Мед и медни сплави

Обработката на литературните материали е направена от от  Д. Алипиев

Медта има плътност 8.86 g/cm³ и температура на топене 1083º С. Технически чистата мед е с висока електро- и топлопроводност, добри пластични свойства в горещо и студено състояние, и голяма корозионна устойчивост на въздух и във вода. Това определя широкото й приложение във всички области на промишлеността - както в чист вид, така и като разнообразни сплави, предназначени за производството на отливки или детайли, обработени чрез пластична деформация.

Медните сплави се делят на две големи групи - месинги и бронзове.

Сплавите на медта с цинк се наричат месинги (фиг.1). От тях практическо приложение намират тези със съдържание на цинк
Фиг.1
до 50%. Сплавите с до 39% Zn при стайна температура са еднофазни (a - твърд разтвор) и имат висока пластичност и якост, които намаляват при появата на b' - фаза.

Еднофазният месинг лесно се поддава на студена и гореща пластична деформация, докато пластичността на b' - месинга е малка. При 20º С и съдържание на Zn>50% месингът се подлага само на гореща пластична деформация при температура 750-850º С.

Основен вид термична обработка на месинга е отгряването при 600 - 700º С, което се провежда за подготовка на структурата преди пластична деформация. Охлаждането на a - месинга може да се извърши с голяма скорост, тъй като той не претърпява фазови превръщания. При отгряване на a + b' месинга настъпва фазова прекристализация и скоростта на охлаждане формира различна структура и свойства.

Някои от използваните в практиката сплави са CuAl4 (за радиатори и кондензаторни тръби), CuZn10 (за художествени изделия), CuZn38 (за радиатори, тръбопроводи) и др.

Двойните медно-цинкови сплави се употребяват само за обработване под налягане. Леярските месинги се легират с алуминий, манган, силиций, калай, никел, олово и желязо, с което се подобряват технологичните, механичните и експлоатационните свойства. Такива сплави са CuZn30Al3 (за корозоустойчиви детайли за морското и общото машиностроене), CuZn38Mn2Pb2 (за лагери и втулки), CuZn37Mn3AlFe (гребни винтове и различни детайли с отговорно предназначение) и др.

Бронзът бива два основни вида - калаен и безкалаен.

Структурата на калаения бронз се определя от диаграмата на състоянието Cu-Sn (фиг.2).
Фиг.2
При наличие на калай над 6-8% пластичността рязко намалява, поради появяващата се твърда и крехка d - фаза. Ето защо, сплавите над това съдържание се използват само за леене. Бронзът с лята структура има малка пластичност, но висока износоустойчивост и е отличен антифрикционен материал.

Според предназначението си калаеният бронз се разделя на няколко групи: леярски бронз за машинни детайли - CuSn3Zn7SiNi1, CuSn5Zn5Si5, леярски бронз с високи антифрикционни свойства - CuSn10Pb12, леярски бронз за художествено леене - CuSn9 (камбанен бронз), CuSn5Zn5Pb5 и деформируем бронз - CuSn4Zn3.

Термичната обработка на калаения бронз се състои в хомогенизация за отстраняване на ликвацията и междинни отгрявания за улесняване на пластичната деформация.

Поради високата цена на калая, все повече се използват сплави, при които калаят е заменен с други елементи - Al (алуминиев бронз, напр. CuAl5, CuAl9Fe3, CuAl10Fe4Ni4), Si (силициев бронз, CuSiMn1, CuSi1Ni3Mn), Mn (манганов бронз, CuMn17Sn13Fe8), Sb (антимонов бронз), Pb (оловен бронз) и Be (берилиев бронз).
Всички посочени по-горе марки на медни сплави са означени според БДС, като на първо място се поставя химичният символ на основния метал - Cu , след което е символът на елемента с най-голямо влияние върху свойствата и средното му процентно съдържание. По-нататък се разполагат химичните символи на другите елементи със съответното им съдържание.

Някои структури на мед и медни сплави са представени на следващите фигури.
  • структура на Cu.
На фиг.3а е показана лята структура на технически чиста мед (увеличението е х100), на фиг.3б - структура след пластична деформация (х200), а на фиг.3в - структура след рекристализационно отгряване при 600º С (х200).

а) б) в)
Фиг.3
  • структура на Cu-Zn сплави.
Микроструктурата на (еднофазен) месинг с 30% Zn в лято състояние се състои от дендрити на a - фазата (фиг.4а, х250). В лятата структура на двуфазния месинг (39-45% Zn) се наблюдават светлите кристали на a - фазата и тъмните кристали на
b’ - фазата (фиг.4б, х150).

Когато детайлът е изработен чрез пластична деформация и след това е бил подложен на отгряване, в зависимост от състава, има структура, състояща се от a - фаза (еднофазен месинг) - фиг.5а (х75), или от a + b’ (двуфазен месинг) - фиг.5б, (х100).

а) б) а) б)
Фиг.4   Фиг.5
  • структура на Cu-Sn сплави
На фиг.6а е показана структурата на лят калаен бронз с 5% Sn (х300). Тъмните дендрити са на богатия с мед a - твърд разтвор, а светлите зони между тях са заети от същия твърд разтвор, но с преобладаващо количество на калая.

Микроструктурата на лят калаен бронз с 10% калай е на фиг.6б (х1000). Структурата е a - твърд разтвор (тъмните зони) и евтектоид a + d (в светлите участъци на d - твърдия разтвор се забелязват дребните тъмни отделяния на a - твърдия разтвор).

На фиг.6в (х200) е показана структурата на калаен бронз (a - твърд разтвор с двойници), след пластична деформация и рекристализация.

а) б) в)
Фиг.6



Използвана литература
  1. Славов, Р., М.Манолов и В.Атанасова, Наръчник по леене на цветни метали и сплави, С., Техника, 1976.
  2. Мальцев, М., Т.Барсукова и Ф.Борин, Металлография цветных металлов и сплавов, М., Металургиздат, 1960.
  3. Лахтин, Ю., Основы металловедения, М., Металлургия, 1988.
  4. Гогачев, И.И. и др., Ръководство за лабораторни упражнения по металознание и термична обработка на металите, С., Техника, 1989.
  5. Анчев, В.Х. и др., Ръководство за лабораторни упражнения по материалознание, С., Кинг, 2001.