Разновидности и применение сплавов меди с другими металлами

Последнее обновление - 17 марта 2022 в 06:14

Сбор цветного металла для вторичного передела — древний промысел. Медь (Cu) начали одной из первых применять для изготовления оружия и посуды. Период зарождения металлургии — бронзовый век, он выделен в истории по получению сплава меди самородной с оловом. Простота обработки материала и высокие потребительские свойства обеспечивают спрос на легированные изделия и сегодня. Легирующие возможности медных добавок используют для улучшения различных типов стали.

Свойства и применение чистой меди

В чистом виде металл имеет лёгкий розовый оттенок, в естественном состоянии его наблюдают редко: на воздухе оксидная плёнка окрашивает поверхность в жёлто- или коричнево-красный цвет. Световые отличия позволяют отнести медь и её сплавы к разряду самых ценных и широко применяемых в промышленности металлов — цветных. Одно из свойств — отсутствие намагничивания, температура перехода в жидкую фазу 1083ºС.

Высокая технологичность меди обусловлена пластичностью, мягкостью и тягучестью: поддаётся обработке давлением, хорошо сваривается и паяется, режется и полируется.

Химическая активность низкая — в условиях нормальной влажности и температуры коррозии не наблюдается. Прочностные качества невысоки, как конструкционный материал чистую медь используют редко.

Основные свойства — высокая электро- и теплопроводность, эти качества предопределяют спектр поиска ценного металла сборщиками цветного лома, а также указывают на производства, где наблюдается накопление отходов медных изделий или некондиционных обрезков латуни и бронзы. Это электротехника — провода и кабели, строительство и химические предприятия — инструменты, детали декораций и приборов, металлургия — изготовление сплавов, бытовая и художественная сферы — посуда, чеканка по меди, бронзовые бюсты и детали интерьера.

Оценить количество Cu в обнаруженных дефектных кабелях, трубопроводах и калориферах поможет обмер кучи — полученный объём нужно умножить на удельный вес металла (8,9 г/м3) и сделать поправку на пустоты и посторонние примеси. Собственно медь присутствует обычно в электротехнических устройствах в виде контактов, передаточных шин, проводов и обмоток. Примерное содержание ценного металла в некоторых бытовых приборах:

• телевизор ламповый весом 50―70 кг — до 1500 г;
• полупроводниковый домашний экран — 500 граммов;
• двигатель-компрессор и трубки холодильника — 1 кг;
• обычные электромоторы дают хороший доход сборщикам меди: 1кг/кВт мощности изделия.

Немало красного металла содержат отслужившие магнитные пускатели и трансформаторы, автомобильные стартеры и генераторы, дроссели люминесцентных ламп и реле различного назначения. Одним из способов получения чистой меди является переплавка вторичного лома и термическое рафинирование — освобождение от посторонних примесей.

Элементи, сплавливаемые с медной основой

Существует много легирующих присадок к главному веществу, посредством которых сплавам меди с другими металлами придаются требуемые для производства свойства. Чтобы довести до пользователей состав многокомпонентного материала, принято обозначать наименования входящих в новый металл элементов по первым буквам их названий: цинк — Ц, никель — Н, олово — О, марганец — Мц, магний — Мг. Аналогичным образом шифруют хром, железо, свинец, кремний, алюминий, фосфор и бериллий.

Примеры маркировки

Медь входит в состав многих сплавов, и для определения содержания Cu в предмете надо разбираться в маркировках, представлять, в каких пределах изменяется доля основного металла. Наибольшую известность приобрели:

• латунь (Cu + Zn);
• бронза (Cu + Sn);
• мельхиор — сплав с никелем; из него чеканили советские монеты от 10 копеек, изготавливали подарочные наборы столовых ножей, вилок и ложек.

Больше распространены изделия из бронзы и латуни — жёлтой меди, как её именуют в сантехнике. По химическому составу сплав с цинком бывает двойным и многокомпонентным. В последнем случае в него входят другие легирующие добавки, например, марганец. Соотношение основного металла и вторичных компонентов варьирует в широких пределах.

Если двойная латунь содержит Zn до 20%, её называют томпак. В маркировке после буквенного обозначения указывают количество меди: Л60 — 60%. Многокомпонентный сплав с участием 2% марганца шифруется как ЛМц58−2, цинка в нём — 40%.

Сбор легированного красного металла

Оценивая с точки зрения прибыльности доход от сдачи 1 кг лома меди и её сплавов, приходят к выводу о предпочтительности поиска чистого металла: в этом случае рентабельность оказывается выше в 1,5―2 раза. Найти Cu без добавления легирующих элементов — большая удача и случается редко. Медные сплавы часто встречаются в отслуживших свой век бытовых приборах:

• в сантехнике — душевые шланги и трубки, смесители, краны и вентили, регистры отопления;
• в мебели и элементах квартиры — фурнитура шкафов, окон и дверей;
• в светильниках старого года выпуска.

Практически во всех применяемых сегодня медных сплавах, кроме латуни, количество легирующих элементов не превышает 10%. Свойства сплавов меди и их применение зависят от добавок: кремний и алюминий придают пластичность, свинец — улучшает антифрикционные качества и упрощает обработку резанием. Стойкость против коррозии усиливается за счёт цинка, олова и марганца.

Латунь используется преимущественно в приборо- и машиностроении — запорные устройства и вкладыши скольжения, из неё изготавливают гильзы для боеприпасов. Детали оборудования также делают на основе сплавов. В известном материале дюраль меди содержится 4,4%. Соединения Cu + Au применяют в ювелирном деле для придания золоту большей стойкости к истиранию.

Сплавы медно-оловянные

Бронза в классическом понимании, это сплав меди с оловом, но на практике термин используется для определения любых соединений Cu с основным легирующим металлом, исключая цинк и никель. Отсюда пошло разделение бронзы на две категории: с содержанием Sn и безоловянные. Последние сорта встречаются чаще. Ещё сплав меди с оловом называется оловянистой бронзой.

По технологическому признаку металл бывает деформируемым или литейным, маркировка аналогична латуни с заменой буквы Л на сочетание Бр. В первом случае шифровка выглядит как БрОЦС 8−4−2, что означает процентное вхождение в состав сплава:

• олова — 8;
• цинка — 4;
• свинца — 2;
• меди — 100-(8+4+2)=86%.

Литейные сорта бронзы кодируются сходно с аналогичными видами латуни — буквы и цифры чередуются. Например: БрО6Ц3Н5: 6% Sn, 3 — Zn, 1 — Ni, 90% Сu.

Подразделение от содержания олова — сплав общего назначения 6―10%, у высокопрочной бронзы количественные значения Sn выше: до 16―19%. С увеличением в соединении оловянной составляющей до 30%, хрупкость бронзы возрастает до такой степени, что от удара молотком изделие крошится. Искры при этом не возникают. Области применения бронзы различного состава и плотности сплавов приведены в таблице.

Марка бронзы	Удельный вес, т/м3	Направления использования
БрО3Ц12С5	8,6	Тонкостенные литые элементы, способные работать в морской воде, насыщенном пару и под давлением
БрО3Ц7Н1	8,8	То же
Бро4Ц7С5	8,9	Заготовки для подвижных конструкций тракторов и автомобилей, оснастка поршневых головок и шатунов дизелей
БрО4Ц4С7	9,2	Антифрикционные изделия и муфты для машиностроительных станков
БрО5Ц5С5	8,8	Литые детали узлов скольжения, червячные колёса
БрО5С25	9,4	Подшипники и втулки поршневой системы дизельных двигателей, водяных насосов и турбин, маслосъёмные кольца

Как видно из таблицы, удельный вес оловянистых сплавов меди находится на уровне плотности основного металла: 8,9 т/м3 ~ 8,6―9,4. Это позволяет подходить к оценке количества собранного лома бронзы с меркой, применяемой для самой меди.

Медистые ферросплавы

В отличие от других случаев соединения металлов, основой для легирования является не медь, а железо. Сплав Cu + Fe обладает высокой пористостью.

С точки зрения заготовки медного лома, медистые стали интереса не представляют — содержание Cu находится в пределах 0,2―0,5%. Но для переплавки чугуна и чёрного металлолома сплав железа и меди играет роль легирующей присадки при термическом переделе. За счёт добавления Cu антикоррозийные свойства стали улучшаются в 1,5―3 раза против обычной углеродистой. В порошковой металлургии в отношении медистой стали отмечаются следующие явления:

1. Медь повышает прочность при одновременном введении 5―6% Cu и углерода 0,3―0,6%. При этом ухудшаются пластические свойства сплава.
2. Улучшается обрабатываемость стали.
3. Возрастает стойкость к атмосферной коррозии.

Малоуглеродистая сталь с медью используется для обшивки ж/д вагонов, изготовления резервуаров. Краска на изделиях из такого металла удерживается дольше.