Особенности ковки цветных металлов. Медь и сплавы Пластична ли медь

Один из самых первых металлов, который стали применять в ковке. Еще в бронзовый век человек освоил искусство изготовления оружия и орудий труда из мягкой и пластичной меди, и до сих пор этот металл продолжает широко использоваться в художественной ковке.

Этому есть объяснение: медь проявляет низкую химическую активность при взаимодействии с другими химическими элементами. Это значит, что медь отлично подходит для создания металлических композиций, как экстерьерного, так и интерьерного назначения, ведь она демонстрирует высочайшую коррозионную устойчивость в условиях воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды.

Конечно, не каждому понравится внешний вид защитного внешнего слоя медной поверхности, но зеленая патина отлично защищает медь от коррозии. Правда, патина, представляющая собой карбонат меди, наносит существенный вред здоровью человека, поэтому медные композиции нужно покрывать защитной краской, предупреждающей образование зеленой пленки.

Первоначально медное изделие имеет блестящий красно-золотистый цвет, потом приобретает коричневый и черный оттенки, а через 20 лет становится насыщенно зеленым. Патина может покрыть металлическую поверхность и раньше, особенно есть металл постоянно подвергается воздействию влаги.

Свойства меди
Ковкость и пластичность меди очень высоки - их нее можно выковать практически любую форму, даже геометрическую со сложными изгибами.

У меди хорошая теплопроводность, а ее физико-механические характеристики напрямую зависят от качества ее обработки. Из руды получают так называемую черновую медь, которая не годится для кузнечных целей. Сперва металл должен пройти стадию огневого рафинирования, в результате которого выжигается большее количество примесей (например, висмута и свинца). Чтобы полностью освободить медный сплав от включений, применяют электролитическое рафинирование. Вот из этой меди потом вытягивают проволоку, медные листы, слитки и т.д.

В художественной ковке редко применяется чистая медь - в нее добавляют лигатуру, которая в определенных концентрациях способна придавать сплаву те или иные физические свойства. Некоторые медные сплавы даже получили свое собственное название, например, латунь и бронза.

В большинстве случаев лигатура добавляется для того, чтобы придать мягкой и легко деформирующейся меди хоть немного твердости. Чистая медь плохо подходит для литья и ковки - появляются нелицеприятные пузыри.

После литья медное изделие часто гравируют, а также эмалируют выемочным и перегородочным способами.

Цветной металл не содержит железа или включает его малую долю. Именно такое сырье используется лучшими мастерами кузнечного искусства для изготовления оригинальных декоративных и функциональных элементов. Работать с составами – настоящее искусство, которое требует специальных инструментов, знаний и опыта. Для производства кованых украшений для интерьера используется лом цветных металлов (сплавы латуни и бронзы, алюминий и медь, платина, серебро и золото). Ковка таких металлов затруднена, поскольку их составы отличаются высокой степенью проводимости. Прогревают и обрабатывают материал при помощи газа.

Особенности ковки бронзы

Бронза используется для изготовления высокохудожественных предметов, работать с ней могут опытные мастера с незаурядным вкусом. Используется для работы металл с примесями кремния. Сплав из железа, алюминия и меди используется еще и для горячего проката, литья. При разогреве состав поменяет цвет с желтого на оранжевый, поэтому важно не перегреть его. Кузнец, зная особенности сплава, доведет массу до нужной температуры и только после этого начнет ее обработку.

Готовый металл достаточно жесткий, работать с ним непросто (он практически не гнется и не выпрямляется). А вот края кованого изделия остаются прочными и крепкими, поэтому из них можно делать тонкие спирали и завитки, которые будут ровными и гладкими.

Особенности ковки меди

С медью работать очень легко, поскольку металл имеет широкий диапазон рабочих температур. Используя для работы лом и отходы цветных металлов, мастер может изготовить большие детали. Медь – металл податливый, поэтому годится для штамповки и изгибов. Предварительно подвергать его отжигу не нужно, поскольку он не имеет наклепа.

Прогревать медь следует до красного цвета. Даже при использовании большого куска не потребуется дополнительный нагрев. Для сварки отдельных элементов во время ковки используется смесь газов.

Особенности ковки алюминия

Прочный и крепкий, легкий и надежный материал используется в разных отраслях промышленности. Пользуется популярностью сплав в авиационной и космической отрасли. Алюминий позволяет получить легкие и крепкие элементы для деталей самолетов и космических кораблей, станций, спутников. Используется состав и при производстве кованых изделий.

Нагрев выполняется в специальных закрытых печах, работающих на электричестве. Алюминий нагревается дольше, чем сталь. Перед работой с прогретым алюминием кузнец должен прогреть еще и свои инструменты (до 200–250 градусов). Чтобы упростить рабочий процесс, используется для работы лом металлов, небольшие слитки или заготовки прямоугольной формы.

Алюминий прилипает к штампу, поэтому перед работой с ним следует тщательно отполировать поверхность.

Особенности ковки латуни

Металл используется для изготовления разных тонкостенных элементов, декора. Латунь прочна и не подвержена коррозии, но изделия из нее негибкие. Для изготовления кованых изделий используются различные марки металла. Часто применяется состав с высоким содержанием меди, в этом случае мастера смогут получить податливый и гибкий материал. В кузнечном деле применяются специальные марки латуни с добавлением различных легирующих компонентов.

Особенности ковки серебра

Издревле серебро использовалось кузнецами для изготовления изысканных кованых предметов обихода. В умелых руках серебро становится декоративным украшением. Для работы с металлом применяются специальные инструменты. Перед обработкой его сильно разогревают. Часто из серебра кузнецы изготавливают небольшие слитки и бруски, фольгу и тонкостенные элементы.

Основы > Электротехнические материалы > Проводниковые материалы

МЕДЬ
Чистая медь по электрической проводимости занимает следующее место после серебра, обладающего из всех известных проводников наивысшей проводимостью. Высокая проводимость и стойкость к атмосферной коррозии в сочетании с высокой пластичностью делают медь основным материалом для проводов.
На воздухе медные провода окисляются медленно, покрываясь тонким слоем окиси С u О, препятствующим дальнейшему окислению меди. Коррозию меди вызывают сернистый газ S0 2 , сероводород H 2 S, аммиак NH 3 , окись азота NО, пары азотной кислоты и некоторые другие реактивы.
Проводниковую медь получают из слитков путем гальванической очистки ее в электролитических ваннах. Примеси, даже в ничтожных количествах, резко снижают электропроводность меди (рис. 8-1), делая ее малопригодной для проводников тока, поэтому в качестве электротехнической меди применяются лишь две ее марки (М0 и M1) по ГОСТ 859-66, химический состав которых приведен в табл. 8-1.
В табл. 8-1 не указана бескислородная медь марки М00 (99,99% Си), свободная от содержания кислорода и окислов меди, отличающаяся от меди марок М0 и M1 меньшим количеством примесей и существенно более высокой пластичностью, позволяющей ее волочение в тончайшие проволоки. По проводимости медь М00 не отличается от меди М0 и M1. Медь повышенной чистоты широко используется в электровакуумной технике.
Примеси Bi и Р b в больших количествах, чем указано в табл. 8-1, делают невозможным горячую прокатку меди. Сера не вызывает горячеломкость меди, но повышает ее хрупкость на холоде. Примеси в небольших количествах Ni, Ag, Zn и Sn не ухудшают технологических свойств, повышая механическую прочность и термическую стойкость меди.
Кислород как примесь в малых дозах, не затрудняя заметно прокатку, несколько повышает проводимость меди, так как находящиеся в меди другие примеси в результате окисления выводятся из твердого раствора, где они наиболее сильно влияют на снижение проводимости металла.
Повышенное содержание кислорода снижает проводимость и делает медь хрупкой в холодном состоянии, поэтому в электротехнических марках меди присутствие кислорода ограничивается (табл. 8-1). Медь, содержащая кислород, подвержена также водородной болезни. В восстановительной атмосфере закись меди восстанавливается до металла. Во время реакций, идущих с образованием водяных паров, в.меди появляются микротрещины.

Рис. 8-1. Влияние примесей на электрическую проводимость меди.

Таблица 8-1 Химический состав проводниковой меди (ГОСТ 859-66)

Почти все изделия из проводниковой меди изготовляются путем проката, пресования и волочения. Так, волочением могут быть изготовлены провода диаметром до 0,005 мм, ленты толщиной до 0,1 мм и медная фольга толщиной до 0,008 мм.
Проводниковая медь применяется как в отожженном после холодной обработки виде (мягкая медь марки ММ), так и без отжига (твердая медь марки МТ).
При холодной обработке давлением прочность меди в результате обжатия (наклепа) растет, а удлинение падает, однако длительные рабочие температуры наклепанной меди ограничены и лежат в пределах до 160-200 °С, после чего из-за процесса рекристаллизации происходят разупрочнение и резкое падение твердости наклепанной меди. Чем выше степень обжатия при холодной обработке, тем ниже допустимые рабочие температуры твердой меди.
При температурах термообработки выше 900 °С вследствие интенсивного роста зерна механические свойства меди резко ухудшаются. Физические и технологические свойства меди приведены в табл. 8-2.
Влияние температуры отжига на механические свойства и электрическую проводимость меди представлено на рис. 8-2.
Для электротехнических целей из меди изготовляют проволоку, ленту, шины как в мягком (отожженном) состоянии, так и в твердом.
Согласно ГОСТ 434-71 число твердости Бринелля твердых лент при испытании шариком диаметром 5 мм, нагрузке 2500 Н и выдержке 30 с.
В зависимости от рабочей температуры механические свойства меди представлены в табл.8-3.
В целях повышения предела ползучести и термической устойчивости медь легируют серебром в пределах 0,07-0,15%, а также магнием, кадмием, хромом, цирконием и другими элементами.
В настоящее время медь с присадкой серебра применяется для обмоток быстроходных и нагревостойких машин большей мощности, а медь, легированная различными элементами, используется в коллекторах и контактных кольцах сильно нагруженных машин.

Таблица 8-2 Физические и технологические свойства меди

Рис. 8-2. Влияние температуры отжига на свойства меди.

Таблица 8-3 Характер изменения механических свойств проводниковой меди в зависимости от температуры

Прочность . Прочностью называют свойство твердых тел сопротивляется разрушению, а также необратимыми изменениями формы. Основным показателем прочности является временное сопротивление, определяемое при разрыве цилиндрического образца, предварительно подвергнутого отжигу. По прочности металлы можно разделить на следующие группы:

непрочные (временное сопротивление не превышает 50 МПа) - олово, свинец, висмут, а также мягкие щелочные металлы;

прочные (от 50 до 500 МПа) - магний, алюминий, медь, железо, титан и другие металлы, составляющие основу важнейших конструкционных сплавов;

высокопрочные (более 500 МПа) - молибден, вольфрам, ниобий и др.

К ртути понятие прочности неприменимо, поскольку это жидкость.

Временное сопротивление металлов указано в таблице 10.

Таблица 10. Прочность металлов

Пластичность . Пластичность - это свойство твердых тел сохранять часть деформации при снятии нагрузок, которые их вызвали. В качестве показателя пластичности выборочно относительное удлинение, определяемое при тех же испытаниях, что и временное сопротивление.

По степени пластичности металлы принято подразделять следующим образом:

высокопластичные - (относительное удлинение превосходит 40 %) - металлы, составляющие основу большинства конструкционных сплавов (алюминий, медь, железо, титан, свинец) и "легкие" металлы (натрий, калий, рубидий идр.);

пластичные - (относительное удлинение лежит в диапазоне между 3% и 40%) - магний, цинк, молибден, вольфрам, висмут и др. (наиболее обширная группа);

хрупкие - (относительное удлинение меньше 3%) - хром, марганец, кольбат, сурьма.

Высокая очистка хрупких металлов несколько повышает пластичность. Сплавы, полученные на их основе, почти не поддаются обработке давлением. Промышленные изделия из них часто получают путем литья. Относительное удлинение металлов характеризует таблица 11.

Таблица 11. Пластичность металлов.

Твердость . Твердость - это характеристика материала, отражающая его прочность и пластичность, определяемая путем вдавливания шарика (метод Бринелля) или призмы (метод Виккерса). Количественный оценкой твердости является число твердости НВ, равное отношению нагружения (Н) к площади поверхности отпечатка (мм 2). Значения твердости металлов по Бринеллю приведена в таблице 12.

Таблица 12. Твердость металлов.

Модуль продольной упругости . Модуль продольной упругости, или модуль Юнга, Е определяет жидкость металла, т.е. интенсивность увеличения напряжения по мере увеличения упругости деформации (таблица 13).

Таблица 13. Модуль Юнга металлов при 20 o С.