Сплав меди с железом называют

Медь и ее основные сплавы

Медь и ее сплавы — отличное вещество, которое применяется во всех отраслях промышленности. Сейчас сложно представить жизнь без этого металла.

Основные факты

Медь является очень важным материалом для человека. Первыми орудиями труда у людей были именно медные изделия. Раньше обработка металла производилась холодным методом, что подтверждают различные археологические находки на территории Северной Америки. Еще до приезда Колумба индейцы сохранили такие традиции. Установлено, что еще 7 000 лет назад человек добывал и использовал медную руду. Именно благодаря его податливости он стал очень популярным.

Медь имеет красноватый оттенок за счет небольшого количества кислорода в составе. Если полностью исключить этот элемент, то оттенок будет желтоватым. Если начистить медь, то она будет иметь яркий блеск. Чем больше будет валентность, тем слабее оттенок. К примеру, медные карбонаты обычно имеют зеленый либо синий цвет.

После серебра медь является вторым металлом, который обладает хорошей электропроводностью. Из-за этого он активно применяется в электронике. Медь плохо реагирует на кислород. Она покрывается пленкой из-за окисления на свежем воздухе.

Медный оксид можно получить, если прокалить медь, гидрокарбонат или нитрат на воздухе. Это соединение способно окисляюще воздействовать на соединения органического характера.

Если растворить медь в серной кислоте, то выходит медный купорос. Его применяют в химической промышленности, а также использует в качестве профилактики вредителей урожая.

В зависимости от влияния примесей на характер общего медного сплава можно выделить 3 основные группы.

  • К первой относятся те соединения, которые вместе с медью создают твердые вещества. Это касается мышьяка и сурьмы. Сюда же относятся железо, цинк, никель, олово, алюминий, фосфор и прочие.
  • Вторую группу составляют соединения, которые практически не растворяются в меди. Примером является висмут, свинец и прочие. Из-за них обработка посредством давления затруднена. На способность к электропроводности это практически не влияет.
  • Третья группа — это сера и кислород. Вместе с медью они создают химические соединения, которые отличаются своей хрупкостью.

Маркировка по ГОСТ

В зависимости от добавок, примесей и их доли в общем объеме, сплав имеет разные свойства. Это может быть устойчивость к коррозии, прочность, антифрикционный эффект и прочее. Самыми распространенными являются смеси меди с алюминием, цинком, марганцем, магнием. Но в промышленности применяются варианты и с другими химическими веществами.

Разработано специальная таблица с маркировкой меди и ее характеристиками. Она применяется, когда нужно определить состав по классификации ГОСТ.

  • К примеру, в Марке М00 содержание меди должно быть не менее 99,99%.
  • В марке М0 содержится примерно 99,95% меди. В марке М0б присутствует примерно 99,97% основного компонента.
  • Если медь обозначается как М1, это значит, что ее доля во всем составе около 99,9%.
  • Если имеется пометка М1р, то это означает, что в веществе содержится 99,9 меди.
  • Если имеется обозначение М2, то меди будет 99,7%, а вот в марке М2р тоже такая же концентрация основного компонента.
  • Если пишется марка М3 иМ3р, то количество меди составляет 99,5%. Если марка М4, то количество основного вещества равняется 99%.
  • Несмотря на то что количество меди в марках М1 и М1р, М2 и М2р, М3 и М3р одинаковое, при этом в продуктах с буквой «р» содержание кислорода меньше и составляет только не более 0,01%, а вот в других – примерно 0,05-0,08%. Кроме того, в состав включен фосфор, но его доля не более 0,04%.

А вот в продукте с маркой М0б совсем отсутствует кислород, в отличие от продукта с пометкой М0, где содержание кислорода составляет примерно 0,02%.

В большинстве случаев применяется катодная медь либо полуфабрикаты из меди (это касается проката, катанок и прочих изделий). Особенности и область применения зависят от процентного содержания примесей в общем продукте. В различных марках может быть 10–50 примесей. Чаще всего медь разделяют на 2 группы:

  1. Сплавы, которые содержат минимальное количество кислорода — не более 0,011%. По ГОСТу они обозначаются как М00, М01 и М3. Обычно применяются они для токопроводников либо создания сплавов, которые отличаются высокой чистотой.
  2. Металл рафинированного типа, которые имеет примеси фосфора в общем объеме. Предназначен для общего применения. По ГОСТу обозначается как М1ф, М2р, М3р. Обычно применяется для создания фольги, труб и листов горячего и холоднокатаного типа.

Для создания чистых и высокоточных металлов применяется только медь той марки, где отсутствует кислород. Это очень важно для криогенной промышленности. В остальных же случаях используются другие виды меди. Например, применение бывает следующим в зависимости от марки:

  1. М0 и М00 используется в производстве электропроводниковых деталей и деталей с высокой частотой. Обычно такие элементы получаются дороже, и делают их на заказ.
  2. М001б и М001бф применяется для медной проволоки с небольшим диаметром сечения. Также подходит для другой проводки и электрических шин.
  3. М1 (в том числе М1р, М1ре и М1ф) применяются как проводники для электрического тока. Они задействованы для создания бронзы высокого качества, где минимальное количество олова. Обычно делают электроды и прутья для сварки чугуна и прочих металлов, которые трудно сваривать.
  4. М2 (в том числе М2к, М2р) используется обычно для деталей, которые применяются в криогенной промышленности. Еще подходит для литого проката, который будет подвергаться обработки под давлением.
  5. М3 (в том числе М3р и М3к) подходит для производства полуфабрикатов прессованного типа либо проката плоского характера. Еще используется для проволоки, которая задействуется для сварки электромеханического характера чугунных и медных деталей.
Читайте также:  Оксидом меди ii пропускали водород

Популярные сплавы меди

В качестве легирующего компонента в сплавах меди обычно применяется фосфор, золото, цинк и марганец. Их концентрация обычно составляет меньше 10%. Исключением является только латунь. Такая доля зависит от того, какие свойства сплавов требуются, а также учитывается его назначение.

Вот основные разновидности сплавов меди:

  1. Смесь с оловом. Она считается одной из самых первых, которые были открыты. Еще в Древней Греции активно применялась для создания шедевров, которые на данный момент являются ценностью для людей. Сегодня процесс создания такого сплава значительно улучшен. Используются электрически печи дугового типа. Для защиты от окисления задействован вакуум. Сплав закаливают, чтобы увеличить его прочность и пластичность.
  2. Алюминиевая бронза. Этот сплав меди и алюминия может деформироваться. Практически не подвержен коррозии. Его применяют обычно для создания деталей, которые будут подвергаться высокотемпературному воздействию.
  3. Смесь меди со свинцом. Этот материал отличается антифрикционными свойствами. За счет добавления свинца значительно увеличен показатель прочности.
  4. Латунь. Это сплав из 2 либо 3 компонентов.
  5. Нейзильбер — сплав на основе меди, причем добавлен никель — примерно от 6 до 34%. Еще в состав включен цинк. Стоимость такого материала меньше, чем у мельхиора, однако по внешним данным, характеристикам и свойствам они идентичные.
  6. Смесь меди и железа. Это возможно благодаря тому, что оба материала обладают схожими химическими показателями, но при этом температура плавления у них разная, так что выходит пористый сплав.

Сплавы на основе меди применяются в промышленности. Трудно найти хотя бы одну отрасль, где бы ни задействовали медь для производства различных деталей. В чистом виде металл используется в коммуникациях электротехнического типа. Камеры теплообмена, трубопровод, вакуумные механизмы на 1/3 состоят из этого металла.

Сплавы активно применяются в производстве автомобилей и сельскохозяйственного оборудования. Благодаря высокой резистентности к коррозии сплавы меди применяют для производства аппаратуры в химической отрасли. Смесь свинца и меди используется в создании техники сверхпроводникового типа.

Когда нужно сделать детали со сложным узором, то требуется сплав, обладающий пластичностью и вязкостью. Этим критериям соответствует мягкая медь. Из нее можно сделать любые шнуры и детали. Проволока хорошо гнется. К тому же ее можно соединять (паять) с серебряными и золотыми поверхностями. Сплавы меди отлично взаимодействуют с эмалью. Такая поверхность долго будет сохраняться, она не отслоится, не растрескается.

Бронза как сплав меди

Медь и сплавы на ее основе очень разнообразны. Одним из ярких примером является бронза. Это смесь из меди, кремния, алюминия, бериллия и прочих элементов (исключением является только цинк). Марка заключается в символе Бр и других буквах, которые указывают на легирующее вещество. Затем пишется цифра, которая указывает на их пропорции. К примеру, марка БрОЦС4-4-2,5. Такой набор символов означает, что бронза содержит 4% олова, столько же цинка и 2,5% свинца. Всем остальным является уже медь.

Существует классификация по содержанию дополнительных веществ в общем сплаве. Выделяют бронзу оловянного и безоловянного типа. Последняя имеет подвиды. Характеристики бронзы:

  1. Оловянная. Эта смесь с оловом имеет высокий показатель резистентности к коррозии, имеется еще и антифрикционный эффект. Благодаря этому материал часто используется в химической отрасли. Это обычно смесь с никелем. Еще могут добавлять фосфор и цинк. Последнего материала добавляют не более 10%. Благодаря этому сплав по цене недорогой, но его характеристики не изменяются. Благодаря последним двум элементам улучшается антифрикционное действие. БрОц4–5 задействуют в производстве пружин. Это касается деформируемых бронз. Относительно литейных бронз, то обычно их применяют для арматуры, антифрикционных изделий. К примеру, это БрО4Ц4С17, БрО5ЦНС5, БрО3Ц12С5.
  2. Алюминиевая. Обладает хорошей сопротивляемостью коррозии в соленой воде и климатических условиях тропиков. Если бронза 1-фазная, то она отличается хорошей гибкостью и применяется для штамповки глубокого типа. Если бронза 2-фазная, то ее подвергают деформации горячего типа либо используют для фасонного литья. По литейным характеристикам алюминиевая бронза уступает оловянной, но благодаря ей получаются более плотные изделия. Примерами алюминиевой бронзы является БрАЖН10-4-4, БрА10Ж3Мц2.
  3. Кремнистые. За счет добавления кремния (не более 3,5%) материал становится прочнее и эластичнее. За счет никеля и марганца улучшаются коррозионные и механические показатели. Такую бронзу легко обрабатывать с помощью резания, давления и сварки. За счет упругости, механических характеристик и устойчивости к коррозии кремнистые бронзы применяются для создания пружинящих изделий различных приборов, в том числе и радиооборудования. Причем детали устанавливают в аппаратуру, которая будет работать в агрессивных условиях — морская вода, температура до 2 500°С. Примером кремнистой бронзы является БрКМц3–1.
  4. Бериллиевые. Эти сплавы отличаются тем, что они упрочнены за счет температурной обработки. Обладают высокой характеристикой к временному сопротивлению, хорошими пределами текучести, упругостью. Имеет устойчивость к коррозии. Подвергаются резанию и сварке. Активно используются для создания пружин, мембран и прочих деталей, которые будут работать на износ. Элементы обычно используются для приборов электронной техники. Примером бериллиевой бронзы является БрБ2.
  5. Свинцовые. В жидкой меди свинец почти не растворяется. После того как сплав затвердеет, он будет состоять их отдельных кристаллов меди и свинца. Благодаря такой необычной структуре имеются антифрикционные свойства. Из-за этого такие сплавы применяются для создания подшипников и вкладышей, которые будут работать с высокими показателями скорости и давления. Теплопроводность бронзы БрС30 в 4 раза больше, чем у оловянных сплавов. Благодаря этому она хорошо убирает нагревание, которое возникает из-за сильного трения. Довольно часто в свинцовые сплавы добавляют олово и никель, чтобы улучшить коррозионные и механические характеристики.
Читайте также:  Реакция образования сахарата меди

Все эти разновидности бронзы активно применяются в промышленности и других отраслях.

Внимание: латунь

Под латунью понимают смесь из меди и цинка, причем последнего компонента может быть от 5 до 44%. Если в состав включен еще и цинк (от 5 до 20%), то такая латунь называется красной либо томпаком. Если содержание цинка от 20 до 35%, то латунь называется желтой. Латунь, где концентрация цинка более 45%, редко применяется на практике.

Классификация латуни следующая:

  • Двухкомпонентная. Еще ее называется простой. Входит только медь, цинк и небольшое количество примесей.
  • Многокомпонентная — специальная. Кроме цинка и меди в состав включены другие легирующие компоненты.

Марка латуни обозначается как буква Л и двузначное число, которое указывает на долю меди. К примеру, если марка латуни Л80, то содержание меди составляет 80%, а цинка – 20%.

Томпак может обозначаться как Л96. Тогда содержание меди составляет примерно 95-96%. Еще томпак может обозначаться как Л90. В это случае мед содержится примерно 88–91%. В обоих случаях допускается не более 0,2% примесей.

Полутомпак обозначается как Л85. Это означает, что меди в нем будет от 84 до 86%. Если полутомпак записан как Л80, то содержание меди составит от 79 до 81%. В обоих случаях допускается содержание примесей не более 0,3%.

Латунь обозначается еще как Л70. В этом случае меди будет примерно 69–72%, примесей разрешено не более 0,2%. Если марка Л68, то концентрация основного вещества — от 67 до 70%, а примесей допускается не более 0,3%. Марка Л63 предполагает, что содержание меди составит от 62 до 65%, а примесей может быть до 0,5%. Если записана марка Л69, то основного компонента будет от 59 до 62%, причем примесей — не более 1%.

Латунь 2-компонентного типа довольно просто подвергается давлению. Обычно из нее делают изделия в виде труб, листов и прочего. Латунные детали могут растрескиваться из-за большого внутреннего напряжения. Когда они долго хранятся на открытом воздухе, то появляются трещины, которые могут располагаться как по ширине, так и по длине. Чтобы предотвратить это, нужно воспользоваться низкотемпературным воздействием (температура 200–300°С).

А вот марок латуни поликомпонентного типа намного больше, чем 2-компонентного. В обозначения сначала пишется Л. Потом записаны буквы, указывающие на легирующие компоненты, которые включены в состав вещества помимо цинка. После этого идет дефис и записываются числа. Первая цифра указывает на концентрацию основного вещества (в процентах). Все остальные — это доли легирующих веществ. Их последовательность будет такой же, как и в части с буквенными обозначениями. Сначала записываются те элементы, доля которых больше. К примеру, если марка записана как ЛАЖМц66-6-3-2, то это означает, что меди содержится 66%, алюминия – 6%, железа – 3% и марганца – 2%.

Для информации

Основные легирующие вещества в латуни многокомпонентного типа следующие:

  1. Марганец. Он применяется для улучшения прочности готового изделия. Повышается устойчивость к коррозии. Особенно это касается сочетания с железом. Еще это подходит для олова и алюминия.
  2. Олово. Тоже используется для улучшения прочности. Еще конечное вещество будет отличаться высокой устойчивостью к коррозии, особенно в соленой воде. Такие материалы, которые имеет включения олова, часто именуются еще морскими.
  3. Никель. Это вещество тоже улучшает прочность и добавляет устойчивость к коррозии, причем в различных условиях.
  4. Свинец. Из-за него ухудшаются механические характеристики, но при этом улучшается способность к обработке посредством резания. Обычно добавляют немного — содержание в латуни не более 1–2%. Это используется для деталей, которые будут подвергаться обработке на станках. Вот почему такую латунь еще именуют автоматной.
  5. Кремний. Из-за него твердость материала ухудшается, как и прочность. Но если добавлять сразу и кремний, и свинец, то антифрикционные свойства увеличиваются. Такой латунью можно будет заменить бронзу, которая применяется в подшипниках и считается более дорогой по цене.

Заключение

Медь, сплавы меди — это материалы, без которых сейчас трудно представить современный мир. Они обладают различными свойствами и используются в разных отраслях промышленности. Самыми известными сплавами являются бронза и латунь.

Источник

Исследования сплавов железа

Сплавы железа и меди изучали Ринман, Дэвид Мюшет, Штенгель и Карстен. Сплавы изготавливались «прямым» сплавлением меди с чугуном, сварочным железом и сталью (в тиглях) во всех пропорциях.

Сплавы железа и меди изучали Ринман, Дэвид Мюшет, Штенгель и Карстен. Сплавы изготавливались «прямым» сплавлением меди с чугуном, сварочным железом и сталью (в тиглях) во всех пропорциях. Исследователи пришли к выводу о вредном влиянии меди на свойства стали и сварочного железа (красноломкость), и о положительном влиянии меди на свойства литейного чугуна в количестве до 5 % (здесь и далее – % по массе).

Одновременно исследовалось влияние железа на свойства бронзы и латуни. В 1779 г. Уильяму Керу был выдан патент на способ получения латуни, содержащей 54 % меди, 40 % цинка и 6 % железа. Сплав приготовлялся в тиглях с использованием древесного угля под слоем флюса из зелёного стекла. Сначала сплавлялись медь и сварочное железо, затем под слой шлака добавлялся цинк. Подобные патенты выдавались неоднократно впоследствии вплоть до середины XIX в. в разных странах Европы. Наибольшее распространение железная (белая) латунь нашла в Германии, где она называлась Aich-Metall, и использовалась для обшивки судов.

Большой интерес учёных эпохи Революции в естествознании вызвал вольфрам. В металлическом состоянии он был получен братьями Элюар в Испании в 1783 г. Элюары провели широкие исследования по изучению сплавов вольфрама, которые они получали в тиглях «с угольной набойкой». В тигли помещали оксиды вольфрама и исследуемые металлы, в том числе – чугун.

Читайте также:  Во сколько раз число атомов меди отличается от числа атомов кислорода 0 064

Впоследствии к изучению сплавов вольфрама присоединился Бертье. Ему удалось получить сплавы с содержанием вольфрама до 37 %. Кроме того Бертье исследовал тройную систему, включавшую железо, марганец и вольфрам. Высокотемпературная обработка в угольном тигле шихты, состоявшей из руд изучаемых металлов, позволила получить сплав, включавший 16 % железа, 6 % марганца и 78 % вольфрама.

Усилия многих исследователей были подытожены английским инженером Окслендом, который в 1857 г. взял патент на получение железо-вольфрамовых сплавов. В тексте патента можно прочитать следующее: «Вольфрам, восстановленный из волчеца (вольфрамовой руды) углеродом, может быть смешан с рудой в доменной печи, или с чугуном в вагранке, в количестве до 30 %. Сплав чугуна и вольфрама может быть применён в металлургической технике… Хорошую литую сталь можно получить, прибавляя к ней от 0,5 до 25 % вольфрама. Сплавы железа с вольфрамом могут быть очищены и превращены в литую сталь обыкновенным способом цементования». Фактически мы видим описание полного технологического цикла получения и применения ферросплава, используемого для легирования стали.

Запатентованная Окслендом технология получения и применения «ферровольфрама» была реализована в промышленном масштабе в Австрии (её внедрение приписывается профессору Майеру из Леобена) в 1859 г. Спустя 5 лет вольфрамовую сталь производили несколько предприятий Австрии и Германии (её использовали для изготовления снарядов и холодного оружия). В 1864 г. Зиверт опубликовал состав стали, выплавляемой на сталелитейном заводе в Бохуме. Она содержала от 1 до 3 % вольфрама и около 1 % углерода.

Велер, Реле, Карстен, Гохштеттер изучали влияние титана на свойства стали и чугуна. Было рекомендовано получать титанистую сталь, содержащую до 1 % титана из чугуна, в который титан попадал из природно-легированных руд. Впоследствии, в период 1859-61 гг. Роберт Мюшет взял 13 патентов на различные способы получения и применения титановых сплавов железа, включая производство «ферротитана» (тигельным способом) с последующим его использованием для получения легированной стали.

Исследования сплавов железа с кобальтом, молибденом и хромом проводились Бертье и Смитом. Сплавы получались тигельной плавкой гематитовой железной руды с оксидами и рудами исследуемых металлов. Содержание в сплаве кобальта достигало 55 %. Были установлены высокие магнитные свойства железокобальтовых сплавов. В отношении сплавов с молибденом Бертье отмечал, что их получение и свойства аналогичны сплавам вольфрама.

Бертье также впервые получил и исследовал сталь, содержащую до 17 % хрома, и установил её высокую стойкость к действию кислот. Бертье получал хромсодержащую сталь тигельным способом, используя шихту, состоящую из гематитовой и хромовой руды (хромистого железняка), древесного угля и известняка, «который насыщал кремнезём и глинозём минералов». Смит в лаборатории Лондонской горной школы провел классические модельные эксперименты, сплавляя в угольном тигле химически чистые гематит и оксид хрома. Он получил широкую гамму сплавов, в которых содержание хрома изменялось в пределах от 4 до 77 %, а железа, соответственно, от 96 до 23 %.

Подробные и методически выверенные исследования сплавов железа были выполнены выдающимся физиком Майклом Фарадеем и его коллегой Штодартом. Их результаты опубликованы в научном издании «TheQuarterlyJournalofscience» за 1820 г. Фарадей и Штодарт изучали влияние на свойства стали, сварочного железа и чугуна никеля, золота, серебра, платины, родия, палладия, иридия, алюминия. Сплавы получали свариванием пакетов, полученных из скрученной проволоки чистых металлов. Содержание легирующих элементов доводили до 10 %. Для получения больших количеств легированной стали и чугуна (при изготовлении холодного оружия или отливки небольших колоколов) использовали лигатуры, приготовленные в тиглях, и содержащие около 5 % легирующих металлов.

Была получена сталь, содержащая до 10 % никеля, и установлена её высокая стойкость к коррозии и «высокая магнитная сила». Для получения сплавов железа и алюминия в тигли помещали боксит (глинозём), хлориды железа, натрия и калия. Кристаллизовавшийся продукт обрабатывали слабой соляной кислотой. Получали сплав, содержащий от 20 до 80 % алюминия, который затем использовали для легирования железа в процессе пудлингования и при выплавке дамасской стали тигельным способом. Выплавленная сталь, по словам Фарадея, обладала хорошими свойствами, особенно с добавлением платины. На основе полученных данных Фарадей, Бертье и их последователи объясняли свойства булата наличием посторонних примесей в стали: Фарадей – алюминия, платины и серебра, Бертье – хрома.

В это же время на Урале были открыты месторождения платины, и министр финансов и Главноуправляющий Корпуса горных инженеров граф Егор Францевич Канкрин поручил горному ведомству повторить опыты Фарадея по сплавлению стали c платиной. Эта работа была поручена управляющему Златоустовским горным округом Павлу Петровичу Аносову, у которого к тому времени был уже солидный опыт по изучению качественных восточных клинков и который проводил исследования по получению булатной стали. Опыты заняли более года, в результате была получена сталь достаточно высокого качества, имеющая узоры, которые, однако, были отличны от булатных. В июне 1829г. из Златоуста в Горный департамент поступили две сабли и один клинок, изготовленные из этой стали.

Следующие два года Аносов посвятил опытам по изучению влияния различных легирующих добавок на свойства стали. Помимо платинистых сталей, которые он изучал особенно тщательно, были изучены стали с добавками золота, серебра, марганца, хрома и титана. Аносовым были подробно описаны свойства сталей с различным содержанием этих элементов. Многие из них улучшали свойства стали, некоторые давали узоры, однако булата получить не удавалось.

Таким образом, в период Революции в естествознании усилиями исследователей многих стран была создана научная база и сформированы представления о влиянии легирующих элементов на качество стали, сварочного железа и чугуна.

Источник