Влияние кислорода, сурьмы и мышьяка на свойства меди (образцы отжигались при 700° в течение 30 мщ.)

Однако при наличии в меди примесей кислорода, мышьяка и сурьмы, ее электропроводность под влиянием суммы этих примесей резко снижается.

Данные о влиянии примесей кислорода и висмута, а также кислорода и железа при их совместном присутствии на механические и физические свойства меди приведены в табл. 4 и 5.

Таблица f

Влияние кислорода и висмута на свойства меди

Влияние кислорода и железа на свойства меди

Материал

Fe 7о

Предел прочности при растяжении

о

М (D о

н О а

о и и

ь S

й н о

2 5 ° m в

Предел усталости при 2x107 колебаний

При наличии примесей кислорода и висмута в указанных количествах электропроводность-меди почти не изменяется, относительное удлинение резко снижается, а пределы прочности и усталости повышаются. Под действием примесей кислорода и железа, одновременно присутствующих в меди, ее электропроводность и удлинение резко снижаются, а пределы прочности и усталости, как и в первом случае, заметно повышаются.

Позднейшими работами установлено, что вредное действие на медь примесей кислорода и висмута при их одновременном присутствии парализуется за счет образования окиси висмута. Такая медь хорошо выдерживает горячую обработку давлением, если содержание в ней висмута не превышает 10о/ от содержания кислорода. Вредное действие примесей мышьяка, сурьмы и висмута, одновременно содержащихся в меди, нейтрализуется образованием комплексных соединений висмута с окислами мышьяка и сурьмы.

Поэтому, например, в мышьяковистой меди содержание вис мута допускается до 0,020/0. Кислород повышает температуру рекристаллизации меди. Деформированная медь, в зависимости от содержания в ней кислорода, рекристаллизуется в пределах температур 180-230°. Чистая бескислородная медь рекристаллизуется при температуре 100°, а при величине зерна 0,008 мм и степени деформации 95/а спонтанная рекристаллизация протекает при комнатной температуре.

Влияние кислорода на механические свойства меди в зависимости от степени деформации, величины зерна и температуры отжига приведено на рис. 21 и 22.

Водород значительно растворим в твердой и жидкой

меди. Данные по растворимости водорода в меди в зависимости от температуры приведены в табл. 433. Водород незначительно влияет на свойства меди. В электроосажденной меди твердость может резко возрасти под воздействием внутренних напряжений.

Особенно отрицательное действие водород оказывает на медь, содержащую кислород. Такая медь после отжига в водороде или

Рис. 7. Поверхность медной тру- Рис 8. Структура медной трубы, бы, разрушившейся от водород- разрушившейся от водородной ной болезни болезни

восстановительной атмосфере, содержащей водород, делается хрупкой и растрескивается, что в промышленности известно под названием водородной болезни . Сущность этого явления заключается в том, что водород, легко проникающий в медь при повышенных температурах, реагирует с кислородом закиси меди с образованием водяных паров. При этом водяных паров получается довольно значительное количество, например при содержании в меди 0,01о/о О после отжига в водороде образуется 14 см водяных паров на 100 г меди. Образовавшиеся водяные пары не обладают способностью диффундировать и не диссоциируют при этих условиях и, имея очень высокое давление, легко разрушают медь. На рис. 7 представлена поверхность медной трубы, содержащей 0.065о/о О и разрушившейся при горячей гибке после нагрева в восстановительной атмосфере. На рис. 8 показана микроструктура

этой трубы с резко выраженной водородной болезнью . Явление водородной болезни в меди легко устанавливается испытанием образцов на изгиб или кручение, а также микроскопическим ана-тизом. В такой меди после полировки отчетливо видны поры и трещины.

В меди, содержащей менее 0,0050/0 О и отожженной в атмосфере водорода при 800°, явление водородной болезни можно обнаружить под микроскопом. Однако механические свойства

Рис 9. Изменение растворимости водорода в литой меди в зависимости от содержания в ней кислорода

ш aw а IS 0W o-s озо Ог, 7,{бес)

при этом изменяются настолько незначительно, что водородную хрупкость в такой меди по механическим свойствам установить не удается. На рис. 9 показано изменение растворимости водорода в меди в зависимости от содержания кислорода.

Мышьяк растворим в меди в твердом состоянии до 7,5о/о. Незначительные количества мышьяка не оказывают заметного влияния на механические и технологические свойства меди, но сильно понижают электропроводность и теплопроводность. Мышьяк значительно нейтрализует вредное действие примесей висмута, сурьмы и кислорода и заметно повышает температуру рекристаллизации меди. Вследствие малой скорости диффузии мышьяк вызывает в меди дендритную структуру. Под влиянием мышьяка закись меди легко коагулирует в сфероиды.

Мышьяк значительно повышает жаростойкость меди и заметно парализует вредное действие кислорода, поэтому мышьяковистая медь с содержанием 0,3-0,5 /о As применяется для изготовления распорных болтов к паровозным .топкам и других деталей специального назначения, работакгщих при повышенных температурах в условиях восстановительной атмосферы. На рис. 23 и 24 показано влияние мышьяка на изменение механических свойств меди в зависимости от степени деформации, температуры отжига к исходной величины зерна.

Свинец практически не растворяется в меди в твердом состоянии. На рис. 10 представлена диаграмма состояния системы медь - свинец. Свинец не оказывает заметного влияния на элект-

2 А П. Смнрягин

Содертание свинца, % (amowH-j

1200

то woo

30 40 so во 70 во 90

в 10 20 SO 40 50 60 70

Си Содертание свинца, % (вес)

Рис 10. Диаграмма состояния системы медь - свинец

90 т РЬ

TeAtnepamypa аслттсшая, °С

200 300 400 S00 600 700 800 900

Рис. 11. Влияние свинца на хрупкость медных труб при сплющивании при высоких температурах. Исходный материал: трубы из меди марки МЗС, отожженные при 600° I час

ропроводносгь и теплопроводность меди, но значительно улучшает ее обрабатываемость резанием. При горячей обработке давлением медь под действием свинца легко разрушается, поэтому свинец является весьма вредной примесью.

На рис. 11 показано влияние свинца на хрупкость медных труб при сплющивании при высоких температурах. Из диаграммы видно, что с повышением содержания свинца зона хрупкости меди расширяется. Влияние свинца на механические свойства меди при высоких температурах показано на рис. 30-31.

Серебро при незначительном содержании (примесь) не оказывает заметного влияния на электропроводность и теплопроводность меди, однако заметно повышает ее сопротивление ползучести. Под влиянием серебра повышается температура рекристаллизации меди. В частности, при содержании в меди ~0,24о/о Ag температура рекристаллизации ее повышаегся более чем на 100°.

Влияние серебра на механические свойства меди в зависимости от степени дефор.мации, температуры отжига и исходной величини зерна показано на рис. 25-26.

Сурьма растворима в меди в твердом состоянии при температуре эвтектики 645° до 9,5Vo. На рие. 12 показана диаграмма

состояния системы медь - сурь-

ма со стороны меди. Из диаграммы видно, что с понижением температуры растворимость сурьмы в меди резко уменьшается. Сурьма оказывает отрицательное влияние на пластичность меди.

При штамповке изделий из меди вредное влияние сурьмы сказывается слабее, чем при других видах деформации, и содержание сурьмы в меди здесь может быть до 0,2о/о.

Сурьма понижает электропроводность и теплопроводность меди, поэтому в марках меди, применяемых для проводников тока, содержание сурьмы не следует допускать выше 0,002()/с-

Вредное действие сурьмы на механические свойства меди в значительной мере парализуется мышьяком.

Влияние сурьмы на механические свойства и электропроводность меди, отожженной при 700°, приведено в табл. 6. 2*

т 1 г Э if 5 в 7 8 9 Содержание суромв/, % fOecj

Рис. темы

12. Диаграмма состояния си-медь - сурьма. Сторона меди (А. П. Смирягнн)