Особливості кування кольорових металів. Мідь та сплави Пластична мідь

Один з перших металів, який стали застосовувати в ковці. Ще в бронзове століття людина освоїв мистецтво виготовлення зброї та знарядь праці з м'якої та пластичної міді, і досі цей метал продовжує широко використовуватись у художньому куті.

Цьому є пояснення: мідь має низьку хімічну активність при взаємодії з іншими хімічними елементами. Це означає, що мідь відмінно підходить для створення металевих композицій як екстер'єрного, так і інтер'єрного призначення, адже вона демонструє високу корозійну стійкість в умовах впливу несприятливих факторів навколишнього середовища.

Звичайно, не кожному сподобається зовнішній вигляд зовнішнього захисного шару мідної поверхні, але зелена патина відмінно захищає мідь від корозії. Щоправда, патина, що є карбонат міді, завдає істотну шкоду здоров'ю людини, тому мідні композиції потрібно покривати захисною фарбою, що запобігає утворенню зеленої плівки.

Спочатку мідний виріб має блискучий червоно-золотистий колір, потім набуває коричневого та чорного відтінків, а через 20 років стає насичено зеленим. Патина може покрити металеву поверхню і раніше, особливо метал постійно піддається впливу вологи.

Властивості міді
Ковкість і пластичність міді дуже високі - їх можна викувати практично будь-яку форму, навіть геометричну зі складними вигинами.

У міді хороша теплопровідність, а її фізико-механічні характеристики залежать від якості її обробки. З руди отримують так звану чорнову мідь, яка годиться для ковальських цілей. Спершу метал повинен пройти стадію вогневого рафінування, в результаті якого випалюється більша кількість домішок (наприклад, вісмуту та свинцю). Щоб повністю звільнити мідний метал від включень, застосовують електролітичне рафінування. Ось із цієї міді потім витягують дріт, мідні листи, зливки тощо.

У художній куванні рідко застосовується чиста мідь - до неї додають лігатуру, яка у певних концентраціях здатна надавати сплаву ті чи інші фізичні властивості. Деякі мідні сплави навіть отримали свою власну назву, наприклад, латунь та бронза.

У більшості випадків лігатура додається для того, щоб надати м'якій міді, що легко деформується, хоч трохи твердості. Чиста мідь погано підходить для лиття і кування - з'являються неприємні бульбашки.

Після лиття мідний виріб часто гравірують, а також емальують вимочним та перегородковим способами.

Кольоровий метал не містить заліза або містить його малу частку. Саме така сировина використовується найкращими майстрами ковальського мистецтва для виготовлення оригінальних декоративних та функціональних елементів. Працювати зі складами – справжнє мистецтво, яке потребує спеціальних інструментів, знань та досвіду. Для виробництва кованих прикрас для інтер'єру використовується брухт кольорових металів (сплави латуні та бронзи, алюміній та мідь, платина, срібло та золото). Кування таких металів утруднене, оскільки їх склади відрізняються високим ступенем провідності. Прогрівають та обробляють матеріал за допомогою газу.

Особливості кування бронзи

Бронза використовується для виготовлення високохудожніх предметів, працювати з нею можуть досвідчені майстри із неабияким смаком. Використовується для роботи метал із домішками кремнію. Сплав із заліза, алюмінію та міді використовується ще й для гарячого прокату, лиття. При розігріві суміш змінить колір з жовтого на помаранчевий, тому важливо не перегріти його. Коваль, знаючи особливості сплаву, доведе масу до потрібної температури і після цього почне її обробку.

Готовий метал досить жорсткий, працювати з ним непросто (він практично не гнеться та не випрямляється). А ось краї кованого виробу залишаються міцними та міцними, тому з них можна робити тонкі спіралі та завитки, які будуть рівними та гладкими.

Особливості кування міді

З міддю працювати дуже легко, оскільки метал має широкий діапазон робочих температур. Використовуючи для роботи брухт та відходи кольорових металів, майстер може виготовити великі деталі. Мідь – метал податливий, тому годиться для штампування та вигинів. Попередньо піддавати його відпалу не потрібно, оскільки він не має наклепу.

Прогрівати мідь до червоного кольору. Навіть при використанні великого шматка не потрібно додаткового нагрівання. Для зварювання окремих елементів під час кування використовується суміш газів.

Особливості кування алюмінію

Міцний та міцний, легкий та надійний матеріал використовується у різних галузях промисловості. Популярний сплав в авіаційній та космічній галузі. Алюміній дозволяє отримати легкі та міцні елементи для деталей літаків та космічних кораблів, станцій, супутників. Використовується склад і під час виробництва кованих виробів.

Нагрів виконується у спеціальних закритих печах, що працюють на електриці. Алюміній нагрівається довше за сталь. Перед роботою із прогрітим алюмінієм коваль має прогріти ще й свої інструменти (до 200–250 градусів). Щоб спростити робочий процес, використовується для роботи брухт металів, невеликі зливки або заготовки прямокутної форми.

Алюміній прилипає до штампу, тому перед роботою з ним слід ретельно відполірувати поверхню.

Особливості кування латуні

Метал використовується виготовлення різних тонкостінних елементів, декору. Латунь міцна і не схильна до корозії, але вироби з неї негнучкі. Для виготовлення кованих виробів використовують різні марки металу. Часто застосовується склад із високим вмістом міді, у цьому випадку майстри зможуть отримати податливий та гнучкий матеріал. У ковальстві застосовуються спеціальні марки латуні з додаванням різних легуючих компонентів.

Особливості кування срібла

З давніх-давен срібло використовувалося ковалями для виготовлення вишуканих кованих предметів побуту. В умілих руках срібло стає декоративною окрасою. Для роботи з металом використовуються спеціальні інструменти. Перед обробкою його сильно розігрівають. Часто зі срібла ковалі виготовляють невеликі зливки та бруски, фольгу та тонкостінні елементи.

Основи > Електротехнічні матеріали > Провідникові матеріали

МЕДЬ
Чиста мідь з електричної провідності займає наступне місце після срібла, що має з усіх відомих провідників найвищу провідність. Висока провідність та стійкість до атмосферної корозії у поєднанні з високою пластичністю роблять мідь основним матеріалом для дротів.
На повітрі мідні дроти окислюються повільно, покриваючись тонким шаром окису u О, що перешкоджає подальшому окисленню міді. Корозію міді викликають сірчистий газ S0 2 , сірководень H 2 S, аміак NH 3 , окис азоту NО, пари азотної кислоти та деякі інші реактиви.
Провідникову мідь отримують із злитків шляхом гальванічного очищення її в електролітичних ваннах. Домішки, навіть у мізерних кількостях, різко знижують електропровідність міді (рис. 8-1), роблячи її малопридатною для провідників струму, тому як електротехнічна мідь застосовуються лише дві її марки (М0 і M1) за ГОСТ 859-66, хімічний склад яких наведено у табл. 8-1.
У табл. 8-1 не вказана безкиснева мідь марки М00 (99,99% Сі), вільна від вмісту кисню та оксидів міді, що відрізняється від міді марок М0 і M1 меншою кількістю домішок і істотно більш високою пластичністю, що дозволяє її волочіння в найтонші дроти. По провідності мідь М00 відрізняється від міді М0 і M1. Мідь підвищеної чистоти широко використовується в електровакуумній техніці.
Домішки Bi та Р b у більших кількостях, ніж зазначено у табл. 8-1, унеможливлюють гарячу прокатку міді. Сірка не викликає гарячоломки міді, але підвищує її крихкість на холоді. Домішки у невеликих кількостях Ni, Ag, Zn та Sn не погіршують технологічних властивостей, підвищуючи механічну міцність та термічну стійкість міді.
Кисень як домішка в малих дозах, не ускладнюючи помітно прокатку, дещо підвищує провідність міді, тому що інші домішки, що знаходяться в міді, в результаті окислення виводяться з твердого розчину, де вони найбільш сильно впливають на зниження провідності металу.
Підвищений вміст кисню знижує провідність і робить мідь тендітною в холодному стані, тому в електротехнічних марках міді присутність кисню обмежується (табл. 8-1). Мідь, що містить кисень, схильна також до водневої хвороби. У відновлювальній атмосфері закис міді відновлюється до металу. Під час реакцій, що йдуть з утворенням водяної пари, меді з'являються мікротріщини.

Мал. 8-1. Вплив домішок на електричну провідність міді.

Таблиця 8-1 Хімічний склад провідникової міді (ГОСТ 859-66)

Майже всі вироби з провідникової міді виготовляються шляхом прокату, пресування та волочіння. Так, волочення можуть бути виготовлені дроти діаметром до 0,005 мм, стрічки товщиною до 0,1 мм і мідна фольга товщиною до 0,008 мм.
Провідникова мідь застосовується як у відпаленому після холодної обробки вигляді (м'яка мідь марки ММ), і без відпалу (тверда мідь марки МТ).
При холодній обробці тиском міцність міді в результаті обтиснення (наклепу) зростає, а подовження падає, проте тривалі робочі температури наклепаної міді обмежені і лежать у межах до 160-200 °С, після чого через процес рекристалізації відбуваються розміцнення та різке падіння твердості міді. Чим вище ступінь обтискання при холодній обробці, тим нижче допустимі робочі температури твердої міді.
За температури термообробки вище 900 °С внаслідок інтенсивного зростання зерна механічні властивості міді різко погіршуються. Фізичні та технологічні властивості міді наведені у табл. 8-2.
Вплив температури відпалу на механічні властивості та електричну провідність міді представлено на рис. 8-2.
Для електротехнічних цілей із міді виготовляють дріт, стрічку, шини як у м'якому (відпаленому) стані, так і у твердому.
Згідно з ГОСТ 434-71 число твердості Брінелля твердих стрічокпри випробуванні кулькою діаметром 5 мм, навантаженні 2500 Н та витримці 30 с.
Залежно від робочої температури механічні властивості міді представлені табл.8-3.
З метою підвищення межі повзучості та термічної стійкості мідь легують сріблом у межах 0,07-0,15%, а також магнієм, кадмієм, хромом, цирконієм та іншими елементами.
В даний час мідь з присадкою срібла застосовується для обмоток швидкохідних і нагрівальних машин більшої потужності, а мідь, легована різними елементами, використовується в колекторах і контактних кільцях сильно навантажених машин.

Таблиця 8-2 Фізичні та технологічні властивості міді

Мал. 8-2. Вплив температури відпалу на властивості міді.

Таблиця 8-3 Характер зміни механічних властивостей провідникової міді залежно від температури

Міцність. Міцністю називають властивість твердих тіл, що чинить опір руйнуванню, а також незворотними змінами форми. Основним показником міцності є тимчасовий опір, що визначається при розриві циліндричного зразка, попередньо підданого відпалу. За міцністю метали можна поділити на такі групи:

неміцні(тимчасовий опір вбирається у 50 МПа) - олово, свинець, вісмут, і навіть м'які лужні метали;

міцні(від 50 до 500 МПа) – магній, алюміній, мідь, залізо, титан та інші метали, що становлять основу найважливіших конструкційних сплавів;

високоміцні(понад 500 МПа) - молібден, вольфрам, ніобій та ін.

До ртуті поняття міцності не застосовується, оскільки це рідина.

Тимчасовий опір металів зазначено у таблиці 10.

Таблиця 10. Міцність металів

Пластичність. Пластичність - це властивість твердих тіл зберігати частину деформації при знятті навантажень, що їх спричинили. Як показник пластичності вибірково відносне подовження, що визначається при тих же випробуваннях, що і тимчасовий опір.

За ступенем пластичності метали прийнято поділяти так:

високопластичні- (відносне подовження перевищує 40%) - метали, що становлять основу більшості конструкційних сплавів (алюміній, мідь, залізо, титан, свинець) та "легкі" метали (натрій, калій, рубідій та ін.);

пластичні- (відносне подовження лежить у діапазоні між 3% і 40%) - магній, цинк, молібден, вольфрам, вісмут та ін. (Найбільша група);

тендітні- (відносне подовження менше 3%) – хром, марганець, кольбат, сурма.

Високе очищення крихких металів дещо підвищує пластичність. Сплави, отримані з їхньої основі, майже піддаються обробці тиском. Промислові вироби їх часто отримують шляхом лиття. Відносне подовження металів характеризує таблицю 11.

Таблиця 11. Пластичність металів.

Твердість. Твердість - це характеристика матеріалу, що відбиває його міцність і пластичність, що визначається шляхом вдавлювання кульки (метод Брінелля) або призми (Віккерс метод). Кількісною оцінкою твердості є число твердості НВ, що дорівнює відношенню навантаження (Н) до площі поверхні відбитка (мм 2). Значення твердості металів за Брінеллем наведено у таблиці 12.

Таблиця 12. Твердість металів.

Модуль поздовжньої пружності. Модуль поздовжньої пружності, чи модуль Юнга, Е визначає рідина металу, тобто. інтенсивність збільшення напруги зі збільшенням пружності деформації (таблиця 13).

Таблиця 13. Модуль Юнг металів при 20 o С.