Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. Справочник
Подождите немного. Документ загружается.
¥,%
ВО
40
30 //
W /
11
is'
а
f
г"
юо~
^
95
_
v? 90
г
(
/
t
S
**"
60
"55
50
45
40
40
20
О
50 100 150 200 25О 300 0 50 100 /50 200 250 300
Рис.
П.
Влияние скорости растяжения
на
механические свойства меди
марки
Ml
при 500 (а) и 700
"С
(6)
s-,%
100
80
SO
to
20
50
30
20
10
а
^\
ч
•*•—,
50
80
60
•30
в
-\
,—«*
4
——-
200
150
'
100
50
0
250
ZOO
100
-80
30
5
6*
У*
W
ч
-ч
\
ч
6,,fiOa
250
150
100
50
0
0
200 400 600 800t
ucn
°C
50
0
О
200 400 600
800t
aC
n,°C
Рис.
12.
Влияние высоких
тем-
ператур
на
механические
свой-
ства
меди
марки
Ml при ско-
рости
растяжения,
мм/мин:
а—
1; 6 — 20; в
—
300
ности своеобразного полиморфизма меди вследствие наличия
в ней раз-
личных изотопов
[1].
Полагают,
что
провалы пластичности присущи всем сортам меди:
бескислородной, вакуумной, раскисленной фосфором, чистой; красно-
ломкость описывается
как
природное свойство меди
[1].
Критическое
об-
суждение исследований
по
красноломкости меди дано
в
работах
[13].
Однако медь пластична
по
своей природе
и не
имеет провалов плас-
тичности;
она не
переходит
в
хрупкое состояние.
На
механические свой-
ства меди марки
Ml,
содержащей
0,08 %
примесей,
в
частности
0,02 %
кислорода, существенное влияние
при
высоких температурах оказывает
31
Рис.
13. Вид образцов меди
марки
Ml после испытания
на
изгиб при малой скоро-
сти деформации и темпера-
туре.
°С:
/ — 100: 2 — 200; 3 — 300:
4 — 400: 5 — 500; 6 — 600;
7
— 700; 8 — 800
скорость деформации; с ее понижением
временное сопротивление, удлинение и су-
жение уменьшаются (рис. 11, 12). При ма-
лой скорости испытания медь хрупка при
всех
температурах выше 300 °С т. е. раз-
рушается в соответствии с гипотезой Джеф-
фриса
и
Арчера,
при средней скорости медь
имеет зону хрупкости при промежуточной
температуре около 500 С, т. е. разруша-
ется в соответствии со схемой М. Г. Лозин-
ского [1]; при большой скорости растяже-
ния
медь пластична во всем исследованном
интервале температур.
Испытания
на изгиб меди марки Ml
подтвердили полученные результаты. При
изгибе до предельного
угла
66° образцы не
разрушались при
всех
температурах от 100
до 800 °С, если скорость движения пуансона
равнялась 200 мм/мин. При малой скоро-
сти 0,35 мм/мин) все образцы ломались
при
300—800
°С (рис. 13).
Медные образцы начиная с 200
С
С окис-
ляются; толщина оксидной пленки увеличи-
вается с повышением температуры и дли-
тельности испытания. При повышенной
скорости деформации время действия атмо-
сферного
воздуха
меньше, поэтому свойст-
ва меди лучше. Уменьшение скорости испы-
тания
увеличивает длительность коррози-
онного
воздействия внешней среды. Актив-
ное
влияние последней особенно заметно в
том случае, если медь одновременно под-
вергается растягивающим усилиям,
тогда
как
увеличение времени выдержки образ-
цов
перед испытанием более чем в 150 раз
лишь
немного уменьшает временное сопро-
тивление и практически не оказывает влия-
ния
на пластичность, так как происходит
поверхностное окисление образцов.
Ниже
приведены механические свойст-
ва меди Ml при 500 °С и скорости растяже-
ния
20 мм/мин в зависимости от длитель-
ности
выдержки образцов перед испытани-
ем при этой температуре:
X, мни
в
6,
"о
•
•
МПа
5
114
23
46
20
105
31
39
60
100
28
46
780
95
27
46
Этот процесс имеет
сходство
с явлением коррозионного растрески-
вания
под напряжением латуни, которое происходит при воздействии
активной
внешней среды и растягивающих напряжений.
Испытания
меди в атмосфере природного газа при 300, 500 и 800 "С
выявили
более существенное влияние водорода на понижение механи-
ческих свойств меди марки Ml при 500 и 800 "С по сравнению с воздей-
ТАБЛИЦА
4.
ВЛИЯНИЕ СРЕДЫ
И
СКОРОСТИ
ИСПЫТАНИЯ
НА
МЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА
МЕДИ
МАРКИ
Ml ПРИ 500 И 800 "С
Среда
Воздух
Природ-
ный
газ
^'раст-
мм/мин
20
300
20
300
о
в
,
МПа
500
°С
99
105
40
43
800
»С
28
42
29
35
в.
%
500
°С
31
42
26
38
800
°С
33
48
29
32
Ф.
%
500
"С
39
93
38
92
800
"С
97
99
56
99
ствием атмосферного воздуха
(табл.
4). На
поверхности образ-
цов
после испытания были видны
трещины,
особенно глубокие
при
500
°С и
меньшей скорости растя-
жения
(рис. 14). С
улучшением
чистоты меди пластичность повы-
шается (табл.
5).
Понижение
пластичности
ме-
ди
при
увеличении длительности
испытания
иллюстрируется также
данными
работы
[1].
Десятикрат-
ной
увеличение длительности
воз-
действия атмосферного воздуха
понижает относительное сужение
меди
с 95 до 77% при 375
"С
и о
81
до 47 % при
425°
С
(табл.
6).
При
испытании
в
разреженном
воздухе
пластичность также
пони-
жается,
но тем
меньше,
чем луч-
ше вакуум. Наибольшая пластич-
Рис.
14.
Образцы
меди
марки Ml, ис-
пытанные при
500
°С в
атмосфере
при-
родного
газа
при
скорости
растяже-
ния
20 (/) и 300 им/мин (2)
ТАБЛИЦА
5.
ВЛИЯНИЕ
ТЕМПЕРАТУРЫ
НА
ОТНОСИТЕЛЬНОЕ
СУЖЕНИЕ МЕДИ РАЗЛИЧНОЙ
ЧИСТОТЫ
ПРИ
СКОРОСТИ
РАСТЯЖЕНИЯ
1
мм/мин
(ЧИСЛИТЕЛЬ)
и 20 мм/мин
(ЗНАМЕНАТЕЛЬ)
t
C
C
исп'
20
100
200
300
ф,%,
образцов
№
1
74/70
76/74
76/73
44/75
N»2
80/83
83/83
83/83
83/85
№3
85/85
86/86
88/88
92/92
'исп
1
400
500
600
700
ф,
%,
образцов
Mi
1
34/73
19/39
17/89
17/94
№2
64/82
39/81
31/91
23/90
№3
91/93
92/91
92/92
94/90
Примечание.
Содержание
примесей в
образцах
меди,
%: № 1 — 0,08;
№
2 —
0.05;
№ 3
<0,01.
ТАБЛИЦА
6.
ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ ТЕМПЕРАТУРЫ
И
ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИСПЫТАНИЯ
НА
ОТНОСИТЕЛЬНОЕ СУЖЕНИЕ
БЕСКИСЛОРОДНОЙ МЕДИ
'исп.
°
С
375
417
425
Р,
Па
10
5
7-
Ю-
3
7-10—
3
10»
4
7-10-3
$,
%,
прит
исп
,
мин
30
95
82
93
81
91
94
100
88
96
70
89
67
76
88
150
86
95
86
62
72
85
200
84
94
82
58
69
83
250
82
93
55
66
80
300
79
92
50
64
78
350
77
92
47
63
77
1
7,3
56
4
6
50
16
4,5
45
21
5
40
ность меди
в
вакууме 10~
3
Па. Увеличение выдержки образцов бескис-
лородной меди перед испытанием
при 355
"С,
т. е.
нагревание
без при-
ложения
основной нагрузки, сравнительно мало понижает прочность
и
пластичность меди:
Длительность выдержки,
ч
Длительность
до
разрушения,
ч
Относительное сужение,
%
Необходимо отметить,
что
уменьшение давления
даже
в 25 000 раз
(с
10
5
до 4 Па) все же не
устраняет воздействия внешней среды,
по-
скольку
при
дальнейшем улучшении вакуума
до
7-10—
3
Па
наблюдается
повышение
механических свойств. Следовательно, испытание меди
при
повышенных температурах
в
вакууме более
7-10-
3
Па
нельзя считать
проведенными
в
условиях, исключающих воздействие внешней среды.
В отличие
от
бескислородной меди медь
с
0,05—0,10
%
кислорода
при
150-мин испытании
в
вакууме
при 355 °С
охрупчивается
(-ф
=
10 %
вместо
95% для
бескислородной меди); уменьшение величины сужения
происходит
и при
меньшей длительности испытания; г|)=34
%
после
7 мин,
ф=83
%
после
10 с.
При
длительных испытаниях кислород
и
водяные пары понижают
предел усталости меди, содержащей
0,04 %
кислорода,
даже
при 20 °С.
ТАБЛИЦА
7.
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
НА
МЕХАНИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА
МЕДИ
ПРИ
СКОРОСТИ РАСТЯЖЕНИЯ
1
мм/мин (ЧИСЛИТЕЛЬ)
И
20
мм/мин (ЗНАМЕНАТЕЛЬ)
исп'
?С
20
300
400
450
500
600
700
800
90!)
Медь
с 0,03 % О
<J
D
,
МПа
211/214
185/178
—/155
147/148
120/122
73/87
48
34
19/20
6,%
52,2/51,2
50,0/46,3
-/45,1
40,8/43,5
28,0/34,9
17,5/27,3
21,3/29,5
16,8/31,0
16,2/37,1
Ч-.
%
70,5/69,6
76,2/76,7
—/74,3
56,3/73,7
38,3/58,4
37,3/57,5
38,3/91,3
33,2/99,0
34,2/99,7
Медь
с
0,05 %
Р
о
в
, МПа
220/224
185/186
165/156
126/145
103/99
46/47
37/31
15/16
6,%
53,6/51,3
41,8/46,0
41,3/44,0
41,6/41,8
39,5/41,1
41,6/40,5
41,4/40,5
38,6/42,3
Ь
%
70,0
73,8/79,0
68,5/79,6
83,1/83,4
91,9/92,3
95,6/99,3
99,3/99,9
99,7/99,9
34
Провал пластичности при
300—500
"С, обнаруженный у бескисло-
родной меди (99,974% Си,
0,0005%
О),
0,00011
% Н) и вакуумной
(99,994
% Си,
0,0005%
О,
0,00011
% Н) при испытании в атмосферном
воздухе,
значительно уменьшался при испытании в вакууме
1,3-10~
2
Па.
Фосфор является распространенным раскислителем меди. Пластич-
ность меди, содержащей 0,03 % О и раскисленной 0,05 % Р, при 20 °С
одинакова, но при высоких температурах раскисленная медь пластич-
на,
а нераскисленная — хрупка (табл. 7).
Повышение скорости деформации благоприятно влияет на пластич-
ность при высоких температурах, особенно нераскисленной меди. Отно-
ТАБ Л И Ц А 8
ЛИТОЙ МЕДИ
Добавка,
% (ат.)
0,1Р
0,ЗР
1,0Р
0,1Мп
О.ЗМп
l.OMn
0,1В
0,3В
1,0В
0.1А1
0.3А1
1.0AI
O.ISi
0,3Si
l.OSi
O.lZn
0,3Zn
l.OZn
0,03Nb
O.lNb
0,3Nb
O.lLi
0,3Li
l.OLi
0,03Zr
0, lZr
0,3Zr
O.OlCe
0,03Ce
O.lCe
0,10
0,30
1,00
<V
МПа
186
187
226
237
190
194
153
188
149
204
193
181
191
189
192
198
176
170
170
183
196
190
182
172
180
167
217
222
183
190
189
—
238
—
ВЛИЯНИЕ
20
6,%
19
22
38
35
41
39
18
40
9
14
30
43
37
41
42
42
32
28
27
40
48
42
45
30
41
44
45
41
37
47
36
29
—
ДОБАВОК
И
Механические
свойств
+.%
39
49
70
64
67
71
25
61
12
25
78
79
78
79
81
86
78
56
39
87
88
84
87
77
61
78
81
71
73
83
68
37
—
МПа
65
78
88
74
75
74
102
74
60
135
64
68
30
67
62
69
73
71
78
78
88
101
59
49
69
93
127
153
66
73
78
47
62
58
500
в,
%
5
35
30
33
8
10
39
38
30
34
11
7
3
23
16
13
7
11
7
26
16
26
9
4
7
30
27
29
48
50
37
5
7
5
ТЕМПЕРАТУРЫ
НА
а
"Р" 'ист °
С
3
59
67
45
16
19
67
59
76
60
51
18
7
53
45
27
13
23
16
55
37
54
21
11
8
89
88
82
89
88
76
3
13
10
МПа
32
27
31
23
28
28
41
31
32
44
32
32
22
24
26
31
24
27
24
28
35
39
28
24
28
25
39
39
24
27
22
34
30
43
800
б, %
7
20
85
70
50
50
59
20
25
46
14
41
7
58
55
53
50
30
22
45
30
29
6
60
100
57
57
40
50
63
50
3
4
1
СВОЙСТВА
Ф.
%
10
97
99
74
98
99
98
34
65
79
66
88
34
99
99
99
85
55
39
97
52
80
14
94
99
99
94
94
99
99
59
8
16
4
о ^
а.о°_
Sis
97
71
51
27
89
63
38
89
87
79
96
83
45
83
61
33
96
92
79
97
85
69
101
97
83
97
83
70
100
101
98
98
97
97
33
сительное сужение этой меди при скорости растяжения 5 м/с и темпе-
ратурах
400, 500 и
800°С
равно соответственно 77; 80 и 95 %.
Механические свойства меди зависят от наличия примесей и леги-
рующих добавок. В табл. 8 приведены свойства образцов, полученных
из
слитков, для изготовления которых использовали катоды марки МО,
а в табл. 9 — свойства образцов, полученных из слитков после горячей,
холодной прокатки и отжига при 650 °С; для изготовления этих слитков
применяли
переплавленные катоды меди марки МО [1].
Испытания
показали значительное влияние примесей и небольших
добавок на механические свойства меди. Примесь кислорода существен-
но
понижала ее пластичность при высоких температурах. Малопластич-
ной
была и медь, приготовленная из непереплавленных катодов, которые,
как
известно, содержат примеси водорода, кислорода и серы. Насыще-
ние
вредными примесями могло произойти и от древесноугольного покро-
ва, примененного при плавке.
Использование
в шихте переплавленной катодной меди и проведе-
ние
деформации улучшило ее пластичность до г|)=81-^99% при
500—
800 °С.
Введение добавок также
улучшало
пластичность меди. В большин-
стве
случаев
избыток их оказался вредным, так как для шихты приме-
няли
довольно
чистую
медь. Наилучшее влияние на
литую
медь оказа-
ли добавки сотых долей процента циркония и церия. Фосфор, марга-
нец
и кремний значительно снижали электропроводность; у меди с це-
рием и цирконием она была высокой. Снижение электропроводности ме-
ди при увеличении содержания добавок указывало на то, что их из-
быток переходил в твердый раствор меди.
Результаты испытаний обработанной меди показали, что наихудшие
свойства при высоких температурах имела медь, содержащая кислород;
у нее при
700—800°С
г])=36-М4 %,
тогда
как у раскисленной меди при
этих температурах \|з = 92-ИОО %• Наименьшую пластичность при
400—
500 "С имеет медь с добавками
0,1—0,2
% Al, Li и Се.
Добавкэ,
0,16 Р
0,26 Mn
0,05 В
0,13 Al
0,1 Nb
0,1 Li
0,1 Zr
0,2 Се
0,1 О
0,1 О*
0,1 О*
*
V
МПа
237
251
231
256
232
235
225
246
228
233
245
243
248
ТАБЛИЦА 9.
20
в,
%
52
47
50
35
54
49
52
38
49
46
43
34
48
Ф.%
51
72
82
63
88
72
75
74
75
53
65
62
90
V
МПа
138
168
153
175
151
148
146
163
142
153
135
137
164
ВЛИЯНИЕ
300
в,
%
26
48
51
45
50
52
24
39
47
55
48
42
44
Ф.
%
44
75
84
67
62
75
28
81
69
72
78
77
85
ДОБАВОК
"в,
МПа
115
143
138
151
127
112
122
150
119
105
105
108
140
И
ТЕМПЕРАТУРЫ
Механические
400
6,
43
48
53
35
31
78
25
39
24
60
54
43
55
&
73
77
77
64
36
95
28
83
44
81
89
87
83
МПа
90
103
ИЗ
122
95
82
100
120
98
76
74
75
ИЗ
свойства
500
б,
80
85
58
55
26
48
28
50
46
46
54
42
59
96
98
66
75
33
97
28
80
45
60
90
92
91
• Плавка и отливка в вакууме.
Причиной
красноломкости меди с алюминием является водород,
так
как дополнительные испытания вакуумплавленной меди марки МО
без алюминия и с 0,3 % А1 показали высокие и почти одинаковые зна-
чения
относительного сужения. Чистая медь при 20 °С имела ф=92 °/о,
при
500°С
98 %; медь с алюминием соответственно 91 и 96 %. Красно-
ломкость меди с указанными количе-
ствами лития и церия может быть
связана
и с нахождением этих ме-
таллов по границам зерен. Известно,
что медь, содержащая избыток ли-
тия,
растрескивается при горячей nnnni?
прокатке.
После вакуумной плавки
и
>
ииии
относительное сужение меди при
20 °С было наивысшим и составляло
90 %; при
600—800
°С
¥=100
%.
Вакуумная плавка улучшила так-
же пластичность меди, содержащей
кислород, вследствие удаления паров
воды, сернистого газа и
летучих
ок-
сидов.
Кислород и водород в небольших
количествах
могут
одновременно на-
ходиться в меди (рис. 15). Аналогич-
ная
зависимость имеет место для
фосфора.
Взаимодействие примесей и небольших добавок довольно сложно,
поскольку оно происходит в разбавленных растворах. При избыточном
количестве некоторых добавок снова наблюдается
ухудшение
пластич-
ности.
0,00016
0,00008
0,00004
1
1
\
^—
• -
••••
О 0,05 0,15 0,25 0,%
Рис.
15. Зависимость растворимости
водорода в литой
меди
от
содержания
кислорода
НА
СВОЙСТВА
ОБРАБОТАННОЙ
МЕДИ
"Р"
'исг
Мпа
66
74
81
84
77
66
69
95
69
63
54
53
77
,. °с
600
в.
%
56
73
95
55
42
47
42
57
69
39
47
42
72
Ч>.
%
99
100
91
82
64
99
44
90
95
54
93
89
100
"в.
МПа
49
49
55
58
51
46
49
71
42
42
50
53
700
6, %
48
106
120
72
83
53
106
65
123
38
54
—
70
Ф.
%
81
100
100
99
92
99
93
93
100
36
87
100
МПа
35
32
37
48
35
37
35
51
34
31
29
26
34
800
в.
%
47
88
130
70
88
53
98
89
96
25
35
42
65
Ф.
%
97
100
100
97
99
100
100
100
100
44
90
96
100
Электро-
провод-
ность
при
20 °С, \
101
44
78
98
87
102
97
100
101
_
—
37
Вместе с тем некоторый избыток добавки необходим для полного
устранения вредного действия примеси. Чтобы удовлетворить этим ус-
ловиям,
добавка должна обладать, как правило, большим сродством к
одной,
а
лучше
к нескольким примесям. По этой причине цирконий
улучшает
пластичность меди и, как
будет
показано в дальнейшем, ее
сплавов и
других
металлов. Специальными мероприятиями (тщатель-
ной
герметизацией всей плавильной установки изменением схемы пода-
чи защитной атмосферы, прекращением подачи в печь технического азо-
та с 0,5 °/о кислорода, использованием тщательно прокаленного древес-
ного
угля)
удалось
понизить содержание кислорода до
0,0002—0,0008
%,
а газосодержание до 1,67 • 10—
s
м
3
/кг [1]. Такие вайербарсы имеют при
20°С
Ч>
= 81,5 7о, при
350—500°С
^=17,5%, при
875°С
г|з=98,4 %, но
на
поверхности образцов, испытанных при 875 °С, были трещины. При-
чиной
этого могла быть сера.
Катоды, получаемые электролитическим рафинированием анодной
меди, содержат серу вследствие ее наличия в черновой меди и в специ-
альных добавках к сернокислому электролиту. Учитывая ее вредное дей-
ствие, содержание серы в меди марки МО по ГОСТ
859—78
ограничено
0,004
%, в меди марки
М00—0,002
%.
При
испытании на разрыв медных образцов, содержащих
серу,
про-
исходит межкристаллитное разрушение под действием кислорода воз-
духа
и растягивающих напряжений на обогащенных серой границах
зерен.
Пластичность меди технической чистоты (99,8 %)
ухудшается
при
наличии
примесей серы и кислорода.
Начиная
с 0,18 % кислорода в меди при горячей прокатке наблю-
далось растрескивание кромок полос. С повышением содержания кисло-
рода слитки катались
хуже
и при более 0,4 % кислорода разрывались
при
прокатке. Холодная прокатка медных листов была удовлетвори-
тельной при содержании до 0,19 % кислорода. Способность к волочению
и
вытяжке также значительно уменьшалась с повышением содержания
кислорода; отмечено понижение
выхода
годного при содержании серы
более 0,2% [1].
Бескислородная
медь высокой чистоты, содержащая, %: Ni 0
0006
Мп
0,0005,
Fe
0,0005,
Sb<0,0005, Sn<0,0005, Pb
0,0003,
Bi
0,0001
и О
0,0001, более чувствительна к примеси серы. Медные слитки, содержа-
щие менее
0,0008
% S, не имели трещин после горячей прокатки; слит-
ки
с более
0,002
% S растрескивались по кромкам [1].
Испытание
[1] при
400—900
"С литых образцов бескислородной ме-
ди с
0,0003—0,005
% S показало низкие значения
(2—37
%) относи-
тельного сужения. Таким образом, установлено вредное влияние серы
при
различной ее концентрации. Влияние серы меньше на медь, содер-
жащую значительное количество
других
примесей, которые взаимодей-
ствуют
с серой с образованием сульфидов. Кроме того, растворимость
серы в очень чистой меди чрезвычайно мала [1]:
Температура, °С 1000 900 800 700 600
Растворимость серы в меди, %:
высокой
чистоты
0,0070
0,0024
0,0012
0,0003 0,0003
бескислородной .....
0,0088
0,0042
0,0025
0,0011
0,0001
Вредное влияние серы на очень
чистую
медь сказывается при мень-
шей
концентрации. При наличии
0,0002
% S и менее медь не подверже-
на
межкристаллитному окислению при любых температурах. Межкрис-
таллитная сегрегация серы достигает 3—И %
даже
при очень малом
общем ее содержании
(0,0012
%) в бескислородной меди. Нельзя сог-
38
ласиться с выводами А. А. Преснякова и др. [1], что горячеломкость
исследованных слитков вызвана не примесью серы, а природными свой-
ствами меди. Провалы пластичности слитков бескислородной меди не-
прерывного литья также обусловлены наличием
0,003
% S. Крупное зер-
но
(3—4 мм) в слитках приводит к повышению местной концентрации
примесей по границам зерен.
Качество слитков меди и ее сплавов в значительной мере зависит
от содержания в медных катодах водорода, выделяющегося на них при
электролизе, кислорода вследствие окисления при хранении и серы вслед-
ствие загрязнения от сернокислого электролита и хранения в атмосфере,
содержащей примесь сернистого газа.
Катоды перед плавкой необходимо просушивать; окисленные и с
шишковатой поверхностью катоды в плавку использовать нельзя. Не
рекомендуется применять древесный
уголь
хвойных пород в качестве
защитного покрова и при получении генераторного газа.
Даже в катодах меди особой чистоты есть примесь серы; лишь пос-
ле повторного электролиза в специальных условиях содержание серы в
них понижается до
3•
10—
5
%. У высокочистой меди г>2000.
Красноломкость бескислородной меди, обнаруженная некоторыми
исследователями, обусловлена ее недостаточной чистотой, в частности
наличием висмута. Так,
даже
0,00038
% Bi понижают пластичность ме-
ди, а при среднем содержании
0,0025
% Bi на границах зерен меди най-
дено 17% висмута [1].
Легкоплавкий висмут нерастворим в твердой меди. Находясь на
границе зерен, он сообщает ей красноломкость
даже
при содержании
0,001 %; висмут понижает пластичность меди и при комнатной темпе-
ратуре:
Содержание висмута, % ... 0
0,0025
0,0064
0,043
0,53 4,68
Число гибов до разрушения . 22 18 7 1,2 0,5 0,1
Свинец
понижает пластичность меди уже при обычной температуре,
но
особенно заметно — при повышенных. При комнатной температуре
относительное сужение отожженной меди с
0,005
% РЬ равно 77 %, а
меди с
0,036
% РЬ 66 %. На кривой зависимости сужения от температу-
ры у меди с
0,005%
РЬ имеется минимум (55%) при 350 °С, после
которого пластичность непрерывно улучшается и при 800 °С достигает
80 %. У меди с
0,036
% РЬ зона красноломкости распространяется до
800°С
и при этой температуре сужение равно лишь 13 %.
Полуфабрикаты, в частности трубы, из меди недостаточной чистоты
нельзя подвергать деформации (например, гибке) в зоне красноломко-
сти во избежание возникновения видимых и скрытых трещин. Хрупкое
разрушение
труб
из меди с
0,036
% РЬ происходит при
400—750
°С; при
0,026
% РЬ в более узком интервале — при
500—650
°С; при наличии
0,005
% РЬ разрушений нет [1].
Таким
образом, при малом содержании вредной примеси хрупкость
не
обнаруживается, при большем — появляется зона красноломкости,
расширяющаяся с повышением концентрации примеси; при высоком со-
держании примеси медь становится хрупкой при
всех
температурах.
Восстановление пластичности при высоких температурах связано с
повышением растворимости примеси в твердой меди.
Красноломкость
свидетельствует
о возможности наличия примеси
по
границам зерен
даже
тогда,
когда она не обнаруживается
другим
методом. При этом надо учитывать не только величину растворимости
примеси
в твердой меди, но и способность примеси концентрироваться
по
границам зерен — ее горофильность; в этом
случае
красноломкость
30
может проявиться при меньшем содержании примеси по сравнению с ее
предельной растворимостью. Необходимо также учитывать совместное
влияние
примесей. Вредное действие основной примеси может быть ос-
лаблено (или усилено) другими примесями при: а) образовании
туго-
плавких соединений (или легкоплавких эвтектик); б) повышении (или
понижении)
растворимости ее в твердой меди; 3) понижении (или по-
вышении)
ее горофильности.
Относительное сужение меди при 20 °С может служить хорошей
оценкой
ее чистоты; чистая медь должна иметь
г|)»90
%.
Ниже
приведены механические свойства меди после электронно-лу-
чевой плавки и холодной прокатки (у
ра
ст=20 мм/мин):
°с
исп'
20
100
200
300
а
в
.
МПа
392
372
333
245
6,
/„
17
16
17
25
Ч>.
/о
90
91
92
92
'исп'
500
600
700
800
98
66
42
29
17
47
53
101
71
42
100
100
100
100
100
400 118 61 95 900
При
отсутствии границ зерен в образцах
даже
загрязненная медь
пластична. Относительное сужение монокристаллов меди чистотой
99,996;
99,99;
99,95
и 99,7% при
20—700°С
равно 100% [1]. Исследование1|1
ползучести бикристаллов меди в вакууме, кислороде и водороде
уста-
новлено,
что развитие межкристаллитнои пористости происходит только
при
наличии оксидов по границам зерен. Однако в некоторых
случаях
введение кислорода в загрязненную медь может оказать положительное
влияние.
По
данным [1], бескислородная медь красноломка, а кислород —
полезная
добавка для устранения этого дефекта: так, при повышении
содержания кислорода с 0,01 до
0,046
% в слитках меди непрерывного
литья при высокотемпературной деформации они не растрескиваются и
не
разрушаются.
Ниже
приведено влияние температуры и скорости растяжения (в чис-
лителе—при 20, в знаменателе — при 215 мм/мин) на относительное
сужение меди с примесью кислорода:
*
ис
„,
°С 500 700 800 875 950
tb,
%, при наличии О, %':
0,015 6/17 -/9 2/8 7/15 -/12
0,03 10/18 —/16 12/15 13/— —/16
0,05 8/28 — 13/22 8/—
28/50
Повышение
относительного сужения до 50 % оказалось достаточ-
ным
для ликвидации растрескивания заготовок. Полезное влияние кис-
лорода в данном
случае
вызвано окислением примесей, оксиды которых
менее вредны, чем сами примеси.
На
наличие примесей в меди с 0,01 % кислорода указывают низкие
значения
относительного сужения и плотности
(8,845
вместо 8,90 г/см
3
для чистой меди).
Присутствие кислорода в меди предотвращает насыщение ее водо-
родом, вызывающим
«рост»
медных слитков при обычных
методах
от-
ливки,
а также облегчает горячую обработку давлением меди, содер-
жащей примеси висмута и свинца вследствие перевода их в оксиды,
имеющие более высокую температуру плавления и
иной
характер рас-
пределения в меди.
40