Материаловедение. Цветные металлы и сплавы на их основе. Учебно-методический комплекс

Мутылина И.Н.

Возрастное ограничение: 12+ Жанр: Наука Издательство: Проспект Дата размещения: 07.08.2015 ISBN: 9785392191093 Язык: Объем текста: 156 стр. Формат: epub

Оглавление

Предисловие

Материаловедение. Цветные металлы и сплавы на их основе. Учебное пособие. Введение

Глава 1. Классификация и маркировка цветных металлов и сплавов на их основе

Глава 2. Алюминий и сплавы на его основе

Глава 3. Медь и сплавы на ее основе

Глава 4. Титан и сплавы на его основе

Глава 5. Магний и сплавы на его основе магния

Глава 6. Никель и сплавы на его основе

Глава 7. Тугоплавкие металлы и сплавы на их основе

Глава 8. Олово, свинец, цинк и сплавы на их основе

Глава 9. Серебро и его сплавы

Глава 10. Золото и сплавы на его основе

Терминологический справочник

Контрольно-измерительные материалы. Вопросы для тестирования

Микроструктурный анализ сплавов на основе цветных металлов. Лабораторная работа № 1

Лабораторная работа № 2

Лабораторная работа № 3

Лабораторная работа № 4

Лабораторная работа № 5

Лабораторная работа № 6

Лабораторная работа № 7

Приложение

Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгу

ГЛАВА 3.
МЕДЬ И СПЛАВЫ НА ЕЕ ОСНОВЕ

По общему объему мирового производства и потребления Си прочно занимает среди металлов третье место, уступая лишь таким металлам как железо и алюминий. Медь вместе с золотом, серебром, железом, оловом, свинцом и ртутью известна людям с древнейших времен: полагают, что человек знаком с медью приблизительно 10 тысячелетий. Из семи доисторических металлов лишь три – золото, серебро и медь – встречаются на Земле в самородном состоянии, т. е. в виде кусков металла, причем иногда очень больших (самый крупный из когда-либо найденных самородков Сu весил 420 т).

Полагают, медь обязана своим латинским названием «купрум» медным рудникам острова Кипр. Русское слово «медь», по мнению некоторых исследователей, происходит от слова «смида» – так древние племена, населявшие европейскую часть территории, называли вообще металл. Слово «бронза» произошло от названия небольшого итальянского городка Бриндизи, стоявшего на берегу Адриатического моря. Этот торговый порт славился своими бронзовыми изделиями. Латинское «Эс Брунду-си» («медь из Бриндизи») и легло в основу названия сплава.

Медь – это пластичный металл красного цвета, в свежем изломе – розового, при просвечивании в тонком слое – зеленовато-голубого цвета. Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку (гцк) с периодом 0,36 нм при 20 °С. Аллотропических превращений Сu не испытывает вплоть до температуры плавления (1083 °С). Плотность меди составляет 8,9 г/см3, предел прочности 200–250 МПа. Твердость меди (НВ 35) почти в два раза меньше, чем железа.

Содержание Сu в земной коре невелико (0,01 % по массе), но она концентрируется в медных рудах, где содержание ее достигает 5 %. В природе медь изредка встречается в самородном состоянии. Самородная медь обычно не содержит примесей или содержит незначительные примеси серебра, висмута, бериллия; иногда до 2–3 % золота.

В виде соединений с серой или кислородом медь входит в состав более 200 минералов. Наибольшее значение имеют сульфидные руды, из обогащенных сульфидных руд выплавляется примерно 80 % всей добываемой меди. Важнейшими минералами, входящими в состав медных руд, являются халькопирит, борнит, халькозин.

Для производства меди применяют медные руды, отходы меди и её сплавов. Перед плавкой медные руды обогащают и получают концентрат. Выплавка меди из ее сульфидных руд или концентратов представляет собой сложный процесс, состоящий из следующих операций: обжиг, плавка, конвертирование, огневое и электролитическое рафинирование. Концентрат меди подвергают окислительному обжигу при температуре 750–800 °С для уменьшения содержания серы. В ходе обжига большая часть сульфидов превращается в оксиды. Получившиеся оксиды железа, цинка и других примесей отделяются в виде шлака при плавке. Основной же продукт плавки – жидкий штейн (Сu2S с примесью FеS) поступает в конвертор, где через него продувают воздух. В ходе конвертирования выделяется диоксид серы и получается черновая, или сырая медь, содержащая 98,4–99,4 % меди. Для удаления вредных примесей черновая медь подвергается огневому, а затем электролитическому рафинированию.

По свойствам медь близка к серебру и золоту. На воздухе Сu окисляется слабо, поэтому ее называют полублагородным металлом. В сухом воздухе медь почти не изменяется, т.к. образующаяся на ее поверхности тончайшая пленка оксидов (придающая меди более темный цвет) служит хорошей защитой от дальнейшего окисления. Но в присутствии влаги и диоксида углерода поверхность меди покрывается зеленоватым налетом (патиной) карбоната гидроксомеди (СuOН)2СO3. При нагревании на воздухе в интервале температур 200–375 °С медь окисляется до черного оксида меди (II) СuО. При более высоких температурах на ее поверхности образуется двухслойная окалина: поверхностный слой представляет собой оксид меди (II), а внутренний – красный оксид меди (I) Сu2O.

Сu устойчива во многих агрессивных средах (спиртах, органических кислотах, фенольных смолах), но в концентрированных серной, соляной и азотной кислотах растворяется легко. Воздействию аммиака и щелочных цианистых соединений медь сопротивляется плохо. В кислороде окисляется уже при комнатной температуре, а с азотом практически не взаимодействует даже при высоких температурах.

Чистая медь имеет ряд ценных технических свойств. Она обладает высокой удельной электрической проводимостью (59 МСм/м), незначительно уступая в этом только Аg (62 МСм/м), и является основным металлом электротехники и приборостроения. Важными свойствами Сu являются хорошая теплопроводность, высокая пластичность и способность образовывать технологичные сплавы, которые отлично обрабатываются и обладают хорошими механическими свойствами.

Структура и свойства меди существенно зависят от присутствующих в ней примесей. По характеру взаимодействия с медью примеси можно разделить на три группы.

К первой группе относятся металлы, растворимые в твердой меди: Al, Fe, Ni, Zn, Ag, Au, Pt, Cd, Sb.

Вторая группа представлена элементами практически нерастворимыми в Сu в твердом состоянии и образующими с ней легкоплавкие эвтектики: Рb, Вi.

Третью группу составляют элементы, образующие с медью химические соединения: P, As, O, S, Se, Te и др.

Алюминий практически не оказывает влияния на механические свойства меди, но повышает ее коррозионную стойкость. Железо улучшает механические свойства меди. Вреднейшими примесями меди являются висмут и свинец. Эти элементы почти не растворимы в меди и образуют легкоплавкие эвтектики. Структура сплавов Сu с Вi и Рb состоит из ранее выделившихся кристаллов меди, вокруг которых расположен в виде оболочек висмут или свинец. Вследствие этого нагрев сплава выше температур плавления Вi (270 °С) и Рb (327 °С) сопровождается нарушением связи между первичными кристаллами Сu (красноломкость). Прокатка такого сплава из-за его красноломкости невозможна. Наличие Вi приводит также и к хрупкости меди при пониженных температурах (хладноломкости), поскольку высокой хрупкостью обладает сам висмут. Именно из-за отрицательного влияния свинца и висмута на пластичность меди их содержание ограничивается величиной 5·10-3 % и 2·10-3 % соответственно.

Мышьяк нейтрализует вредное влияние примесей Bi, Sb, О, повышает температуру кристаллизации меди и ее жаростойкость. Медь образует с сульфидом и оксидом эвтектики, богатые медью, содержащие 0,39 % О2 и 0,77 % S и плавящиеся соответственно при 1065 и 1067 °С, т.е. выше температур горячей обработки меди, поэтому ни кислород, ни сера не вызывают красноломкости. Сера, селен и теллур образуют с медью соединения Cu2S, Cu2Se, Cu2Te. Сульфид меди вызывает хладноломкость и снижает пластичность меди при горячей обработке давлением. Сульфиды селена и теллура также снижают пластичность, резко ухудшают свариваемость, но облегчают обработку резанием. Фосфор улучшает механические свойства меди и широко применяется при литье в качестве раскислителя.

Мутылина И.Н. Материаловедение. Цветные металлы и сплавы на их основе. Учебно-методический комплекс

Мутылина И.Н. Материаловедение. Цветные металлы и сплавы на их основе. Учебно-методический комплекс

В учебно-методическом комплексе, состоящем из учебного пособия и методических указаний, приведена классификация и маркировка цветных металлов и сплавов на их основе. Рассмотрены особенности микроструктуры и важнейшие свойства сплавов на основе цветных металлов. Описаны основы фазовых превращений при нагреве и охлаждении сплавов.<br /> Комплекс предназначен для студентов, обучающихся по специальности 150501 «Материаловедение в машиностроении» и 261001 «Технология художественной обработки материалов». Может быть использован при выполнении курсовых и выпускных аттестационных работ.

Внимание! Авторские права на книгу "Материаловедение. Цветные металлы и сплавы на их основе. Учебно-методический комплекс" (Мутылина И.Н.) охраняются законодательством!