Файл: 11 марта 2023 г. Автор работы студент группы 102001 Галимуллин Р. Р.pdf

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (НИ ТГУ)
Физико-технический факультет РЕФЕРАТ по дисциплине Материаловедение и технология конструкционных материалов Медь и ее сплавы. Латуни, бронзы, их свойства и применение. Преподаватель
Баранникова С.А.
«11» марта 2023 г. Автор работы студент группы № 102001
Галимуллин Р.Р.
«11» марта 2023 г. Томск 2023

СОДЕРЖАНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………...3 2. Медь, структура, свойства, применение 3. Сплавы меди 3.1 Бронза 3.2 Латунь 3.3 Медно-никелевые сплавы …………………………………………………...……….10 4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 5. ЛИТЕРАТУРА 6. ПРИЛОЖЕНИЯ

3
1. ВВЕДЕНИЕ Медь — минерал из класса самородных элементов. (рис. 1.1) В природном минерале обнаруживаются Fe, Ag, Au, As и другие элементы в виде примеси или образующие с Cu твёрдые растворы. Простое вещество медь — это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). Один из первых металлов, широко освоенных человеком из-за сравнительной доступности для получения из руды и малой температуры плавления. Он входит всем рку металлов, известных человеку сочень древних времён. Медь является необходимым элементом для всех высших растений и животных. В чистом виде медь широко используют для изготовления электропроводов, деталей электрических машин и аппаратов. Сплавы на основе меди обладают высокими технологическими и механическими свойствами, коррозионной стойкостью, хорошо сопротивляются износу. Медные сплавы подразделяются на латуни и бронзы. Рис. 1.1. Медь

4
2. Медь, структура, свойства, применение Структура меди Кубическая сингония, гексаоктаэдрический вид симметрии m3m, кристаллическая структура – кубическая гранецентрированная решётка. Модель представляет собой куб из восьми атомов в углах и шести атомов, расположенных в центре граней (6 граней. Каждый атом данной кристаллической решетки имеет координационное число 12. Самородная медь встречается в виде пластинок, губчатых и сплошных масс, нитевидных и проволочных агрегатов, а также кристаллов, сложных двойников, скелетных кристаллов и дендритов. Поверхность часто покрыта плёнками медной зелени (малахит, медной сини (азурит, фосфатов меди и других продуктов её вторичного изменения. (рис. 2.1) Рис. 2.1. Кристаллическая структура меди Свойства меди Медь — золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой, которая придаёт ей характерный интенсивный желтовато- красный оттенок. Тонкие плёнки меди на просвет имеют зеленовато-голубой цвет. Она легко тянется в проволоку, хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии, сваривается почти всеми видами термомеханической сварки и сносно режется. К технологическим недостаткам относят низкие литейные качества. Дело в том, что расплав меди густотекучий, отливки дают большую усадку, а это требует сложных расчетов и вообще делает расход материала непомерным. Наряду с осмием, цезием и золотом, медь — один из четырёх металлов, имеющих явную цветовую окраску, отличную от серой или серебристой у прочих металлов. Этот цветовой оттенок объясняется наличием электронных переходов между заполненной третьей и полупустой четвёртой атомными орбиталями энергетическая разница между ними соответствует длине волны оранжевого света. Тот же механизм отвечает за характерный цвет золота. Медь обладает высокой тепло- и электропроводностью (занимает второе место по электропроводности среди металлов после серебра. Удельная электропроводность при 20
°C: 55,5-58 МСм/м. Медь имеет относительно большой температурный коэффициент

5 сопротивления 0,4 Си в широком диапазоне температур слабо зависит от температуры. Медь является диамагнетиком. Плотность 8933 кг/м3 (8,93 г/см3). Изделия из меди и медных сплавов увесистые. Подсчитано, что если в легковушке заменить всю медную проволоку алюминиево- циркониевой, то автомобиль сбросит около 12 кг. Температура плавления 1083°C. Это среднеплавкий металл. Для сравнения у цинка температура плавления – 419,5°C, у алюминия – 658°C, железа – 1 539°C. Коэффициент теплопроводности 394 Вт/(м·К). Высокая теплопроводность делает медь эффективной в радиаторах охлаждения, отопления и кондиционирования, системах водоснабжения. Электропроводность 55,5—58 МСм/м. Этот показатель падает с увеличением доли примесей. По этой причине провода по нормативам изготавливают из меди с примесями не более 0,1% от состава. Высокая стойкость к коррозии. Причем не только в пресной и морской воде, но ив различных химических средах, включая органические кислоты, едкие щелочи и галогены. Физические и оптические свойства меди в виде таблицы представлены в приложениях 1,
2. Добыча меди Среднее содержание меди в земной коре (кларк) — (4,7-5,5)·10−3% (по массе. В морской и речной воде содержание меди гораздо меньше 3·10−7% и 10−7% (по массе) соответственно. Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,3 до 1,0 %. Мировые запасы в 2000 году составляли, по оценке экспертов, 954 млн т, из них 687 млн т — подтверждённые запасы, на долю России приходилось 3,2 % общих и 3,1 % подтверждённых мировых запасов. Таким образом, при нынешних темпах потребления запасов меди хватит примерно налет. Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди — пирометаллургия, гидрометаллургия и электролиз. Пирометаллургический метод заключается в получении меди из сульфидных руд, например, халькопирита CuFeS2.
Гидрометаллургический метод заключается в растворении минералов меди в разбавленной серной кислоте или в растворе аммиака из полученных растворов медь вытесняют металлическим железом. Применение. Из-за низкого удельного сопротивления, медь широко применяется в электротехнике для изготовления силовых кабелей, проводов или других проводников, например, при печатном монтаже. Медные провода, в свою очередь, также используются в обмотках энергосберегающих электроприводов и силовых трансформаторов. (рис. 2.2)

6 Рис. 2.2. Медные провода Другое полезное качество меди — высокая теплопроводность. Это позволяет применять её в различных теплоотводных устройствах, теплообменниках, к числу которых относятся и широко известные радиаторы охлаждения, кондиционирования и отопления. (рис. 2.3) Рис. 2.3. Отопление водоснабжения из меди В разнообразных областях техники широко используются сплавы с использованием меди, самыми широко распространёнными из которых являются упоминавшиеся выше бронза и латунь. Оба сплава являются общими названиями для целого семейства материалов, в которые помимо олова и цинка могут входить никель, висмут и другие металлы. В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациями истиранию, так как чистое золото очень мягкий металл и нестойко к этим механическим воздействиям. (рис. 2.4)

7 Рис. 2.4. Медное ювелирное изделие Прогнозируемым новым массовым применением меди обещает статье применение в качестве бактерицидных поверхностей в лечебных учреждениях для снижения внутрибольничного бактериопереноса: дверей, ручек, водозапорной арматуры, перил, поручней кроватей, столешниц — всех поверхностей, к которым прикасается рука человека.
3. Сплавы меди Сплавы меди — это соединение цветного металла с некоторыми элементами таблицы Менделеева. В процессе их формирования атомы кристаллической решетки меди замещаются атомами другого вещества. В результате образовывается новое твердое соединение. Каждое из них обладает своими физическими и химическими показателями. Чаще всего, на основе меди получают бронзу и латунь, путем добавления цинка и олова. Новые соединения снижают цену основного металла, улучшая некоторые параметры. Идет повышение пластичности и коррозионной стойкости. Это дает возможность использовать их в некоторых отраслях промышленности. Согласно историческим данным, первый медный сплав появился к 7 тыс. до н.э. Позже в качестве добавки стало использоваться олово. В это время, именуемое бронзовым веком, из такого материала изготавливалось оружие, зеркала, посуда и украшения. Технология производства менялась. Появились добавки в виде мышьяка, свинца, цинка и железа. Все зависело от требований, предъявляемых к предмету. Материал для украшений нуждался в особом подходе. Состав сплава состоял из меди, олова и свинца. Начиная св. дон. э. в Малой Азии была разработана технология получения латуни. В это время еще не научились добывать чистый цинк. Поэтому в качестве сырья использовалась его руда. Стечением времени производство медных сплавов постоянно расширялось и до сих пор находится на первых местах. К медным сплавам относят бронзу, латунь и медно-никелевые сплавы.

8
3.1 Бронза Бронза — название сплава меди и олова. Также в состав соединения входит кремний, свинец, алюминий, марганец, бериллий. У полученного материала показатели прочности выше, чему меди. Он обладает антикоррозионными свойствами. (рис. 3.1) С целью улучшения характеристик в сплав добавляются легирующие элементы титан, цинк, никель, железо, фосфор. Существует несколько разновидностей бронзы Деформируемые. Количество олова не превышает 6%. Благодаря этому, металл обладает хорошей пластичностью и поддается обработке давлением. Литейные. Высокая прочность позволяет использовать материал для работы в сложных условиях. Бронзы твёрже меди. У них более высокие показатели прочности. Они лучше поддаются обработке металла давлением, прежде всего, ковке. Маркировка бронз производится буквенно-цифровыми кодами, где первыми стоят буквы
Бр, означающими собственно бронзу. Добавочные буквы означают легирующие элементы, а цифры после букв показывают процентное содержание таких элементов в сплаве. Буквенные обозначения легирующих элементов бронз А – алюминий, Б – бериллий, Ж – железо, К – кремний,
Мц – марганец, Н – никель, О – олово, С – свинец, Ц – цинк, Ф – фосфор. Пример маркировки оловянистой бронзы БрО10С12Н3. Расшифровывается как бронза оловянистая с содержанием олова до 10%, свинца – до 12%, никеля – до 3%».

9 Пример расшифровки алюминиевой бронзы БрАЖ9-4. Расшифровывается как бронза алюминиевая с содержанием алюминия дои железа до 4%». Рис. 3.1. Бронза Бронзы (помаркам) применяются при производстве деталей машин паровой и водяной арматуры, элементов ответственного назначения, подшипников, втулок. Оловянистые деформируемые бронзы используют для производства сеток, используемых в целлюлозно- бумажной промышленности.
3.2 Латунь Это сплав меди с цинком. Колебание количественного содержания цинка влечет за собой изменение характеристики цвета сплава. (рис. 3.2) Кроме этих 2 основных элементов в сплаве содержатся легирующие добавки. Их показатель составляет небольшой процент. Латуни – коррозионно устойчивые сплавы. Обладают антифрикционными свойствами, позволяющими противостоять вибрациям. У них высокие показатели жидкотекучести, что даёт изделиям из них высокую степень устойчивости к тяжёлым нагрузкам. В отливках латуни практически не образуются ликвационные области, поэтому изделия обладают равномерной структурой и плотностью. Маркируются латуни набором буквенно-цифровых кодов, где первой всегда стоит буква Л, означающая собственно латунь. Далее следует цифровой указатель процентного содержания меди в латуни. Остальные буквы и цифры показывают содержание легирующих элементов в процентном соотношении. В латунях используются те же буквенные обозначения легирующих элементов, что ив бронзах. Пример маркировки латуни двойной Л. Расшифровывается как латунь с содержанием меди до 85%, остальное – цинк. Пример маркировки латуни многокомпонентной ЛМцА57-3-1. Расшифровывается как латунь с содержанием меди до 57%, марганца – до 3%, алюминия – до 1%, остальное – цинк.

10 Латунь обладает высокими прочностными характеристиками, пластичностью и способностью противостоять коррозии. Также характеризуется немагнитными свойствами. Рис. 3.2. Латунь. Латуни (помаркам) находят применение при производстве деталей машин в области теплотехники и химической аппаратуры. Из них изготавливают различные змеевики и сильфоны. В автомобилестроении латуни используют для изготовления конденсаторных труб, патрубков, метизов. В судостроении и авиастроении латуни также используются для изготовления деталей, конденсаторных труб, метизов. Из латуней изготавливаются детали часовых механизмов, полиграфические матрицы.
3.3 Медно-никелевые сплавы В этом соединении используется медь и никель. Если к этой паре добавляются другие элементы, соединения носят такие названия

Куниали. К 6–13% никеля еще добавляется 1,5–3% алюминия. Остальное медь. Нейзильбер. Содержит 20% цинка и 15% хрома. Мельхиор. Присутствует 1% марганца. Копелем. Сплав с содержанием 0,5% марганца. У мельхиора высокая коррозионная устойчивость. Он хорошо поддаётся любым видам механической обработки. Немагнитен. Имеет приятный серебристый цвет. Благодаря своим свойствам мельхиор является, прежде всего, декоративно-прикладным материалом. Из него изготавливают украшения и сувениры. В декоративных целях является отличным заменителем серебра. Выпускается 2 марки мельхиора
МНЖМц – сплав меди с никелем, железом и марганцем МН – сплав меди и никеля.Мельхиор МНЖМц используется для производства конденсаторных трубок морских судов, работающих в наиболее тяжёлых условиях.

11 Мельхиор МН используется для изготовления медицинских инструментов, монет, украшений, столовых приборов.
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данном реферате был рассмотрен такой металл как медь и её сплавы, их свойства и применение. Медь - жизненно важный элемент. Главный металл электротехники. Один из самых важных, самых древних и самых популярных металлов. Популярных не только в среде инженеров - конструкторов, электриков и машиностроителей, но и у людей гуманитарных профессий - историков, скульпторов, литераторов. Можно сказать, что этот цветной металл обладает невысоким удельным сопротивлением. Это свойство обеспечило меди широкое применение в электротехнической промышленности. Из меди изготавливаются проводники, провода, кабели. Медь используется при изготовлении печатных плат различных электронных устройств. Медные провода используются в электрических двигателях и трансформаторах.
5. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ИСТОЧНИКИ
1. Волков, ГМ. Материаловедение учебник. 2 изд / ГМ. Волков. - М Academia,
2017. – 416 2. Электронный ресурс https://mineralpro.ru/
3. Электронный ресурс https://studref.com/
4. Электронный ресурс https://palladium.ru/
5. Электронный ресурс https://prompriem.ru/
6. Электронный курс MOODLE Материаловедение и ТКМ” https://moodle.tsu.ru/course/view.php?id=24709

12
6. ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1. Физические свойства меди Приложение 2. Оптические свойства меди

13 Приложение 3. Антиплагиат и уникальность реферата