Медные сплавы
Медные сплавы, сплавы на основе меди. М. с. - первые металлические сплавы, созданные человеком (см. Бронзовый век). Примерно до сер. 20 в. по мировому производству М. с. занимали 1-е место среди сплавов цветных металлов, уступив его затем алюминиевым сплавам. Со многими элементами медь образует широкие области твёрдых растворов замещения, в которых атомы добавки занимают места атомов меди в гранецентрированной кубической решётке. Медь в твёрдом состоянии растворяет до 39 % Zn, 15,8 % Sn, 9,4 % Al, a Ni - неограниченно. При образовании твёрдого раствора на основе меди растут её прочность и электросопротивление, снижается температурный коэффициент электросопротивления, может значительно повыситься коррозионная стойкость, а пластичность сохраняется на достаточно высоком уровне. При добавлении легирующего элемента свыше предела растворимости образуются соединения, в частности электронные, т. е. характеризующиеся определённой электронной концентрацией (отношением суммарного числа валентных электронов к числу атомов, которое может быть равно 3/2, 21/13 или 7/4). Этим соединениям условно приписывают формулы CuZn, Cu5Sn, Cu31Sn8, Cu9Al4, CuBe и другие. В многокомпонентных М. с. часто присутствуют сложные металлические соединения неустановленного состава, которые значительно твёрже, чем раствор на основе меди, но весьма хрупки (обычно в двухфазных и многофазных М. с. доля их в структуре намного меньше, чем твёрдого раствора на основе меди).
М. с. получают сплавлением меди с легирующими элементами или с промежуточными сплавами - лигатурами, содержащими легирующие элементы. Для раскисления (восстановления окислов) широко применяют введение в расплав малых добавок фосфора (десятые доли %). М. с. подразделяют на деформируемые и литейные. Из деформируемых М. с. отливают (в изложницы или непрерывным методом) круглые и плоские слитки, которые подвергают горячей и холодной обработке давлением: прокатке, прессованию через матрицу или волочению для производства листов, лент, прутков, профилей, труб и проволоки. М. с. хорошо обрабатываются давлением, и деформированные полуфабрикаты составляют основную долю всего объёма их производства. Литейные М. с. обладают хорошими литейными свойствами, из них отливкой в земляные и металлические формы получают фасонные детали, а также декоративно-прикладные изделия и скульптуру (см. Бронза в искусстве).
Механические свойства М. с. изменяются в широких пределах при холодной обработке давлением и при отжиге. Холодной деформацией можно увеличить твёрдость и предел прочности М. с. в 1,5-3 раза при одновременном снижении пластичности (см. Наклёп), а последующий рекристаллизационный отжиг позволяет частично или полностью (в зависимости от температуры и его продолжительности) восстановить исходные (до деформации) свойства (см. Термическая обработка). Смягчающий отжиг М. с. после холодной обработки давлением проводят при 600-700 ?С. Большинство М. с. не подвергают упрочняющей термической обработке (закалке и старению), так как эта обработка или в принципе невозможна, если сплав при всех температурах однофазен, или величина упрочнения очень мала. Для создания термически упрочняемых М. с. используют такие легирующие элементы, которые образуют с медью или между собой интерметаллические соединения (например, CuBe, NiBe, Ni3Al), растворимость которых в твёрдом растворе на базе меди с понижением температуры уменьшается. При закалке таких сплавов образуется пересыщенный твёрдый раствор, из которого при искусственном старении выделяются дисперсные интерметаллические соединения, упрочняющие М. с.
М. с. подразделяют на латуни, бронзы и медно-никелевые сплавы. В латунях главной добавкой является цинк, в бронзах - любой элемент, кроме цинка и никеля. Промышленные марки выпускаемых в СССР М. с. начинаются с первых букв их названий - Л (латуни), Бр. (бронзы) и М (медно-никелевые сплавы). Легирующие элементы обозначают следующими буквами: А - алюминий, Н - никель, О - олово, Ц - цинк, С - свинец, Ж - железо, Мц - марганец, К - кремний, Ф - фосфор, Т - титан. В марке простой (двойной) латуни цифры указывают ср. содержание меди. Например, латунь Л90 содержит 90 % Cu и 10 % Zn. В марке многокомпонентной латуни первые цифры указывают среднее содержание меди, а последующие - легирующих элементов. Например, латунь ЛАН59-3-2 содержит 59 % Cu, 3 % Al и 2 % Ni (остальное цинк). В марках бронз и медно-никелевых сплавов буквы и соответствующие им цифры указывают содержание легирующих элементов. Например, бронза Бр. АЖМц10-3-1,5 содержит 10 % Al, 3 % Fe и 1,5 % Mn. Буква Л в конце марки М. с. обозначает, что он предназначен для фасонного литья (например, ЛК80-3Л). Состав, типичные механические свойства и примерное назначение М. с. приведены в таблицах 1-3. Все М. с. отличаются хорошей стойкостью против атмосферной коррозии. Кислород при комнатной температуре не действует на М. с.; окись углерода с ними не реагирует. Незагрязнённый пар, сухой или влажный действует на бронзы очень слабо. Сероводород уже при незначительной влажности и особенно при повышенных температурах сильно реагирует с М. с. Азотная и соляная кислоты действуют на латуни и оловянные бронзы очень сильно, серная - значительно слабее.
Таблица 1. - Состав, типичные механические свойства* и назначение латуней (1 Мн/м2 " 0,1 кгс/мм2) Марка сплава Состав Предел прочности sb, Мн/м2 Относительное удлинение d, % Твердость HB, Мн/м2 Примерное назначение
Л96
95-97% Cu, остальное Zn 240 50 470
Радиаторные трубки
Л90
88-91% Cu, остальное Zn 260 45 530
Листы и ленты для плакировки
Л80
79-81% Cu, остальное Zn 320 52 540
Проволочные сетки и целлюлозно-бумажной промышленности, сильфоны
Л68
67-70% Cu, остальное Zn 320 55 550
Изделия, получае-
мые холодной штамповкой и глубокой вытяжкой
Л63
62-65% Cu, остальное Zn 330 49 560
Полосы, листы, лента, проволока, трубы, прутки
ЛА77-2
76-79% Cu, 1,75-2,5% Al, остальное Zn 400 55 600
Конденсаторные трубы
ЛАЖ60-1-1
58-61% Cu, 0,75-1,5% Al, 0,75-1,5% Fe, 0,1-0,6% Mn,? остальное Zn 450 45 950
Трубы и прутки
ЛАЖМц66-6-3-2
64-68% Cu, 6-7% Al,
2-4% Fe, 1,5-2,5% Mn,? остальное Zn 650 7 1600
Литые массивные червячные винты, гайки нажимных винтов
ЛАН59-3-2
57-60% Cu, 2,5-3,5% Al, 2-3% Ni, остальное Zn 380 50 750
Трубы и прутки
ЛЖМц59-1-1
57-60% Cu, 0,6-1,2% Fe, 0,5-0,8% Mn, 0,1-0,4% Al, 0,3-0,7% Sn, остальное Zn 450 50 880
Полосы, проволока, прутки и трубы
ЛН65-5
64-67% Cu, 5-6,5% Ni, остальное Zn 400 65 700
Манометрические трубки, конденсаторные трубы
ЛО70-1
69-71% Cu, 1-1,5% Sn, остальное Zn 350 60 590
Конденсаторные трубы, теплотехническая аппаратура
ЛС74-3
72-75% Cu, 2,4-3% Pb, остальное Zn 350 50 570
Детали часов, автомобилей
ЛК80-3Л
79-81% Cu, 2,5-4,5% Si, остальное Zn 300 20 1050
Арматура, подвергающаяся действию воды, детали судов
ЛКС80-3-3
79-80% Cu, 2,5-4,5% Si, 2-4% Pb, остальное Zn 350 20 950
Литые подшипники и втулки
* Свойства деформируемых латуней указаны для отожжённого состояния.
Таблица 2. - Состав, типичные механические свойства* и назначение бронз (1 Мн/м2 " 0,1 кгс/мм2) Марка сплава Состав Предел прочности sb, Мн/м2 Относительное удлинение d, % Твердость HB, Мн/м2 Примерное назначение
Бр. ОФ10-1
9-11% Sn, 0,8-1,2% P 250 3 900
Подшипники, шестерни, венцы, втулки
Бр. ОФ4-0,25
3,5-4% Sn, 0,2-0,3% P 340 52 600
Трубки для манометрических пружин
Бр. ОЦС5-5-5
4-6% Sn,
4-6% Zn,
4-6% P 150 6 600
Антифрикционные детали и арматура
Бр. ОЦСН3-7-5-1
2,5-4% Sn, 6-9,5% Zn, 3-6% Pb, 0,5-2% Ni 180 8 600
Арматура, работающая в морской и пресной воде, в атмосфере пара
Бр. А7
6-8% Al 420 70 700
Пружины и пружинящие детали
Бр. АЖ9-4
8-10% Al,
2-4% Fe 600 40 1100
Шестерни, втулки, сёдла клапанов
Бр. АЖМц10-3-1,5
9-11% Al, 2,4% Fe,
1-2% Mn 610 32 1300
Шестерни, втулки, подшипники
Бр. АЖН10-4-4
9,5-11% Al, 3,5-5,5% Fe, 3,5-5,5% Ni 600 35 1500
Шестерни, сёдла клапанов
Бр. АМц9-2
8-10% Al, 1,5-2,5% Mn 400 25 1600
Детали морских судов, электрооборудования
Бр. Мц5
4,5-5,5% Mn 340 30 800 Поковки
Бр. Б2
1,9-2,2% Be, 0,2-0,5% Ni 1350 1,5 3500
Пружины и пружинящие детали в авиации и приборостроении
Бр. КН1-3
0,6-1,1% Si, 2,4-3,4% Ni, 0,1-0,4% Mn 600 12 1800
Направляющие втулки и другие детали ответственного назначения
Бр. С30
27-33% Pb 70 5 450 Сальники
* Свойства сплавов Бр. ОФ10-1, Бр. ОЦС5-5-5, Бр. ОЦСН3-7-5-1 и Бр. С30 указаны для отливок в земляные формы, сплавов Бр. Б2 и Бр. КН1-3 - для обработанных давлением изделий, подвергнутых закалке, соответственно при 780 и 850 ?С и старению соответственно при 320 ?С (2 ч) и 450 ?С (4 ч), остальных сплавов - для отожжённого состояния после обработки давлением.
Таблица 3. - Состав, типичные механические свойства* и назначение медно-никелевых сплавов (1 Мн/м2 " 0,1 кгс/мм2) Марка и наименование сплава
Состав Предел прочности sb, Мн/м2 Относительное удлинение d, % Твердость HB, Мн/м2
Примерное назначение
МН19 (мельхиор)
18-20% Ni+Co 350 35 700
Изделия, получаемые штамповкой и чеканкой
МНЖМц30-0,8-1 (мельхиор)
29-33% Ni+Co,
0,8-1,3% Mn,
0,6-1% Fe 380 40 700
Конденсаторные трубы для судостроения, трубы термостатов
МНЦ15-20 (нейзильбер)
13,5-1,5% Ni+Co,
18-22% Zn 400 45 700
Детали приборов точной механики, посуда
МНМц43-0,5 (копель)
42,5-44% Ni+Co,
0,1-1% Mn 400 35 850
Проволока для термопар
МНМц40-1,5 (константан)
39-41% Ni+Co,
1-2% Mn 450 30 800
Проволока для реостатов, термопар
* Свойства указаны для отожжённого состояния.
М. с. используют как конструкционные, пружинные, антифрикционные и коррозионностойкие материалы, сплавы с высокой электро- и теплопроводностью, с высоким электросопротивлением и низким термическим коэффициентом электросопротивления, сплавы для термопар, художественного литья и посуды. М. с. применяют в общем машиностроении, авиа-, авто- и судостроении, на железнодорожном транспорте, в электротехнической промышленности, приборостроении, в производстве водяной и паровой арматуры и других изделий.
Лит.: Бочвар А. А., Металловедение, 5 изд., М., 1956; Смирягин А. П., Промышленные цветные металлы и сплавы, 2 изд., М., 1956.
? И. И. Новиков.