным легирующим элементом является цинк. Бронзы – все сплавы меди (кроме латуней) с легирующими элементами.

Обозначение медных сплавов. Медные сплавы маркируются по химическому составу. Для этого используются буквы (табл. 12), обозначающие легирующие элементы и числа, показывающие количество элементов в массовых процентах (мас. %).

Таблица 12

 

studfiles.net

Общая характеристика и классификация медных сплавов

Для повышения прочностных свойств медь легируют цинком, оловом, алюминием, марганцем, железом, кремнием, никелем. Повышая прочность медных сплавов, легирующие элементы практически не снижают, а некоторые из них (цинк, алюминий) увеличивают пластичность. Высокая пластичность – отличительная особенность медных сплавов. По прочности медные сплавы уступают сталям. Сплавы меди устойчивы против коррозии, обладают хорошими антифрикционными, технологическими и механическими свойствами и широко используются в качестве конструкционных материалов.

По технологическим свойствам медные сплавы подразделяют на деформируемые (обрабатываемые давлением) и литейные. Из деформируемых медных сплавов изготавливают трубы, листы, ленту, проволоку, из литейных путем литья различные фасонные детали.

По способности упрочняться с помощью термической обработки медные сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые термической обработкой.

По химическому составу медные сплавы подразделяют на две основные группы: латуни и бронзы.

Медные сплавы маркируют по химическому составу, используя буквы для обозначения элементов и числа для указания их массовых долей. В медных сплавах буквенные обозначения отличаются от обозначений, принятых для сталей. Алюминий в них обозначают буквой А, бериллий – Б, железо – Ж, кремний – К, магний – Мг, марганец – Мц, медь – М, мышьяк – Мш, никель – Н, олово – О, свинец – С, серебро – Ср, сурьма – Су, фосфор – Ф, цинк – Ц, цирконий – Цр, хром – Х.

Латуни

Латунями называют сплавы меди с цинком, а иногда с добавками небольшого количества других элементов. Из цветных сплавов латуни являются самыми распространенными.

По назначению и технологическим признакам латуни подразделяются на деформируемые и литейные.

Латуни маркируются буквой Л. В деформируемых латунях, не содержащих кроме меди и цинка других элементов, за буквой Л ставиться число, показывающее среднее содержание меди. В многокомпонентных латунях после Л ставятся буквы – символы элементов, а затем числа, указывающие содержание меди и каждого легирующего элемента. Например, латунь марки Л68 содержит 68% меди, остальное цинк. Латунь ЛЖМц 59-1-1 содержит 59% меди, 1% железа, 1% марганца, остальное – цинк. В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставиться непосредственно за буквой, обозначающей его. Например, латунь ЛЦ40Мц3А содержит 40% цинка, 3% марганца, 1% алюминия, остальное – медь.

Цвет (от красноватого до светло-желтого) и механические свойства латуни изменяются при увеличении содержания в них цинка.

Структура латуней зависит от их состава и может быть установлена по известной диаграмме состояния системы медь – цинк (Cu - Zn). В системе CuZn образуется шесть твердых растворов: α, β, γ, δ, σ, η, но практическое применение имеют латуни, содержащие до 45% цинка.

Левая часть диаграммы состояния CuZn, включающая область однофазных (α) и двухфазных (α + β) латуней, приведена на рис. 45.

Однофазная α–латунь представляет собой твердый раствор цинка в меди с решеткой ГЦК и может содержать до 39% цинка. Однофазная α–латунь характеризуется высокой пластичностью. При содержании более 39% цинка в структуре появляется хрупкая β-фаза. β-фаза – это электронное соединение CuZn с решеткой ОЦК.

Рис.45. Левая часть диаграммы состояния Cu-Zn

Рис.46. Влияние цинка на

механические свойства латуней

Существует две модификации β-фазы: выше 454…486°С устойчива пластичная β-фаза, имеющая неупорядоченное расположение атомов. Ниже этих температур – более твердая и хрупкая β´-фаза, которая характеризуется упорядоченным расположением атомов меди и атомов цинка.

Двухфазные (α + β´)–латуни могут содержать до 45% цинка.

В соответствии с изменением структуры меняются механические свойства латуней. Влияние цинка на механические свойства латуней приведены на рис. 46.

β´-фаза появляется в структуре латуней при содержании цинка около 30%. Поэтому в сплавах, содержащих менее 30% цинка, увеличение его концентрации повышает и прочность, и пластичность. Затем пластичность начинает уменьшаться, а после появления в структуре значительных качеств β´-фазы происходит резкое падение пластичности. Прочность продолжает повышаться при увеличении цинка до 45%, пока латунь находиться в двухфазном состоянии, а потом также резко снижается. Сплавы с большим содержанием цинка отличаются высокой хрупкостью.

Химический состав некоторых промышленных латуней (ГОСТ 15527-70, ГОСТ 1774-93) и их механические свойства приведены в табл. 14, 15.

Латуни обычно хорошо обрабатываются давлением. Наибольшую пластичность имеют однофазные α–латуни (содержание цинка до 39%) и они хорошо поддаются холодной пластической деформации, которая значительно повышает их прочность и твердость.

В двухфазных α + β´–латунях пластичность резко снижена, поэтому они удовлетворительно деформируются в горячем состоянии. Обычно их деформируют при температуре несколько выше 700°С.

Повышение содержания цинка удешевляет латуни, улучшает их обрабатываемость резанием, способность прирабатываться и противостоять износу. Вместе с тем уменьшаются теплопроводность и электрическая проводимость, которые составляют 20-50% от характеристик меди.

Примеси повышают твердость и снижают пластичность латуней. Особенно неблагоприятно действуют свинец и висмут, которые в однофазных латунях вызывают красноломкость. Поэтому однофазные латуни в основном выпускают в виде холоднокатаных полуфабрикатов: полос, лент, проволоки, листов, из которых изготовляют детали методом глубокой вытяжки (радиаторные трубки, снарядные гильзы, сильфоны, трубопроводы), а также детали, требующие по условиям эксплуатации низкую твердость (шайбы, втулки, уплотнительные кольца и др.).

В двухфазные латуни иногда добавляют свинец для улучшения обрабатываемости резанием и повышения антифрикционных свойств.

В виду невысокой пластичности эти латуни выпускают в виде горячекатаного полуфабриката: листов, прутков, труб, штамповок. Из них изготовляют втулки, гайки, тройники, штуцеры, токопроводящие детали электрооборудования и др.

Бронзы

Двойные или многокомпонентные сплавы меди с оловом, алюминием, свинцом, бериллием, кремнием, хромом и другими элементами, среди которых цинк не является основным легирующим, называются бронзами.

Бронзы обозначаются буквами Бр, за которыми ставятся буквы и числа. В маркировках деформируемых бронз сначала помещают буквы – символы легирующих элементов, а затем числа, указывающие их содержание. Например, БрАЖ9-4 содержит 9% алюминия, 4% железа, остальное – медь. В марках литейных бронз после каждой буквы указывается содержание этого легирующего элемента. Например, БрО6Ц6С3 содержит 6% олова, 6% цинка, 3% свинца, остальное – медь.

В зависимости от легирующего элемента бронзы могут быть оловянистыми, алюминиевыми, бериллиевыми, кремнистыми, марганцовистыми, свинцовистыми и др. Наиболее широкое распространение получили четыре первых вида бронз. Используют также многокомпонентные бронзы.

Оловянные бронзы.В практике применяют сплавы, содержание олова в которых не превышает обычно 10-12%, так как при более высоком их содержании бронзы хрупки. В отличие от латуней оловянистые бронзы склонны к ликвации, в их микроструктуре можно отчетливо видеть дендриты выделяющихся соединений. Эти бронзы характеризуются пониженной жидкотекучестью, поэтому в них не образуются усадочные раковины, но возникает мелкая пористость, распределенная по объему. Это позволяет получать отливки сложной формы без усадочных раковин. Пластичность литых бронз – низкая. Двойные оловянные бронзы применяют редко, так как они дороги. По коррозионной стойкости в морской воде оловянистые бронзы превосходят медь и латунь. Их легируют цинком (Zn), железом (Fe), фосфором (P), никелем (Ni), свинцом (Pb).

Бронзы хорошо обрабатываются резанием, паяются, хуже свариваются.

Среди медных сплавов оловянные бронзы имеют самую низкую

studfiles.net

Свойства меди и ее применение

Медь широко используется в чистом виде и в виде сплавов в электротехнической и радиотехнической промышленности, где расходуется около 50% получаемой меди, в машиностроении и приборостроении, и военной технике. Чистая медь — металл розо­вого цвета с плотностью 8,93, температурой плавления 1084° С и температурой кипения 2582° С. Медь имеет высокую электро­проводность и теплопроводность, обладает хорошей ковкостью и тягучестью, легко прокатывается в тонкий лист и вытягивается в проволоку.

С давних пор известны и нашли широкое распространение сплавы меди с цинком — латуни и меди с оловом — бронзы. Латунь содержит от 10 до 30% 2п и в ряде случаев небольшие количества олова и свинца. Латуни хорошо обрабатываются, имеют более высокую по сравнению с медью механическую проч­ность и, кроме того, дешевле чистой меди. Бронза содержит до 20% Бп. Несмотря на относительно высокую твердость, бронзы хорошо обрабатываются и хорошо заполняют форму при литье. Бронзы обладают высокой устойчивостью к износу, небольшим коэффициентом трения и поэтому используются для приготовле­ния вкладышей подшипников, шестерен и других деталей. Бронза используется также в химическом производстве.

Медь очень хорошо проводит электричество и тепло. Удель­ное сопротивление меди равно 0,018 Ом•мм2/м, а тепло­проводность при 20 °С составляет 385 Вт/(м • К). По электропроводности медь лишь немного уступает серебру. Ее электропроводность в 1,7 раза выше, чем у алюминия, и примерно в 6 раз выше, чем у платины и железа. Медь обла­дает ценными механическими свойствами — ковкостью и тягу­честью.

В присутствии воздуха, влаги и сернистого газа медь постепенно покрывается плотной зеленовато-серой пленкой основной серно-кислой соли, предохраняющей металл от дальнейшего окисления. Поэтому медь и ее сплавы находят широкое применение при строительстве линий электропередач и устройстве различного вида связи, в электромашинострое­нии и приборостроении, в холодильной технике (производст­во теплообменников охлаждающих устройств) и химическом машиностроении (изготовление вакуум-аппаратов, змееви­ков). Около 50 % всей меди расходует электропромышлен­ность. На основе меди создано большое число сплавов с такими металлами, как Zn, Sn, Al, Ве, Ni, Mn, Pb, Ti, Ag, Au и др., и реже с неметаллами P, S, О и др. Область при­менения этих сплавов очень обширна. Многие из них обла­дают высокими антифрикционными свойствами. Сплавы приме­няют в литом и кованом состоянии, а также в виде изделий из порошка.

Например, широко применяют сплавы типа оловянных (4— 33 % Sn), свинцовых (~ 30 % Pb), алюминиевых (5—11 % Al), кремниевых (4—5 % Si) и сурьмяных бронз. Бронзы применяют для изготовления подшипников, теплообменников и других изделий в виде листа, прутков и труб в химической, бумаж­ной и пищевой промышленности.

Сплавы меди с хромом и порошковый сплав с вольфрамом идут на изготовление электродов и электроконтактов.

В химической промышленности и машиностроении также ши­роко применяют латунь — сплав меди с цинком (до 50 % Zn), обычно с добавками небольших количеств других элементов (Al, Si, Ni, Mn). Сплавы меди с фосфором (6—8 %) исполь­зуют в качестве припоев.

Известны два способа извлечения меди из руд и концентра­тов: гидрометаллургический и пирометаллургический.

Первый из них не нашел широкого применения. Его ис­пользуют при переработке бедных окисленных и самородных руд. Этот способ в отличие от пирометаллургического не позвляет извлекать попутно с медью драгоценные металлы.

Большую часть меди (85—90%) производят пирометаллургическим способом из сульфидных руд. Одновременно решает­ся задача извлечения из руд помимо меди других ценных сопутствующих металлов. Пирометаллургический способ про­изводства меди является многостадийным. Основные стадии этого производства: подготовка руд (обогащение и иногда дополнительно обжиг), плавка на штейн (выплавка медного штейна), конвертирование штейна с получением черновой ме­ди, рафинирование черновой меди (сначала огневое, а затем электролитическое).

 

metallurgy.zp.ua

Медь — свойства и характеристики, обзорная статья, реферат, доклад

Медь — это металл 11 группы 4 периода под номером 29 в актуальной периодической таблице. В прошлом этот же элемент находился в подгруппе 1 группы в устаревших таблицах. Плотность меди составляет 8,92 г/см3.

Основными ценными качествами Cu является высокая электропроводность и теплопроводность для изготовления проводников. Основным продуктом из этого металла является проволока, также медь выпускают в виде прутков различного сечения и лент для нужд промышленности.

Однако, Cu ценится весьма высоко, поэтому в тех случаях, когда в производстве не требуется высокой тепло и электропроводности от материала, производители предпочитают применять более недорогие сплавы бронзы или латуни. Там где в производстве счёт идёт на десятки тонн металла, легирование Cu недорогими элементами такими как алюминий, железо, свинец позволяет сократить расходы. Поэтому сплавы Cu применяются достаточно широко, а в некоторых областях превосходят чистый Cu по популярности, поскольку они обладают улучшенными характеристиками прочности, ковкости, коррозионной стойкости (особенно сплавы с Al) и более высокой твёрдостью.

Слово медь восходит к слову «мида» которое, на языке племён, населявших Восточную Европу в глубокой древности, обозначало металл вообще. Обозначение Cu (cuprum) восходит к древней латыни, на которой остров Кипр, на котором римляне добывали медь, назывался Cyprus, а металл aes cyproum.

В Северной Америке из самородной меди изготавливали оружие, ещё до заселения континента европейцами. В третьем тысячелетии до н.э. получать Cu стали из смешанных соединений. В Древнем Египте медь уже использовали при строительстве пирамиды Хеопса, для изготовления инструментов, которыми обрабатывали глыбы камня. Примерно в это же время в медь стали добавлять олово, что послужило началом бронзового века. Сегодня купить медь в России можно в интернет-магазине NFmetall.ru

Добыча и сырьё

Содержание меди в земной коре составляет 4,7-5,5*10-3 % от общей массы. В морской воде содержится около 3*10-7 %. Большинство месторождений меди имеют геотермальное происхождение. Богатые запасы меди содержатся на дне морей и океанов в виде отложений 5,7*10-3 % от общей доли.

В природе Cu присутствует в виде смеси двух активных изотопов (атомов с одинаковым химическим номером, но разными массовыми числами). Cu встречается в виде самородков, но чаще – в смешанном виде. Cu производят, в основном, из соединений, которые имеют в составе S (Серу) (их называют сульфидами), либо оксидов (соединений с кислородом), либо из карбонатов (CO3 в основе).

22% меди добывается в Чили, 20% в США, 9% в странах бывшего СНГ, 7,5% в Канаде, и около 5 % в Замбии. Большинство крупных месторождений самородной меди выработано в настоящий момент. Её производят из смешанных руд, содержание меди в которых равняется 0,5-1,2%. 1/3 медной продукции производят из вторсырья.

Основной интерес для добытчиков представляет халькопирит CuFeS2 (более 50% запасов меди). Медь добывают также из сулфидных соединений: халькозина CuxS, ковеллина CuS, Cu5FeS4 бронита, или кислородосодержащих соединений: CuCO3Cu(OH)2 малахита, Cu2O куприта, CuSiO3H2O хризоколла.

Породы содержащие медь добываются в карьерах. Карьеры могут разрабатываться сколом с помощью экскаваторов, а также с применением взрывотехники. Основную массу работы в карьерах выполняют карьерные экскаваторы с ковшами вместительностью до 25м3 и грузовики, способные перевозить до 250 т ценной породы.

Получение меди из смешанных соединений

Для получения чистой руды из смешанных соединений используется пирометаллургический метод, в основе которого лежит воздействие огнём. Перемолотая до частиц размером 0,1-0,2 мм порода проходит ряд процедур очистки:

  • пенную флотацию,
  • обжиг,
  • плавку,
  • конвертирование,
  • рафинирование.

А теперь обо всём подробнее и по порядку.

Флотационное обогащение

Флотация переводится как плавание на поверхности. Пенная флотация — метод обогащения в металлургии, в процессе которого полезная порода поднимается на поверхность пульпы (смеси молотых минералов и реагентов) пузырьками воздуха подаваемого извне. Поднятая смесь образует на поверхности пену, которая снимается с помощью лопатного механизма и отправляется на сушку, а осадок — на переработку для последующего изготовления кирпичей, черепицы и других изделий. В результате данной процедуры содержание меди в концентрате возрастает до 15-20 %.

Флотационные реагенты создают особые условия на границе раздела пузырьков воздуха и соединений меди. Реагенты-собиратели поднимают на поверхность частицы с Cu. Побочные продукты же набирают массу под действием влаги и не всплывают. Вспениватели создают условия для оптимального пенообразования. Реагенты-модификаторы создают наилучшие условия для отделения схожих элементов от ценных, или осуществляют ряд других функций.

Обжиг Меди

Обжиг производят ниже температуры плавления сырья с целью изменения состава, удаления ненужных соединений и объедения мелких фракций концентрата в более крупные. В зависимости от применяемого концентрата, обжиг бывает стабилизирующим или окислительным. Стабилизирующий обжиг применяется для получения низших оксидов и металлов. Окислительный обжиг производится с целью получения сульфатов или оксидов.

Плавка Меди

Плавка — способ концентрирования, при котором основная часть или весь концентрат доводится до температуры плавления. При этом образуется несколько несмешиваемых слоёв:

  • сплавы оксидов, которые всплывают на поверхность (шлак)
  • и верхний слой сульфидов железа и цветных металлов (штейн).

Штейн — это слой основной массы цветных металлов (Cu, Ni, S), солей и других. Иногда в результате плавки, наоборот ценным является шлак. Концентрация меди после плавки составляет более 50%.

Конвертирование

Конвертирование меди проходит в 2 стадии в конвертере (цилиндрической установке, в которую подаётся воздух снизу или на поверхность металла).

На первой стадии удаляются остатки железа с помощью добавления в расплав флюса кремнезёма (SiO2) и подачи кислорода. Шлак кремнезёма составляет 21-30%, остальное — железо. После этой процедуры расплав меди получает название белый матт. На второй стадии белый матт окисляется кислородом и снова происходит разделение. Конечным продуктом конвертации меди является черновая медь.

Рафинирование

Рафинирование — окончательная очистка металла от примесей проводится в два этапа: огневым и электролитическим способом.

Огневое рафинирование производится в анодных печах с горизонтальным конвертером. В печь загружается черновая медь, далее следует расплавление, окислительная и восстановительная обработка, разливка. Окислительный процесс подразумевает подачу воздуха в расплав на глубину от 600 до 800 мм. Окисляются примеси с большим сродством кислороду Fe, Al, Ni, Sn, Sb, Zn, Bi, As, а также часть меди до состояния Cu2O. На восстановительном этапе расплав обрабатывают природным газом или парамазутными смесями. В результате химической реакции расплав перемешивается, и из него удаляются газы, а часть окисленного Cu2O восстанавливается. Сплав с содержанием S.

На втором этапе аноды погружаются в коробчатые ванны. Между ними подвешиваются катоды из чистой меди, через которые подаётся электричество. Вся медь переходит из анодов в катоды за 30 дней. Катоды выгружаются партиями через 6-12 дней. Из осадков в электролите же выделяют множество полезных элементов, таких как Золото и Серебро.

Розлив меди и дальнейшая обработка

Полученные катоды из чистой меди уже являются готовой продукцией, но большую часть из них переплавляют в печах и разливают с помощью установки непрерывной разливки сырья в слитки, после чего прокатывают через валки до получения: медной проволоки, листов медных, а так же прутков из меди.

Либо же из печей сплав попадает в карусельные разливочные машины, которые разливают медь в ваербасы для последующего изготовления проволоки.


Химический состав


nfmetall.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о