Медные сплавы

Определение "Медные сплавы" в Большой Советской Энциклопедии

Медные сплавы, сплавы на основе меди. Медные сплавы — первые металлические сплавы, созданные человеком (см. Бронзовый век). Примерно до сер. 20 в. по мировому производству Медные сплавы 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 Медные сплавы часто присутствуют сложные металлические соединения неустановленного состава, которые значительно твёрже, чем раствор на основе меди, но весьма хрупки (обычно в двухфазных и многофазных Медные сплавы доля их в структуре намного меньше, чем твёрдого раствора на основе меди).

Медные сплавы 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 %). Медные сплавы подразделяют на деформируемые и литейные. Из деформируемых Медные сплавы 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. Медные сплавы хорошо обрабатываются давлением, и деформированные полуфабрикаты составляют основную долю всего объёма их производства. Литейные Медные сплавы 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 Медные сплавы изменяются в широких пределах при холодной обработке давлением и при отжиге. Холодной деформацией можно увеличить твёрдость и предел прочности Медные сплавы 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 Медные сплавы после холодной обработки давлением проводят при 600—700 °С. Большинство Медные сплавы 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 Медные сплавы 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 Медные сплавы

Медные сплавы 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 Медные сплавы 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 Медные сплавы обозначает, что он предназначен для фасонного литья (например, ЛК80-3Л). Состав, типичные механические свойства и примерное назначение Медные сплавы приведены в таблицах 1—3. Все Медные сплавы отличаются хорошей стойкостью против атмосферной коррозии. Кислород при комнатной температуре не действует на Медные сплавы; 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 Медные сплавы 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.

Медные сплавы 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. Медные сплавы 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.