Мідь, її властивості

Розділ 8 МІДЬ ТА СПЛАВИ НА ЇЇ ОСНОВІ

Мідь належить до важких металів із густиною 8,94 г/см³, температурою плавлення 1083 °С і температурою кипіння 2360 °С. За електропровідністю мідь займає друге місце після срібла і тому є основним матеріалом для провідників. Домішки фосфору, кремнію, заліза, сурми і кобальту знижують електропровідність міді. Мідь, як й інші метали з ГЦК-структурою, має невелику міцність і високу пластичність (σ_в=200 МПа, σ₀₂=50 МПа, δ = 35%.). Хімічна активність міді порівняно невелика. Розведені соляна і сірчана кислоти на мідь практично не впливають. У вологому повітрі рожево-червона мідь тьмяніє через утворення на її поверхні закису міді Сu₂О. За характером взаємодії із міддю домішки поділяють на три групи.

До першої групи належать метали, розчинні у твердій міді (Αl, Ζn, Fe, Ni, Ag, Cd, Sb), що істотно не впливають на властивості технічної міді.

До другої - домішки, практично нерозчинні у твердій міді (Ві, Рb). Вони негативно впливають на механічні і технологічні властивості міді. У системі Сu-Ві утворюється легкоплавка евтектика (t_пл.=270 °С), що складається з практично чистого вісмуту, виділення якого по межах зерен призводять до червоноламкості міді та сплавів на її основі.

Свинець з міддю дає монотектичне перетворення при 953 °С і евтектичне - при 326 °С. Евтектика за складом (99,94 % Рb) практично збігається із чистим свинцем і виділяється по границях зерен. Свинець не сприяє холодноламкості міді і її сплавів, оскільки він пластичний, але через низьку точку плавлення евтектики, спричинює червоноламкість. Разом із тим, свинець полегшує обробку мідних сплавів різанням.

До третьої групи елементів відносять домішки, що утворюють із міддю хімічні сполуки (Р, О₂, S, Те та ін.).

Розчинність кисню у міді незначна і становить лише 0,011% при температурі 1065 °С, тому при низькій концентрації кисню у металі з'являється евтектика Cu+Cu₂O з температурою плавлення 1065 °С, що вище від температури гарячої прокатки металу, і кисень не спричинює червоноламкості міді. Закис міді Сu₂О несприятливо впливає на пластичні властивості, технологічність і корозійну стійкість міді.

При відпалі в атмосфері, яка містить водень, атоми водню дифундують у мідь і реагують із її закисом, утворюючи всередині металу пари води високого тиску, що спричинює руйнування міді. Це явище називають водневою хворобою міді. Сірка, селен і телур утворюють із міддю сполуки Cu₂S, Cu₂Se, Cu₂Te, які формують у металі крихкі евтектики, що різко знижують пластичність, зварюваність, а також призводять до холодноламкості.

Із підвищенням температури міцністі властивості міді зменшу­ються, а відносне подовження і поперечне звуження при нагріванні до 200 °С залишаються незмінними. При вищих температурах пластичність міді різко зменшуються і починають зростати при температурах більш ніж 600 °С. Цей провал пластичності зумовлено домішками, тому що у міді високої чистоти провалу пластичності не виявлено.

У результаті холодної пластичної деформації міцність міді підвищується до 450 МПа при зменшенні відносного подовження до 3...4%.

Холоднокатані листи міді і її сплави через текстуру деформації мають анізотропію властивостей.

У процесі відпалу деформованої міді та сплавів на її основі відбуваються процеси повернення і рекристалізації. Температура початку рекристалізації - 200...230 °С (0,35 Т_пл.).

Оптимальна температура рекристалізації 500...600 °С. При більш високих температурах рекристалізації відносне подовження знижу­ється через ріст зерна й утворення текстури рекристалізації.