Медные сплавы. Медь1. Металл красного цвета, кристаллизующийся при температуре 1083 С с образованием гцк решетки, период которой 0,36153 нм, полиморфных превращений нет
 Скачать 2.28 Mb.
|
40 мкВ/град. Такое влияние никеля на свойства меди стало основой материалов для термопар, для реостатов и резисторов с высоким и стабильным электросопротивлением.3. Медно-никелевые сплавы Медно-никелевыми называют сплавы на основе меди, для которых легирующим элементом, определяющим основные свойства сплава, является никель. Медь с никелем образует непрерывный ряд твердых растворов. Добавка никеля к меди увеличивает твердость, прочность и повышает коррозионную стойкость во многих средах. Медно-никелевые сплавы подразделяют на коррозионно-стойкие и электротехнические. При добавлении никеля к меди удельное электросопротивление растет и при содержании 50 % Ni становится в |
| Марка и наименование сплава | Химический состав, % | Состояние | ρ, мкОм·м | α·10–6 *, К–1 | σв, МПа | δ, % |
| МН19 Мельхиор | 18–20 Ni-Co | Мягкое Твердое | 0,287 | – | 350 550 | 35–40 3–5 |
| МНЦ15–20 Нейзильбер | 13,5–15 Ni 18–22 Zn | Мягкое Твердое | 0,26 | – | 400 625 | 35–45 2–9 |
| МНМц40-1,5 Константан | 39–41 Ni 1–2 Mn | Мягкое | 0,465 | 0,2 | 400 | 15 |
| МНМц43-0,5 Копель | 42,5–44,0 Ni 0,1–1,0 Mn | Мягкое | 0,47 | –1,4 | 400 | 20 |
| МНМц3-12 Манганин | 11,3–13,5 Mn 2,5–3,5 Ni | Мягкое | 0,47 | 0,3 | 420 | 15 |
| МНА6-1,5 Куниаль Б | 5,5–6,5 Ni 1,2–1,8 Al | Мягкое Закалка 900 °C, старение 500 °C | – | – | 390 700 | 28–40 4–7 |
| МНА13-3 Куниаль А | 12–15 Ni 2,3–3,0 Al | Мягкое Закалка 900 °C, старение 500 °C | – | – | 420 900 | 10–15 7 |
| МНАХМц 20-4-3-4 Камелон | 18–22 Ni 3,8–4,2 Al 2,7–3,1 Cr 3,8–4,2 Mn | Закалка 900 °C, хол. деф. 40 %, старение 500 °C | 0,35 | – | 1500 σ0,005= 1100 | 1,5 |
* α·10–6 — термический коэффициент электросопротивления в интервале 20–100 °C.
Константан имеет высокое электросопротивление и, что особенно ценно и отмечено в названии, почти нулевой термический коэффициент электросопротивления. Это обеспечивает постоянство его электросопротивления при разогреве приборов джоулевым теплом. Его используют для изготовления резисторов, реостатов, которые могут разогреваться, а высокая термоЭДС его в паре с медью не мешает их работе. Константан обладает высоким коэффициентом тензочувствительности (> 2), который определяется отношением изменения относительного электросопротивления к относительной деформации:
S = (ΔR/R) / (ΔL/L). В связи с этим из тонкой проволоки или фольги константана производят тензометрические датчики для измерения усилий, напряжений, перемещений и/или деформаций.
Копель близок по составу и свойствам к константану и используется для отрицательных электродов в термопарах медь-копель, хромель-копель и др. Константан иногда также используют в термопарах. Манганин (Сu–Mn–Ni), у которого основной компонент в твердом растворе марганец, характеризуется сочетанием примерно такого же электросопротивления, как у константана, низкого термического коэффициента электросопротивления и очень малой термоЭДС (0,2 мкВ/град) в паре с медью, что позволяет широко его применять в электроизмерительных приборах, образцовых катушках сопротивления, шунтах и т. п. В электрических цепях приборов, где соединения выполнены из медного провода, при разогревах джоулевым теплом в контактах меди с манганиновыми резисторами практически не возникают паразитные термоЭДС.
Система Cu–Ni–Al из-за переменной растворимости компонентов с повышением температуры послужила основой для разработки ряда термически упрочняемых сплавов.
Сплавы под названием куниали типа А (МНА13-3) и Б (МНА6-1,5) характеризуются способностью к термическому упрочнению. Обработка по режиму (закалка с 900–1000 °C, холодная деформация на 25 %, старение при 500 °C) обеспечивает предел прочности σв = 800–900 МПа, δ = 5–10 %. Куниаль типа А используется в деталях повышенной прочности и коррозионной стойкости. Куниаль типа Б не имеет аналога за рубежом, применяется для пружин ответственного назначения в различных областях техники. Куниали имеют высокие механические свойства, коррозионную стойкость, удовлетворительно обрабатываются давлением в горячем и холодном состояниях. Упрочнители в них — фазы θ-Ni3Al и β-NiAl. Куниали не склонны к хладноломкости, с понижением температуры до отрицательной их прочность и пластичность растут.
На базе той же системы Cu–Ni–Al в России разработан ряд сплавов взамен бериллиевых бронз. Например, сплав под названием камелон, содержащий 20 % Ni, 4 % Аl, 3 % Сr, 4 % Мn, также имеет два главных упрочнителя — Ni3Al и NiAl. В фазе Ni3Al часть атомов может заменяться на медь; марганец упрочняет твердый раствор. Хром формирует фазу, которая полностью не растворяется, зато сохраняет зерно мелким (20 мкм) при нагреве под закалку (800–980 °C). В результате НТМО (40 % деформации после закалки) камелон имеет предел прочности σв = 1500 МПа, σ0,005 = 1100 МПа, удлинение δ = 1,5 %, твердость 420 НV, циклическую стойкость до разрушения N = 20·104 при нагрузке 600 МПа, но электросопротивление ρ = 0,35 мкОм·м. Бериллиевая бронза БрБ2 имеет σ0,005 = 1150 МПа, N = 7·104 и ρ = 0,35 мкОм·м. Поэтому камелон может использоваться как пружинный материал взамен бериллиевых бронз, но не для токопроводящих пружин.