Министерство просвещения Российской Федерации ФГБОУ ВО «Уральский государственный педагогический университет» Институт математики, физики, информатики и технологии Кафедра физики, технологии и методики обучения физике и технологии ДОКЛАД на тему: “Медь и её сплавы” Выполнили: Лихачёва Наталья, Хахалова Анна Гр. ФТ-2031 Екатеринбург, 2020 Медь и медные сплавы являются довольно распространенными материалами, с которым сталкиваются пункты приема лома цветных металлов. И это совсем неудивительно: ведь несмотря на то, что медь занимает лишь 23 позицию по содержанию в земной коре, она повсеместно используется в электротехнике, оборудовании и декоре. Именно поэтому этот металл попадает в пункты приема металлолома чаще других. Медь – это пластичный золотисто-розовый металл с характерным металлическим блеском. В периодической системе Д. И. Менделеева этот химический элемент обозначается, как Сu (Cuprum) и находится под порядковым номером 29 в I группе (побочной подгруппе), в 4 периоде. Основные 1. свойства Физические меди свойства. На воздухе медь приобретает яркий желтовато-красный оттенок за счёт образования оксидной плёнки. Тонкие же пластинки при просвечивании зеленовато-голубого цвета. В чистом виде медь достаточно мягкая, тягучая, легко прокатывается и вытягивается. Примеси способны повысить её твёрдость. Высокую электропроводность меди можно назвать главным свойством, определяющим её преимущественное использование. Также медь обладает очень высокой теплопроводностью. Такие примеси как железо, фосфор, олово, сурьма и мышьяк влияют на базовые свойства и уменьшают электропроводность и теплопроводность. По данным показателям медь уступает лишь серебру. Медь обладает высокими значениями плотности, температуры плавления и температуры кипения. Важным свойством также является хорошая стойкость по отношению к коррозии. К примеру, при высокой влажности железо окисляется значительно быстрее. Медь хорошо поддаётся обработке: прокатывается в медный лист и медный пруток, протягивается в медную проволоку с толщиной, доведённой до тысячных долей миллиметра. Этот металл является диамагнетиком, то есть намагничивается против 2. направления внешнего магнитного Химические поля. свойства. Медь является сравнительно малоактивным металлом. В нормальных условиях на сухом воздухе её окисления не происходит. Она легко реагирует с галогенами, селеном и серой. Кислоты без окислительных свойств не оказывают воздействия на медь. С водородом, углеродом и азотом химических реакций нет. На влажном воздухе происходит окисление с образованием карбоната меди (II) – верхнего слоя платины. Медь обладает амфотерностью, то есть в земной коре образует катионы и анионы. В зависимости от условий, соединения меди проявляют кислотные или основные Способы свойства. получения меди Для получения меди применяют медные руды, а также отходы меди и её сплавы. В рудах содержится 1 – 6% меди. Руду, содержащую меньше 0,5% меди, не перерабатывают, так как при современном уровне техники извлечение из неё меди нерентабельно. Известны два способа получения меди из руд: гидрометаллургический; - пирометаллургический. Гидрометаллургический не нашел своего широкого применения из-за невозможности извлекать попутно с медью драгоценные металлы. Пирометаллургический способ пригоден для переработки всех руд и включает следующие подготовка - руд плавка - операции: к плавке; на штейн; - конвертирование штейна; - рафинирование меди. Сплавы В качестве конструкционного материала технически чистую медь применяют редко, так как она имеет низкие прочностные свойства, твердость. Основными конструкционными материалами на основе меди являются сплавы латуни и бронзы. Латуни Латуни — это медные сплавы, в которых основным легирующим элементом В зависимости является от содержания цинка цинк. латуни промышленного применения - однофазные бывают: a — латуни, содержащие до 39 % - двухфазные латуни, содержащие до 46 % цинка; - однофазные b латуни, содержащие до 50 % цинка. Однофазные a- латуни пластичны, хорошо обрабатываются резанием, давлением при температурах ниже 300 0С и выше 700 0С (в интервале от 300 0С до 700 0С — зона хрупкости). С увеличением содержания цинка прочность латуней повышается. В латунях b|- фаза представляет собой упорядоченный твердый раствор на базе электронного соединения СuZn с решеткой ОЦК, она хрупкая и прочная. Поэтому, чем больше в латунях b|- фазы, тем они прочнее и менее пластичны. Практическое применение имеют латуни с содержанием цинка до 42% Латуни, обрабатываемые давлением, маркируются буквой Л (латунь), после которой ставятся буквенные обозначения легирующих элементов; цифры, следующие за буквами, указывают содержание меди и количество соответствующего легирующего элемента в процентах. Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости латуни могут легироваться оловом, алюминием, марганцем, кремнием, никелем, Введение железом легирующих и элементов (кроме никеля) др. уменьшает растворимость цинка в меди и способствует образованию b|- фазы, поэтому такие латуни чаще двухфазные. Никель увеличивает растворимость цинка в меди, и при достаточном его содержании латунь из двухфазной становится однофазной. Свинец облегчает обрабатываемость резанием и улучшает антифрикционные свойства. Сопротивление коррозии повышают Al, Zn, Si, Mn, Ni, Sn. В морском судостроении применяются оловянистые ”морские” латуни, например, ЛО70-1. конденсаторных Она трубок, используется деталей для теплотехнической изготовления аппаратуры. Алюминиевые латуни используют для изготовления конденсаторных трубок, цистерн, втулок, а также для изготовления коррозионностойких деталей, работающих в морской воде. Марки латуней: ЛА77-2, ЛАЖ60-1-1, ЛАН59-3-2 (в электрических машинах, в хим. машиностроении). Из латуни ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 изготовляют цельнотянутые круглые трубы для производства манометрических трубок и пружин в приборах повышенного класса точности. С помощью закалки и старения sв достигает 700 МПа. Марганцевые латуни кроме хороших механических и технологических свойств обладают высокой коррозионной стойкостью в морской воде, хлоридах и перегретом паре. Латуни ЛМц 58-2 и ЛМцА 57-3-1 применяются в основном для изготовления крепежных изделий арматуры. Кремнистые латуни характеризуются высокой прочностью (sв до 640 МПа), пластичностью и вязкостью до минус 183 0С. Латунь ЛК80-3 применяют для изготовления арматуры, деталей приборов в судо- и общем машиностроении. Свинцовистые латуни отлично обрабатываются резанием и обладают высокими антифрикционными свойствами. Латуни ЛС60-1, ЛС59-1 применяют для изготовления крепежных деталей, зубчатых колес, втулок. Никелевая латунь обладает повышенными механическими (sв до 785 МПа) и коррозионными свойствами, обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии. Латунь ЛН65-5 применяется для изготовления манометрических и конденсаторных трубок, различного вида Литейные проката. латуни содержат те же элементы, что и латуни, обрабатываемые давлением; от последних литейные отличает, как правило, большее легирование цинком и другими металлами. Вследствие этого они обладают хорошими литейными характеристиками. Бронзы Бронзы — это сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием и другими элементами. По технологическому признаку бронзы делятся на деформируемые и литейные. Деформируемые маркируются буквами Бр, после которых перечисляются легирующие элементы, а затем соответственно содержание этих элементов в процентах. Бронзы по сравнению с латунью обладают лучшими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью. Оловянные бронзы. Наибольшее практическое значение имеют сплавы. К однофазным сплавам относятся бронзы с содержанием олова до 5-6%— фаза, представляет твердый раствор олова в меди с ГЦК — решеткой. При большем содержании олова наряду с a — раствором присутствует эвтектоид (a + Сu31Sn8). Предел прочности бронзы возрастает с увеличением олова, но при его высоких концентрациях резко снижается из-за большего количества хрупкого интерметаллида Сu31Sn8. Оловянные бронзы обычно легируют Zn, Pb, Ni, P. Цинк улучшает технологические свойства бронзы и удешевляет ее. Фосфор улучшает литейные свойства. Для изготовления художественного литья содержание фосфора может достигать 1 %. Свинец (до 3…5 %) вводится в бронзу для улучшения ее обрабатываемости резанием. Никель повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность отливок, уменьшает ликвацию. Среди медных сплавов оловянные бронзы имеют самую низкую линейную усадку (0,8 % при литье в землю и 1,4 % — в металлическую форму). Для проведения пластичности проводится гомогенизация сплавов при температурах 700…750 градусов с быстрым охлаждением. Остаточные напряжения снимаются отжигом при 550 градусов. Литейные оловянные бронзы. По сравнению с деформируемыми они содержат большее количество легирующих элементов, имеют ниже жидкотекучесть, малую линейную усадку, склонны к образованию усадочной пористости. Бронзы БрОЗЦ7С5Н, БрО10Ф1, БрО6Ц6С3, БрО5С25 и другие применяются для изготовления арматуры, работающей в воде и водяном паре, подшипников, Алюминиевые бронзы шестерен, отличаются высокими втулок. механическими антикоррозионными свойствами, жидкотекучестью, малой склонностью к дендритной ликвации. Из-за большой усадки трудно получить сложную фасонную отливку. Они морозостойки, немагнитны, не дают искры при ударах. По коррозионной стойкости превосходят латуни и оловянистые бронзы.Кремнистые бронзы применяются в качестве заменителей оловянистых бронз. До 3 % кремний растворяется в меди, и образуется однофазный a-твердый раствор. При большем содержании кремния появляется твердая и хрупкая g-фаза. Никель и марганец улучшает механические и коррозионные свойства. Они не теряют пластичности при низких температурах, хорошо паяются, обрабатываются давлением, немагнитны и не дают искры при ударах. Их используют для деталей, работающих до 500 0С, а также в агрессивных средах (пресная, морская вода). Бронзы БрКН1-3, БрКМц3-1 антифрикционных применяют деталей, для изготовления испарителей и пружин, др. Бериллиевые бронзы. Содержат 2…2,5 % Ве. Эти сплавы упрочняются термической обработкой. Предельная растворимость бериллия в меди при 866 0С составляет 2,7 %, при 600 0С — 1,5 %, а при 300 0С всего 0,2 %. Закалка проводится при 760…800 0С в воде и старение при 300 0С в течение 3 ч. Сплав упрочняется за счет выделения дисперсных частиц g-фазы СuBe, что приводит к резкому повышению прочности до 1250 МПа при d = 3…5 %. Бронзы БрБ2, БрБНТ1,9 и БрБНТ1,7 имеют высокую прочность, упругость, коррозионную стойкость, жаропрочность, немагнитны, искробезопасны (искра не образуется при размыкании электрических контактов). Применяются для изготовления мембран, пружин, электрических контактов. Свинцовые бронзы. Свинец практически не растворяется в жидкой меди. Поэтому сплавы после затвердевания состоят из кристаллов меди и включений свинца. Такая структура обеспечивает высокие антифрикционные свойства. Бронза БрС30 применяется для изготовления вкладышей подшипников скольжения, работающих при повышенных давлениях и с большими скоростями. По сравнению с оловянистыми бронзами, теплопроводность ее в 4 раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту, возникающую при трении. Прочность этих бронз невысокая sв = 60 МПа, d = 4 %. Область применения меди и медных сплавов Благодаря своим свойствам, чистая медь и сплавы на ее основе получили широкое применение в различных отраслях промышленности, строительстве и отделке интерьеров. · Электротехника. По причине низкого удельного сопротивления, медь обладает отличной способностью проводить электрический ток, и при этом стоит значительно меньше серебра. Поэтому металл применяется при изготовлении силовых кабелей, электропроводки, различных приборов, оборудования, а также в качестве обмотки в электродвигателях и силовых трансформаторах. · Теплотехника. По сравнению с другими металлами медь обладает боле высокой теплопроводностью, что позволяет изготавливать из нее теплообменники для различных систем обогрева и охлаждения, в том числе и для климатического оборудования. · Создание инженерных коммуникаций. Благодаря высокой прочности в сочетании с простотой обработки и коррозийной устойчивости, во многих странах медь применяется для изготовления труб инженерных коммуникаций, проложенных внутри зданий. Такие трубы являются бесшовными и выдерживают высокое давление. Поэтому с их помощью монтируют системы отопления, водо- и газоснабжения, а также контуры с хладагентом в холодильных установках и системах кондиционирования. В нашей стране такая практика не получила широкого распространения, хотя медь все же применяется в судостроении и энергетике при создании труб для транспортировки пара и жидкости. · Строительство и отделка зданий, дизайн интерьеров. Кровельная медь, хотя и стоит дорого, но входит в число наиболее долговечных материалов, срок службы которой достигает 150 лет. Кроме того, из этого металла производят материалы для облицовки навесного вентилируемого фасада. В процессе отделки помещений часто применяется фурнитура из меди. Также она служит сырьем аксессуаров для изготовления различных предметов интерьера, и мебели. · Гальванотехника. Медь применяется в качестве внешнего покрытия и является основным элементом, с которым работает гальванотехника.
