Медь − что это: свойства, характеристики, сплавы и применение

Ковкостью называют восприимчивость металлов и сплавов к ковке и иным видам обработки давлением. Это может быть волочение, штамповка, прокатка либо прессование. Ковкость меди характеризуется не только сопротивлением деформации, но и пластичностью. Что же такое пластичность? Это умение металла изменять свои контуры под давлением без разрушения. Ковкими металлами являются латунь, сталь, дюралюминий и некоторые иные медные, магниевые, никелевые, алюминиевые сплавы. Именно у них высокий уровень пластичности совмещается с низким сопротивлением деформации.

История

Одним из первых металлов, которые люди начали активно использовать в своём хозяйстве, является медь. Действительно, она слишком доступна для получения из руды и имеет малую температуру плавления. С давних пор человеческому роду известна семёрка металлов, в которую также входит и медь. В природе данный элемент встречается намного чаще, чем серебро, золото или железо. Древние предметы из меди, шлак, являются свидетельством её выплавки из руд. Они обнаружены при раскопках посёлка Чатал-Хююк. Известно, что в медный век получили большое распространение медные вещи. Во всемирной истории он следует за каменным.

С. А. Семёнов с сотрудниками проводил экспериментальные исследования, в которых выяснил, что медные орудия труда по сравнению с каменными выигрывают по многим параметрам. У них выше скорость строгания, сверления, рубки и распилки древесины. А обработка кости медным ножом длится столько же, сколько и каменным. А ведь медь считается мягким металлом.

Очень часто в древности вместо меди использовали её сплав с оловом – бронзу. Она необходима была для изготовления оружия и иных вещей. Итак, на смену медному веку пришёл бронзовый. Бронзу впервые получили на Ближнем Востоке за 3000 лет до н. э.: людям нравилась прочность и отличная ковкость меди. Из получаемой бронзы выходили великолепные орудия труда и охоты, посуда, украшения. Все эти предметы находят в археологических раскопках. Далее бронзовый век сменился железным.

Как получить медь можно было в древности? Первоначально её добывали не из сульфидной, а из малахитовой руды. Ведь в этом случае заниматься предварительным обжигом не было необходимости. Для этого смесь угля и руды помещали в глиняную посудину. Сосуд устанавливали в неглубокую яму и смесь поджигали. Далее начинал выделяться угарный газ, который способствовал восстановлению малахита до свободной меди.

Известно, что на Кипре уже в третьем тысячелетии до нашей эры были построены медные рудники, на которых и осуществлялась её выплавка.

На землях России и соседних государств медные рудники возникли за два тысячелетия до н. э. Их развалины находят и на Урале, и на Украине, и в Закавказье, и на Алтае, и в далёкой Сибири.

Промышленное плавление меди было освоено в тринадцатом веке. А в пятнадцатом в Москве был создан Пушечный двор. Именно там из бронзы отливали орудия различных калибров. Неимоверное количество меди уходило на изготовление колоколов. В 1586 году из бронзы была отлита Царь-пушка, в 1735 году – Царь-колокол, в 1782 году был создан Медный всадник. В 752 году мастера изготовили великолепную статую Большого Будды в храме Тодай-дзи. Вообще, список произведений литейного искусства можно продолжать бесконечно.

В восемнадцатом веке человек открыл электричество. Именно тогда огромные объёмы меди начали уходить на изготовление проводов и подобных им изделий. В двадцатом веке провода научились делать из алюминия, но медь в электротехнике всё ещё имела большое значение.

Сходства и различия

Сплав латуни по большей части состоит из меди, поэтому естественно, что они похожи не только визуально, но и некоторыми свойствами. Чем больше меди в сплаве, тем сильнее их цвета будут схожи. На этом точные совпадения заканчиваются.

Визуально легко отличаются сплавы латуни, где меди менее 80%. Они слегка похожи на золото, так как имеют выраженный желтый оттенок. Чем больше цинка, тем оттенок светлее.

Из-за этого латунь даже используют для подделки или имитации золота. У меди же главный оттенок – красноватый, который часто отливает розовым.

При сильном понижении температуры латунь не теряет своей, сравнительно ограниченной, пластичности и не становится хрупкой. Электричество и тепло проводит хуже.

Отличаются они по такому признаку, как твердость.

Медь мягче, пластичнее, а латунь, наоборот, твердая и придать ей какую-либо форму без применения отжига сложно.

Стружка также получается разная: у латуни – игольчатая, у меди – закрученная в спираль.

Рассмотрим свойства, которые имеет латунь и медь, есть ли у них отличия:

Происхождение названия

А вы знаете, что Cuprum – это латинское наименование меди, произошедшее от названия острова Кипр? Кстати, у Страбона медь величают халкосом – город Халкида на Эвбее виновен в происхождении такого имени. Большинство древнегреческих названий медных и бронзовых предметов произошли именно от этого слова. Они нашли широкое применение и в кузнечном ремесле, и среди кузнечных изделий и литья. Иногда медь называют Aes, что означает руду или рудник.

Славянское слово «медь» не имеет ярко выраженной этимологии. Возможно, оно старинное. Но оно весьма часто встречается в древнейших литературных памятниках России. В. И. Абаев предполагал, что это слово произошло от названия страны Мидия. Алхимики прозвали медь «Венера». В более древние времена её называли «Марс».

Производство материалов

В природных условиях данный металл содержится в самородной меди и сульфидных рудах. Широкое распространение при производстве меди получили руды под названием «медный блеск» и «медный колчедан», которые содержат до 2% необходимого компонента.

Большую часть (до 90%) первичного металла меди получают благодаря пирометаллургическому способу, который включает в себя массу этапов: процесс обогащения, обжиг, плавка, обработка в конвертере и рафинирование. Оставшаяся часть получается гидрометаллургическим способом, который заключается в ее выщелачивании разведенной серной кислоты.

Где находят медь в природе?

Земная кора вмещает (4,7-5,5) х 10-3% меди (по массе). В речной и морской воде её намного меньше: 10-7% и 3 х 10-7% (по массе) соответственно.

В природе очень часто находят соединения меди. В промышленности используется халькопирит CuFeS2, именуемый медным колчеданом, борнит Cu5FeS4, халькозин Cu2S. Одновременно люди находят и иные минералы меди: куприт Cu2O, азурит Cu3(CO3)2(OH)2, малахит Cu2CO3(OH)2 и ковеллин CuS. Очень часто масса отдельных скоплений меди достигает 400 тонн. Медные сульфиды образуются в основном в гидротермальных среднетемпературных жилах. Нередко и в осадочных породах можно отыскать медные месторождения – сланцы и медистые песчаники. Наиболее известными месторождениями являются в Забайкальском крае Удокан, Жезказган в Казахстане, Мансфельд в Германии и медоносный пояс Центральной Африки. Другие богатейшие месторождения меди расположены в Чили (Кольяуси и Эскондида) и США (Моренси).

Большую часть медной руды добывают открытым способом. В ней содержится от 0,3 до 1,0% меди.

Запасы, добыча

Разведанных мировых запасов медных руд – миллиарды тонн. Ученые надеются, что земные недра таят в себе еще 3 млрд т. Самые богатые рудники – Чукикамата и Эль-Теньенте – находятся в Чили, крупнейшем производителе меди (в 2022 г. 27% мирового производства).

Крупные месторождения найдены в США, Канаде, Иране, Казахстане, на юге Африки. В России сосредоточено 3% мировых запасов. Залежи меди найдены на Урале, в Забайкалье, Красноярском крае.

Желательно, чтобы руда содержала не менее 0,5-1% чистой меди. Добывают ее в шахтах и открытым способом (для залежей, расположенных на глубине 400-500 м). Мировая добыча в 2022 г. составила 20,6 млн т, из них четверть – чилийского происхождения.

Физические свойства

Многих читателей интересует описание меди. Это пластичный розовато-золотистый металл. На воздухе его поверхность моментально покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ему своеобразный интенсивный красно-жёлтый оттенок. Интересно, что тонкие плёнки меди имеют голубовато-зелёный цвет.

Осмий, цезий, медь и золото имеют одинаковую цветовую окраску, отличающуюся от серой или серебристой иных металлов. Данный цветовой оттенок свидетельствует о наличии электронных переходов между четвёртой полупустой и заполненной третьей атомными орбиталями. Между ними существует некая энергетическая разница, соответствующая длине волны оранжевого цвета. Та же система отвечает за специфический цвет золота.

Чем же ещё удивительна характеристика меди? Данный металл образует гранецентрированную кубическую решётку, пространственная группа Fm3m, a = 0,36150 нм, Z = 4.

А ещё знаменита медь высокой электро- и теплопроводностью. По проведению тока она находится среди металлов на втором месте. Кстати, медь имеет гигантский температурный коэффициент сопротивления и в широком диапазоне температур почти независима от ее показателей. Медь называют диамагнетиком.

Сплавы меди отличаются разнообразием. Люди научились соединять и латунь с цинком, и никель с мельхиором, и свинец с баббитами, и бронзу с оловом и иными металлами.

Медь и ее сплавы

Медь относится к группе цветных металлов, наиболее широко применяемых в промышленности. Порядковый номер меди в периодической системе Д. И. Менделеева — 29, атомный вес А = 63,57. Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку (ГЦК) с периодом а = 3,607 Å.

Удельный вес меди g = 8,94 г/см3, температура плавления — 1083 0С. Чистая медь обладает высокой тепло — и электропроводностью. Удельное электрическое сопротивление меди 0,0175 мкОм×м, теплопроводность l = 395 Вт/(м×град).

Предел прочности sв = 200…250 МПа, твердость 85…115 НВ, относительное удлинение d = 50 %, относительное сужение y = 75 %.

Медь — немагнитный металл. Она обладает хорошей технологичностью: обрабатывается давлением, резанием, легко полируется, хорошо паяется и сваривается, имеет высокую коррозионную стойкость. Основная область применения — электротехническая промышленность.

Электропроводность меди существенно понижается при наличии даже очень небольшого количества примесей. Поэтому в качестве проводникового материала применяют в основном особо чистую медь М00 (99,99 %), электролитическую медь М0 (99,95 %), М1 (99,9 %). Марки технической меди М2 (99,7 %), М3 (99,5 %), М4 (99,0 %).

В зависимости от механических свойств различают медь твердую, нагартованную (МТ) и медь мягкую, отожженную (ММ).

Вредными примесями в меди являются висмут, свинец, сера и кислород. Действие висмута и свинца аналогично действию серы в стали; они образуют с медью легкоплавкие эвтектики, располагающиеся по границам зерен, что приводит к разрушению меди при ее обработке давлением в горячем состоянии (температура плавления эвтектики соответственно 270 0С и 326 0С).

Сера и кислород снижают пластичность меди за счет образования хрупких химических соединений Сu2O и Сu2S.

В качестве конструкционного материала технически чистую медь применяют редко, так как она имеет низкие прочностные свойства, твердость. Основными конструкционными материалами на основе меди являются сплавы латуни и бронзы. Для маркировки медных сплавов используют следующее буквенное обозначение легирующих элементов:

• О — олово; Ц — цинк; Х — хром;
• Ж — железо; Н — никель; С — свинец;
• К — кремний; А — алюминий; Ф — фосфор;
• Мц — марганец; Мг – магний; Б – бериллий.

Бронзы

Бронзы — это сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием и другими элементами.

По технологическому признаку бронзы делятся на деформируемые и литейные. Деформируемые маркируются буквами Бр, после которых перечисляются легирующие элементы, а затем соответственно содержание этих элементов в процентах. меди определяется по разности от 100 %. Например, БрОЦС 8-4-3 содержит 8 % Sn, 4 % Zn, 3 % Pb, 85 % Сu.

Литейные бронзы маркируются аналогично литейным латуням. Например, бронза Бр06Ц3Н6 содержит 6 % Sn, 3 % Zn, 6 % Pb, 85 % Сu.

Бронзы по сравнению с латунью обладают лучшими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью.

Оловянные бронзы.

Наибольшее практическое значение имеют сплавы, содержащие до 10…12 % Sn. Предельная растворимость олова в меди 15,8%, однако в реальных условиях кристаллизации и охлаждения предельная растворимость снижается примерно до 6 %.

К однофазным сплавам относятся бронзы с содержанием олова до 5…6 % и a — фаза, представляет твердый раствор олова в меди с ГЦК — решеткой. При большем содержании олова наряду с a — раствором присутствует эвтектоид (a + Сu31Sn8).

Предел прочности бронзы возрастает с увеличением олова, но при его высоких концентрациях резко снижается из-за большего количества хрупкого интерметаллида Сu31Sn8.

Оловянные бронзы обычно легируют Zn, Pb, Ni, P. Цинк улучшает технологические свойства бронзы и удешевляет ее. Фосфор улучшает литейные свойства. Для изготовления художественного литья содержание фосфора может достигать 1 %.

Свинец (до 3…5 %) вводится в бронзу для улучшения ее обрабатываемости резанием. Никель повышает механические свойства, коррозионную стойкость и плотность отливок, уменьшает ликвацию.

Среди медных сплавов оловянные бронзы имеют самую низкую линейную усадку (0,8 % при литье в землю и 1,4 % — в металлическую форму).

Для проведения пластичности проводится гомогенизация сплавов при температурах 700…750 0С с с быстрым охлаждением. Остаточные напряжения снимаются отжигом при 550 0С.

Оловянные деформируемые бронзы Бр0Ф7-0.2, БрОЦС4-4-4, БрОЦ4-3 и другие имеют более высокую прочность, упругость, сопротивление усталости, чем литейные. Их используют для изготовления подшипников скольжения, шестерен, трубок контрольно — измерительных и других приборов, манометрических пружин и т.д.

Литейные оловянные бронзы.

По сравнению с деформируемыми они содержат большее количество легирующих элементов, имеют ниже жидкотекучесть, малую линейную усадку, склонны к образованию усадочной пористости. Бронзы БрОЗЦ7С5Н, БрО10Ф1, БрО6Ц6С3, БрО5С25 и другие применяются для изготовления арматуры, работающей в воде и водяном паре, подшипников, шестерен, втулок.

Алюминиевые бронзы

отличаются высокими механическими антикоррозионными свойствами, жидкотекучестью, малой склонностью к дендритной ликвации. Из-за большой усадки трудно получить сложную фасонную отливку. Они морозостойки, немагнитны, не дают искры при ударах. По коррозионной стойкости превосходят латуни и оловянистые бронзы.

Алюминий растворяется в меди, образуя a — твердый раствор замещения с пределом растворимости 9,4 %. При большем содержании в структуре появляется эвтектоид (a + g|); g| — интерметаллид Сu32Al9.

Однофазные бронзы БрА5, БрА7 имеют хорошую пластичность и относятся к деформируемым. Обладают наилучшим сочетанием прочности и пластичности: sв = 400…450 МПа, d = 60 %.

Двухфазные бронзы (a + g|) имеют повышенную прочность до 600 МПа, но пластичность заметно ниже d = (35…45) %. Эти сплавы упрочняются термообработкой и дополнительно легируются Fe, Ni, Mn.

Железо измельчает зерно и повышает механические и антифрикционные свойства алюминиевых бронз. Никель улучшает механические свойства и износостойкость, температуру рекристаллизации и коррозионную стойкость. Марганец повышает технологические и коррозионные свойства.

Бронзы БрАЖН10-4-4, БрАЖМц10-3-1-5 и др. применяются для изготовления зубчатых колес, деталей турбин, седел клапанов и других деталей, работающих в тяжелых условиях износа при повышенных температурах до 400 0С, корпуса насосов, клапанные коробки и др.

Закалка проводится с температуры 950 0С, после чего бронзы подвергают старению при 250…300 0С в течение 2…3 ч.

Кремнистые бронзы

применяются в качестве заменителей оловянистых бронз. До 3 % кремний растворяется в меди, и образуется однофазный a-твердый раствор. При большем содержании кремния появляется твердая и хрупкая g-фаза.

Никель и марганец улучшает механические и коррозионные свойства. Они не теряют пластичности при низких температурах, хорошо паяются, обрабатываются давлением, немагнитны и не дают искры при ударах.

Их используют для деталей, работающих до 500 0С, а также в агрессивных средах (пресная, морская вода).

Бронзы БрКН1-3, БрКМц3-1 применяют для изготовления пружин, антифрикционных деталей, испарителей и др.

Бериллиевые бронзы.

Содержат 2…2,5 % Ве. Эти сплавы упрочняются термической обработкой. Предельная растворимость бериллия в меди при 866 0С составляет 2,7 %, при 600 0С — 1,5 %, а при 300 0С всего 0,2 %. Закалка проводится при 760…800 0С в воде и старение при 300 0С в течение 3 ч.

Сплав упрочняется за счет выделения дисперсных частиц g-фазы СuBe, что приводит к резкому повышению прочности до 1250 МПа при d = 3…5 %. Бронзы БрБ2, БрБНТ1,9 и БрБНТ1,7 имеют высокую прочность, упругость, коррозионную стойкость, жаропрочность, немагнитны, искробезопасны (искра не образуется при размыкании электрических контактов).

Применяются для изготовления мембран, пружин, электрических контактов.

Свинцовые бронзы.

Свинец практически не растворяется в жидкой меди. Поэтому сплавы после затвердевания состоят из кристаллов меди и включений свинца. Такая структура обеспечивает высокие антифрикционные свойства.

Бронза БрС30 применяется для изготовления вкладышей подшипников скольжения, работающих при повышенных давлениях и с большими скоростями. По сравнению с оловянистыми бронзами, теплопроводность ее в 4 раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту, возникающую при трении.

Прочность этих бронз невысокая sв = 60 МПа, d = 4 %.

Алюминий и его сплавы > Дальше >

Как получают медь?

Изготовление меди является весьма интересным процессом. Этот металл получают из минералов и медных руд. Базовыми методами получения меди являются гидрометаллургия, пирометаллургия и электролиз.

Рассмотрим пирометаллургический метод. Данным способом получают медь из сульфидных руд, например, халькопирита CuFeS2. В халькопиритном сырье находится 0,5-2,0% Cu. Сначала исходная руда подвергается флотационному обогащению. Затем выполняется её окислительный обжиг при температуре 1400 градусов. Далее обожжённый концентрат идёт в плавку на штейн. Для связывания оксида железа в расплав добавляют кремнезём.

Образующийся силикат всплывает в виде шлака, и его отделяют. На дне остаётся штейн – сплав сульфидов CU2S и FeS. Далее его плавят по методу Генри Бессемера. Для этого в конвертер переливают расплавленный штейн. Затем ёмкость продувают кислородом. А сульфид железа, который остался, окисляется до оксида и с помощью кремнезёма выводится из процесса в виде силиката. Окисляется сульфид меди до оксида меди неполностью, но потом восстанавливается до меди металлической.

В получаемой черновой меди содержится 90,95% металла. Далее она подвергается электролитической очистке. Интересно, что в качестве электролита используется подкисленный раствор медного купороса.

На катоде образуется электролитическая медь, которая обладает высокой частотой около 99,99%. Предметы из меди полученной изготавливают самые разные: провода, электротехническое оборудование, сплавы.

Гидрометаллургический метод выглядит несколько по-иному. Здесь минералы меди растворяются в разведённой серной кислоте либо в аммиачном растворе. Из приготовленных жидкостей медь вытесняют железом металлическим.

Способы обработки

Механическую обработку можно выполнить путем:

1. Протяжки. Технологический процесс, применяющийся при изготовлении проводов, проволоки разного диаметра. Для производства применяется экструдерный механизм.
2. Прокатки. Технологический процесс производства плоских изделий из меди. Заготовки прокатываются через установку с подвижными вальцами.
3. Полировки. Для придания медным изделиям характерного металлического блеска, применяются войлочные, тканевые диски.
4. Шлифования. Применяется для снятия определенного слоя металла, его очистки от налета, загрязнений. Шлифовка осуществляется с помощью абразивов.

Также внимания заслуживает токарный способ обработки медных заготовок. С его помощью изготавливаются шайбы, шпильки, штуцера, втулки, фланцы.

Медь — востребованный цветной металл с хорошими физическими и химическими свойствами. Металл подходит для изготовления украшений, деталей промышленных станков, бытовой техники, радиодеталей.

Химические свойства меди

В соединениях медь показывает две степени окисления: +1 и +2. Первая из них тяготеет к диспропорционированию и устойчива лишь в нерастворимых соединениях либо комплексах. Кстати, соединения меди бесцветны.

Степень окисления +2 более устойчива. Именно она придаёт соли синий и сине-зелёный цвет. В непривычных условиях можно приготовить соединения со степенью окисления +3 и даже +5. Последнюю обычно находят в солях купраборанового аниона, полученных в 1994 году.

Чистая медь на воздухе не изменяется. Это слабый восстановитель, не вступающий в реакцию с разбавленной соляной кислотой и водой. Окисляется концентрированными азотной и серной кислотами, галогенами, кислородом, «царской водкой», оксидами неметаллов, халькогенами. При нагревании вступает в реакцию с галогеноводородами.

Если воздух влажный, медь окисляется, образуя основной карбонат меди (II). Она великолепно реагирует с холодной и горячей насыщенной серной кислотой, горячей безводной серной кислотой.

С разбавленной хлороводородной кислотой медь реагирует в присутствии кислорода.

Аналитическая химия меди

Все знают, что такое химия. Медь в растворе обнаружить несложно. Для этого необходимо платиновую проволочку смочить исследуемым раствором, а затем внести её в пламя бунзеновской горелки. Если в растворе присутствует медь, пламя будет окрашено в зелёно-голубой цвет. Необходимо знать, что:

• Обычно количество меди в слабокислых растворах измеряется с помощью сероводорода: его смешивают с субстанцией. Как правило, при этом сульфид меди выпадает в осадок.
• В тех растворах, где отсутствуют мешающие ионы, медь определяют комплексонометрически, ионометрически либо потенциометрически.
• Малые количества меди в растворах измеряют спектральными и кинетическими методами.

Ответы на вопросы пользователей о меди

Ответим на несколько популярных вопросов от пользователей.

Есть ли в старых телевизорах медь

С 1 старого телевизора можно набрать от полутора до двух килограммов меди. В основном это обмотка трансформатроров, катушки.

Какая электронная и электронно графическая формула меди

Что касается электронной конфигурации атома меди: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1

Графическая формула меди:

Применение меди

Согласитесь, изучение меди является весьма занимательной вещью. Итак, данный металл обладает низким удельным сопротивлением. Благодаря данному качеству медь используют в электротехнике для производства силовых и иных кабелей, проводов и иных проводников. Медные провода используются в обмотках силовых трансформаторов и электроприводов. Для создания вышеуказанных изделий металл подбирают очень чистый, так как примеси моментально снижают электрическую проводимость. И если в меди присутствует 0,02% алюминия, её электрическая проводимость снизится на 10%.

Вторым полезным качеством меди является великолепная теплопроводность. Благодаря данному свойству она применяется в различных теплообменниках, тепловых трубках, теплоотводных устройствах и компьютерных кулерах.

А где же используется твёрдость меди? Известно, что бесшовные медные трубы круглого сечения обладают замечательной механической прочностью. Они прекрасно выдерживают механическую обработку и применяются для перемещения газов и жидкостей. Обычно их можно встретить во внутренних системах газоснабжения, водоснабжения, отопления. Их широко используют в холодильных агрегатах и кондиционных системах.

Отличная твёрдость меди известна многим странам. Так, во Франции, Великобритании и Австралии медные трубы применяют для газоснабжения зданий, в Швеции — для отопления, в США, Великобритании и Гонконге – это основной материал для водоснабжения.

В России производство водопроводных и газовых медных труб нормируется стандартом ГОСТ Р 52318-2005, а федеральный Свод правил СП 40-108-2004 регулирует их применение. Трубы, выполненные из меди и её сплавов, активно используются в энергетике и судостроении для перемещения пара и жидкостей.

А вы знаете, что сплавы меди используются в разнообразных областях техники? Из них самыми известными считаются бронза и латунь. Оба сплава включают в себя колоссальное семейство материалов, в которое, помимо цинка и олова, могут входить висмут, никель и иные металлы. Например, пушечная бронза, использовавшаяся до девятнадцатого века для изготовления артиллерийских орудий, состояла из меди, олова и цинка. Её рецептура менялась в зависимости от места и времени изготовления орудия.

Всем известна отменная технологичность и высокая пластичность меди. Благодаря данным свойствам, неимоверное количество латуни уходит на производство гильз для оружия и артиллерийских боеприпасов. Примечательно, что автозапчасти изготавливают из сплавов меди с кремнием, цинком, оловом, алюминием и иными материалами. Медные сплавы отличаются высокой прочностью и при термической обработке сохраняют свои механические свойства. Их устойчивость к износу определяется лишь химическим составом и его влиянием на структуру. Необходимо отметить, что данное правило не относится к бериллиевой бронзе и некоторым алюминиевым бронзам.

Медные сплавы имеют модуль упругости ниже, чем у стали. Основным их преимуществом можно назвать небольшой коэффициент трения, сочетающийся для большинства сплавов с высокой пластичностью, отличной электропроводностью и замечательным противодействием коррозии в агрессивной среде. Как правило, это бронзы алюминиевые и сплавы медно-никелевые. Они, кстати, нашли своё применение в парах скольжения.

Практически все медные сплавы имеют одинаковую величину коэффициента трения. Вместе с тем износостойкость и механические свойства, поведение в агрессивной среде напрямую зависят от состава сплавов. Пластичность меди используется в однофазных сплавах, а прочность — в двухфазных. Мельхиор (медноникелевый сплав) применяют для чеканки разменных монет. Медноникелевые сплавы, в том числе и «адмиралтейский», используются в судостроении. Из них изготавливают трубки для конденсаторов, очищающих турбинный отработанный пар. Примечательно, что турбины охлаждаются забортной водой. Медноникелевые сплавы обладают изумительной коррозионной устойчивостью, поэтому их стараются использовать в областях, связанных с агрессивным влиянием морской воды.

Фактически медь является важнейшей составляющей твёрдых припоев – сплавов, имеющих температуру плавления от 590 до 880 градусов Цельсия. Именно им присуща замечательная адгезия к большинству металлов, благодаря чему они применяются для прочного соединения различных металлических деталей. Это могут быть трубопроводная арматура или жидкостные реактивные двигатели, изготовленные из разнородных металлов.

А теперь перечислим сплавы, в которых ковкость меди имеет большое значение. Дюраль или дюралюминий является сплавом алюминия и меди. Здесь меди находится 4,4%. Сплавы меди с золотом часто используются в ювелирном деле. Они необходимы для повышения прочности изделий. Ведь чистое золото – весьма мягкий металл, который не может проявлять стойкость к механическим воздействиям. Изделия из чистого золота быстро деформируются и истираются.

Интересно, что для создания оксида иттрия-бария-меди используют оксиды меди. Он служит основой для изготовления высокотемпературных сверхпроводников. Медь также используют для производства батарей и медно-окисных гальванических элементов.

Какой материал называют твердой медью — Металлы, оборудование, инструкции

Медь относится к материалам высокой проводимости. Это материалы у которых величина удельного сопротивления меньше одной десятой микроома на метр. Для меди эта величина составляет 0,017-0,018мкОм*м. Также медь это проводник по электрическим свойствам и диамагнетик по магнитным свойствам.

Как получают медь?

Медь, используемая в проводах и кабелях достаточно высокой чистоты. Для её получения используют медные руды (сульфидные, оксидные и смешанные). Напомню, что такое сульфидные руды — это ископаемое сырье, которое добывается в природе и состоит из тяжелого металла (руда), серы(сульфид) и разных примесей.

На долю сульфидных руд приходится почти вся добыча и запасы меди (среди рудной добычи). Самыми распространенными минералами по залежам и целесообразности добычи среди сульфидных руд являются — халькопирит (CuFeS2), халькозин (Cu2S), борнит (Cu5FeS4).

название минерала хим.формула % меди цвет

В общем, на первом этапе добывают медьсодержащие руды.

Затем добытые руды необходимо очистить от всех примесей и посторонних металлов, чтобы на выходе получилась медь. Для этих целей используют следующие методы: пирометаллургический, гидрометаллургический и электролиз. Например, после пирометаллургического метода мы получим слитки меди, в которых самой меди будет 90 процентов. Неплохо, однако можно и лучше.

Затем эту черновую медь доводят до 99,99% чистоты методом электролитической очистки и мы получаем то, что и используется в энергетике.

Влияние примесей на свойства меди

Вопрос чистоты меди достаточно важен:

• при наличии 0,02% примеси алюминия электропроводность снижается примерно на 10%. А ведь алюминий достаточно хороший проводник
• при наличии 0,1% фосфора сопротивление увеличивается на 55%, следовательно проводимость уменьшается, как величина обратная сопротивлению
• если в меди будет висмут или свинец в количестве более 0,001%, то это вызывает красноломкость (растрескивание при горячей обработке давлением)
• кислород в меди затрудняет пайку и увеличивает удельное сопротивление. Чтобы этого избежать вводят присадку фосфора
• водород — образует микротрещины и повышает ломкость

Если присутствует несколько примесей, то бывают ситуации, что они взаимодействуют и их влияние увеличивается в разы.

Для использования меди для передачи электричества наличие примесей оказывает только негативный эффект.

Марки меди для электротехники и вообще

Марки меди состоят из буквы “М”, что значит медь. Далее следует цифра от 0 до 4.

Иногда затем встречается одна из букв, которые характеризуют способ получения металла: к — катодный, р — раскисленная с низким остаточным фосфором, ф — раскисленная с высоким остаточным фосфором, б — бескислородная. Бескислородная это М0, а раскисленная — М1. Существуют множество марок меди, рассмотрим некоторые:

Специальная марка меди — М1Е. Это электротехническая медь, которая выпускается в виде шин, прутков различного диаметра и сечения. Она бывает особо твердой, твердой, полутвердой и мягкой. Проводимость у мягкой меди на пару процентов выше.

Выпускается в форме шин, прутков, круга. Прутья в свою очередь имеют диаметр от 5 до 40мм и форму сечения — круг, квадрат, шестигранник. У данного типа меди ограниченный срок хранения — до года у мягкой и полгода — у твердой.

Медные сплавы в электротехнике

Существуют различные сплавы меди, среди них бронза, латунь и прочие. У некоторых из них нашлось применение и в энергетике. Рассмотрим эти сплавы.

Бронзы — сплавы меди с оловом, алюминием, кремнием, свинцом.

Среди прочих примесей самыми высокими электропроводностями отличаются (в порядке уменьшения электропроводности): кадмиевая, хромистая и бериллиевая бронзы.

Самая же распространенная оловянная бронза имеет низкий показатель электропроводности. Бронзы используются для изготовления контактов, пружинных контактов, пластин в деталях электрических машин, проводов повышенной прочности.

Латуни — сплав меди с цинком (эти два вещества составляют большую часть сплава) и других примесей. Процентная доля цинка доходит до 43%. Используют для пружинящих контактов, штепсельных разъемов.

Манганин — сплав меди с добавкой марганца и никеля. Применяется для изготовления добавочных резисторов и шунтов в измерительной технике. Если вместо меди использовать серебро, то электрические свойства улучшаются.

В данной статье приведены элементарные понятия о применении меди в энергетике, более глубокое изучение возможно при освоении специальной технической литературы по данной теме.

Жидкие и газообразные диэлектрики

Элегаз

Медь и ее сплавы

Медь относится к группе цветных металлов, наиболее широко применяемых в промышленности. Порядковый номер меди в периодической системе Д. И. Менделеева — 29, атомный вес А = 63,57. Медь имеет гранецентрированную кубическую решетку (ГЦК) с периодом а = 3,607 Å.

Удельный вес меди g = 8,94 г/см3, температура плавления — 1083 0С. Чистая медь обладает высокой тепло — и электропроводностью. Удельное электрическое сопротивление меди 0,0175 мкОм×м, теплопроводность l = 395 Вт/(м×град).

Предел прочности sв = 200…250 МПа, твердость 85…115 НВ, относительное удлинение d = 50 %, относительное сужение y = 75 %.

Медь — немагнитный металл. Она обладает хорошей технологичностью: обрабатывается давлением, резанием, легко полируется, хорошо паяется и сваривается, имеет высокую коррозионную стойкость. Основная область применения — электротехническая промышленность.

Электропроводность меди существенно понижается при наличии даже очень небольшого количества примесей. Поэтому в качестве проводникового материала применяют в основном особо чистую медь М00 (99,99 %), электролитическую медь М0 (99,95 %), М1 (99,9 %). Марки технической меди М2 (99,7 %), М3 (99,5 %), М4 (99,0 %).

В зависимости от механических свойств различают медь твердую, нагартованную (МТ) и медь мягкую, отожженную (ММ).

Вредными примесями в меди являются висмут, свинец, сера и кислород. Действие висмута и свинца аналогично действию серы в стали; они образуют с медью легкоплавкие эвтектики, располагающиеся по границам зерен, что приводит к разрушению меди при ее обработке давлением в горячем состоянии (температура плавления эвтектики соответственно 270 0С и 326 0С).

Сера и кислород снижают пластичность меди за счет образования хрупких химических соединений Сu2O и Сu2S.

В качестве конструкционного материала технически чистую медь применяют редко, так как она имеет низкие прочностные свойства, твердость. Основными конструкционными материалами на основе меди являются сплавы латуни и бронзы. Для маркировки медных сплавов используют следующее буквенное обозначение легирующих элементов:

• О — олово; Ц — цинк; Х — хром;
• Ж — железо; Н — никель; С — свинец;
• К — кремний; А — алюминий; Ф — фосфор;
• Мц — марганец; Мг – магний; Б – бериллий.

Латуни

Латуни — это медные сплавы, в которых основным легирующим элементом является цинк.

В зависимости от содержания цинка латуни промышленного применения бывают:

1. однофазные a — латуни, содержащие до 39 % цинка (это предельная растворимость цинка в меди);
2. двухфазные (a+b|)- латуни, содержащие до 46 % цинка;
3. однофазные b|- латуни ,содержащие до 50 % цинка.

Однофазные a- латуни пластичны, хорошо обрабатываются резанием, давлением при температурах ниже 300 0С и выше 700 0С (в интервале от 300 0С до 700 0С — зона хрупкости). С увеличением содержания цинка прочность латуней повышается.

В латунях b|- фаза представляет собой упорядоченный твердый раствор на базе электронного соединения СuZn с решеткой ОЦК, она хрупкая и прочная. Поэтому, чем больше в латунях b|- фазы, тем они прочнее и менее пластичны.

Практическое применение имеют латуни с содержанием цинка до 42…43 %.

Латуни, обрабатываемые давлением, маркируются буквой Л (латунь), после которой ставятся буквенные обозначения легирующих элементов; цифры, следующие за буквами, указывают содержание меди и количество соответствующего легирующего элемента в процентах. цинка определяется по разности от 100 %.

Например, латунь Л62 содержит 62 % Сu и 38 % Zn. Литейные латуни маркируются буквой Л, после которой ставится содержание цинка и других легирующих элементов в процентах. Количество меди определяется по разности от 100 %. Например, латунь ЛЦ36Мц20С2 содержит 36 % Zn, 20 % Mn, 2 % Pb и 42 % Сu.

К однофазным a — латуням относятся Л96 (томпак), Л80 (полутомпак), Л68, имеющая наибольшую пластичность (d = 56 %). Двухфазные (a+b|) — латуни марок Л59 и Л60 имеют меньшую пластичность в холодном состоянии, но большую прочность и износостойкость. Однофазные имеют после отжига sв = 250…350 МПа и d = (50…56) %, двухфазные — sв = 400…450 МПа и d = (35…40 %).

Для повышения механических свойств и коррозионной стойкости латуни могут легироваться оловом, алюминием, марганцем, кремнием, никелем, железом и др.

Введение легирующих элементов (кроме никеля) уменьшает растворимость цинка в меди и способствует образованию b|- фазы, поэтому такие латуни чаще двухфазные (a+b|).

Никель увеличивает растворимость цинка в меди, и при достаточном его содержании латунь из двухфазной становится однофазной. Свинец облегчает обрабатываемость резанием и улучшает антифрикционные свойства.

Сопротивление коррозии повышают Al, Zn, Si, Mn, Ni, Sn.

В морском судостроении применяются оловянистые ”морские” латуни, например, ЛО70-1 (70 % Сu, 1 % Sn, 29 % Zn). Она используется для изготовления конденсаторных трубок, деталей теплотехнической аппаратуры.

Алюминиевые латуни

используют для изготовления конденсаторных трубок, цистерн, втулок, а также для изготовления коррозионно-стойких деталей, работающих в морской воде.

Из латуни ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 изготовляют цельнотянутые круглые трубы для производства манометрических трубок и пружин в приборах повышенного класса точности. С помощью закалки и старения sв достигает 700 МПа.

Иные сферы применения

А вы знаете, что медь очень часто употребляют как катализатор полимеризации ацетилена? Благодаря этому свойству медные трубопроводы, используемые для перемещения ацетилена, разрешено применять лишь тогда, когда содержание меди в них не превышает 64%.

Люди научились использовать ковкость меди и в архитектуре. Фасады и кровли, изготовленные из тончайшей листовой меди, служат безаварийно по 150 лет. Данный феномен объясняется просто: в медных листах происходит автозатухание процесса коррозии. В России используют медный лист для фасадов и кровель в соответствии с нормами Федерального Свода правил СП 31-116-2006.

В недалёком будущем люди планируют использовать медь в качестве бактерицидных поверхностей в клиниках для препятствования перемещению бактерий в помещениях. Все поверхности, к которым притрагивается рука человека, – двери, ручки, перила, водозапорная арматура, столешницы, кровати – специалисты будут изготавливать лишь из этого удивительного металла.

Как определить, что перед нами: латунь или медь, их основные отличия

У каждого, кто ищет и сдает цветной металл, иногда возникают сомнения по поводу вида лома и, соответственно, его истинной стоимости при сдаче.

Медь является цветным металлом, а латунь – это сплав, который обычно состоит из 70% меди, поэтому часто похож на нее.

Ошибка может обойтись довольно дорого. За медь в пунктах приема дают 285- 300 рублей, за латунь – около 150. Существует много способов, как узнать, что за металл мы видим — медь или латунь, а как отличить их друг от друга мы расскажем в этой статье.

Маркировка меди

Какие марки меди использует человек для производства необходимых ему изделий? Их множество: М00, М0, М1, М2, М3. Вообще, марки меди идентифицируются чистотой её содержания.

Например, медь марок М1р, М2р и М3р содержит 0,04% фосфора и 0,01% кислорода, а марок М1, М2 и М3 — 0,05-0,08% кислорода. В марке М0б кислород отсутствует, а в МО его процентное содержание составляет 0,02%.

Итак, рассмотрим более подробно медь. Таблица, приведённая далее, предоставит более точную информацию: