2) достаточно высокая для большинства случаев практического применения ме ханическая прочность;

3) удовлетворительная стойкость к воздействию окружающей атмосферы;

4) хорошая технологичность; благодаря сочетанию прочности и пластичности медь перерабатывается в листы, ленты, шины, профили для коллекторов электрических машин, проволоку и другие изделия;

5) относительная легкость пайки и сварки, что важно, в частности, при монтажных работах.

Существенным недостатком меди является дефицитность, обусловленная малой распространенностью ее в природе. В земной коре меди содержится лишь 4,7-10-% (мае), причем в верхней части - только 2-10-%. В связи с развитием промышленности, несмотря на рост производства меди, вопрос замены ее в подходящих случаях другими проводниковыми материалами, главным образом алюминием, не утратит своей актуальности и в будущем.

общие физические свойства меди

Атомный номер ........ 29

Атомная масса......, . . 63, 54

Изотопы ........... 63 и 65

Валентность.......... 1и2

Плотность стандартной меди при

20= С, кг/м........... 8890

Электрические свойства меди

Удельное сопротивление чистой меди при 20° С, мкОм-м........ 0,0168

Удельная проводимость чистой меди при ?0°С, МСм/м......... 59,5

Удельное сопротивление отожженной стандартной меди при 20° С, мкОм-м............. 0,017241

Удельная проводимость отожженной стандартной меди при 20° С, МСм/м 58

Температурный коэффициент удельного сопротивления (О-150° С), °С- 0,0043

Отношение сопротивления расплавленной меди к сопротивлению твердой меди (при температуре плавления) . 2,07

Работа выхода электронов, эВ . . 4,35

Термо-ЭДС в паре с платиной (О- 100° С), мВ............ 0,76

Удельное сопротивление р является наименьшим у чистой меди. Примеси снижают удельную проводимость меди. Согласно ГОСТ 859-78 поставляемая промышленностью медь разделяется по химическому составу иа различные марки. Так как примеси оказывают неблагоприятное влияние на электропроводность, в качестве проводниковой используется медь с суммарным содержанием примесей не более 0,1% (серебро засчитывается при этом в содержание меди). Эти марки меди, поставляемые в виде слитков и полуфабрикатов, и нх химический состав приведены в табл. 12-1.

Медь марок Ml и М1р, предназначенная для электротехнических целей, дополнительно обозначается буквой Е.

Для марок меди, приведенных в табл. 12-1, ГОСТ 859-78 нормирует значения р 23-288

и Y- для полуфабрикатов из меди марок МОб,/vll6 и Ml, предназначенных для электротехнических целей, р отожженной проволоки прн те.мпературе 20° С не должно превышать 0,01724 мкОм-м (т. е. у должна быть не менее 58 МСм/м); для полуфабрикатов из меди марок М1р и /VII, предназначенных для отдельных видов продукции, в которых допускается повышенное сопротивление, р не должно превышать 0,01754 мкОм-м (у должна быть не менее 57 МСм/м); для полуфабрикатов из меди марок /vl006 и М1у р не должно превышать 0,01706 мкОм-м (у должна быть не менее 58,6 /vICm/м).

После холодной обработки удельное сопротивление меди увеличивается на 1-3% и больше.

Примеси отрицательно влияют также на механические и технологические свойства меди. Вреднейшими примесями являются висмут и свинец. Эти элементы почти не растворимы в меди и образуют легкоплавкую эвтектику, расположенную вокруг зерен меди. Тысячные доли процента висмута и сотые доли процента свинца делают медь красноломкой: при обработке давлением при 850-II50° С металл растрескивается. Примесь серы делает медь хрупкой на холоде, что снижает ее пластичность. Поэтому в марках меди для электротехнической промышленности содержание серы особо ограничивается; в марке М1у - не более 0,003%. в марке МОб для эмальпроводов - не более 0,002%. Нежелательной примесью является кислород. Наименьшее его количество содержится в марках бескислородной меди (0,001-0,003%). Медь марки Ml изготовляется в соответствии с ГОСТ 193-67 в слитках горизонтальной отливки типов CH-I и СН-И с неудаленным верхним поверхностным слоем и типов CC-I и СС-П с удаленным (состроганым) верхним поверхностным слоем. В слитках с удаленным поверхностным слоем содержание кислорода должно быть не более 0,045%, а с неудаленным-не более 0,06%. На границах зерен меди в слитках образуется пленка эвтектики Си-C1J2O, снижающая пластичность и затрудняющая переработку меди холодной протяжкой и волочением. Водород и другие горючие газы (метан, окись углерода), действуя при высокой температуре иа заготовку, содержащую СпгО, восстанавливают закись меди до металла с образованием водяного пара и углекислого газа, которые не растворяются в меди и выделяются из нее, вызывая растрескивание и резкое ухудшение механических свойств (водородная болезнь). Таким образом, бескислородная медь обладает не только особо высокой удельной проводимостью, пластичностью (тягучестью) и стойкостью к кратковременным воздействиям повышенных температур, но и может отжигаться в среде водорода.

В обычных атмосферных условиях медь довольно устойчива против коррозии, ибо химическая активность ее невелика. При

Таблица 12-1

Марки и химический состав проводииковой меди (ГОСТ 859-78)

Примечание. Содержание серебра в меди марок М06, М1у и Ml .не должно превышать 0,0037о (мае). По требованию потребителя медь этих марок изготовляют с содержанием серебра не более 0,00257о (мае).

В марках меди, предназначенных для электротехнических целей, определяют только содержание меди и электрическое сопротивление.

Содержание кислорода в меди марок Ml и М1у соответствует ГОСТ 193-67 и ГОСТ 5.1073-74.

Для электротехнической промышленности в меди марки М1у массовая доля серы ие должна превышать 0,0037о, а в меди марки МОб Для эмалированных проводов 0,002%.

20° С В сухом воздухе медь не окисляется, практически не окисляется во влажном воздухе и в пресной .воде, однако в соленой воде медленно корродирует. В присутствии влаги и углекислого газа на поверхности меди образуется зеленая пленка основного карбоната. При нагревании на воздухе идет поверхностное окисление с образованием защитной пленки окиси меди СиО, весьма медленное при температурах до 200° С; интенсивное окисление меди начинается прн температурах выше 225° С. С холодными и теплыми серной и соляной хшслотами при концентрации ниже 80% медь практически йе реагирует. Растворимость водорода в твердой меди незначительна и при 400° С составляет 0,06 мг в 100 г. Медь растворяется в азотной кислоте, легко соединяется с хлором и другими галогенами, горит в па-. pax серы.

Механические свойства проводниковой меди резко зависят от ее состояния. Отожженная, мягкая медь (марки ММ) менее прочна, но более пластична, чем твердотяну-тая (марки МТ), подвергнутая деформации в холодном состоянии. Число Бринелля мягкой меди при 20° С 35, нагартованной меди 65-120. Механические свойства проводниковой меди в зависимости от температуры приведены в табл. 12-2. При иагреве выше 200° С прочность твердой меди резко снижается - происходит рекристаллизация, и металл отжигается. Небольшие легирующие добавки (десятые доли процента) заметно увеличивают температуру рекристаллизации меди, повышая ее термическую устойчивость. Представляют интерес для электротехники низколегированные сплавы меди с присадкой серебра, циркония, хрома, магния, ниобия, бериллия, титана и др., соче-

Таблица 12-2

Механические свойства проводниковой меди в зависимости от температуры

Температура, С

тающие высокую проводимость с повышенной жаропрочностью. Практическое применение для изготовления коллекторной заготовки, а также прутков для коротко-замкнутых высокоскоростных асинхронных эле.ктродвнгателей получила медь, легированная серебром (0,03-0,12%) в соответствии с ТУ 48-21-137-72, ТУ 48-08-443-71, ТУ 48-08-447-71.

Тепловые и технологические свойства меди

Удельная теплопроводность при 20С, Вт/(м.°С)..... 394,3

Удельная теплоемкость при 20° С. Дж/(кг-°С) .... 385,5

Температура плавления, °С 1083+0,1

Температурный коэффициент линейного расширения (20- .

100° С), °С- ........16,4-10-

Температура кипения, °С 2300-2590

Температура начала рекристаллизации для бескислородной меди, °С........ 150

Температура рекристаллизации, °С.......... 200-300

Температура отжига, °С . . 500-700

Температура горячей обработки, °С .......Г . 900-1050

Температура литья, °С . . 1150-1200

Объемная усадка, % ... 4,1

Длительная температура эксплуатации в обмоточных проводах на воздухе, °С . . . . 220

12-3. ЛАТУНИ

Латуни - двойные или многокомпонентные сплавы на основе меди, в которых главной легируюшей добавкой является цинк. Двойные медноцинковые сплавы называются простыми латунями, а многокомпонентные - специальными. Латуни дешевле меди, но прочнее и тверже ее, хорошо обрабатываются в холодном и горячем состоянии.

Структура и свойства латуней в первую очередь определяются содержанием цинка. Практическое применение имеют сплавы с содержанием цинка до 45 %i. При температурах до 453° С цинк растворяется в твердом состоянии в меди до 39%. Такие растворы на основе кубической гранецентрированной решетки .меди однофазны и называются а-латунями. При содержании 39-46 /о Цинка сплавы двухфазны. Они являются композицией зерен а- и р-фаз и называются а-ЬР-латунями (Р-латунь - твердый раствор на основе соединенпя CuZn с объемно-центрированной решеткой).

С увеличением содержания цинка до 45% предел прочности при растяжении у латуней непрерывно возрастает. Относительное удлинение при разрыве растет по мере увеличения содержания цинка до 32%, а затем снижается, причем особенно резко в сплавах, содержащих более 39% цинка. Поэтому а-латуни более пластичны в холодном состоянии, чем а-ьР-сплавы, и хорошо обрабатываются давлением. Наиболее пластична латунь марки Л68 (32% цинка), 23*

позволяющая изготавливать токоведущие детали сложной формы холодной штамповкой и глубокой вытяж-кой. Пластичность же а-латуней в интервале 300-700° С резко снижается, так что их горячая обработка затруднена. Напротив, а-Ьр-сплавы повышают пластичность при температурах выше 500° С и поэтому хорошо обрабатываются давлением в горячем состоянии.

Латуни разделяются на обрабатываемые давлением (ГОСТ 15527-70) и литейные (ГОСТ 17711-72). Марки латуней начинаются с буквы л. В марке простой латуни цифра указывает среднее содержание меди в процентах (остальное - циик). Простые латуни, содержащие до 10% цинка, называются томпаками Л96, Л90), а свыше 10 до 20% - полутомпаками (Л85, Л80). Они отличаются хорошей пластичностью, повышенной по сравнению с другими латунями электро- и теплопроводностью. Обработка томпаков резанием затрудняется их- вязкостью.

Легирующие элементы, вводимые в медные сплавы для улучшения свойств, обозначаются в марках следующими буквами: А - алюминий, Б - бериллий, Ж - железо, К - кремний, Мг - магний, Мц - марганец, Мш - мышьяк, Н - никель, О - олово, С - свинец, Кд - кадмий, Т - титан, Ф - фосфор, Цр - цирконий. В марке многокомпонентной латуни первая цифра указывает среднее содержание меди, а последующие - легирующих элементов в процентах (например, ЛАН59-3-2 содержит 59% меди, 3% алюминия, 2% никеля, остальное - цинк). Буква Л в конце марки латуни означает, что сплав предназначен для фасонного литья (ЛК80-ЗЛ).

Для повышения механической прочности и коррозионной стойкости в латуни вводят алюминий, олово, марганец, железо, никель, кремний. Олово и мышьяк повышают стойкость к действию морской воды. Свинец повышает антифрикционные свойства латуни и облегчает обраб-отку резанием, делая стружку ломкой, но снижает пластичность сплава. При добавке в литейные сплавы свинец улучшает их технологические свойства. Добавка марганца повышает дуго-стойкость сплава. Железо в количестве, большем 0,03%, придает латуням магнитные свойства. В так называемых антимагнитных латунях содержание железа поэтому ограничивают 0,03% и даже 0,01%. Теллур и селен даже в малых количествах образуют с медью хрупкие соединения, что приводит к появлению трещии при обработке сплава давлением. Алюминий может ухудшить технологические свойства сплавов вследствие невозможности применения для их пайки мягких припоев, например латуней марок ЛА77-2 и ЛА67-2,5.

Латуни стойки к атмосферной коррозии, однако многие сплавы, содержащие более 20-30% цинка, склонны к растрескиванию из-за одновременного действия остаточных напряжений в изделии и коррозионного воздействия аммиака, а также сернистого газа во влажной атмосфере. Это явление назы-