+7(812)309-18-76
Марки меди и их химический состав определен в ГОСТ 859-2001. Сокращенная информация о марках меди приведена ниже (указано минимальное содержание меди и предельное содержание только двух примесей – кислорода и фосфора):
| Марка | Медь | О2 | P | Способ получения, основные примеси |
| М00к | 99.98 | 0.01 | – | Медные катоды:продукт электролитического рафинирования, заключительная стадия переработки медной руды. |
| М0к | 99.97 | 0.015 | 0.001 | |
| М1к | 99.95 | 0.02 | 0.002 | |
| М2к | 99.93 | 0.03 | 0.002 | |
| М00 | 99.99 | 0.001 | 0.0003 | Переплавка катодов в вакууме, инертной или восстановительной атмосфере.Уменьшает содержание кислорода. |
| М0 | 99.97 | 0.001 | 0.002 | |
| М1 | 99.95 | 0.003 | 0.002 | |
| М00 | 99.96 | 0.03 | 0.0005 | Переплавка катодов в обычной атмосфере.Повышенное содержание кислорода. Отсутствие фосфора |
| М0 | 99.93 | 0.04 | – | |
| М1 | 99.9 | 0.05 | – | |
| М2 | 99.7 | 0.07 | – | Переплавка лома.Повышенное содержание кислорода, фосфора нет |
| М3 | 99.5 | 0.08 | – | |
| М1ф | 99.9 | – | 0.012 – 0.04 | Переплавка катодов и лома медис раскислением фосфором.Уменьшает содержание кислорода, но приводит к повышенному содержанию фосфора |
| М1р | 99.9 | 0.01 | 0.002 – 0.01 | |
| М2р | 99.7 | 0.01 | 0.005 – 0.06 | |
| М3р | 99.5 | 0.01 | 0.005 – 0.06 |
Первая группа марок относится к катодной меди, остальные – отражают химический состав различных медных полуфабрикатов (медные слитки, катанка и изделия из неё, прокат).
Специфические особенности меди, присущие разным маркам, определяются не содержанием меди (различия составляют не более 0.5%), а содержанием конкретных примесей (их количество может различаться в 10 – 50 раз). Часто используют классификацию марок меди по содержанию кислорода:
– бескислородная медь (М00 , М0 и М1 ) с содержанием кислорода до 0.001%.
– рафинированная медь (М1ф, М1р, М2р, М3р) с содержанием кислорода до 0.01%, но с повышенным содержанием фосфора.
– медь высокой чистоты (М00, М0, М1) с содержанием кислорода 0.03-0.05%.
– медь общего назначения (М2, М3) с содержанием кислорода до 0.08%.
Примерное соответствие марок меди, выпускаемой по разным стандартам, приведено ниже:
| ГОСТ | EN, DIN |
| М00 | Cu-OFE |
| М0 | Cu-PHC, OF-Cu |
| М1 | Cu-OF, Cu-OF1 |
| М1 | Cu-ETP, Cu-ETP1,Cu-FRTP, Cu-FRHC,
SE-Cu, E-Cu, E Cu57, E Cu58 |
| М1ф | Cu-DHP, SF-Cu |
| М1р | Cu-DLP, SW-Cu |
Разные марки меди имеют различное применение, а отличия в условиях их производства определяют существенные различия в цене.
Для производства кабельно-проводниковой продукции катоды переплавляют по технологии, которая исключает насыщение меди кислородом при изготовлении продукции. Поэтому медь в таких изделиях соответствует маркам М00, М0 , М1 .
Требованиям большинства технических задач удовлетворяют относительно дешевые марки М2 и М3. Это определяет массовое производство основных видов медного проката из М2 и М3.
Прокат из марок М1, М1ф, М1р, М2р, М3р производится в основном для конкретных потребителей и стоит намного дороже.
Физические свойства меди
Главное свойство меди, которое определяет её преимущественное использование – очень высокая электропроводность (или низкое удельное электросопротивление). Такие примеси как фосфор, железо, мышьяк, сурьма, олово, существенно ухудшают её электропроводность. На величину электропроводности существенное влияние оказывает способ получения полуфабриката и его механическое состояние. Это иллюстрируется приведенной ниже таблицей:
Удельное электрическое сопротивление меди для различных полуфабрикатов разных марок (гарантированные значения) при 20оС.
| мкОм*м | Марка | Вид и состояние полуфабриката | ГОСТ, ТУ |
| 0.01707 | М00 | Слитки (непрерывное вертикальное литье) | |
| М00 | Катанка кл.А ( кислород: 0.02-0.035%) | 193-79 | |
| 0.01718 | М0 | Катанка кл.В (кислород: 0.045%) | ТУ 1844 01003292517-2004 |
| 0.01724 | М1 | Катанка кл.С (кислород: 0.05%) | |
| М1 | Слитки (горизонтальное литье) | 193-79 | |
| М1 | Слитки (горизонтальное литье) | ||
| 0.01748 | М1 | Ленты | 1173-2006 |
| М1 | Прутки отожженные | 1535-2006 | |
| 0.01790 | М1 | Прутки полутвердые, твердые, прессованные |
Различия в сопротивлении катанки марок М00, М0 и М1, обусловлены разным количеством примесей и составляют около 1%. В то же время различия в сопротивлении, обусловленные разным механическим состоянием, достигают 2 – 3%. Удельное сопротивление изделий из меди марки М2 примерно 0.020 мкОм*м.
Второе важнейшее свойство меди – очень высокая теплопроводность.
Примеси и легирующие добавки уменьшают электро- и теплопроводность меди, поэтому сплавы на медной основе значительно уступают меди по этим показателям. Значения параметров основных физических свойств меди в сравнении с другими металлами приведены в таблице (данные приведены в двух разных системах единиц измерения):
| Показатели
|
Единица
измерения |
Медь | Алю-
миний |
Латунь
Л63, ЛС |
Бронза
БрАЖ |
Сталь 12Х18Н10 |
| Удельное
элетросопротивление, |
мкОм*м | 0.0172 –
0.0179 |
0.027-
0.030 |
0.065 | 0.123 | 0.725 |
|
Теплопроводность, |
кал/см*с*град | 0.93 | 0.52 | 0.25 | 0.14 | 0.035 |
| Вт/м*град | 386 – 390 | 217 | 106 | 59 | 15 |
По электро – и теплопроводности медь незначительно уступает только серебру.
Влияние примесей и особенности свойств меди различных марок
Отличия в свойствах меди разных марок связаны с влиянием примесей на базовые свойства меди. О влиянии примесей на физические свойства (тепло- и электропроводность) говорилось выше. Рассмотрим их влияние на другие группы свойств.
Влияние на механические свойства.
Железо, кислород, висмут, свинец, сурьма ухудшают пластичность. Примеси, малорастворимые в меди (свинец, висмут, кислород, сера), приводят к хрупкости при высоких температурах.
Температура рекристаллизации меди для разных марок составляет 150- 240о С. Чем больше примесей, тем выше эта температура. Существенное увеличение температуры рекристаллизации меди дает серебро, цирконий. Например введение 0.05% Ag увеличивает температуру рекристаллизации вдвое, что проявляется в увеличении температуры размягчения и уменьшении ползучести при высоких температурах, причем без потери тепло- и электропроводности.
Влияние на технологические свойства.
К технологическим свойствам относятся:
1) способность к обработке давлением при низких и высоких температурах,
2) Паяемость и свариваемость изделий.
Примеси, особенно легкоплавкие, формируют зоны хрупкости при высоких температурах, что затрудняет горячую обработку давлением. Однако уровень примесей в марках М1 и М2 обеспечивают необходимую технологическую пластичность.
При холодном деформировании влияние примесей заметно проявляется при производстве проволоки. При одинаковом пределе прочности на разрыв ( ?в =16 кгс/мм2 ) катанки из марок М00, М0 и М1 имеют разное относительное удлинение ? (38%, 35% и 30% соответственно). Поэтому катанка класса А (ей соответствует марка М00) более технологична при производстве проволоки, особенно малых диаметров. Использование бескислородной меди для производства проводников тока обусловлено не столько величиной электропроводности, сколько технологическим фактором.
Процессы сварки и пайки существенно затрудняются при увеличении содержания кислорода, а также свинца и висмута.
Влияние кислорода и водорода на эксплуатационные свойства.
При обычных условиях эксплуатационные свойства меди (прежде всего долговечность эксплуатации) практически одинаковы для разных марок. В то же время при высоких температурах может проявиться вредное влияние кислорода, содержащегося в меди. Эта возможность обычно реализуется при нагреве меди в среде, содержащей водород.
Кислород изначально содержится в меди марок М0, М1, М2, М3. Кроме этого, если бескислородную медь отжечь на воздухе при высоких температурах, то вследствие диффузии кислорода поверхностный слой изделия станет кислородсодержащим. Кислород в меди присутствует в виде закиси меди, которая локализуется по границам зерен.
Кроме кислорода в меди может присутствовать водород. Водород попадает в медь в процессе электролиза или при отжиге в атмосфере, содержащей водяной пар. Водяной пар всегда присутствует в воздухе. При высокой температуре он разлагается с образованием водорода, который легко диффундирует в медь.
В бескислородной меди атомы водорода располагаются в междоузлиях кристаллической решетки и особо не сказываются на свойствах металла.
В кислородсодержащей меди при высоких температурах водород взаимодействует с закисью меди. При этом в толще меди образуется водяной пар высокого давления, что приводит к вздутиям, разрывам и трещинам. Это явление известно как «водородная болезнь» или «водородное охрупчивание». Оно проявляется при эксплуатации медного изделия при температурах свыше 200о С в атмосфере, содержащей водород или водяной пар.
Степень охрупчивания тем сильнее, чем больше содержание кислорода в меди и выше температура эксплуатации. При 200о С срок службы составляет 1.5 года, при 400о С – 70 часов.
Особенно сильно оно проявляется в изделиях малой толщины (трубки, ленты).
При нагреве в вакууме изначально содержащийся в меди водород взаимодействует с закисью меди и также ведет к охрупчиванию изделия и ухудшению вакуума. Поэтому изделия, которые эксплуатируются при высокой температуре, производятся из бескислородных (рафинированных) марок меди М1р, М2р, М3р.
Механические свойства медного проката
Большая часть медного проката, поступающего в свободную продажу, производится из марки М2. Прокат из марки М1 производится в основном под заказ, кроме того он примерно на 20% дороже.
Холоднодеформированный прокат – это тянутые (прутки, проволока, трубы) и холоднокатаные (листы, лента, фольга) изделия. Он выпускается в твердом, полутвердом и мягком (отожженном) состояниях. Такой прокат маркируется буквой «Д», а состояния поставки буквами Т, П или М.
Горячедеформированный прокат – результат прессования (прутки, трубы) или горячей прокатки (листы, плиты) при температурах выше температуры рекристаллизации. Такой прокат маркируется буквой «Г». По механическим свойствам горячедеформированный прокат близок (но не идентичен) к холоднодеформированному прокату в мягком состоянии.
| Параметры при комнатной темп. | М | Т |
| Модуль упругости E, кгс/мм2 | 11000 | 13000 |
| Модуль сдвига G, кгс/мм2 | 4000 | 4900 |
| Предел текучести ?0.2 , кгс/мм2 | 5 – 10 | 25 – 34 |
| Предел прочности ?в , кгс/мм2 | 19 – 27 | 31 – 42 |
| Относ. удлинение ? | 40 – 52 | 2 – 11 |
| Твердость НВ | 40 – 45 | 70 – 110 |
| Сопротивление срезу, кгс/мм2 | 10 – 15 | 18 – 21 |
| Ударная вязкость, | 16 – 18 | |
| Обрабатываем. резанием, % к Л63-3 | 18 | |
| Предел усталости ?-1 при 100 млн циклов | 7 | 12 |
Высокий предел прочности на сжатие (55 – 65 кгс/мм2) в сочетании с высокой пластичностью определяет широкое использование меди в качестве прокладок в уплотнениях неподвижных соединений с температурой эксплуатации до 250оС (давление 35 Кгс\см2 для пара и 100 Кгс\см2 для воды).
Медь широко используется в технике низких температур, вплоть до гелиевых. При низких температурах она сохраняет показатели прочности, пластичности и вязкости, характерные для комнатной температуры. Наиболее часто используемое свойство меди в криогенной технике – её высокая теплопроводность. При криогенных температурах теплопроводность марок М1 и М2 становится существенной, поэтому в криогенной технике применение марки М1 становится принципиальным.
Медные прутки выпускаются прессованными (20 – 180 мм) и холоднодеформированными, в твердом, полутвердом и мягком состояниях (диаметр 3 – 50 мм) по ГОСТ 1535-2006.
Плоский медный прокат общего назначения выпускается в виде фольги, ленты, листов и плит по ГОСТ 1173-2006:
Фольга медная – холоднокатаная: 0.05 – 0.1 мм (выпускается только в твердом состоянии)
Ленты медные – холоднокатаные: 0.1 – 6 мм.
Листы медные – холоднокатаные: 0.2 – 12 мм
– горячекатаные: 3 – 25 мм (механич. свойства регламентируются до 12 мм)
Плиты медные – горячекатаные: свыше 25 мм (механические свойства не регламентируются)
Горячекатаные и мягкие холоднокатаные медные листы и ленты выдерживают испытание на изгиб вокруг оправки диаметром равным толщине листа. При толщине до 5 мм они выдерживают изгиб до соприкосновения сторон, а при толщине 6 – 12 мм – до параллельности сторон. Холоднокатанные полутвердые листы и ленты выдерживают испытание на изгиб на 90 град.
Таким образом допустимый радиус изгиба медных листов и лент равен толщине листа (ленты).
Глубина выдавливания лент и листов пуансоном радиусом 10 мм составляет не менее 7 мм для листов толщиной 0.1-0.14 мм и не менее 10 мм для листов толщиной 1-1.5 мм. По этому показателю (выдавливаемость) медь уступает латуням Л63 и Л68.
Медные трубы общего назначения изготавливаются холоднодеформированными (в мягком, полутвердом и твердом состояниях) и прессованными (больших сечений) по ГОСТ 617-2006.
Медные трубы используются не только для технологических жидкостей, но и для питьевой воды. Медь инертна по отношению к хлору и озону, которые используются для очистки воды, ингибирует рост бактерий, при замерзании воды медные трубы деформируются без разрыва. Медные трубы для воды производятся по ГОСТ Р 52318-2005, для них ограничено содержание органических веществ на внутренней поверхности. Минимальные радиусы изгиба и допустимые давления для мягких медных труб приведены ниже:
| Размер трубы, мм | Допустимое
давление, бар |
Радиус изгиба, мм | Размер трубы | Допустимое
давление, бар |
| Дюймы (мм) | ||||
| 6*1 | 230 | 30 | 1/4” (6.35*0.8) | 220 |
| 8*1 | 163 | 35 | – | – |
| 10*1 | 130 | 40 | 3/8” (9.52*0.8) | 120 |
| 12*1 | 105 | 45 | 1/2” (12.7*0.8) | 100 |
| 14*1 | 90 | 52 | – | – |
| 16*1 | 80 | 60 | 5/8” (15, 87*1) | 80 |
| 18*1 | 67 | 70 | 3/4” (19,05*1) | 67 |
| 20*1 | 60 | 75 | – | – |
| 22*1 | 54 | 80 | 7/8” (22.22*1) | 54 |
Коррозионные свойства меди.
При нормальных температурах медь устойчива в следующих средах:
– сухой воздух
– пресная вода (аммиак, сероводород, хлориды, кислоты ускоряют коррозию)
– в морской воде при небольших скоростях движения воды
– в неокислительных кислотах и растворах солей (в отсутствии кислорода)
– щелочные растворы (кроме аммиака и солей аммония)
– сухие газы-галогены
– органические кислоты, спирты, фенольные смолы
Медь неустойчива в следующих средах:
– аммиак, хлористый аммоний
– окислительные минеральные кислоты и растворы кислых солей
Коррозионные свойства меди в некоторых средах заметно ухудшаются с увеличением количества примесей.
Контактная коррозия.
Допускается контакт меди с медными сплавами, свинцом, оловом во влажной атмосфере, пресной и морской воде. В то же время не допускается контакт с алюминием, цинком вследствие их быстрого разрушения.
Свариваемость меди
Высокая тепло- и электропроводность меди затрудняют её электросварку (точечную и роликовую). Особенно это касается массивных изделий. Тонкие детали можно сварить вольфрамовыми электродами. Детали толщиной более 2-х мм можно сваривать нейтральным ацетилено-кислородным пламенем. Надежный способ соединения медных изделий – пайка мягкими и твердыми припоями.
Медные сплавы
Техническая медь имеет низкую прочность и износоустойчивость, плохие литейные и антифрикционные свойства. Этих недостатков лишены сплавы на медной основе – латуни и бронзы. Правда эти улучшения достигаются за счет ухудшения тепло- и электропроводности.
Имеются особые случаи, когда нужно сохранить высокую электро- или теплопроводность меди, но придать ей жаропрочность или износоустойчивость.
При нагревании меди выше температуры рекристаллизации происходит резкое снижение предела текучести и твердости. Это затрудняет использование меди в электродах для контактной сварки. Поэтому, для этой цели используют специальные медные сплавы с хромом, цирконием, никелем, кадмием (БрХ, БрХЦр, БрКН, БрКд). Электродные сплавы сохраняют относительно высокую твердость и удовлетворительную электро- и теплопроводность при температурах сварочного процесса (порядка 600 С ).
Жаропрочность достигается также легированием серебром. Такие сплавы (МС) имеют меньшую ползучесть при неизменной электро- и теплопроводности.
Для использования в подвижных контактах (коллекторные пластины, контактный провод) применяют медь с небольшим уровнем легирования магнием или кадмием БрКд, БрМг. Они имеют повышенную износоустойчивость при высокой электропроводности.
Для кристаллизаторов используют медь с добавками железа или олова. Такие сплавы имеют высокую теплопроводность при повышенной износоустойчивости.
Низколегированные марки меди по сути являются бронзами, но часто их относят к группе медного проката с соответствующей маркировкой (МС, МК, МЖ).
