Довольно часто домашние слесари отдают предпочтение меди (удельный вес 9,0 г/см2), поскольку ее мягкость и пластичность позволяют добиваться точности и высокого качества при изготовлении всевозможных деталей и изделий.
Чистая (красная) медь – прекрасный материал для различных поделок. Она подходит для ковки (в том числе холодной), чеканки, по ней можно легко гравировать и из нее выпиливать. Ее существенный недостаток – относительная дороговизна, а достать какие-либо бросовые изделия или детали для переработки довольно трудно из-за прокатившейся по России (и не только) волны массовой скупки цветных металлов. При работе с медью необходимо учитывать несколько особенностей этого металла.
Обработка меди резанием затруднена из-за ее пластичности и вязкости. Если необходимо вырезать из медного листа фигуру определенной формы (особенно со сложным контуром или небольших размеров), то лучше воспользоваться дрелью, ножовкой по металлу или напильником. Для тонких листов подойдет лобзик. Зубило или ножницы по металлу сомнут лист и загнут края, восстановить их будет трудно.
При длительной ударной обработке (чеканке, ковке) медь может потерять пластичность и начать трескаться. Для восстановления пластичности необходимо обжечь деталь при температуре 200–300 °C, но не выше; при 400–600 °C металл станет хрупким. Для обжига небольших деталей в домашних условиях вполне подойдет духовка газовой плиты со средним огнем.
Следует учитывать, что первоначальный яркий блеск меди вскоре потускнеет, несмотря на полировку. На воздухе изделия из медных пластинок окисляются и приобретают темно-красный цвет. В таком состоянии медь очень устойчива к коррозии, а во влажном воздухе со временем покроется зеленоватым налетом – патиной. С помощью различных химических веществ можно придать меди синий, зеленый и даже черный цвет. При желании сохранить изделие ярко-красным необходимо покрыть его прозрачным (бесцветным) лаком.
Медь является великолепным проводником электрического тока, а медный провод широко используется в работах, связанных с электротехникой.
Широко распространена латунь – сплав меди с цинком золотисто-желтого цвета. Иногда в него добавляется еще и алюминий. Благодаря содержанию цинка латунь прочнее и меньше окисляется, но обладает не столь высокой пластичностью. Ее марки характеризуются различным процентным содержанием меди (например, Л68 – 68 %, Л70 – 70 % и т. д.).
Латунь, в отличие от бронзы, относится к разряду дешевых материалов. Наряду с мягкостью и пластичностью, латунь практически не подвержена коррозии. В слесарных работах на дому чаще всего используется листовая латунь и латунная проволока.
Для поделочных работ рекомендуется использовать сплавы с высоким содержанием меди. Латунь прочнее и тверже меди, ее можно использовать для ажурной чеканки, выпиливания, гравировки, но не для ковки или чеканки с высоким рельефом, потому что могут образоваться трещины. Чтобы этого не произошло при создании плоского рельефа или длительном хранении изделия, надо обжечь латунь при температуре 200–300 °C.
Бронза (сплав меди с другими металлами) – материал не из дешевых, поэтому используется она в основном в декоративных целях. Ее качества зависят от составляющих сплава. Так, алюминиевые бронзы отличаются высокой износоустойчивостью, оловянные – пластичностью, бериллиевые – прочностью. Бронзовые изделия тверже медных (некоторые специальные марки бронзы по прочности превосходят сталь), поддаются ковке и пригодны для литья. Однако бронза дороже и дефицитнее меди, не выпускается в виде тонких листов, поэтому работать с ней в домашних условиях удается редко, только если выплавлять ее самостоятельно.
Благодаря своим декоративным качествам медь (и ее сплавы – латунь, бронза) используется для изготовления предметов украшения, мебельной фурнитуры.
Из книги: Коршевер Н. Г. Работы по металлу
Медь. Температура плавления меди 1083 °С; плотность 8960 кг м3; она обладает гранецентрированной кубической решеткой и имеет хорошую коррозионную устойчивость в ряде сред, высокие тепло-, электропроводность и пластичность.Отечественная промышленность выпускает медь одиннадцати марок, различающихся содержанием примесей Все примеси снижают электропроводность меди, но в большей мере это относится к растворимым примесям (Al, Zn, Sn, Ni, Sb). Наиболее вредными примесями являются висмут, свинец и кислород.
Висмут почти нерастворим в твердой меди (растворимость при 600 °C менее 0,001 %). Поэтому он весь выделяется по эвтектической реакции при 270 °C и располагается по границам зерен в виде прослоек. Влияние его на электропроводность невелико. Однако сотые доли процента висмута вызывают разрушение слитков при горячей прокатке (красноломкость) из-за расплавления прослоек при нагреве выше 270 С. Хрупкость прослоек висмута делает невозможной и холодную деформацию Поэтому содержание его не должно превышать 0,001 %.
Свинец растворяется в меди в количестве до 0,3 % при 400 С. Поэтому он в большей мере, чем висмут, снижает ее электропроводность. Так же как и висмут, свинец вызывает красноломкость меди из-за оплавления эвтектики при нагреве выше 400 °C. Однако свинец менее опасен, чем висмут, что обусловлено наличием в системе медь-свинец монотектического превращения
Взаимодействие меди с кислородом описывается эвтектической диаграммой с очень малой растворимостью кислорода в твердом состоянии (0,005 % при 100 °С). Поэтому в меди, содержащей более 0,005 % кислорода, по границам кристаллов появляются выделения эвтектики (Cu + Cu2O) Влияние кислорода на электропроводность меди невелико. Примесь кислорода не вызывает и красноломкости при горячей деформации. Однако хрупкие включения закиси меди существенно понижают пластичность меди и делают ее склонной к «водородной болезни» - образованию трещин в изделиях при работе в восстановительной атмосфере.
Сера образует с медью сульфид меди, выделяющийся по границам зерен. He отражаясь существенно на электропроводности, сера снижает пластичность меди при низких и высоких температурах. Содержание кислорода и серы в проводниковой меди лимитируется 0,005 %.
Чистую медь используют в основном для изготовления листов, труб, профилей, прутков и проволоки методами пластической деформации. Отливки из меди применяют для электротехнических целей, а также для изготовления сварочных машин, котлов и химических аппаратов. В зависимости от требований к свойствам изделий из чистой меди для изготовления литых заготовок используют катодную медь марок M0, M1.
Медь имеет низкие литейные свойства: большую линейную (2,1 %) и объемную (~ 11 %) усадку, высокую склонность к газопоглощению и образованию трещин при затрудненной усадке, низкую жидкотекучесть.
Литейные сплавы. Состав и свойства наиболее распространенных бронз и латуней приведены в табл. 31-33.
Оловянные бронзы широко применяют при изготовлении арматуры, подшипников, шестерен, втулок, работающих в условиях истирания, повышенного давления воды и водяного пара. Характерная особенность этой группы сплавов - большой интервал между температурами ликвидуса и солидуса (150-200 °С), что обусловливает образование в отливках рассеянной усадочной пористости. Оловянные бронзы имеют хорошие литейные свойства, позволяющие получать при литье в землю сложные по конфигурации отливки.
Бронзы с высоким содержанием олова (БрО10, БрО10Ц2, БрО10Ф1) ввиду его высокой стоимости и дефицитности применяют лишь для изготовления изделий ответственного назначения. Для рядовых отливок используют малооловянные бронзы.
Из примесей, присутствующих в бронзах, наиболее вредное влияние на свойства оказывают алюминий и кремний. Сотые доли процента этих элементов снижают механические свойства бронз и способствуют усилению поглощения ими водорода при плавке.
Безоловянные бронзы используют как заменители оловянных. По механическим, коррозионным и антифрикционным свойствам безоловянные бронзы превосходят оловянные. Среди сплавов этой группы наиболее широко применяют алюминиевые бронзы. Они имеют хорошую коррозионную стойкость в пресной и морской воде, хорошо противостоят разрушению в условиях кавитации, обладают меньшим, чем оловянные бронзы, антифрикционным износом. Алюминиевые бронзы применяют для изготовления гребных винтов крупных судов, тяжелонагруженных шестерен и зубчатых колес, корпусов насосов и других отливок. Механические, технологические и эксплуатационные свойства алюминиевых бронз улучшаются при легировании железом, марганцем, никелем и другими элементами.
Свинцовая бронза БрСЗО обладает высокой износостойкостью при трении в условиях больших удельных нагрузок и скоростей скольжения. Поэтому она применяется как заменитель оловянных при изготовлении вкладышей подшипников. Особенность свинцовых бронз - сильная ликвация свинца. Дисперсное распределение свинца в бронзе может быть достигнуто большими скоростями охлаждения.
Латуни. Для фасонного литья применяют сложнолегированные медноцинковые сплавы; простые латуни используют сравнительно редко. Состав и свойства литейных латуней приведены в табл. 31.
Легирование двойных латуней алюминием и кремнием повышает жидкотекучесть, коррозионную стойкость сплавов и механические свойства и уменьшает угар цинка при плавке. Вместе с тем алюминий и кремний повышают склонность латуней к газонасыщению и образованию пористости. Железо и марганец увеличивают значения механических свойств сплавов, но снижают жидкотекучесть. Олово до 2-2,5 % не оказывает заметного действия на литейные свойства латуней и повышает их механические свойства
Примеси алюминия и олова оказывают вредное влияние на литейные свойства кремнистой латуни ЛЦ16К4, снижая жидкотекучесть и увеличивая склонность к газопоглощению и образованию газовой пористости.
Деформируемые сплавы. Для получения деформированных полуфабрикатов используют большое число различных медных сплавов, которые делят на четыре группы: оловянные бронзы, безоловянные бронзы, латуни и медноникелевые сплавы.
Многие из деформируемых сплавов имеют однофазную структуру и обладают высокой пластичностью в горячем и холодном состоянии. Некоторые из них (алюминиевые и оловянные бронзы, сложнолегированные латуни) по составу близки к литейным сплавам.
Особую группу составляют медноникелевые сплавы, широко применяющиеся для изготовления посуды (мельхиор, нейзильбер), проволоки для термопар (константан, копель) и других целей.
25.11.2019
В каждой отрасли, где происходит производство жидкой или вязкой продукции: в фармацевтическом деле, в косметической отрасли, в пищевом и химическом секторах – везде...
25.11.2019
На сегодняшний день обогрев зеркал является новой опцией, позволяющей сохранить чистую поверхность зеркала от горячего пара после приёма водных процедур. Благодаря...
25.11.2019
Штрих код является графическим символом, изображающим чередование полосок чёрного и белого цвета либо других геометрических фигур. Его наносят в составе маркировки...
25.11.2019
О том, как грамотно выбирать топку для камина, задумываются многие хозяева загородных жилых имений, которые хотят создать в своём доме максимально уютную обстановку,...
25.11.2019
И в любительском, и в профессиональном строительстве весьма востребованными являются профильные трубы. С их помощью сооружают способные выдерживать большие нагрузки...
24.11.2019
Спецобувь - часть экипировки рабочего, предназначенная для защиты ног от холода, высоких температур, химикатов, механических повреждений, электричества и т. д....
24.11.2019
Все мы привыкли, выходя из дома, обязательно смотреть в зеркало, чтобы проверить свой внешний вид и лишний раз улыбнуться своему отражению....
23.11.2019
Испокон веков главными делами женщин по всему свету являлись стирка, уборка, приготовление еды и всевозможные действа, способствующие организации уюта в доме. Однако, то...
Древние греки называли этот элемент халкосом, на латинском она именуется cuprum (Сu) или aes, а средневековые алхимики именовали этот химический элемент не иначе как Марс или Венера. Человечество давно познакомилось с медью за счет того, что в природных условиях ее можно было встретить в виде самородков, имеющих зачастую весьма внушительные размеры.
Легкая восстанавливаемость карбонатов и окислов данного элемента поспособствовала тому, что именно его, по мнению многих исследователей, наши древние предки научились восстанавливать из руды раньше всех остальных металлов.
Сначала медные породы просто-напросто нагревали на открытом огне, а затем резко охлаждали. Это приводило к их растрескиванию, что давало возможность выполнять восстановление металла.
Освоив столь нехитрую технологию, человек начал постепенно развивать ее. Люди научились вдувать при помощи мехов и труб в костры воздух, затем додумались устанавливать вокруг огня стены. В конце концов, была сконструирована и первая шахтная печь.
Многочисленные археологические раскопки позволили установить уникальный факт – простейшие медные изделия существовали уже в 10 тысячелетии до нашей эры! А более активно медь начала добываться и использоваться через 8–10 тысяч лет. Именно с тех пор человечество применяет этот уникальный по многим показателям (плотность, удельный вес, магнитные характеристики и так далее) химический элемент для своих нужд.
В наши дни медные самородки встречаются крайне редко. Медь добывают из различных , среди которых можно выделить следующие:
- борнит (в нем купрума бывает до 65 %);
- медный блеск (он же халькозин) с содержанием меди до 80 %;
- медный колчедан (иначе говоря – халькоперит), содержащий порядка 30 % интересующего нас химического элемента;
- ковеллин (в нем Cu бывает до 64 %).
Также купрум добывают из малахита, куприта, иных оксидных руд и еще без малого из 20 минералов, содержащих ее в различных количествах.
2
В простом виде описываемый элемент представляет собой металл розовато-красного оттенка, характеризуемый высокими пластичными возможностями. Природный купрум включает в себя два нуклида со стабильной структурой.
Радиус положительно заряженного иона меди имеет следующие значения:
- при координационном показателе 6 – до 0,091 нм;
- при показателе 2 – до 0,060 нм.
А нейтральный атом элемента характеризуется радиусом 0,128 нм и сродством к электрону 1,8 эВ. При последовательной ионизации атом имеет величины от 7,726 до 82,7 эВ.
Купрум является переходным металлом, поэтому он имеет переменные степени окисления и малый показатель электроотрицательности (1,9 единиц по шкале Полинга). (коэффициент) равняется 394 Вт/(м*К) при температурном интервале от 20 до 100 °С. Электропроводность меди (удельный показатель) составляет максимум 58, минимум 55,5 МСм/м. Более высокой величиной характеризуется лишь серебро, электропроводность других металлов, в том числе и алюминия, ниже.
Медь не может вытеснять водород из кислот и воды, так как в стандартном потенциальном ряду она стоит правее водорода. Описываемый металл характеризуется гранецентрированной кубической решеткой с величиной 0,36150 нм. Кипит медь при температуре 2657 градусов, плавится при температуре чуть больше 1083 градусов, а ее плотность равняется 8,92 грамм/кубический сантиметр (для сравнения – плотность алюминия равняется 2,7).
Другие механические свойства меди и важные физические показатели:
- давление при 1628 °С – 1 мм рт. ст.;
- термическая величина расширения (линейного) – 0,00000017 ед.;
- при растяжении достигается предел прочности равный 22 кгс/мм2;
- твердость меди – 35 кгс/мм2 (шкала Бринелля);
- удельный вес – 8,94 г/см3;
- модуль упругости – 132000 Мн/м2;
- удлинение (относительное) – 60 %.
Магнитные свойства меди в какой-то мере уникальны. Элемент полностью диамагнитен, показатель его магнитной атомной восприимчивости составляет всего лишь 0,00000527 ед. Магнитные характеристики меди (впрочем, как и все ее физические параметры – вес, плотность и пр.) обуславливают востребованность элемента для изготовления электротехнических изделий. Примерно такие же характеристики имеются и у алюминия, поэтому они с описываемым металлом составляют "сладкую парочку", используемую для производства проводниковых деталей, проводов, кабелей.
Многие механические показатели меди изменить практически нереально (те же магнитные свойства, например), а вот предел прочности рассматриваемого элемента можно улучшить посредством выполнения наклепа. В данном случае он повысится примерно в два раза (до 420–450 МН/м2).
3
Купрум в системе Менделеева включен в группу благородных металлов (IB), находится он в четвертом периоде, имеет 29 порядковый номер, имеет склонность к комплексообразованию. Химические характеристики меди не менее важны, чем ее магнитные, механические и физические показатели, будь то ее вес, плотность либо иная величина. Поэтому мы будем говорить о них подробно.
Химическая активность купрума мала. Медь в условиях сухой атмосферы изменяется незначительно (можно даже сказать, что почти не изменяется). А вот при повышении влажности и наличии в окружающей среде углекислого газа на ее поверхности обычно формируется пленка зеленоватого оттенка. В ней присутствует CuCO3 и Cu(OH)2, а также различные сернистые медные соединения. Последние образовываются из-за того, что в воздухе практически всегда есть некоторое количество сероводорода и сернистого газа. Указанную зеленоватую пленку именуют патиной. Она защищает от разрушения металл.
Если медь нагреть на воздухе, начнутся процессы окисления ее поверхности. При температурах от 375 до 1100 градусов в результате окисления образуется двухслойная окалина, а при температуре до 375 градусов – оксид меди. При обычной же температуре обычно наблюдается соединение Cu с влажным хлором (итог такой реакции – появление хлорида).
С иными элементами группы галогенов медь также взаимодействует достаточно легко. В парах серы она загорается, высокий уровень сродства она имеет и к селену. Зато с углеродом, азотом и водородом Сu не соединяется даже при повышенных температурах. При контакте оксида меди с серной кислотой (разбавленной) получается сульфат и чистая медь, с иодоводородной и бромоидоводородной кислотой – иодид и бромид меди соответственно.
Если же оксид соединить с той или иной щелочью, результатом химической реакции станет появление купрата. А вот самые известные восстановители (оксид углерода, аммиак, метан и другие) способны восстановить купрум до свободного состояния.
Практический интерес представляет способность этого металла вступать в реакцию с солями железа (в виде раствора). В этом случае фиксируется восстановление железа и переход Cu в раствор. Данная реакция применяется для снятия с декоративных изделий напыленного слой меди.
В одно- и двухвалентных формах медь способна создавать комплексные соединения с высоким показателем устойчивости. К таким соединениям относят аммиачные смеси (они представляют интерес для промышленных предприятий) и двойные соли.
4
Главная сфера применения алюминия и меди известна, пожалуй, всем. Из них делают разнообразные кабели, в том числе и силовые. Способствует этому малое сопротивление алюминия и купрума, их особые магнитные возможности. В обмотках электрических приводов и в трансформаторах (силовых) широко используются медные провода, которые характеризуются уникальной чистотой меди, являющейся исходным сырьем для их выпуска. Если в такое чистейшее сырье добавить всего лишь 0,02 процента алюминия, электропроводимость изделия уменьшится процентов 8–10.
Сu, имеющий высокую плотность и прочность, а также малый вес, прекрасно поддается механической обработке. Это позволяет производить отличные медные трубы, которые демонстрируют свои высокие эксплуатационные характеристики в системах подачи газа, отопления, воды. Во многих европейских государствах именно медные трубы используются в подавляющем большинстве случаев для обустройства внутренних инженерных сетей жилых и административных строений.
Мы много сказали об электропроводимости алюминия и меди. Не забудем и об отличной теплопроводности последней. Данная характеристика дает возможность использовать медь в следующих конструкциях:
- в тепловых трубках;
- в кулерах персональных компьютеров;
- в отопительных системах и системах охлаждения воздуха;
- в теплообменниках и многих других устройствах, отводящих тепло.
Плотность и небольшой вес медных материалов и сплавов обусловили и их широкое применение в архитектуре.
5
Понятно, что плотность меди, ее вес и всевозможные химические и магнитные показатели, по большому счету, мало интересуют обычного человека. А вот целебные свойства меди хотят узнать многие.
Древние индийцы применяли медь для лечения органов зрения и различных недугов кожных покровов. Древние греки излечивали медными пластинками язвы, сильную отечность, синяки и ушибы, а также и более серьезные болезни (воспаления миндалин, врожденную и приобретенную глухоту). А на востоке медный красный порошок, растворенный в воде, применялся для восстановления сломанных костей ног и рук.
Лечебные свойства меди были хорошо известны и россиянам. Наши предки излечивали с помощью этого уникального металла холеру, эпилепсию, полиартриты и радикулиты. В настоящее время для лечения обычно используются медные пластинки, которые накладываются на специальные точки на теле человека. Целебные свойства меди при такой терапии проявляются в следующем:
- защитный потенциал организма человека возрастает;
- инфекционные болезни не страшны тем, кто лечится медью;
- наблюдается снижение болевых ощущений и снятие воспалительных явлений.
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.
Твердый металл медь люди научились плавить еще до нашей эры. Название элемента по таблице Менделеева – Cuprum, в честь первого массового расположения производства меди. Именно на острове Кипр в третьем тысячелетии до н.э. начали добывать руду. Металл зарекомендовал себя как хорошее оружие и красивый, блестящий материал для изготовления посуды и других приборов.
Процесс плавления меди
Изготовление предметов требовало множество усилий при отсутствии технологий. В первых шагах развития цивилизации и поиску новых металлов, люди научились добывать и плавить медную руду. Получение руды происходило в малахитовом, а не в сульфидном состоянии. Получение на выходе свободной меди, из которой можно изготавливать детали, требовало обжига. Для исключения окислов, металл с древесным углем размещалась в сосуд из глины. Поджигался металл в специально подготовленной яме, образующийся в процессе угарный газ способствовал процессу появления свободной меди.
Для точных расчетов использовался график плавления меди. В то время производился точный расчет времени и примерная температура, при которой происходит плавка меди.
Медь и ее сплавы
Металл имеет красновато-желтый оттенок благодаря оксидной пленке, которая образуется при первом взаимодействии металла с кислородом. Пленка придает благородный вид и обладает антикоррозийными свойствами.
Сейчас доступно несколько способов добычи металла. Распространёнными являются медный колчедан и блеск, которые встречаются в виде сульфидных руд. Каждая из технологий получения меди требует особого подхода и следования процессу.
Добыча в природных условиях происходит в виде поиска медных сланцев и самородков. Объемные месторождения в виде осадочных пород находятся в Чили, а медные песчаники и сланцы расположились на территории Казахстана. Использование металла обусловлено невысокой температурой плавления. Практически все металлы плавятся путем разрушения кристаллической решетки.
Основной порядок плавления и свойства:
- на температурных порогах от 20 до 100° материал полностью сохраняет свои свойства и внешний вид, верхний оксидный слой остается на месте;
- кристаллическая решетка распадается на отметке 1082°, физическое состояние становится жидким, а цвет белым. Уровень температуры задерживается на некоторое время, а затем продолжает рост;
- температура кипения меди начинается на отметке 2595°, выделяется углерод, происходит характерное бурление;
- при отключении источника тепла происходит снижение температуры, происходит переход в твердую стадию.
Плавка меди возможна в домашних условиях, при соблюдении определенных условий. Этапы и сложность задачи зависят от выбора оборудования.
Физические свойства
Основные характеристики металла:
- в чистом виде плотность металла составляет 8.93 г/см 3 ;
- хорошая электропроводность с показателем 55,5S, при температуре около 20⁰;
- теплопередача 390 Дж/кг;
- кипение происходит на отметке 2600°, после чего начинает выделение углерода;
- удельное электрическое сопротивление в среднем температурном диапазоне – 1.78×10 Ом/м.
Основными направлениями эксплуатации меди является электротехнические цели. Высокая теплоотдача и пластичность дают возможность применения к различным задачам. Сплавы меди с никелем, латунью, бронзой, делаю более приемлемой себестоимость и улучшают характеристики.
В природе она не однородна по своему составу, так как содержит ряд кристаллических элементов, образующих с ней устойчивую структуру, так называемые растворы, которые можно подразделить на три группы:
- Твердые растворы. Образуются, если в составе содержаться примеси железа, цинка, сурьмы, олова, никеля и многих других веществ. Такие вхождения существенно снижают ее электрическую и тепловую проводимость. Они усложняют горячий вид обработки под давлением.
- Примеси, растворяющиеся в медной решетке. К ним относятся висмут, свинец и другие компоненты. Не ухудшают качества электропроводимости, но затрудняют обработку под давлением.
- Примеси, формирующие хрупкие химические соединения. Сюда входят кислород и сера, а также другие элементы. Они ухудшают прочностные качества, в том числе снижают электропроводность.
Масса меди с примесями гораздо больше, чем в чистом виде. Ко всему прочему, элементы примесей существенно влияют на конечные характеристики уже готового продукта. Поэтому их суммарный состав, в том числе количественный, по отдельности должен регулироваться еще на этапе производства. Рассмотрим более подробно влияние каждого элемента на характеристики конечных медных изделий.
- Кислород. Один из самых нежелательных элементов для любого материала, не только медного. С его ростом ухудшается такое качество, как пластичность и устойчивость к коррозионным процессам. Его содержание не должно превышать 0,008%. В ходе термической обработки в результате процессов окисления количественное содержание этого элемента уменьшается.
- Никель. Образует устойчивый раствор и существенно снижает показатели проводимости.
- Сера или селен. Оба компонента одинаково влияют на качество готовой продукции. Высокая концентрация таких вхождений снижает пластичные свойства медных изделий. Содержание таких компонентов не должно превышать 0,001% от общей массы.
- Висмут. Негативно влияет на механические и технологические характеристики готовой продукции. Максимальное содержание не должно превышать 0,001%.
- Мышьяк. Он не меняет свойств, но образует устойчивый раствор, является своего рода защитником от пагубного влияния других элементов, как кислород, сурьма или висмут.
- Марганец. Он способен полностью раствориться в меди практически при комнатной температуре. Влияет на проводимость тока.
- Сурьма. Компонент лучше всех растворятся в меди, наносит ей минимальный вред. Содержание его не должно превышать 0,05% от массы меди.
- Олово. Образует устойчивый раствор с медью и повышает ее свойства по проведению тепла.
- Цинк. Его содержание всегда минимально, поэтому такого пагубного влияния он не оказывает.
Фосфор. Основной раскислитель меди, максимальное содержание которого при температуре 714°С составляет 1,7%.
Сплав на основе меди с добавлением цинка называется латунь. В некоторых ситуациях добавляется олово в меньших пропорциях. Джеймс Эмерсон в 1781 году решил запатентовать комбинацию. Содержание цинка в сплаве может варьироваться от 5 до 45%. Латуни различают в зависимости от предназначения и спецификации:
- простые, состоящие из двух компонентов – меди и цинка. Маркировка таких сплавов обозначается буквой «Л», напрямую значащая содержание меди в сплаве в процентах;
- многокомпонентные латуни – содержат множество других металлов в зависимости от назначения к использованию. Такие сплавы повышают эксплуатационные свойства изделий, обозначаются также буквой «Л», но с прибавлением цифр.
Физические свойства латуни относительно высокие, коррозийная стойкость на среднем уровне. Большинство сплавов не критично к пониженным температурам, возможно эксплуатировать металл в различных условиях.
Технологии получения латуни взаимодействует с процессами медной и цинковой промышленности, обработке вторичного сырья. Эффективным способом плавки является использование электропечи индукционного типа с магнитным отводом и регулировкой температуры. После получения однородной массы, она разливается в формы и подвергается процессам деформации.
Применение материала в различных отраслях, повышает на него спрос с каждым годом. Сплав применяется в суд строительстве и производстве боеприпасов, различных втулок, переходников, болтов, гаек и сантехнических материалов.
Цветной металл для изготовки изделий разных типов начали использовать с древних времен. Данный факт подтверждается найденными материалами при археологических раскопках. Состав бронзы изначально был богат оловом.
Промышленностью выпускается различное количество разновидностей бронзы. Опытный мастер способен по цвету металла определить его предназначение. Однако не каждому под силу определить точную марку бронзы, для этого используется маркировка. Способы производства бронзы подразделяются на литейные, когда происходит плавление и отлив и деформируемые.
Состав металла зависит от предназначения к использованию. Основным показателем является наличие бериллия. Повышенная концентрация элемента в сплаве, подвергнутая процедуре закаливания, может соперничать с высокопрочными сталями. Наличие в составе олова отнимает у металла гибкость и пластичность.
Производство бронзовых сплавов изменилось с древних времен фактически внедрением современного оборудования. Технология с использованием в качестве флюса в виде древесного угля используется до сих пор. Последовательность получения бронзы:
- печь разогревается для требуемой температуры, после этого в нее устанавливается тигель;
- после плавки металл может окислится, во избежание этого добавляют флюс в качестве древесного угля;
- кислотным катализатором служит фосфорная медь, добавление происходит после полного прогрева сплава.
Плавка бронзы
Старинные изделия из бронзы подвержены естественным процессам – патинирование. Зеленоватый цвет с белым оттенком проявляется из-за образования пленки, обволакивающей изделие. Искусственные методы патинирования включают в себя методы с использованием серы и параллельным нагреванием до определенной температуры.
Температура плавления меди
Плавится материал при определенной температуре, которая зависит от наличия и количества сплавов в составе.
В большинстве случаев, процесс происходит при температуре от 1085°. Наличие олова в сплаве дает разбег, плавление меди может начаться при 950°. Цинк в составе также понижает нижнюю границу до 900°.
Для точных расчетов времени понадобится график плавления меди. На обычном листке бумаги используется график, где по горизонтали отмечается время, а по вертикали градусы. График должен указывать, на каких моментах поддерживается температура при нагреве для полного процесса кристаллизации.
Плавление меди в домашних условиях
В домашних условиях медные сплавы возможно плавить несколькими способами. При использовании любого из методов, понадобятся сопутствующие материалы:
- тигель – посуда, изготовленная из закаленной меди или другого огнеупорного металла;
- древесный уголь, понадобится в роли флюса;
- крюк металлический;
- форма будущего изделия.
Наиболее легким вариантом для плавления является муфельная печь. В емкость опускаются куски материала. После установки температуры плавления процесс можно наблюдать через специальное окошко. Установленная дверца позволяет удалять образованную в процессе оксидную пленку, для этого понадобиться заранее подготовленный металлический крюк.
Вторым способом плавления в домашних условиях является использование горелки или резака. Пропан – кислородное пламя отлично подойдет для работ с цинком или оловом. Куски материалов для будущего сплава помещаются в тигель, и нагреваются мастером произвольными движениями. Максимальная температура плавления меди может быть достигнута при взаимодействии с пламенем синего цвета.
Плавка меди в домашних условиях подразумевает работу с повышенными температурами. Приоритетом служит соблюдение техники безопасности. Перед любой процедурой следует одеть защитные огнеупорный перчатки и плотную, полностью закрывающую тело одежду.
Значение плотности меди
Плотность - это отношение массы к объему. Выражается она в килограммах на кубический метр всего объема. В виду неоднородности состава, значение плотности может меняться в зависимости процентного содержания примесей. Поскольку существуют разные марки медных прокатов с разным содержанием компонентов, то и значение плотности у них будет разное. Плотность меди можно найти в специализированных технических таблицах, которая равна 8,93х10 3 кг/м 3 . Это справочная величина. В этих же таблицах показан удельный вес меди, который равен 8,93 г/см 3 . Таким совпадением значений плотности и его весовых показателей характеризуются не все металлы.
Не секрет, что от плотности напрямую зависит конечная масса изготовленного изделия. Однако для расчетов гораздо правильнее использовать удельный вес. Этот показатель очень важен для производства изделий из меди или любых других металлов, но применим больше к сплавам. Он выражается отношением массы меди к объему всего сплава.
Расчет удельного веса
В настоящее время учеными разработано огромное количество способов, помогающих найти характеристики удельного веса меди, которые позволяют даже без обращения к специализированным таблицам вычислять этот немаловажный показатель. Зная его, можно с легкостью подобрать необходимые материалы, благодаря которым в конечном итоге можно получить нужную деталь с требуемыми параметрам. Это делается еще на стадии подготовки, когда планируется создать необходимую деталь из меди или ее содержащих сплавов.
Как уже говорилось выше, удельный вес меди можно подсмотреть в специализированном справочнике, но если под рукой такого нет, то его можно рассчитать по следующей формуле: вес делим на объем и получаем необходимую нам величину. Общими словами такое соотношение можно выразить как общее весовое значение к общему значению объема всего изделия.
Не стоит путать его с понятием плотности, так как он характеризует металл по-другому, хоть и имеет одинаковые значения показателей.
Рассмотрим, как можно вычислить удельный вес, если известна масса и объем медного изделия.
Например, имеем чистый медный лист толщиной 5 мм, шириной 2 м и длиной 1 м. Для начала посчитаем его объем: 5 мм * 1000 мм (1 м = 1000 мм) * 2000 мм, что составляет 10 000 000 мм 3 или 10 000 см 3 . Для удобства расчетов будем считать, что масса листа составляет 89 кг 300 грамм или 89300 грамм. Делим рассчитанный результат на объем и получаем 8,93 г/см 3 . Зная этот показатель, мы всегда с легкостью можем вычислить весовое содержание в меди того или иного сплава. Это удобно, например, для обработки металла.
Единицы измерения удельного веса
В разных системах измерения используются разные единицы для обозначения удельного веса меди:
- В системе измерения СГС или сантиметр-грамм-секунда используется дин/см 3 .
- В Международной СИ используются единицы н/м 3 .
- В системе МКСС или метр-килограмм-секунда-свеча применяется кг/м 3 .
Первые два показателя равны между собой, а третий при конвертации равен 0,102 кг/м 3 .
Расчет веса с использованием значений удельного веса
Не будем уходить далеко и воспользуемся примером, описанным выше. Вычислим общее содержание меди в 25 листах. Поменяем условие и будем считать, что листы изготовлены из медного сплава. Таким образом, берем удельный вес меди из таблицы и он равен 8.93 г/см 3 . Толщина листа 5 мм, площадь (1000 мм * 2000 мм) составляет 2 000 000 мм, соответственно объем будет равняться 10 000 000 мм 3 или 10 000 см 3 . Теперь умножаем удельный вес на объем и получаем 89 кг и 300 гр. Мы вычислили общий объем меди, который содержится в этих листах без учета веса самих примесей, то есть общее весовое значение может быть больше.
Теперь умножаем рассчитанный результат на 25 листов и получаем 2 235 кг. Такие расчеты уместно использовать при обработке медных деталей, так как позволяют узнать, сколько меди всего содержится в изначальных объектах. Аналогичным образом можно рассчитать медные прутки. Площадь сечения провода умножается на его длину, где получим объем прутка, а далее по аналогии с вышеописанным примером.
Как определяется плотность
Плотность меди, как и плотность любого другого вещества, является справочной величиной. Она выражается соотношением массы к объему. Самостоятельно вычислить этот показатель весьма сложно, так как без специальных приборов состав проверить невозможно.
Пример расчета плотности меди
Выражается показатель в килограммах на кубический метр или в граммах на кубический сантиметр. Показатель плотности более полезен для производителей, которые на основе имеющихся данных могут скомпоновать ту или иную деталь с требуемыми свойствами и характеристиками.
Области использования меди
Благодаря физико-механическим свойствам, она широко используется для различных отраслей промышленности. Наиболее часто ее можно встретить в электротехнической области в качестве составляющей части электрического провода. Не меньшей популярностью она пользуется также в производстве систем отопления и охлаждения, электроники и системах теплового обмена.
В строительной отрасли она используется, прежде всего, для создания разного рода конструкций, которые получаются гораздо меньше по массе, чем из любых других аналогичным материалов. Часто ее используют для кровли, так как такие изделия обладают легкостью и пластичностью. Такой материал легко обрабатывается и позволяет менять геометрии профиля, что очень удобно.
Как уже говорилось выше, основное свое применение она находит в изготовлении электрических и иных токопроводящих кабелей, где она используется для изготовления жил проводов и кабелей. Обладая хорошей электропроводностью, она дает достаточное сопротивление электронам тока.
Широко используются также сплавы меди, например, сплав меди и золота повышает прочность последнего в разы.
На стенках медных прокатов никогда не образуются соляные отложения. Такое качество полезно для транспортировки жидкостей и паров.
На основе оксидов меди получают сверхпроводники, а в чистом виде она идет на изготовление гальванических источников питания.
Она входит в состав бронзы, которая обладает стойкостью к агрессивным средам, как морская вода. Поэтому часто ее используют в навигации. Также бронзовые продукты можно увидеть на фасадах домов, как элемент декора, так как такой сплав обрабатывается легко, так как очень пластичен.
