Меди сплавы, сплавы на основе меди, содержащие Zn, Sn, Al, Ni, Fe, Mn, Si, Be, Cr, Pb, P и другие легирующие элементы (в сумме до 50%). Cплавы меди, состоящие из Сu и одного легирующего элемента, называют двойными или простыми, содержащие несколько легирующих элементов - многокомпонентными или сложными.
В двухкомпонентных сплавах меди легирующий элемент образует с Сu твердые растворы замещения, или интерметаллиды. имеющие определенное соотношение числа валентных электронов к числу атомов (э/а). Обычно э/а составляет 3/2 (напр., для CuZn, Cu3Al, Cu5Sn), 21/13 (Cu5Zn8, Cu9Al4, Cu31Sn8) и 7/4 (CuZn3, Cu3Sn). Кроме того, в сплавах меди часто наблюдается образование более сложных интерметаллических соединений.
По основным легирующим элементам сплавы меди разделяют на бронзы, латуни и медноникелевые сплавы.
Бронзы - сплавы Сu, легированные различными химическими элементами (Sn, Аl, Be, Pb и др.), кроме Zn и Ni.
Латуни - медно-цинковые сплавы, содержащие от 4 до 50% Zn. Двойные латуни с содержанием Zn до 10% называют томпаками, до 20% - полутомпаками. Маркируют двойные латуни буквой "Л" и цифрой, указывающей на содержание Сu в сплаве. Среди двойных латуней наиболее распространены сплавы, содержащие 30, 32 и 37% Zn. Латуни с содержанием Zn до 32% являются однофазными (α-латуни), содержащие 32-50%-двухфазными системами (содержат α- и β-фазы). α-Латуни представляют собой твердые растворы замещения Zn в Сu и имеют гранецентрированную кубическую решетку; β-латуни образуют соединения с э/а = 3/2 и имеют объемноцентрированную кубическую решетку.
Сложные латуни получают дополнительным легированием простых латуней различными элементами, например Al, Mn, Sn, Ni, Fe. В марках легированных латуней буквами обозначают качественный состав сплава, числами - содержание компонентов; первое число означает содержание Сu, следующие - легирующих добавок. Легирующие элементы обозначают буквами: А-Аl, H-Ni, О-Sn, Ц-Zn, C-Pb, Ж-Fe, Мц-Mn, К-Si, Ф-Р, Т-Тi. Hаиболее распространены: оловянная адмиралтейская, или морская (ЛО62-1), алюминиевая, никелевая или алюмоникелевая (марка последней ЛАН59-3-2) и железомарганцевая (ЛЖМц59-1-1). Созданы также многофазные (дисперснотвердеющие) латуни, упрочнение которых достигается термической обработкой со старением, например ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5.
Получают латуни сплавлением меди с легирующими элементами, обычно в электрических индукционных печах. Получение латуни прямым сплавлением элементов затруднено из-за большой разницы температур плавления этих металлов и большой упругости пара Zn, поэтому при сплавлении обычно вводят лигатуру (небольшое кол-во готового сплава Cu-Zn), облегчающую сплавление компонентов. Обрабатывают латунидавлением (деформируемые латуни) или с использованием литья. Латуни отличаются хорошими механическими свойствами, высокой коррозионной стойкостью, пластичностью. прочностью. Зависимость прочности, пластичности и электрического сопротивления латуней от содержания Zn показана на рисунке. Латуни превосходят Сu по прочности на растяжение: sраст для Сu 450 MПа, для ЛАЖ > 600 MПа, для β-латуни > 740 MПа при удлинении (d) более 12%. Используют латуни для произ-ва листов, лент, полос, труб, проволоки, которые изготовляют при горячей или холодной обработке расплава. Из полученных полуфабрикатов изготовляют электротехнические и машиностроительные детали, части приборов, медали, сетки и пр.
Зависимость электрического сопротивления (а), пластичности (б)и прочности (в)латуней от содержания Сu в сплаве: 1 - наклепанная латунь; 2 -отожженная латунь; 3 - литая латунь.
К медно-никелевым сплавам относятся мельхиоры (содержат 20-30% Ni и легирующие элементы Fe, Mn и др.), нейзильбер (5-35% Ni, 12-46% Zn), константан (40% Ni, 1,5% Mn), манганин (30% Ni, 12% Mn) и др. Никель образует с медью непрерывный ряд твердых растворов, его введение повышает коррозионную стойкость, твердость, прочность, модуль упругости и температуру плавления сплава, понижает его теплопроводность, электрическая проводимость и температурный коэффициент электрического сопротивления. Медноникелевые сплавы обрабатывают давлением в горячем и холодном состоянии. Применяют в кораблестроении, для изготовления деталей, работающих при повышенной температуре и давлении.
Все сплавы меди обладают высокой стойкостью против атмосферной и газовой коррозии. Для латуней, нейзильбера, бериллиевых и других бронз она составляет (0,5-30).10-4 мм в год. Существенно замедляют их окисление Be, Zn и Al, способствующие образованию на поверхности сплава защитной пленки; заметно уменьшают коррозию также Si, Sn, Zn, Cd; не влияют - Fe, Ni, Co, Mn, Sb, Ag, P; присутствие в сплаве Сr, Se, As ускоряет его окисление. Сплавы меди устойчивы в атмосфере СО2, сухого NH3, незагрязненного сухого и влажного водяного пара. При длительной (десятки лет) атмосферной коррозии латунь подвергается обесцинкованию. Этот процесс протекает вследствие селективной коррозии Zn или перехода в результате коррозии в раствор Сu и Zn с последующим осаждением Сu в сплаве. При этом наблюдается сохранение медного остова, изделие не меняет своей формы, но утрачивает прочность. Латуни с повышенным содержанием Zn наиболее подвержены такому виду коррозии. Склонность сплавы меди к обесцинкованию уменьшается в присутствии добавок As (не более 0,5% по массе). Подобная селективная коррозия характерна также для алюминиевых и оловянных бронз.
Сплавы меди слабо поддаются почвенной коррозии. Исключение - латуни, которые в этих условиях подвержены обесцинкованию. В естественных водных (речных и морских) средах сплавы меди подвергаются кавитационному разрушению (например, разрушение корабельных винтов), являющемуся результатом коррозии и действия на сплав высокотурбулентного потока воды.
Скорость коррозии в кислотных средах возрастает с повышением температуры, концентрации кислоты, степени аэрации раствора и скорости потока. Наиболее стойки к кислотам оловянные, алюминиевые и кремнистые бронзы, а также медно-никелевые сплавы; применять латуни в контакте с кислотами не рекомендуется. В окислит. средах и горячих щелочных растворах все сплавы меди быстро разрушаются. сплавы меди нельзя также использовать в контакте с Н2О2, расплавленной серой, H2S и SO2. Галогены в сухих условиях мало действуют на сплавы меди, но при наличии влаги вызывают коррозию. На пов-сти сплавы меди образуются защитные пленки Cu2O, Cu(OH)2, CuCO3 и других соединений Сu, слабо растворимых в воде. Это способствует появлению с течением времени на поверхности так называемой патины, которая придает художественным изделиям из сплавы меди особый внешний вид.
Специфическая особенность нейзильбера, латуней, бериллиевых, марганцевых и алюминиевых бронз - склонность к коррозии под напряжением, т.е. растрескиванию при одновременном воздействии внеш. сил или остаточных внутренних механических напряжений и коррозионной среды. Такая коррозия возникает в присутствии NH3, паров Hg, растворов ее солей, в загрязненной влажной атмосфере (сезонная болезнь). Предотвращают коррозионное растрескивание отжигом при температуре 250-800°С, снимающим внутреннее напряжение сплава, или легированием.
Механические свойства сплавы меди изменяются в широких пределах при холодной обработке давлением и при отжиге. Холодной деформацией (наклепом) можно увеличить твердость и предел прочности сплавы меди в 1,5-3 раза при одновременном снижении пластичности, которую затем восстанавливают отжигом. Смягчающий отжиг латуней и бронз после холодной обработки проводят при 600-700 °С.
По назначению сплавы меди подразделяют на антифрикционные, жаропрочные, конструкционные, пружинные и электротехнические. К первым относят свинцовистую бронзу, легированные алюминиевые бронзы, свинцовистую латунь. Применяют их для заливки стальных вкладышей тяжелогруженых подшипников, для изготовления узлов трения, втулок, фрикционных дисков и пр. Жаропрочные сплавы меди содержат от одного до трех легирующих компонентов (напр., Со, Сr, Mg, Zr) и обычно перед использованием подвергаются термической обработке. Предназначены для изготовления проводников электрического тока, эксплуатируемых при высокой температуре, электродов сварочных машин и т. п. К конструкционным сплавы меди относят главным образом двойные латуни и латуни, легированные небольшими добавками Sn, Al, Fe, Si, Ni, Mn. Из них изготовляют трубы для конденсаторов и радиаторов, посуду, гильзы и др. Пружинные сплавы - главным образом бериллиевые бронзы, медно-никелевые сплавы. Их применяют для изготовления пружин, эксплуатируемых до температуры 130°С. Электротехнический сплавы меди отличаются малым температурным коэффициент электрического сопротивления, жаропрочностью. Используют такие сплавы для изготовления электрических приборов, реостатов, резисторов. Лит.: Смирягин А. П., Смирягина Н. А., Белова А. В., Промышленные цветные металлы и сплавы, Справочник, 3 изд., М., 1974; [Металловедение медных сплавов], в сб.: Научные труды института Гипроцветметобработка, М., 1975-85.
