Глава XXVII. МЕДЬ И ЕЕ СПЛАВЫ

1. Медь

Медь как золото и серебро, встречается в самородном виде и поэтому в древности человек, который еще не знал металлургии (восстановления металла из руд), уже мог находить и применять медь. В те времена железо (метеоритное) ценилось намного выше меди и золота, так как железо по его свойствам, очевидно, более подходило для изготовления орудия, чем медь.

В настоящее время медь производят металлургическим способом, отделением ее от кислорода и серы.

Несмотря на то что содержание меди в земной коре невелико (0,01 %), она не рассеянный металл и концентрируется в медных рудах, где содержание ее порядка 5 %.

По свойствам медь близка к серебру и золоту (табл. 120). Последние на воздухе не окисляются и поэтому называются благородными металлами (подробнее см. гл. XXX); медь окисляется слабо, поэтому ее называют полублагородным металлом.

Чистая медь имеет ряд ценных технических свойств. Высокая пластичность, высокая электро- и теплопроводность, малая окисляемость — все это обусловило широкое применение меди. Кроме того, медь является основой важнейших сплавов — латуней и бронз.

Таблица 120. (см. скан) Основные физические свойства благородных (полублагородиых) металлов

Высокая электропроводность меди обусловливает ее преимущественное применение в электротехнике как проводникового металла. После серебра медь стоит на втором месте по электропроводности. Электросопротивление для некоторых металлов: серебра ; меди алюминия железа .

Все примеси уменьшают электропроводность меди, как это видно из рис. 413. Наклеп также понижает электропроводность меди (рис. 414). Поэтому, если провода не должны быть особо прочными, то применяют отожженную медь.

Рис. 413. Влияние примесей на электропроводность меди

Рис. 414. Влияние наклепа на электропроводность меди

Для подвесных же проводов (где требуется прочность) применяют нагартованную медь или медь с небольшими добавками активных упрочнителей (например, с добавкой Механические свойства чистой меди приведены в табл. 121.

Таблица 121. Механические свойства чистой меди

Путем электролиза удается получить медь весьма высокой чистоты. Для научных целей можно приготовить медь 99,999 %-ной чистоты, но техническая медь обычной чистоты содержит примесей (табл. 122).

Таблица 122. Состав технической меди (ГОСТ 850-78)

Вреднейшими примесями меди являются висмут и свинец. Эти элементы почти нерастворимы в меди и образуют легкоплавкие эвтектики: эвтектика в системе содержит (рис. 415, а), а эвтектика в системе (рис. 415. б).

Кристаллизация сплавов меди с висмутом и свинцом фактически заканчивается при температурах плавления этих металлов (соответственно при 270 и 327 °С), а структура сплава состоит из ранее выделившихся кристаллов меди, вокруг которых расположены в виде оболочек висмут или свинец. Вследствие этого нагрев сплава выше температур плавления этих металлов сопровождается нарушением связи между первичными кристаллами меди (красноломкость). Прокатка такого сплава невозможна из-за его красноломкости.

Рис. 415. (см. скан) Диаграммы состояния:

Рис. 416. Диаграммы состояния:

Уже тысячные доли процента висмута вызывают красноломкость меди; свинец вызывает красноломкость при наличии его в сотых долях процента.

Сера и кислород также нерастворимы в меди, но медь образует с кислородом и серой эвтектики, богатые медью, содержащие 0,39 % (рис. 416, а) и 0,77 % S (рис. 416, б) и плавящиеся соответственно при 1065 и 1067 °С, т. е. выше температур горячей обработки меди. Поэтому ни кислород, ни сера не вызывают красноломкости.

В литой меди эвтектика располагается по границам зерен и имеет точечное строение. После обработки давлением эвтектика разрушается, и в деформированной меди кислород присутствует уже в виде обособленных включений закиси меди (рис. 417).

Медь, содержащая кислород, подвержена при нагреве так называемой «водородной болезни». Если нагревать медь в среде, содержащей водород (например, в продуктах неполного сгорания жидкого топлива), то происходит диффузия водорода в меди и протекает реакция восстановления закиси медн

А так как пары воды при этом создают высокое давление, то внутри несплошностей металла возможно образование разрывов, трещин.