Реферат: Сплавы на основе меди

Федеральноеагентство по образованию

Государственноеобразовательное учреждение

Московскийгосударственный институт радиотехники, электроники и автоматики (техническийуниверситет

)

Курсовая работа

По дисциплине:

Материаловедение и технология конструкционных материалов

На тему:

Сплавы на основе меди

Выполнил:

Студентгруппы ЭС-11-04

МухамеджановТ. Р.

Проверил:

КапустинВ.И.

Москва 2007 г.

Содержание

1

Введение……………………………………………………………………

2

Медь и ее сплавы………………………………………………………….

3

Сплавы латуней……………………………………………………………

4

3.1

Деформируемые латуни…………………………………………………..

6

3.2

Литейные латуни…………………………………………………………..

6

4

Сплавы бронзы…………………………………………………………….

6

4.1

Литейные оловянистые бронзы…………………………………………..

8

4.2

Деформируемые оловянистые бронзы…………………………………...

8

4.2.1

Деформируемые специальные бронзы…………………………………...

8

4.2.2

Литейные специальные бронзы…………………………………………..

8

5.

Литература…………………………………………………………………

9

1.

Введение.

Медь (лат.Cuprum) — химическийэлемент. Один из семи металлов, известных с глубокой древности. По некоторымархеологическим данным медь была хорошо известна египтянам еще за 4000 лет до н.э…Знакомство человечества с медью относится к более ранней эпохе, чем с железом;это объясняется с одной стороны более частым нахождением меди в свободномсостаянии на поверхности земли, а с другой — сравнительной легкостью полученияее из соединений. Древняя Греция и Рим получали медь с острова Кипра(Cyprum), откуда и название ее Cuprum.

Медь особенно важна для электротехники.По электропроводности медь занимает второе место среди всех металлов, послесеребра. Однако в наши дни во всем мире электрические провода, на которыераньше уходила почти половина выплавляемой меди, все чаще делают из аллюминия.Он хуже проводит ток, но легче и доступнее. Медь же, как и многие другиецветные металлы, становится все дефицитнее. Если в

XIXв. медь добывалась из руд, где содержалось 6-9% этого элемента, то сейчас5%-ные медные руды считаются очень богатыми, а промышленность многих странперерабатывает руды, в которых всего 0,5% меди.

Медь входит в число жизненноважных микроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоениирастениями азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала, витаминов.Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата медного купороса. Взначительных количествах он ядовит, как и многие другие соединения меди,особенно для низших организмов. В малых же дозах медь совершенно необходимавсему живому.

2.

Медь и ее сплавы

Медь– металл характерного красного цвета, который обладает след. св-ми:

·

Плотность 8940 кг/м3

·

Температура плавления 1083 ◦С

·

Температура кипения 2595 ◦С

Медь- химический элемент I группы периодической системы Менделеева;

·

атомный номер 29

·

атомная масса 63,546

Кристаллическая решетка меди –гранецентрированный куб с параметром

a=3,61 Å. Механические свойства чистой меди в вотожженом состоянии после деформации σв=220-240Мпа, δ=50%, ψ=75%, KCU=1,6-1,8 МДж/м2и твердость HB=45.Медь обладает высокой электро- и теплопроводностью, устойчива противатмосферной коррозии и коррозии в пресной и морской воде благодаря образованиюна ее поверхности тонкой защитной пленки, состоящей из CuSO4 * 3Cu(OH)2. Медьхорошо обрабатывается в холодном и горячем состояниях.

Техническую медь в зависимости отчистоты разделяют на десять марок:

1)

М00(99,99% Cu);

2)

М0(99,95% Cu);

3)

М0б(99,97% Cu, бескислороднаямедь);

4)

М1(99,9% Cu);

5)

М1p (99,9% Cu, раскисленнаямедь);

6)

М2 (99,7% Cu);

7)

М2p (99,7% Cu);

8)

М3 (99,5% Cu);

9)

М3p (99,5% Cu);

10)

М4 (99% Cu).

Примеси меди

Bi,Pb, H2, Sb затрудняют обработку давлением в горячемсостоянии, а O2 и Sпридаютей хладноломкость. Все примеси, особенно P,As, Sb снижаютэлектропроводность.

Технически чистую медь широко применяютв электротехничекой промышленности для проводов кабелей, шин, другихтокопроводящих частей, в машиностроении, судостроении, котлостроении длятеплообменников. В большом колличестве медь используют для изготовленияважнейших конструкционных сплавов – латуней и бронз.

В материаловедении было установлено, чтомногие сплавы на основе меди, серебра, и золота, легированные цинком, оловом ит.д. образуют похожие фазы с похожими свойствами. При этом тип образующейсяфазы и соответственно свойства определяются электронной концентрацией сплавов

e/n.

e

– среднее число электронов на элементарную ячейку

n

– число атомов в элементарной ячейке

Следовательно,

e/n – это средняя электронная концентрация на атомсплава

Такие фазы называют электроннымисоединениями или фазами Юм-Розери.

В таблице приведены условия образованияэтих фаз и примеры таких сплавов:

Фаза

β-фаза

g

-фаза

ε-фаза

тип решетки

ОЦК

кубическая

ГПУ

e/n

3/2 около 1,50

21/13 около 1,61

7/4 около 1,75

основной представитель

CuZn

Cu5Zn8

CuZn3

аналоги

Cu-Bo, Cu-Al, Ag-Cd, Au-Al

Cu-Al, Cu-Si,

Au-In

Ag-Zn

Au-Cd

3.

Сплавы латуней

Латунями

называют сплавымеди с цинком. Кроме двухкомпонентных (простых) латуней, имеютсямногокомпонентные, которые содержат один или несколько лигирующих компонентов (Al, Ni, Fe, Mn и т.д.).практическое значение имеют медно-цинковые сплавы, с содержанием цинка до 45%,левая часть диаграммы которых представлена на рис. 1 а)

Рис1. Диаграмма состояния системы медь – цинк (а) и механические свойства литойлатуни в зависимости от содержания цинка (б)

В твердом состоянии медноцинковые сплавыобразуют:

1)

твердыйα-раствор цинка меди (типовойтвердый раствор замещения) при содержании до 39% Zn.Такой сплав обладает высокой пластичностью и достаточно высокой прочностью;

2)

твердыйβ-раствор на базе соединенияэлектронного типа CuZn при содержании45-49% Zn;

3)

смесьα+β твердых растворов.

Латуни, имеющие в структуре однофазныйтвердый α-раствор, хорошоподдаются обработке давлением в горячем и холодном состоянии, сварке, пайке илужению.

Однофазный β-раствор при температуре примерно 453 ◦Симеет упорядоченное расположение атомов меди и цинка и обозначается β'. Эта фаза, в отличие от β-фазы, является твердой и хрупкой.Обработке давлением она подвергается только в горячем состоянии.

Латуни, имеющие двухфазную структуру α+β также обладают низкойпластичностью и обрабатываются давлением только в горячем состоянии.

Все латуни имеют хорошие антикоррозийныесвойства; в атмосферных условиях скорость коррозии составляет 0,0001-0,00075мм/год.

Механические свойства латуней взависимости от содержания цинка представлены на рис 1 б) Увеличение содержания цинка до 39% приводит кобразованию при комнатной температуре α-фазыи сопровождается повышением прочности и пластичности. При дальнейшем увеличениисодержания цинка образуются две фазы α+β',что приводит к интенсивному уменьшению пластичности с одновременным увеличениемпрочности. При переходе в однофазную область β' латунь становится весьма хрупкой, вследствие чего резкоснижаются прочность и пластичность. Поэтому на практике используют латуни,содержащие не боее 42%

Zn, т.е. одно- идвухфазные латуни.

Марку латуни обозначают буквой «Л», закоторой следует цифра, указывающая среднее содержание (в процентах) меди всплаве, например Л62, Л68, Л70 и т.д. Для улучшения механических итехнологических свойств латуней в них вводят легирующие элементы. Дляобозначения легированных или специальных латуней после буквы «Л» ставятначальную букву легирующего элемента, его процентное содержание указываютцифрой, например, ЛС59-1 (1%

Pb), ЛАН59-3-2 (3%Al и 2% Ni), ЛМцОС58-2-2-2(Mn, Sn, Pb, по 2%) и т.д. Обозначение легирующих элементовследующее:

·

А – алюминий;

·

Ж – железо;

·

Мц – марганец;

·

Н – никель;

·

О – олово;

·

К – кремний;

·

С – свинец.

По технологическому признаку латуниразделяют на деформируемые и линейные.

3.1.

Деформируемыелатуни

К этим латуням относят медноцинковыесплавы с содержанием 4-10%

Zn (томпаки марокЛ96 и Л90); 15-20% Zn (полутомпакимарок Л85 и Л80); 30-50% Zn (латуни марокЛ70, Л68, Л63 и Л60), а так же специальные илимногокомпонентные латуни,легированные алюминием, кремнием, оловом, никелем, свинцом и т.д. (ссодержанием легирующих элементов примерно 2%), например, алюминиевая латуньЛА77-2, алюминийжелезистая латунь ЛАЖ60-1-1 и др.

Деформируемые латуни обрабатываютпрессованием, прокаткой, волочением и штамповкой. Применяют латуни дляизготовления труб, листов, лент, полос, прутков и поковок для деталей машин,приборов и агрегатов.

3.2.

Литейные латуни

К ним относят медноцинковые сплавы ссодержанием 14-38%

Zn, легированныеалюминием, марганцем, кремнием, железом и свинцом (с содержанием легирующихэлементов более 3%) К литейным латуням относят ЛА67-2,5; ЛКС80-3-3;ЛАЖМц66-6-3-2; ЛМцС58-2-2; ЛМцЖ55-3-1 и др.

Литейные латуни используют дляизготовления фасонных отливок в виде подшипников, втулок и другихантифрикционных деталей для арматуры и деталей морского судостроения и т.д.

4.

Славы бронзы

Бронзами называют сплавы меди с оловом,алюминием, марганцем, кремнием, берилием и другими элементами, которые являютсяосновными легирующими элементами.

Бронзы делят на две основные группы:

1)

Оловянистые,в которых основным легирующим элементом является олово;

2)

Специальные,в которых основными элементами являются алюминий, марганец, кремний, берилий ит.д.

Название специальных бронз дается поосновному легирующему элементу: алюминиевые, марганцовистые, кремнистые и т.п.

Бронзы обозначают буквами «Бр» и первымибуквами основных легирующих элементов, за которыми следуют цифры, показывающиеих процентное содержание. Например, БрОФ6,5-0,4 означает, что бронзаоловянофосфористая с содержанием 6,5%

Sn и 0,4% P, остальное медь; БрА7 – содержит 7% Al, остальное медь и т.д.

Рис2. Диаграмма состояния системы медь – олово (а) и механические свойства литой бронзыв зависимости от содержания олова (б)

Весьма широкое применение получилитехнические оловянистые бронзы с содержание 10-12%

Snи реже до 20-22% Sn. Из диаграммысостояния медь – олово рис 2 а) (леваячасть полной диаграммы) видно, что меднооловянистые сплавы при 800-700 ◦Собразуют:

1)

твердыйα-раствор олова в меди (присодержании до 13,5% Sn);

2)

сесьдвух фаз α+β (присодержании 13,5-22% Sn).

В отличие от латуней в бронзе β-фаза существует только привысоких температурах и на диаграмме имеется горизонтальная линия между α+β-фазой, β-фазой и α+δ-фазой. Это означает что такие материалы можноподвергать закалке и старению.

При медленном охлаждении с 588 ◦Скристаллы β-фазы претерпеваютэквивалентный распад с образованием смеси α-фазыи

g-фазы, а при 520◦С кристаллы твердого раствора g-фазыраспадаются на смесь фаз α и δ. В свою очередь при 350 ◦Сδ-фаза распадается на твердый α-раствор и ε-фазу (соединение Cu3Sn). В результате медленного охлаждения при комнатнойтемпературе микроструктура оловянистой бронзы состоит из смеси фаз α+ε. При реальных условияхохлаждения последнее превращение не успевает произойти и бронза состоит из фаз α+δ (соединение Cu31Sn8)

Оловянистые бронзы по технологическомупризнаку разделяют на литейные и деформируемые.

4.1.

Литейныеоловянистые бронзы

К ним относятбронзы марок БрО10, БрОФ10-1, БрОЦ10-2, Бр ОЦС5-5-5, БрОЦС6-6-3, БрОНС11-4-3

b и др. Эти бронзы, содержащие свыше 5-6% Sn, относят к двухфазным. Наличие в макроструктуре,кроме твердого α-раствора,эвтектоида (α+δ)обуславливает их хрупкость.

4.2.

Деформируемыеоловянистые бронзы

Используются дляполучения лент, полос, прутков, проволоки, пружин, трубок, подшипниковыхдеталей и т.д., относят бронзы марок БрОФ4-0,25, БрОФ6,5-0,4, БрОЦ4-3,БрОЦС4-4-2,5 и др. Эти бронзы однофазные (твердый α-раствор); они обладают удовлетворительной пластичностью.

Механическиесвойства бронзы в зависимости от содержания олова представлены на рис 2 б). Увеличение прочности сповышением до 18-20%

Sn сопровождаетсяснижением пластичности.

Кроме того,различают специальные, или безоловянистые, бронзы, к которымотносяталюминивые, марганцовистые, кремнистые и другие, обладающие в рядеслучаев более высокими механическими и антикоррозийными свойствами, чемоловянистые, поэтому они нашли широкое приминение в промышленности. Взависимости от назначения и механических свойств специальные бронзы делятся надеформируемые и литейные.

4.2.1.

Деформируемыеспециальные бронзы

К ним относятоднофазные бронзы с содержанием основного легирующего элемента 5-10%. Этибронзы хорошо обрабатываются в горячем и в ряде случаев в холодном состоянии.Они обладают высокой коррозийной стойкостью и предназначены для производствалистов, лент, труб, прутков и профилей, получаемых прессованием и прокаткой.Бронзу БрА5 широко применяют для изготовления монет. Примерами деформируемыхспециальных бронз являются: алюминивые бронзы марок БрА7, БрА5, как говорилосьвыше, алюминевожелезомарганцевая БрАЖМц10-3-1,5, алюминевожелезоникелеваяБрАЖН10-4-4, алюминевомарганцевую БрАМц9-2, кремнивомарганцеваяБрКМц3 – 1, марганцевистая БрМц5 и др.

4.2.2.

Литейныеспециальные бронзы

Эти бронзыиспользуют для фасонного литья в авиа- и машиностроении при получении шестерен,втулок, седел капанов, пружин, ободов подшипников для различных массивныхдеталей, работающих в агрессивных средах и при больших давлениях, а также дляантифрикционных деталей. К таким бронзам относят алюминевожелезную БрАЖ9-4,алюминевожелезномарганцевую БрАЖМц10-3-1,5, берилиевую БрБ2, кремнистуюБрКМц3-1, марганцовистую БрМц5 и др.

Литература

1.

В.Т.Жадан, П.И. Полухин, А.Ф. Нестеров, А.Ф. Вишкарев, Б.Г. Гринберг«Материаловедение и технология материалов», М, Металлургия, 1994 г.

2.

Конспектлекций.

3.

http://www.examen.ru/db/examine/catdoc_id/ED6993C5167D6C1EC3256A02003ECB57/rootid/BCD8A4FC42508700C3256A39005E8AE6/defacto.html

еще рефераты

Еще работы по материаловедению

Реферат по материаловедению

Определение усилия штамповки в открытых штампах

29 Августа 2013