Сталь — сплав железа с углеродом (до 2 % С). По химическому составу сталь разделяют на углеродистую и легированную, а по качеству — на сталь обыкновенного качества, качественную, повышенного качества и высококачественную.

Сталь углеродистую обыкновенного качества подразделяют на три группы:

А — поставляемую по механическим свойствам и применяемую в основном тогда, когда изделия из нее подвергают горячей обработке (сварка, ковка и др.), которая может изменить регламентируемые механические свойства (Ст0, Ст1 и др.);

Б — поставляемую по химическому составу и применяемую для деталей, подвергаемых такой обработке, при которой механические свойства меняются, а уровень их кроме условий обработки определяется химическим составом (БСт0, БСт1 и др.);

В — поставляемую по механическим свойствам и химическому составу для деталей, подвергаемых сварке (ВСт1, ВСт2 и др.).

Углеродистую сталь обыкновенного качества изготовляют следующих марок: Ст0, Ст1кп, Ст1пс, Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкп, СтЗпс, СтЗсп, СтЗГпс, СтЗГсп, Ст4кп, Ст4пс, Ст4сп, Ст5пс, Ст5сп, Ст5Гпс, Стбпс, Стбсп.

Буквы Ст обозначают «Сталь», цифры — условный номер марки в зависимости от химического состава, буквы «кп», «пс», «сп» — степень раскисления («кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная).

Сталь углеродистая качественная конструкционная по видам обработки при поставке делится на горячекатаную и кованую, калиброванную, круглую со специальной отделкой поверхности — серебрянку. По требованиям к испытанию механических свойств сталь подразделяют на пять категорий.

Легированную сталь по степени легирования разделяют на низколегированную (легирующих элементов до 2,5 %), среднелегированную (от 2,5 до 10 %), высоколегированную (от 10 до 50 %). В зависимости от основных легирующих элементов различают сталь 14 групп. К высоколегированным относят:

1) коррозионностойкие (нержавеющие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против электрохимической и химической коррозии; межкристаллитной коррозии, коррозии под напряжением и др.;

2) жаростойкие (окалиностойкие) стали и сплавы, обладающие стойкостью против химического разрушения в газовых средах при температуре выше 50 °С, работающие в ненагруженном и слабонагруженном состоянии;

3) жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течение определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

Электротехническую тонколистовую сталь разделяют: а) по структурному состоянию и виду прокатки на классы: 1 — горячекатаная изотропная; 2 — холоднокатаная изотропная; 3 — холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой; б) по содержанию кремния: 0 — до 0,4 %; 1 — св. 0,4 до 0,8 %-, 2 — св. 0,8 до 1,8 %; 3 — св. 1,8 до 2,8 %; 4 — св. 2,8 до 3,8 %; 5 — св. 3,8 до 4,8 %, химический состав стали не нормируется; в) по основной нормируемой характеристике на группы: 0 — удельные потери при магнитной индукции 1,7 Тл и частоте 50 Гц (P1,7/50); 1 — удельные потери при магнитной индукции 1,5 Тл и частоте 50 Гц (P1,5/50); 2 — удельные потери при магнитной индукции 1,0 Тл и частоте 400 Гц (P1,0/400); 6 — магнитная индукция в слабых магнитных полях при напряженности поля 0,4 А/м (В 0, 4); 7 — магнитная индукция в средних магнитных полях при напряженности поля 10 А/м (В10).

Сталь легированную конструкционную в зависимости от химического состава и свойств делят на качественную, высококачественную А, особовысококачественную Ш (электрошлакового переплава). По видам обработки при поставке различают сталь горячекатаную, кованую, калиброванную, серебрянку. По назначению изготовляют прокат: а) для горячей обработки давлением и холодного волочения (подкат); б) для холодной механической обработки.

Примерное назначение углеродистой качественной конструкционной стали

Примерное назначение низколегированных тонколистовой и широкополосной универсальной сталей
09Г2 Для деталей сварных конструкций, изготовляемых из листов. Обрабатывается резанием удовлетворительно 09Г2С Для паровых котлов, аппаратов и емкостей, работающих под давлением при температуре -70 — +450 °С; для ответственных листовых сварных конструкций в химическом и нефтяном машиностроении, судостроении. Хорошо свариваются. Обрабатываются резанием удовлетворительно 10ХСНД Для сварных конструкций химического машиностроения, фасонных профилей в судостроении, вагоностроении 15ХСНД Для деталей вагонов, строительных свай, сложных профилей в судостроении. Обладает повышенной коррозионной стойкостью 15ГФ Для листовых сварных конструкций в вагоностроении. Обеспечивает высокое качество сварного шва. Штампуемость удовлетворительная

Примерное назначение легированной конструкционной стали

Примерное назначение коррозионностойких сталей и сплавов

Примерное назначение инструментальной нелегированнои стали различных марок

Назначение рессорно-пружинной стали

Назначение электротехнической тонколистовой стали

Маркировка материалов различных групп

Сталь обыкновенного качества –

Ст0; ВСт0, БСт0 — Красный и зеленый

Ст1, ВСт1кп — Желтый и черный

Ст2, ВСт2кп – Желтый

СтЗ, ВСтЗкп, ВСтЗ, БСтЗкп, БСтЗ – Красный

Ст4, ВСт4кп, ВСт4, БСт4кп, БСт4 – Черный

Ст5, ВСт5 – Зеленый

Ст6 – Синий

Углеродистая качественная сталь –

08, 10, 15, 20 – Белый

25, 30, 35, 40 — Белый и желтый

45, 50, 55, 60 — Белый и коричневый

Легированная конструкционная сталь –

Хромистая — Зеленый и желтый

Хромомолибденовая — Зеленый и фиолетовый

Xромованадиевая — Зеленый и черный

Марганцовистая — Коричневый и синий

Хромомарганцовая — Синий и черный

Хромокремнистая — Синий и красный

Хромокремнемарганцовая — Красный и фиолетовый

Никельмолибденовая — Желтый и фиолетовый

Хромоникелевая — Желтый и черный

Хромоникелемолибденовая — Фиолетовый и черный

Хромоалюминиевая – Алюминиевый

Коррозионностойкая сталь –

Хромистая — Алюминиевый и черный

Хромоникелевая — Алюминиевый и красный

Хромотитановая — Алюминиевый и желтый

Хромоникелекремнистая — Алюминиевый и зеленый

Хромоникелетитановая — Алюминиевый и синий

Хромоникелениобиевая — Алюминиевый и белый

Хромомарганценикелевая — Алюминиевый и коричневый

Хромоникелемолибденотитановая — Алюминиевый и фиолетовый

Быстрорежущая сталь –

Р18 — Бронзовый и красный

Р9 – Бронзовый

Твердые спеченные сплавы –

ВК2 — Черный с белой полосой

ВКЗ-М — Черный с оранжевой полосой

ВК4 – Оранжевый

ВК6 – Синий

ВК6-М — Синий с белой полосой

ВК6-В – Фиолетовый

ВК8 – Красный

ВК8-В — Красный с синей полосой

ВК10 — Красный с белой полосой

ВК15 – Белый

Т15К6 – Зеленый

Т30К4 — Голубой

Медь является одним из самых «древних» металлов: считается, что люди начали использовать ее для изготовления орудий труда еще в IV тыс. до н.э.
Распространение меди в древности объясняется тем, что она встречается в природе в самородном, т.е. металлическом, состоянии. В таком виде медь находили в нашей стране на Урале, в Америке, Японии, Китае и некоторых других странах. На территории США был найден крупнейший из известных самородков-его масса составляла 420 т. Однако такие находки встречаются редко.

Медь довольно легко можно получить из природных соединений руд. Когда люди научились восстанавливать углем медные руды, а из полученного металла изготовлять бронзу-сплав меди с оловом, в истории человечества начался так называемый бронзовый век. Он продолжался приблизительно с конца IV тыс. до н.э. до начала I тыс. до н.э., когда началось использование железных орудий. В бронзовом веке медь играла важнейшую роль в развитии хозяйства. И в настоящее время роль меди, ее сплавов и соединений в развитии промышленности и сельского хозяйства очень велика.
Однако сейчас приходится сталкиваться со значительной нехваткой этого металла-запасы медных руд постепенно истощаются. Ведь медь занимает по распространению в природе лишь 23-е место среди всех элементов: ее массовая доля в земной коре равна 0,01%.

Медь — это химический элемент с порядковым номером 29, расположенный в I группе (побочной подгруппе) и 4-м периоде периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Латинское название меди cuprum и соответствующий ему символ Сu происходят от названия острова Кипр. Именно с этого острова в Средиземном море вывозили медь древние римляне и греки.

Что представляет собой металлическая медь? Это тяжелый розово-красный металл, мягкий и ковкий, плавится при температуре 1084,5°С, очень хорошо проводит электрический ток и теплоту: электрическая проводимость меди в 1,7 раза выше, чем алюминия, в 6 раз выше, чем железа, и лишь немного уступает электрической проводимости серебра.

Сорта меди.

Медь отличается высокими теплопроводностью, электропроводностью, коррозионной стойкостью, сравнительно низкой температурой плавления. Превосходно поддается всем видам пайки. Отлично обрабатывается давлением в холодном и горячем состоянии, обладает хорошими литейными свойствами и удовлетворительно обрабатывается резанием.

Характеристики основных физико-механических свойств меди

В зависимости от чистоты металла, химического состава примесей и метода получения, физико-механические свойства меди разнятся. В России медь классифицируют по ГОСТ 859-2001 «Медь. Марки». В Европе действуют стандарты EN 1254 и CR 13388.

Техническую медь в зависимости от чистоты разделяют на марки: М00 (99,99% Cu); М0 (99,95% Cu); М0б (99,97% Cu); М1 (99,9% Cu); М2 (99,7% Cu); М3 (99,5% Cu); М4 (99% Cu). Различие той или иной марки меди еще и в химическом составе примесей и способах ее получения, часто обуславливает и область ее применения.

Всего в России существует около двадцати различных марок меди, выпускаемых в зависимости от предназначения и использования. Например электролитическая — это медь не содержащая никаких примесей, лишенная кислорода и обладающая очень высокой электропроводностью. Раскисленная медь выпускается для строительства, так как не имеет водородной хрупкости и прекрасно поддается пайке и сварке.

Примесями в меди являются висмут, сурьма, мышьяк, железо, фосфор и серебро. Наиболее вредны висмут и свинец. При нагреве под обработку давлением они делают медь хрупкой (красноломкой). Висмут и свинец допускаются в меди в количестве тысячных и даже десятитысячных долей процента. Сера и кислород даже в небольшом количестве приводят к уменьшению пластичности, хотя сера и улучшает обрабатываемость меди резанием.

Любая примесь в той или иной мере снижает электропроводность меди (очень сильно уменьшают теплопроводность и электропроводимость сурьма и мышьяк), и для изготовления проводников электрического тока применяют наиболее чистые сорта проводниковой меди марок М00к (катодная) и М00б (бескислородная), содержащие примесей не более 0,001%.

Особо вредной примесью в строительстве является кислород, который уменьшает пластичность и прочность меди. Если медь нагревают (при термообработке или эксплуатации) в атмосфере, где есть водород, то атомы водорода быстро диффундируют вглубь металла и восстанавливают оксид меди Cu2O + H2 = 2Cu + H2O. Образующиеся при этом пары воды создают высокое давление, что приводит к вздутиям, разрывам, трещинам и пористости.

Особенно это вредно при высокотемпературной пайке и сварке медных изделий, так как снижает прочность и надежность соединения. Это явление называется «водородной болезнью» меди и проявляется при температурах выше 400°С. При низкотемпературной (мягкой) пайке этим явлением можно пренебречь.

Для предупреждения окисления, медь плавят под слоем древесного угля, или с использованием защитных газов, или в вакууме. Общепринятой практикой получения сортов меди, пригодных к сварке и высокотемпературной пайке, является их раскисление, вводом в состав присадки фосфора, которая связывает кислород.

Маркировка меди в российских марках: ставится буква «М» обозначающая медь. Далее идут цифры показывающие степень чистоты в % (00-высокочистая, 0-чистая, 1,2,3-технически чистая). Последний элемент маркировки — буква обозначающая способ изготовления меди: (к — катодная, у — катодная переплавленная, б – бескислородная, р — раскисленная, ф — раскисленная фосфором).

Медь марок М1р, М2р и М3р при суммарном содержании примесей, одинаковом с медью марок М1, М2 и М3, отличается от них тем, что они более полно раскислены и содержание кислорода в них снижено от 0,05-0,08 % до 0,01%. Поэтому в них дополнительно содержится от 0,002% до 0,012 % фосфора. Марка меди М1ф отличается от М1р еще большим количеством фосфора от 0.012% до 0,04%, для большего раскисления и соответственно полным отсутствием кислорода.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МЕДИ ПО ГОСТ 859 (%)

Применение меди для сантехнических и газопроводных изделий определяется: для труб ГОСТ Р 52318, а в Европе — EN 1057; для строительных изделий ГОСТ 495-92, в Европе — EN 1172; для фитингов ГОСТ Р 52922, ГОСТ Р 52948, ГОСТ Р 52949, в Европе EN 1254.

Для строительных целей, сантехники и газоснабжения, для кровельных работ и изготовления трубопроводов любого назначения наиболее часто используют медь марок М1ф и Cu-DHP, являющиеся аналогами. Полное отсутствие в них кислорода гарантирует отсутствие «водородной болезни», отличную свариваемость и хорошие прочностные качества.

Эта особенность отражается на эксплуатационных качествах изделий, изготовленных из этих марок, поэтому они наиболее широко применяется там, где для соединения этого материала используется пайка и сварка — трубопроводы и строительство. Кроме того процесс патинирования такой меди протекает медленнее и равномернее.

Для строительных целей также разрешены к применению медь марки М1р и Cu-DLP, химический состав которых аналогичен. Основным отличием этих марок от предыдущих является наличие небольшого количества в составе кислорода при пониженном содержании фосфора. Поэтому М1р и Cu-DLP рекомендуется применять там, где не требуется сварка и высокотемпературная пайка (для низкотемпературной — допустимо) из-за возможности возникновения «водородной болезни».

При этом пластичность М1р выше, чем у М1ф и Cu-DHP и гибка на трубогибах происходит легче, с меньшей опасностью повреждения трубы. Также в Европе для второстепенных изделий: водостоки, желоба, доборные элементы кровли разрешен к использованию сплав CuZn0,5.

Наиболее употребительные марки меди, имеющие широкое применение в разных странах обозначается по разному, но имеют аналогичный состав.

Страна Применение Россия Европа Германия США Япония Англия
Норматив — ГОСТ 859 EN 1254 DIN 1786 ASTM B133 H3510-86 BS1172
Марка Универсал. М1ф Cu-DHP SF-Cu C12200 C1220 C106
Марка Строитель М1р Cu-DLP SW-Cu C12000 C1201 —

Химический состав наиболее используемых марок меди

МАРКИ МЕДИ СОДЕРЖАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ% ПРИМЕНЕНИЕ
EN 1254 ГОСТ 859 Cu + Ag O P Остальное Строительство сантехника
Cu-DHP М1ф 99,9 — 0,012-0,04 0,06-0,088 Все виды работ, с пайкой
Cu-DLP М1р 99,9 0,01 0,005-0,012 0,07-0,08 Все виды работ без пайки
CuZnN0,5 — 98 0,02 0,8 Вспомогат. изделия без пайки

СРАВНИТЕЛЬНАЯ СТОИМОСТЬ МЕДИ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК
Марка М1ф Cu-DHP М1р Cu-DLP М2р SF-Cu М3р
Стоимость 1 1,25 0,99 1,25 0,95 1,2 0,88

Cледует иметь ввиду, что марки меди М1ф и Cu-DHP, хоть и являются аналогами, но наличие примесей (т.н. «остальное») в них контролируется по разному. У марки М1ф наличие примесей контролируется гораздо жестче и химический состав более стабилен. Поэтому для ее производства не используются лома, а только «свежевыплавленный» металл.

Для производства Cu-DHP широко используются лома, так как требования по примесям менее строги. Поэтому в плане производства М1ф сложнее и дороже, чем Cu-DHP. А вот рыночная цена на эти материалы складывается при воздействии целого комплекса факторов, не имеющих никакого отношения к производству.

По пределу прочности обычно различают три состояния одной и той же марки меди: мягкое — М или R220 (предел прочности 210 МПа), полутвердое — ПТ или R250 (предел прочности 250 МПа) и твердое — Т или R290 ( предел прочности 280 МПа). Имеются и более твердые состояния меди.

Состояние меди
Параметр Мягкое Полутвердое Твердое
Временное сопротивление, МПа 210 250 280
Относительное удлинение,% 40 20 3
Модуль упругости, МПа 10^5 0,6-0,9 0,8-1,1 1.0-1,3

При выпуске готовых изделий из меди, кроме химического состава определяемого маркой, прочностные качества металла задаются и технологией производства. В зависимости от наличного состава оборудования и используемой технологии, например погонажные изделия обычно получают в твердом состоянии. Для получения изделий в более мягком состоянии производят дополнительно отжиг. Это приводит к удорожанию полутвердых и мягких труб.

ГОСТ 52318 требует, что медные трубы должны выдерживать раздачу без образования трещин и надрывов, видимых невооруженным глазом, при увеличении наружного диаметра труб: для мягкого состояния — на 25%, для полутвердого — на 15%. Разные состояния прочности и пластичности меди вызывают и разный подход при монтаже трубопровода из труб разной твердости.

При практической работе следует также иметь в виду, что по мере старения металла, медь в течение нескольких лет переходит в более твердое состояние. Поэтому оперируя листовым металлом или медными трубами, долгое время хранившимся на складе, для приведения их снова в мягкое состояние может потребоваться небольшой дополнительный отжиг.

Влияние примесей на свойства меди

Алюминий повышает коррозионную стойкость меди, уменьшает окисляемость и понижает электропроводность и теплопроводность меди.

Бериллий понижает электропроводность меди, повышает механические свойства и резко уменьшает окисляемость меди при повышенных температурах.

Висмут при повышенном содержании делает медь хрупкой; на электропроводность меди висмут заметного влияния не оказывает.

Железо повышает механические свойства меди, резко снижаются её электропроводность, теплопроводность и коррозионная стойкость.

Кислород является вредной примесью, так как при повышенном его содержании заметно понижаются механические, технологические и коррозионные свойства меди.

Водород оказывает разрушительное воздействие на медь, содержащую кислород. Такая медь делается хрупкой и растрескивается, вследствие образования водяных паров реакции водорода с закисью меди.

Мышьяк значительно понижает электропроводность и теплопроводность, но значительно повышает жаростойкость меди.

Свинец заметного влияния на электропроводность и теплопроводность меди не оказывает, но сильно улучшает её обрабатываемость резанием.

Серебро не оказывает влияния на технические свойства меди, мало влияет на её электропроводность и теплопроводность.

Сурьма значительно понижает электропроводность и теплопроводность меди.

Сера и селен незначительно влияют на электропроводность и теплопроводность меди, заметно снижают пластичность. Под влиянием серы и селена значительно улучшается обрабатываемость меди резанием.

Фосфор значительно понижает электропроводность и теплопроводность меди, но положительно влияет на механические свойства и свариваемость, повышает жидкотекучесть.

Теллур на электропроводность меди значительного влияния не оказывает.

МЕДНЫЕ СПЛАВЫ

Сплавы на основе меди, в которых легирующими элементами являются олово, цинк, свинец, никель, алюминий, марганец, железо, серебро, золото, фосфор, кремний и другие.

В зависимости от легирующих компонентов медные сплавы могут быть высоко электро- и теплопроводными, пластичными и достаточно прочными при высоких темперо-, износо- и химически стойкими, высокоупругими.

Добавки к двойным медноцинковым сплавам небольших количеств олова, алюминия, никеля, кремния, марганца, железа, свинца и других, повышают прочность, твердость, обрабатываемость резанием, придают хорошие литейные свойства и прочие.
Сложные медноцинковые сплавы наз. спец. латунями.

Сплавы меди с оловом ранее назывались просто бронзами. С появлением сплавов меди с др. легирующими металлами (кроме цинка), которые также наз. бронзами, медно- оловянные сплавы получили название оловянистых бронз, а сплавы меди с др. металлами стали называться по главному (кроме меди) компоненту сплава — напр. алюминиевыми, бериллиевыми, кремнистыми и др. бронзами.

Оловянистые бронзы — древнейшие сплавы, которыми научился пользоваться человек. От древних культур Египта, Греции, Рима, Китая и более поздних веков остались многочисленные художественные изделия из бронзы. Медные сплавы изготовляются сплавлением меди с др. элементами или их сплавами — лигатурами — в пламенных печах, чаще электрических (дуговых, индукционных, высокочастотных, печах сопротивления). При плавке для защиты от окисления применяют древесный уголь, флюс или плавку ведут в вакууме. В наст, время некоторые медные сплавы получают путем электролиза комплексных водных растворов или диффузии в поверхностные слои металлических изделий. Однофазные ма делегированные сплавы легче деформируются при комнатной температуре, чем высоколегированные — с двухфазной структурой. При высоких же темп-pax легче деформируются двухфазные сплавы и сильнее сопротивляются деформированию сплавы однофазные.
Медные сплавы применяют в литом и деформированном состоянии. Сплавы в деформированном состоянии обладают более высокой прочностью и плотностью.

Термическая обработка (закалка и старение) медных сплавов в ряде случаев повышает прочность, увеличивает пластичность (закалка), уменьшает внутренние напряжения (отжиг).

Сплавы меди с др. металлами обычно содержат не более 10% основного легирующего элемента, а прочие компоненты (в более сложных составах) в еще меньших количествах. Исключением являются только латуни, содержащие цинк значительно больше 10%. Добавки к меди олова, алюминия, кремния, бериллия и др. значительно повышают прочность при сохранении пластичности. В присутствии больших количеств легирующего элемента сплавы становятся хрупкими.

К числу наиболее прочных и достаточно пластичных медных сплавов относятся алюминиевые бронзы, содержащие небольшие количества железа, никеля, марганца. Их предел прочности составляет 50—65 кг/мм2 при удлинении 8—12%. Сплавы обладают хорошими литейными св-вами и легко обрабатываются давлением, отличаются повышенной коррозионной стойкостью. Благодаря высоким механическим и технологическим свойствам широко применяются для изготовления конструкционных деталей различного назначения, а также для деталей, работающих при повышенных температуpax. Бериллиевые бронзы в термически обработанном состоянии имеют еще большую прочность, высокий предел упругости и твердость; коррозионноустойчивы и легко обрабатываются давлением в закаленном состоянии. Предел прочности бериллиевых бронз достигает 150 кг/мм2, предел упругости 110 кг/мм2, твердость 400 кг/мм2, но при этом удлинение не превышает 1%.

Латуни, особенно специальные, содержащие небольшое количество алюминия, железа, марганца и др. металлов, также относятся к числу сплавов, обладающих высокими механическими свойствами, высокой деформируемостью и хорошими литейными качествами. Их предел прочности изменяется от 30 до 50 кг/мм2 при удлинении до 25%. В наклепанном состоянии предел прочности достигает 90 кг/мм2. Благодаря значит, количеству цинка эти сплавы являются наиболее экономичными. Хорошие механические и высокие технологические свойства обеспечили латуням широкое применение для изготовления разнообразных деталей.
Бронзы оловянистые, сурьмянистые, свинцовистые являются прекрасными антифрикционными материалами. Сплавы меди с небольшим количеством (в сумме не более 0,5—1,5%) хрома, циркония, кадмия, никеля, кобальта, бериллия и др. представляют собой группу сплавов с особыми физич. св-вами: высокой тепло- и электропроводностью при хорошей теплостойкости (предел прочности при 500—600° составляет 15—20 кг/мм2).

Марка медных сплавов, в к-рой указывается его состав, для бронз начинается буквами Бр, а для латуней — буквой Л. Далее у бронз указываются начальные буквы наименования легирующих компонентов и цифровые индексы, соответствующие их среднему содержанию в сплаве. Напр., бронза алюминиево-железная с 10% А1 и 4% Fe имеет марку БрАЖ10-4, что означает наличие в сплаве 10% А1 и 4% Fe.

В марках латуней после буквы Л также указываются начальные буквы легирующих компонентов, потом дается цифровой индекс, соответствующий процентному содержанию меди в сплаве, и далее (в том же порядке, что и буквы) приводятся цифры процентного содержания в сплаве легирующих компонентов. Так, напр., латунь, содержащая 70% Си и 1% Sn, обозначается маркой Л070-1.

Медно-никелевые сплавы

К медно-никелевым сплавам относятся сплавы на основе меди, в которых основным легирующим элементом является никель. Легирование меди никелем значительно повышает ее механические свойства, коррозионную стойкость, термоэлектрические характеристики. Промышленные медно-никелевые сплавы можно условно разделить на две группы: конструкционные и электротехнические. К первой группе относятся коррозионно-стойкие и высокопрочные сплавы типа мельхиор, нейзильбер и куниаль. В качестве дополнительных легирующих элементов в них добавляют марганец, алюминий, цинк, железо, кобальт, свинец, а также хром, церий, магний, литий.

Мельхиоры имеют высокую коррозионную стойкость в различных средах — в пресной и морской воде, в органических кислотах, растворах солей, в атмосферных условиях. Добавки железа и марганца увеличивают стойкость медно-никелевых сплавов против ударной коррозии. Являясь твердыми растворами, мельхиоры обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

Сплавы на основе меди, в которых основными легирующими компонентами являются никель и цинк, называются нейзильберами. Они представляют собой твердые растворы на основе меди. Легирование цинком приводит к повышению механических свойств медно-никелевых сплавов и приданию им красивого серебристого цвета и удешевлению. Нейзильберы отличаются высокой коррозионной стойкостью: не окисляются на воздухе, сравнительно устойчивы в органических кислотах и растворах солей. Нейзильберы обрабатываются давлением в горячем (за исключением свинцовистого нейзильбера) и в холодном состоянии. Небольшое количество свинца вводится для улучшения обработки резанием.

Сплавы на основе тройной системы Сu-Ni-А1 называют куниалями. Эти сплавы отличаются высокими механическими и упругими свойствами, коррозионной стойкостью, устойчивостью при низких температурах. Обрабатываются давлением в горячем состоянии.
Согласно диаграмме состояния предел растворимости а-твердого раствора на основе меди резко уменьшается с понижением температуры. Поэтому куниали относятся к дисперсионно-твердеющим сплавам. Они упрочняются после термической обработки, заключающейся в закалке с 900-1000 °С в воду и старении при 500-600 1-2 ч. При старении происходит распад пересыщенного твердого раствора с образованием двух- или трехфазной структуры с мелкодисперсными выделениями 0-фазы, представляющей собой соединение NiAl, или одновременно 6- и Р-фазы, представляющей собой соединение NiAl2.

К конструкционным медно-никелевым сплавам также относятся сплавы МН95-5 и МНЖ5-1, обладающие высокими механическими свойствами и коррозионной стойкостью, они не склонны к коррозионному растрескиванию.

Были предложены новые группы дисперсионно-твердеющих сплавов на основе системы Сu-Ni. Это сплавы для токоведущих пружин, работающих при высоких температурах (до 250 °С) состава: 1) Ni (15-20)%, Сr (3,5-4)%, Мn (2,1-3)%, V (0,01-0,5)%, Се (0,01-0,05) %, остальное Сu; после термической обработки (закалка + старение) сплав имеет следующие свойства: 370HV; σв = 1250 МПа; δ = 3%; 2) Ni (4-4,5)%, Si (0,8-1,2)%, Сr (0,4-0,6) %, Аl (0,7-1,1)%, Mg (0,3-0,6) %, Li (0,005-0,04)%; остальное Сu; после термической обработки (закалка + старение): 310 HV; σв = 1000 МПа; σ0,2 = 930 МПа; Е = = 130 ГПа; σупр = 825 МПа; электропроводность составляет 20 % электропроводности меди.
Разработана принципиально новая группа сплавов типа нейзильбер с двухфазной (а + в) структурой, например сплав Сu-15% Ni -37,5% Zn. К этим сплавам применяется обработка «микродуплекс», заключающаяся в закалке с последующей холодной деформацией с заданной степенью обжатия, определяющей возможность прохождения рекристаллизации при старении с одновременным выделением в-фазы.

Выделение в-фазы облегчает зарождение рекристаллизованных зерен вследствие обеднения пересыщенного твердого раствора и тормозит их рост благодаря снижению энергии их границ. В результате такой обработки образуются сверхмелкие зерна и мельчайшие выделения второй фазы, что приводит к росту механических свойств, особенно предела усталости, а при старении приобретается сверхпластичность.

Особенности обработки резанием медных сплавов

С точки зрения обрабатываемости медные сплавы можно разбить на три группы:

1) сплавы с гомогенной структурой: латуни Л60, Л63, бронзы БрО4ЦЗ, БрКН1-З, БрА7 и др. К этой группе относится также медь;
2) сплавы с гетерогенной структурой типа ЛМц52-2, ЛЦ16К4, ЛЦ30АЗ, ЛЦ23А6ЖЗМц2, БрO10Ф1, БрА9Мц2Л, БрАЮЖЗМц2 и др.;
3) сплавы, содержащие свинец,- ЛС63-3, ЛЦ40С, БрО4Ц4С17, БрО5Ц5С5, БрС30 и др.

При обработке сплавов первой группы и красной меди образуется сливная вязкая и трудноломающаяся стружка. Это ухудшает условия работы при использовании автоматизированного оборудования и обработке отверстий (из-за пакетирования стружки в канавках инструмента). Сплавы второй группы также образуют сливную стружку, однако она менее прочная и значительно легче ломается. При резании свинцовистых сплавов образуется короткая хрупкая стружка, а в случае высокого содержания свинца — стружка надлома почти в виде пыли.

Процесс образования стружки при резании медных сплавов в ряде случаев сопровождается ее интенсивными пластическими деформациями. В частности, толщина стружки может превысить толщину среза в 10 и более раз. Коэффициенты kа, kl зависят главным образом от структуры сплава. Наибольшие их значения характерны для гомогенных структур, наименьшие — для высокосвинцовистых и гетерогенных сплавов высокой твердости.

При обработке медных сплавов в практически используемом диапазоне скоростей отсутствует нарост. Поэтому зависимости kl = f(V), РZ = f(V) имеют монотонный характер, характерный для материалов, не склонных к наростообразованию. Уровень сил резания зависит от структуры и механических характеристик сплава. Так, при точении гомогенных сплавов и меди сила РZ может быть выше, чем при обработке конструкционных сталей, а для высокосвинцовистых гетерогенных сплавов — уменьшится примерно в 10 раз.

Обрабатываемость медных сплавов определяется температурой в зоне резания и истирающей способностью сплава:

1) присадка к меди любого элемента, образующего с ней твердый раствор (олова, алюминия, кремния), уменьшает VT в 3…4 раза вследствие резкого снижения теплопроводности материала и увеличения температуры резания в 1,6…2 раза;
2) присадка к медному сплаву никеля, который полностью растворяется в меди и не создает новой фазы, слабо влияет на VT;
3) переход от гомогенных структур к гетерогенным приводит к понижению VT почти вдвое за счет истирающего действия твердых частиц эвтектоида; температура резания при этом изменяется незначительно;
4) создание новых фаз в гетерогенных сплавах практически не влияет на обрабатываемость; исключение составляют добавки свинца, которые за счет снижения истирающей способности материала и снижения в 1,4… 2 раза температур резания способствуют значительному возрастанию VT.

Приведенные закономерности позволяют определенным образом расположить медные сплавы по их обрабатываемости (табл. 11.6). При обработке медных сплавов с KM = 1 VT в 2…3 раза выше, чем при обработке чугунов и сталей. Обрабатываемость медных сплавов резко ухудшается при наличии в них шлаковых включений, а также микротрещин и других дефектов отливки.

Шероховатость поверхности при обработке медных сплавов не зависит от скорости резания. Причиной является тот факт, что физические факторы резания (нарост, температура, процесс стружкообразования) влияют на формирование поверхностного слоя значительно меньше, чем подача и геометрические факторы (углы в плане, радиус вершины и т. д.).

В качестве технологических сред при обработке меди и ее сплавов рекомендуется использовать жидкости на водной основе Аквол-12 (1,5…3 %-ю), Укринол-1 (3… 10%-ю), НГЛ-205(5 %-ю) или масла В-31, МР-2у, МР-8, индустриальное ИС-12. Хорошо зарекомендовали себя среды с присадками на базе серы, хлора, фосфора, являющиеся сильными окислителями