Osnove > Električni materijali > Materijali vodiča
BAKAR
Čisti bakar je sljedeći po električnoj vodljivosti nakon srebra, koje ima najveću vodljivost od svih poznatih vodiča. Visoka vodljivost i otpornost na atmosfersku koroziju, u kombinaciji s visokom duktilnošću, čine bakar glavnim materijalom za žice.
Na zraku, bakrene žice polako oksidiraju, prekrivajući se tankim slojem C oksida u O, sprječava daljnju oksidaciju bakra. Koroziju bakra uzrokuje sumporni dioksid S0 2, sumporovodik H 2 S, amonijak NH 3 , dušikov oksid NO, pare dušične kiseline i neki drugi reagensi.
Vodljivi bakar dobiva se iz ingota galvanskim pročišćavanjem u elektrolitičkim kupkama. Nečistoće, čak iu neznatnim količinama, oštro smanjuju električnu vodljivost bakra (slika 8-1), čineći ga neprikladnim za strujne vodiče, stoga se samo dva razreda bakra koriste kao električni bakar (M0 i M1) prema GOST 859 -66, čiji je kemijski sastav dan u tablici. 8-1.
U tablici 8-1 ne označava bakar bez kisika stupnja M00 (99,99% Cu), bez kisika i bakrenih oksida, koji se razlikuje od bakra razreda M0 i M1 u manjoj količini nečistoća i znatno većoj duktilnosti, što mu omogućuje uvlačenje u najtanje žice. Po vodljivosti bakar M00 se ne razlikuje od bakra M0 i M1. Bakar visoke čistoće naširoko se koristi u električnoj vakuumskoj tehnologiji.
Bi i P nečistoće b u većim količinama nego što je navedeno u tablici. 8-1 onemogućuju vruće valjanje bakra. Sumpor ne uzrokuje vruću krtost bakra, ali povećava njegovu krtost na hladnoći. Nečistoće u malim količinama Ni, Ag, Zn i Sn ne narušavaju tehnološka svojstva, povećavajući mehaničku čvrstoću i toplinsku otpornost bakra.
Kisik kao nečistoća u malim dozama, bez značajnijeg kompliciranja valjanja, neznatno povećava vodljivost bakra, budući da se ostale nečistoće prisutne u bakru oksidacijom uklanjaju iz čvrste otopine, gdje imaju najveći učinak na smanjenje vodljivosti bakra. metal.
Povećani sadržaj kisika smanjuje vodljivost i čini bakar lomljivim kada je hladan, tako da je u električnim vrstama bakra prisutnost kisika ograničena (tablica 8-1). Bakar koji sadrži kisik također je osjetljiv na vodikovu bolest. U redukcijskoj atmosferi bakrov oksid se reducira u metal. Tijekom reakcija koje se odvijaju uz stvaranje vodene pare, u bakru se pojavljuju mikropukotine.
Riža. 8-1. Utjecaj nečistoća na električnu vodljivost bakra.
Tablica 8-1 Kemijski sastav bakrenog vodiča (GOST 859-66)
Gotovo svi vodljivi proizvodi od bakra proizvode se valjanjem, prešanjem i izvlačenjem. Tako se izvlačenjem mogu proizvesti žice promjera do 0,005 mm, trake debljine do 0,1 mm i bakrene folije debljine do 0,008 mm.
Vodljivi bakar koristi se i u žarenom obliku nakon hladne obrade (meki bakar MM) i bez žarenja (tvrdi bakar MT).
Tijekom hladnog oblikovanja, čvrstoća bakra kao rezultat kompresije (otvrdnjavanja) se povećava, a istezanje se smanjuje, međutim, dugotrajne radne temperature očvrslog bakra su ograničene i kreću se do 160-200 ° C, nakon čega, zbog dolazi do rekristalizacije, omekšavanja i naglog pada tvrdoće očvrslog bakra Što je veći stupanj redukcije tijekom hladne obrade, niže su dopuštene radne temperature punog bakra.
Pri temperaturama toplinske obrade iznad 900 °C, zbog intenzivnog rasta zrna, mehanička svojstva bakra naglo se pogoršavaju. Fizikalna i tehnološka svojstva bakra data su u tablici. 8-2.
Učinak temperature žarenja na mehanička svojstva i električnu vodljivost bakra prikazan je na sl. 8-2.
U električne svrhe, bakar se koristi za izradu žice, trake i sabirnica u mekom (žarenom) i tvrdom stanju.
Prema GOST 434-71 Brinellov broj tvrdoće čvrstih trakapri ispitivanju s kuglicom promjera 5 mm, opterećenjem od 2500 N i vremenom zadržavanja od 30 s.
Ovisno o radnoj temperaturi, mehanička svojstva bakra prikazana su u tablici 8-3.
Kako bi se povećala otpornost na puzanje i toplinska stabilnost, bakar se legira srebrom u rasponu od 0,07-0,15%, kao i magnezijem, kadmijem, kromom, cirkonijem i drugim elementima.
Trenutno se bakar s dodacima srebra koristi za namote strojeva velike brzine i otpornih na toplinu, a bakar legiran s različitim elementima koristi se u komutatorima i kliznim prstenovima jako opterećenih strojeva.
Tablica 8-2 Fizikalna i tehnološka svojstva bakra
Svojstva |
Stanje |
Indikator |
Talište, °C |
1083±0,1 |
|
Gustoća, kg / m3 |
Na 20 °C |
8930 |
Temperaturni koeficijent linearnog širenja, |
U rasponu od 20-100 °C |
|
Toplinska vodljivost, W/(m °C) |
375-380 |
|
Električni otpor pri +20 °C (meka žica), μΩ m |
Uvjetovano GOST 2112-71 |
0,01724 |
Isto (puna žica) |
Isti |
0,0180-0,0177 |
Temperaturni koeficijent otpora, |
Na 0-150 °C |
0,00411 |
Temperatura vruće obrade, °C |
Čvrsto |
900-1050 |
Temperatura početka rekristalizacije, °C |
Zakovicama |
160-200 |
Jetkač za poluproizvode, % |
H2SO4 |
|
Atmosfera tijekom topljenja |
Obnavljajuće |
|
Temperatura lijevanja, °C |
1150-1200 |
|
Temperatura žarenja, °C |
500-700 |
|
Vrelište, °C |
2300-2590 |
|
Toplina taljenja, J/kg |
||
Toplina isparavanja, J/kg |
5400 |
|
Volumetrijsko skupljanje, % |
Nakon kristalizacije |
|
Omjer električnog otpora rastaljenog bakra i čvrstog bakra |
Tijekom taljenja i kristalizacije |
2,07 |
Potencijal prinosa elektrona, V |
4,07-2,61 |
|
Toplinska e.m.f. u odnosu na platinu, mV |
0,15 |
|
Riža. 8-2. Utjecaj temperature žarenja na svojstva bakra.
Tablica 8-3 Karakter promjena mehaničkih svojstava bakrenog vodiča ovisno o temperaturi
Svojstva |
Temperatura, °C |
||||||||
Čvrsto nacrtana |
Žareno (650 °C, 1/ 2 h) |
||||||||
Vlačna čvrstoća, MPa
|
400
|
365
| |||||||
Kristalna rešetka bakra je kocka s licem u središtu. Nema polimorfne transformacije. Talište 1083 °C. Čvrstoća i duktilnost bakra jako ovisi o hladnom kaljenju. Nakon valjanja i žarenja bakar ima vlačnu čvrstoću od 200...250 MPa, a relativno istezanje 30...35%.
Zbog svoje visoke duktilnosti, bakar se slabo obrađuje rezanjem, ali se lako deformira u vrućem i hladnom stanju. Čvrstoća bakra kao rezultat hladne deformacije povećava se na 700 MPa, a njegova duktilnost se smanjuje na 1 ... 3%.
Ovisno o kemijskom sastavu, razlikuju se sljedeće klase bakra: M00 (99,99% Cu), MO (99,95% Cu), Ml (99,90% Cu), M2 (99,70% Cu), M3 (99,50% Cu) , M4 (99,0% Cu). Što je veći broj u stupnju bakra, to sadrži više nečistoća.
Sve nečistoće, osim berilija, oštećuju električnu vodljivost bakra. Osobito ga snažno reduciraju elementi koji tvore čvrste otopine s ograničenom topljivošću i uzrokuju ozbiljna izobličenja kristalne rešetke - fosfor, silicij, željezo i arsen. Elementi koji su potpuno topivi u bakru i malo narušavaju njegovu rešetku smanjuju njegovu električnu vodljivost u puno manjoj mjeri. Na primjer, srebro nema gotovo nikakvog utjecaja na električnu vodljivost bakra. Legura, koja sadrži približno 0,25% srebra, koristi se za izradu namota turbogeneratora za teške uvjete rada.
Nečistoće koje se ne otapaju u bakru ili tvore netopljive uključke gotovo da nemaju utjecaja na električnu vodljivost bakra (silikati, uključci sumpora i kisika, olovo, bizmut).
U instalacijama dubokog hlađenja, bakrene cijevi se koriste za spajanje mjerača tlaka i drugih instrumenata. Niska mehanička čvrstoća bakra ne dopušta upotrebu bakrenih cijevi velikog promjera. Treba imati na umu da je bakar podložan puzanju na sobnoj temperaturi.
Zbog svoje visoke toplinske vodljivosti i dobre otpornosti na koroziju u mnogim okruženjima, bakar se koristi kao materijal za grijanje površina cijevnih izmjenjivača topline.
Mjed- legure bakra u kojima je cink prevladavajući legirajući sastojak. Osim bakra i cinka, mesing može sadržavati male nečistoće drugih elemenata.
Mesing je označen slovom L, nakon čega slijedi broj koji označava sadržaj bakra u njemu (L96, L68 itd.). Ako mjed osim bakra i cinka sadrži i primjese drugih elemenata, tada iza slova L slijedi slovo usvojeno da simbolizira nečistoću: O - kositar, C - olovo, A - aluminij, F - željezo, Mts - mangan , N - nikal, K - silicij, F - fosfor. Na primjer: LAZH60-1 -1 -mjed sadrži 60% bakra, 1% aluminija, 1% željeza, ostatak je cink.
Mesingi s visokim sadržajem bakra nazivaju se tompaci - L96 i L80, a L85 i L80 - polutompaci.
U toplinskoj tehnici mjed se koristi za izradu kondenzatorskih cijevi za parne turbine i kotlove za grijanje. Za kondenzatore koji rade na slatku vodu koriste se cijevi od mesinga L68, a za kotlove daljinskog grijanja od L68 i L63. Mjedene cijevi imaju prednost u odnosu na cijevi od ugljičnog čelika zbog veće otpornosti na koroziju u vodi.
Tijekom rada uočava se posebna vrsta razaranja mjedenih cijevi - dezincifikacija. Pojedini dijelovi cijevi ili cijela njezina površina pretvaraju se u labave kristale bakra. Ponekad se ovaj proces razvija u obliku ulcerativnih formacija: bakreni "čepovi" lako ispadaju i prekida se kontinuitet cijevi. Normalni radni vijek mjedenih cijevi u kotlovima i kondenzatorima je 20 godina, međutim, uz kontinuirano otapanje slojeva cinka, masovni kvar cijevi počinje nakon 4 ... 6 godina. Kada se formiraju "čepovi", kvar cijevi počinje nakon 1...2 godine, a ponekad čak i nakon nekoliko mjeseci. Mjed L070-1 nešto bolje podnosi otapanje cinka od mesinga L63. Stoga se cijevi od mesinga LO70-1 postavljaju na kondenzatore hlađene morskom vodom. Ugljična kiselina i amonijak otopljeni u ohlađenoj vodi znatno ubrzavaju proces dezincifikacije.
Ekonomičnije je ugraditi skuplje nikl-srebrne cijevi (MH70-30) na hladnjake koji rade na morsku vodu, čiji je vijek trajanja najmanje 10 godina u odnosu na 3 godine za jeftine mjedene cijevi.
U tablici 8.1 prikazuje neke mjedi i njihova mehanička svojstva.
Mjedene cijevi su kaljene tijekom procesa proizvodnje, tako da postoje zaostala naprezanja u materijalu cijevi. Njihovo skladištenje na zraku dovodi do stvaranja pukotina. Kako bi se spriječilo stvaranje pukotina, cijevi se žare na 200...400 °C nekoliko sati.
Za dijelove izrađene rezanjem koristi se mjed L59 i mjed s olovom LS59-1.
Tablica 8.1
Mehanička svojstva nekih mesinga (nakon žarenja)
Određeni broj mjedi koristi se prvenstveno za proizvodnju lijevanih dijelova. Dijelovi otporni na koroziju lijevani su od aluminijskog mesinga LA67-2,5; za lijevanje armature koriste se LK80-ZL i LMtsOS5 8-2-2-2.
Deformabilni mesing - mjed koja sadrži 57...97% Cu, koja ima visoku duktilnost, lako se obrađuje pritiskom (tablica 8.2).
Tablica 8.2
Kemijski sastav i primjena kovanog mesinga*
(prema GOST 15527-70)
Kraj stola. 8.2
* Vrsta mesinga L70 ne smije sadržavati više od 0,005% A$; 0,005% Bp i 0,002% B; u antimagnetskim mjedima sadržaj željeza ne smije biti veći od 0,03%.
Ljevaonica mjedi namijenjen za proizvodnju poluproizvoda i oblikovanih dijelova lijevanjem. Ljevački mjed sadrži 50...81% Cu. Kao legirajući elementi koriste se aluminij, mangan, željezo, silicij, kositar i olovo. Mjed za ljevaonice odlikuje se visokim svojstvima lijevanja i otpornošću na koroziju. Većina njih ima dobra antifrikcijska svojstva iu nekim slučajevima potpuna su zamjena za kositrenu broncu. Prema GOST 17711-80 proizvodi se 10 razreda ljevaoničke mesinga (tablica 8.3).
Lijevani mjed koristi se za izradu nehrđajućih lijevanih dijelova pomorskih plovila (propeleri, lopatice, armature i sl.), zrakoplova, raznih strojeva i aparata, svih vrsta tlačnih i pužnih vijaka, zupčanika, ležajeva i drugih dijelova protiv trenja koji rade u teškim uvjetima.
Struktura lijevanog mesinga, s izuzetkom mesinga L62, je jednofazna. Mjed L62 u žarenom stanju ima dvofaznu strukturu - (a + P) kristali. Na temperaturama iznad 750 °C, ovaj se mjed sastoji samo od kristala p-faze. ostalo Tablica 8.3
Kemijski sastav i mehanička svojstva mjedi za lijevanje (prema GOST 17711-80)
|
Mehanički svojstva |
|||||
|
drugi elementi |
st in, MPa (ne manje) |
||||
|
LAZHMts66-6-3-2 | |||||
|
LMtsOS58-2-2-2 | |||||
* Hladno lijevanje. ** Lijevanje u zemlju. *** Centrifugalno lijevanje.
Čvrstoća i tvrdoća mesinga raste s povećanjem sadržaja cinka. Mesing L68 ima maksimalnu rastegljivost, koristi se uglavnom za dijelove proizvedene utiskivanjem ili drugim vrstama obrade s visokim stupnjevima izvlačenja. Najčešće korišteni standardni kovani mjed je mesing L62, koji sadrži minimalnu količinu bakra i ima prilično visoka mehanička svojstva i otpornost na koroziju. Deformabilni mjedi namijenjeni za izradu dijelova štancanjem, uz visoku duktilnost, moraju imati određenu veličinu zrna. Grubozrnata struktura dovodi do stvaranja hrapave površine na utisnutim proizvodima. U kovanom mesingu s vrlo sitnim zrnima mogu se pojaviti pukotine tijekom dubokog izvlačenja.
Listovi, šipke, cijevi i žice izrađuju se od kovanog mesinga.
Deformabilni mjed grade L96, otporan na korozijsko pucanje, ima visoku toplinsku vodljivost, a koristi se za proizvodnju radijatorskih cijevi zrakoplova i kondenzatorskih cijevi.
Mjed L90 ima visoku otpornost na koroziju i dobro se zavaruje s čelikom. Od njega se izrađuju bimetali tipa čelik-mjed.
Deformabilni mesing otporan na koroziju - mjed koja sadrži 60...91% Cu i jedan ili više legirajućih elemenata.
Mjed otporna na koroziju koja se može deformirati ima veću otpornost na koroziju od običnog (dvostrukog) mesinga i može se lako obrađivati pod pritiskom. Dodaci koji poboljšavaju otpornost mesinga na koroziju: aluminij, mangan, silicij, nikal, kositar i arsen.
Aluminij povećava otpornost mesinga na koroziju u uvjetima morske i slatke vode. Dodaci nikla i željeza mesingu koji sadrži aluminij povećava njihovu otpornost na koroziju i čvrstoću. Proizvode se sljedeće vrste koje sadrže aluminij: LA85-0,5, LA77-2, LAZ60-1-1, LAN59-3-2. Vlačna čvrstoća ove mesinga u žarenom stanju je 380-500 MPa, au hladnom stanju (50%) - 580...700 MPa, relativno istezanje 40...55 i 8...12%, respektivno. . Za izradu znakovlja, dodataka i umjetničkih proizvoda koristi se deformabilni, korozijski otporni mjed s visokim sadržajem bakra stupnja LA85-0,5; LA77-2 - za kondenzatorske cijevi. Cijevi i šipke za dijelove visoke čvrstoće koji rade u morskoj vodi izrađeni su od deformabilnog mesinga LAZH60-1-1 otpornog na koroziju. Deformabilni mesing otporan na koroziju LAN59-3-2 odlikuje se visokom čvrstoćom i otpornošću na koroziju i namijenjen je za dijelove visoke čvrstoće otporne na koroziju koji se koriste u pomorskoj brodogradnji, elektrotehnici i kemijskoj opremi.
Mangan povećava otpornost mesinga na djelovanje morske vode, klorida i pregrijane pare. U kombinaciji s aluminijem i željezom, mangan također povećava čvrstoću mjedi. Mehanička svojstva proizvedenog deformabilnog mesinga, otpornog na koroziju s manganskim razredima LZhMts59-1-1, LMts58-2 i LMtsA57-3-1: vlačna čvrstoća 45 ... 600 MPa, relativno istezanje 40 ... 60%. Cijevi, limovi, trake i šipke izrađeni su od mesinga LZhMts59-1-1, LMts58-2 i LMtsA57-3-1. Također proizvode nestandardni mjed LNMtsZHA60-1-2-1-1 (58...62% Cu, 0,1...0,5% br., 1,5...2,5% Mn, 0,5. ..1,1% Re i 0,5...1% A1), karakteriziran visokom otpornošću na koroziju u slatkoj i morskoj vodi. Ova mjed zamjenjuje broncu i mjed s visokim udjelom bakra i može se izraditi od recikliranih bakrenih legura; koristi se za izradu dijelova u pomorskoj brodogradnji.
Silicij(silicijska mjed) povećava otpornost mjedi na koroziju u morskoj vodi i atmosferskim uvjetima, a također povećava otpornost na korozijsko pucanje. Mesing sa silicijem proizvodi se u standardu LK80-3 i nestandardnom LKS65-1,3-3 (63,5...66,5% Cu, 1...2% Bts 2,5...3,5 Pb). Potonji je dobro obrađen rezanjem i ima visoka svojstva protiv trenja. Kovani i žigosani dijelovi izrađeni su od mesinga LK80-3. Mehanička svojstva mjedi LK80-3: vlačna čvrstoća 300...500 MPa, relativno istezanje 15...40%.
nikal(nikl mjed) povećava otpornost mjedi na koroziju u atmosferskim uvjetima i morskoj vodi te blago povećava otpornost na decinciranje. Proizvodi se standardni mjed LN65-5, karakteriziran visokom otpornošću na koroziju i poboljšanim mehaničkim svojstvima (vlačna čvrstoća 380...700 MPa, relativno istezanje 4...60%). Limovi, trake, trake, cijevi, šipke i profili izrađeni su od mesinga LN65-5. Koristi se za kondenzatorske cijevi, tlačne cijevi i zaslone papirnih strojeva.
Kositar povećava otpornost mesinga na koroziju u morskoj i slatkoj vodi, zbog čega se nazivaju brodski mesing. Prema GOST 17711-80 proizvode se četiri razreda mjedi s kositrom: LO90-1, LO70-1, L062-1 i LO60-1. Mehanička svojstva mjedi koja sadrži kositar ovisno o sadržaju kositra: vlačna čvrstoća u žarenom stanju od 280 do 350 MPa, u hladnom stanju od 450 do 650 MPa, a relativno istezanje 40...60% i 8. ,12%, odnosno. Mjed LO90-1 koristi se za izradu traka i traka koje se koriste za antifrikcijske dijelove koji zahtijevaju dobru otpornost na koroziju. Mesing L070-1 uglavnom je namijenjen za proizvodnju kondenzatorskih cijevi, opreme za grijanje itd. Mesing L062-1 isporučuje se u obliku limova, traka i šipki i namijenjen je za sve vrste dijelova u pomorskoj brodogradnji. Mjed LO60-1 koristi se u obliku žice i tanke šipke za zavarivanje raznih konstrukcija u brodogradnji.
Arsen u količinama do 0,05% višestruko povećava otpornost na decinkovanje mesinga s visokim udjelom cinka (više od 20%).
Mjed zakovicama. To uključuje mesing L 62, od kojeg se izrađuje žica promjera od 1 do 10 mm. Žica se proizvodi u žarenom stanju s najmanje 380 MPa i relativnim istezanjem od najmanje 18%. Da bi se izbjeglo korozijsko pucanje, dijelovi zakovicama moraju biti podvrgnuti niskotemperaturnom žarenju na 250...300 °C.
bronca. Bronce su bakrene legure u kojima je glavna legirajuća komponenta bilo koji metal osim cinka. Cink također može biti dio bronce, ali u njima nije glavni legirajući element. Većina bronci ima dobra svojstva lijevanja i lako se reže.
Označavanje brončanih razreda počinje slovima Br. Zatim slijede slova koja odgovaraju elementima legure bronce. Brojevi označavaju postotak sadržaja ovih elemenata. Na primjer: BrSZO sadrži oko 30% olova, a BrF6,5-0,25 sadrži 6,5% kositra i 0,25% fosfora.
Čahure kliznih ležajeva i drugi trljajući dijelovi (zupčanici, vodilice i sl.) izrađeni su od bronce. Bronze daju nizak koeficijent trenja u kombinaciji s čelikom, dobro se probijaju (dobro percipiraju oblik osovine), podnose visoke specifične pritiske i malo se troše.
Materijal ljuske ležaja ili drugog trljajućeg dijela, koji ima dobra svojstva protiv trenja, mora se sastojati od najmanje dvije strukturne komponente: tvrde i meke. Tijekom procesa uhodavanja osovine u ležaj, stvara se meka komponenta, stvaraju se mikrokanali kroz koje cirkulira mazivo. Osovina se oslanja na čvrste uključke ljuske ležaja. Ali tvrdi uključci materijala košuljice moraju biti mekši od najmekše strukturne komponente osovine. Inače će čvrsti uključci u materijalu ljuske ležaja uzrokovati brzo trošenje osovine. Mekana metalna baza košuljice dobro apsorbira čvrste čestice koje slučajno uđu u ležaj.
Kositrene bronce skloni su likvaciji: ubrzanim hlađenjem dobivaju izraženu dendritsku strukturu. Dobra svojstva lijevanja kositrene bronce omogućuju njihovu upotrebu za oblikovano lijevanje.
Obradi tlakom mogu se podvrgnuti samo jednofazne bronce koje ne sadrže više od 5...6% 8p. Ove bronce se podvrgavaju rekristalizacijskom žarenju (na 600...650 °C) - kao međuoperacija tijekom hladne obrade ili kao završna operacija da se gotovim poluproizvodima daju potrebna svojstva. Kositrene bronce, posebno dvofazne, imaju visoka svojstva protiv trenja.
Bronce s visokim udjelom skupog kositra zamjenjuju se jeftinijim broncama kojima se dodaju cink i olovo. Osim toga, olovo poboljšava obradivost.
Kositrenim broncama dodaje se i fosfor (do 1%), koji je deoksidacijsko sredstvo i poboljšava njihova svojstva lijevanja. Fosfor povećava mehanička svojstva i svojstva protiv trenja.
Aluminijske bronce, koji sadrže do 6...8% A1, obrađuju se tlakom u hladnom ili vrućem stanju. Hladna deformacija značajno povećava čvrstoću.
Silicijske bronce superiorniji od kositra u mehaničkim svojstvima, a istovremeno su jeftiniji. Vrlo su otporni na koroziju u brojnim agresivnim sredinama, posebno u alkalijama. Jednofazne silicijske bronce imaju visoku duktilnost.
Berilijske bronce sadrže 2...2,5% Be, imaju najbolji kompleks svojstava svih poznatih bronci. Berilijska bronca značajno poboljšava mehanička svojstva kao rezultat toplinske obrade. Berilijske bronce postižu najveća mehanička svojstva nakon stvrdnjavanja s
760...780 °C u vodi i starenje na 300...350 °C 2 sata.
U očvrsnutom stanju berilijeve bronce imaju a = 500 MPa; 5 = 45% i tvrdoća HB 120. Starenjem se privremena vlačna čvrstoća povećava na 1300... 1350 MPa, tvrdoća do HB 400, relativno istezanje se smanjuje na 1,5%, Opruge u električnoj opremi, membrane i dijelovi izrađeni su od berilijeve bronce elektronička tehnologija.
Olovne bronce sadrže do 30% Pb. Olovo i bakar su netopljivi u čvrstom stanju, pa se mikrostruktura olovnih bronci sastoji od kristala tvrđeg bakra i mekšeg olova. To osigurava dobra antifrikcijska svojstva legure, ali mehanička svojstva kada se izlije u kalup su niska. Olovna bronca koristi se za izradu ljuski ležaja koji rade pri velikim brzinama i povišenim tlakovima.
U tablici 8.4 prikazuje mehanička svojstva i namjenu nekih bronci.
Tablica 8.4
Mehanička svojstva i namjena bronci
Kraj stola. 8.4
|
Stanje materijal |
Svrha |
|||
|
BrOF6,5-0,15 |
hladna deformacija |
Listovi i trake, žica za opruge |
||
|
Strujnovodne opruge, kontakti (opružni) u električnim strojevima i aparatima kemijske industrije |
||||
|
hladna deformacija |
||||
|
Lijevanje u zemlju |
Oblikovani odljevak |
|||
|
Prešane šipke |
Šipke, otkovci |
|||
|
BrAZH10-4-4L |
Hladno lijevanje |
Oblikovani odljevak |
||
|
BrAZHN 10-4-4 |
deformacija i žarenje |
Šipke, cijevi, otkovci |
||
|
hladna deformacija |
||||
|
Nakon valjanja i žarenja |
Traka, žica, šipke. Zavareni spremnici u prehrambenoj industriji |
|||
|
hladna deformacija |
||||
|
Kritični dijelovi tarnih jedinica koji rade pri velikim brzinama, povišenim specifičnim tlakovima i temperaturama. Opružni kontakti, opruge, membrane, mijehovi |
||||
|
Nakon stvrdnjavanja i starenja |
|
- Oznaka - Cu (bakar);
- Razdoblje - IV;
- Skupina - 11 (Ib);
- Atomska masa - 63,546;
- Atomski broj - 29;
- Atomski polumjer = 128 pm;
- Kovalentni polumjer = 117 pm;
- Raspodjela elektrona - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 ;
- temperatura taljenja = 1083,4°C;
- vrelište = 2567°C;
- Elektronegativnost (prema Paulingu/prema Alpredu i Rochowu) = 1,90/1,75;
- Oksidacijsko stanje: +3, +2, +1, 0;
- Gustoća (br.) = 8,92 g/cm3;
- Molarni volumen = 7,1 cm3/mol.
Bakar (cuprum, dobio je ime po otoku Cipru, gdje je otkriveno veliko nalazište bakra) jedan je od prvih metala koje je čovjek ovladao - bakreno doba (doba kada su bakreni alati prevladavali u ljudskoj upotrebi) obuhvaća razdoblje 4-3 tisućljeća pr. e.
Legura bakra i kositra (bronca) dobivena je na Bliskom istoku 3000 godina pr. e. Bronca je bila draža od bakra jer je bila čvršća i lakša za kovanje.
Riža. Struktura atoma bakra.
Elektronska konfiguracija atoma bakra je 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 (vidi Elektronička struktura atoma). U bakru jedan spareni elektron s vanjske s-razine “skače” na d-podrazinu vanjske orbitale, što je povezano s visokom stabilnošću potpuno popunjene d-razine. Završena stabilna d-podrazina bakra određuje njegovu relativnu kemijsku inertnost (bakar ne reagira s vodikom, dušikom, ugljikom ili silicijem). Bakar u spojevima može pokazivati oksidacijska stanja +3, +2, +1 (najstabilnija su +1 i +2).
Riža. Elektronička konfiguracija bakra.
Fizička svojstva bakra:
- metal, crveno-ružičasta boja;
- ima visoku savitljivost i duktilnost;
- dobra električna vodljivost;
- nizak električni otpor.
Kemijska svojstva bakra
- Kada se zagrije, reagira s kisikom:
O 2 + 2Cu = 2CuO; - kada je duže vrijeme izložen zraku, reagira s kisikom čak i na sobnoj temperaturi:
O2 + 2Cu + CO2 + H2O = Cu(OH)2CuCO3; - reagira s dušičnom i koncentriranom sumpornom kiselinom:
Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O; - Bakar ne reagira s vodom, otopinama lužina, klorovodičnom i razrijeđenom sumpornom kiselinom.
Bakreni priključci
Bakreni oksid CuO(II):
- crveno-smeđa krutina, netopljiva u vodi, pokazuje bazična svojstva;
- kada se zagrijava u prisutnosti redukcijskih sredstava, daje slobodni bakar:
CuO + H2 = Cu + H20; - Bakrov oksid nastaje reakcijom bakra s kisikom ili razgradnjom bakrova (II) hidroksida:
O 2 + 2Cu = 2CuO; Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O.
Bakrov hidroksid Cu(OH 2)(II)):
- kristalna ili amorfna tvar plave boje, netopljiva u vodi;
- zagrijavanjem se raspada na vodu i bakreni oksid;
- reagira s kiselinama tvoreći odgovarajuće soli:
Cu(OH2) + H2SO4 = CuSO4 + 2H20; - reagira s otopinama alkalija, stvarajući kuprate - složene spojeve svijetlo plave boje:
Cu(OH 2) + 2KOH = K 2.
Za više informacija o spojevima bakra pogledajte Bakreni oksidi.
Proizvodnja i uporaba bakra
- Koristeći pirometaluršku metodu, bakar se dobiva iz sulfidnih ruda na visokim temperaturama:
CuFeS 2 + O 2 + SiO 2 → Cu + FeSiO 3 + SO 2; - Bakreni oksid se reducira u metalni bakar vodikom, ugljičnim monoksidom i aktivnim metalima:
Cu20 + H2 = 2Cu + H20;
Cu 2 O + CO = 2Cu + CO 2;
Cu 2 O + Mg = 2Cu + MgO.
Upotreba bakra određena je njegovom visokom električnom i toplinskom vodljivošću, kao i duktilnošću:
- proizvodnja električnih žica i kabela;
- u opremi za izmjenu topline;
- u metalurgiji za proizvodnju legura: bronce, mjedi, kupronikla;
- u radioelektronici.
Instalacije za automatsko zavarivanje uzdužnih šavova školjki - na zalihi!
Visoke performanse, praktičnost, jednostavnost rada i pouzdanost u radu.
Varilice i zaštitne zavjese - na stanju!
Zaštita od zračenja pri zavarivanju i rezanju. Veliki izbor.
Dostava u cijeloj Rusiji!
Tehnički čisti bakar obično se naziva crveni bakar zbog svoje karakteristične crvene boje.
Karakteristike bakra:
Specifična težina.....................................8.93
Talište.....................................1083° C
vrelište.....................2310° C
Koeficijent linearnog širenja po 1°C......16,8x10 -6
Volumetrijsko skupljanje.........................4,2%
Čisti bakar ima visoku električnu i toplinsku vodljivost, duktilnost i otpornost na atmosfersku koroziju. Električna vodljivost bakra je 5,7 puta veća od električne vodljivosti željeza. Visoka električna vodljivost bakra dovela je do njegove široke uporabe u elektroindustriji. Toplinska vodljivost bakra u usporedbi s drugim industrijskim metalima znatno je veća (na primjer, 6,3 puta veća od željeza). Zbog svoje visoke duktilnosti bakar se bez tehnoloških poteškoća može hladno valjati u najtanje limove.
Mehanička svojstva žarenog bakra:
Vlačna čvrstoća σ B ...............ne manja od 20 kg/mm2
Istezanje δ ......................do 50%
Tvrdoća po Brinellu H B ........... oko 35 kg / mm 2
Granice čvrstoće i tvrdoća bakra hladnim otvrdnjavanjem mogu se povećati, odnosno, σ B na 40-50 kg / mm 2 i H B na 100-220 kg / mm 2, dok će se plastična svojstva značajno smanjiti.
Sniženjem temperature do -253°C mehanička svojstva bakra se ne smanjuju, već se vlačna čvrstoća i istezanje, naprotiv, povećavaju. Ova okolnost omogućuje široku upotrebu bakra u proizvodnji konstrukcija koje rade na niskim temperaturama. Kako se temperatura povećava, vlačna čvrstoća bakra značajno opada. Plastična svojstva zagrijanog bakra do temperature od 500-600° C padaju, a rastu s porastom temperature, postižući najveću vrijednost pri temperaturi od oko 800° C. Stoga se vruća obrada bakra obično provodi pri temperaturi ne niže od 600-700°C.
Svojstva bakra uvelike ovise o uvjetima mehaničke i toplinske obrade, kao i o sadržaju nečistoća u njemu. Bakar može sadržavati nečistoće kao što su kisik (O 2), bizmut (Bi), olovo (Pb), sumpor (S), fosfor (P), antimon (Sb), arsen (As). Štetne nečistoće koje smanjuju čvrstoću i tehnološka svojstva su bizmut, olovo, sumpor i kisik, pa njihov sadržaj u bakru treba biti minimalan.
Najopasnije i najštetnije nečistoće su bizmut i olovo. Oni su netopljivi u bakru i stvaraju krte i topljive ljuske oko zrna. Stoga je njihov sadržaj u dobrim stupnjevima bakra ograničen: bizmut je dopušten ne više od 0,002%, a olovo do 0,005%. Sadržaj ostalih nečistoća, jer manje štetno djeluju na mehanička svojstva, dopušten je do desetinki postotka.
Tehnički i elektrolitički bakar, koji se obično koristi u proizvodnji, sadrži kisik, čiji je sadržaj dopušten do 0,1%. Kisik u bakru nalazi se u obliku uključaka bakrovog oksida (Cu 2 O). Pri niskom udjelu kisika - do 0,07% - dobiveni bakrov oksid potiče pročišćavanje zrna, ne uzrokuje smanjenje čvrstoće i duktilnosti i ne otežava hladnu obradu. U valjanom žarenom bakru, bakreni oksid ima oblik izoliranih okruglih uključaka. Ovakav raspored bakrenog oksida je najpovoljniji, jer u ovom obliku gotovo ne utječe na mehanička svojstva. Kada se bakar s udjelom kisika većim od 0,01% zagrijava na temperature iznad 750°C, pojavljuju se pukotine. Treba napomenuti da se ovaj fenomen opaža samo kada se zagrijavanje provodi u redukcijskoj atmosferi koju stvaraju vodik (H 2), ugljikov monoksid (CO), metan (CH 4) i drugi redukcijski plinovi.
Na visokim temperaturama vodik i ugljični monoksid lako prodiru u čvrsti bakar i, ako je u njemu prisutan bakrov oksid (Cu 2 O), reduciraju ga, istodobno stvarajući vodenu paru (H 2 O) ili ugljikov dioksid (CO 2).
Reakcija redukcije bakra odvija se prema formulama:
Cu 2 O + H 2 = 2 Cu + H 2 O
Cu 2 O + CO = 2Cu + CO 2.
Nastala vodena para ili ugljični dioksid netopljivi su u bakru i ne mogu se slobodno ispuštati.
Budući da su pod visokim tlakom zbog visoke temperature, vodena para ili ugljični dioksid kidaju metal duž granica zrna, stvarajući velike i male međukristalne pukotine. Taj se fenomen naziva "vodikova bolest".
Bakar u tekućem stanju lako apsorbira plinove i oksidira, što ograničava njegovu upotrebu za lijevane proizvode, budući da se otopljeni plinovi ne oslobađaju u potpunosti tijekom skrućivanja i stvaraju poroznost. Industrija isporučuje uglavnom valjani ili vučeni bakar u obliku žice, trake, trake, limova i cijevi, kao i elektrolitski i sirovi bakar koji se koristi za pripremu legura. Tipično se bakrene klase M0, M1, M2, MZ i MZS koriste za proizvodnju raznih bakrenih dijelova i struktura; sadržaj kisika u lukovima M2 i M3 dopušten je do 0,1%.
Proizvodnja bakra s malim udjelom kisika, tzv. "bakra bez kisika", predstavlja brojne tehnološke poteškoće.
Sastav i namjena različitih vrsta tehničkog bakra koji se koristi u industriji regulirani su GOST 859-41, koji predviđa šest razreda.
→Jedan od prvih metala koji se koristio u kovanju. Još u brončano doba čovjek je ovladao umijećem izrade oružja i alata od mekog i duktilnog bakra, a do danas se ovaj metal i dalje široko koristi u umjetničkom kovanju.
Za to postoji objašnjenje: bakar pokazuje nisku kemijsku aktivnost u interakciji s drugim kemijskim elementima. To znači da je bakar izvrstan za izradu metalnih sastava za vanjske i unutarnje svrhe, jer pokazuje najveću otpornost na koroziju kada je izložen nepovoljnim čimbenicima okoline.
Naravno, izgled zaštitnog vanjskog sloja bakrene površine neće se svima svidjeti, ali zelena patina odlično štiti bakar od korozije. Istina, patina, koja je bakreni karbonat, uzrokuje značajnu štetu ljudskom zdravlju, tako da se bakreni sastavi moraju premazati zaštitnom bojom kako bi se spriječilo stvaranje zelenog filma.
U početku, bakreni proizvod ima sjajnu crveno-zlatnu boju, zatim dobiva smeđe i crne nijanse, a nakon 20 godina postaje bogato zelen. Patina može prekriti metalnu površinu i ranije, pogotovo ako je metal stalno izložen vlazi.
 |
 |
Svojstva bakra
Savitljivost i duktilnost bakra je vrlo visoka - može se kovati u gotovo bilo koji oblik, čak i geometrijski sa složenim zavojima.
Bakar ima dobru toplinsku vodljivost, a njegova fizikalna i mehanička svojstva izravno ovise o kvaliteti njegove obrade. Iz rude se dobiva takozvani blister bakar, koji nije pogodan za kovanje. Prvo, metal mora proći kroz fazu vatrenog rafiniranja, zbog čega izgara veća količina nečistoća (na primjer, bizmut i olovo). Za potpuno oslobađanje bakrene legure od inkluzija, koristi se elektrolitička rafinacija. Iz tog bakra zatim izvlače žicu, bakrene limove, poluge itd.
U umjetničkom kovanju rijetko se koristi čisti bakar - dodaje mu se legura koja u određenim koncentracijama može leguri dati određena fizikalna svojstva. Neke legure bakra čak su dobile i svoje ime, poput mjedi i bronce.
U većini slučajeva, legura se dodaje kako bi se mekom i lako deformirajućem bakru dala barem mala tvrdoća. Čisti bakar nije prikladan za lijevanje i kovanje - pojavljuju se neugodni mjehurići.
Nakon lijevanja, bakreni proizvod se često gravira i također emajlira koristeći metode žljebljenja i pregrade.
Učitavanje...
