Cuprul, proprietăți, compuși, aliaje, producție, aplicare. Proprietățile cuprului - proprietăți chimice, fizice și unice de vindecare Rezistența specifică a cuprului

Rezistenţă. Rezistența este proprietatea solidelor care rezistă la distrugere, precum și la modificări ireversibile de formă. Principalul indicator al rezistenței este rezistența temporară, determinată la ruperea unei probe cilindrice care a fost recoacetă anterior. Pe baza rezistenței lor, metalele pot fi împărțite în următoarele grupuri:

fragil(rezistența temporară nu depășește 50 MPa) - staniu, plumb, bismut, precum și moale metale alcaline;

durabil(de la 50 la 500 MPa) - magneziu, aluminiu, cupru, fier, titan și alte metale care formează baza celor mai importante aliaje structurale;

rezistență ridicată(mai mult de 500 MPa) - molibden, wolfram, niobiu etc.

Conceptul de putere nu se aplică mercurului, deoarece este un lichid.

Rezistența la rupere a metalelor este indicată în tabelul 10.

Tabelul 10. Rezistența metalelor

Plastic. Plasticitatea este proprietatea solidelor de a reține o parte din deformarea lor atunci când sarcinile care le-au cauzat sunt îndepărtate. Ca indicator al ductilității, alungirea relativă este determinată selectiv prin aceleași încercări ca și rezistența la tracțiune.

În funcție de gradul de ductilitate, metalele sunt de obicei împărțite după cum urmează:

foarte plastic- (alungirea relativă depășește 40%) - metale care stau la baza majorității aliajelor structurale (aluminiu, cupru, fier, titan, plumb) și metale „ușoare” (sodiu, potasiu, rubidiu etc.);

plastic- (alungirea relativa variaza intre 3% si 40%) - magneziu, zinc, molibden, wolfram, bismut etc. (grupa cea mai extinsa);

fragil- (alungire relativă mai mică de 3%) - crom, mangan, colbat, antimoniu.

Purificarea ridicată a metalelor fragile crește ușor ductilitatea. Aliajele obținute din acestea sunt aproape imposibil de prelucrat sub presiune. Produsele industriale din acestea sunt adesea produse prin turnare. Alungirea relativă a metalelor este caracterizată în Tabelul 11.

Tabelul 11. Plasticitatea metalelor.

Duritate. Duritatea este o caracteristică a unui material care reflectă rezistența și ductilitatea acestuia, determinată prin indentarea unei bile (metoda Brinell) sau a unei prisme (metoda Vickers). O evaluare cantitativă a durității este numărul de duritate HB, egal cu raportul dintre sarcina (N) și aria suprafeței imprimării (mm 2). Valorile durității Brinell ale metalelor sunt date în Tabelul 12.

Tabelul 12. Duritatea metalelor.

Modulul de elasticitate longitudinală. Modulul de elasticitate longitudinală, sau modulul lui Young, E determină lichidul metalului, adică. intensitatea creșterii tensiunii pe măsură ce elasticitatea deformației crește (Tabelul 13).

Tabelul 13. Modulul Young al metalelor la 20 o C.

Majoritatea sectoarelor industriale folosesc un metal precum cuprul. Datorită conductivității sale electrice ridicate, nici o singură zonă a ingineriei electrice nu se poate descurca fără acest material. Produce conductori cu caracteristici de performanță excelente. Pe lângă aceste caracteristici, cuprul are ductilitate și refractaritate, rezistență la coroziune și medii agresive. Și astăzi ne vom uita la metal din toate părțile: vom indica prețul pentru 1 kg de fier vechi, vă vom spune despre utilizarea și producția acestuia.

Concept și caracteristici

Cuprul este element chimic, aparținând primului grup al tabelului periodic numit după Mendeleev. Acest metal ductil are o culoare roz-aurie și este unul dintre cele trei metale cu o culoare distinctă. Din cele mai vechi timpuri, a fost folosit activ de om în multe domenii ale industriei.

Caracteristica principală a metalului este conductivitatea sa electrică și termică ridicată. În comparație cu alte metale, conductivitatea curentului electric prin cupru este de 1,7 ori mai mare decât cea a aluminiului și de aproape 6 ori mai mare decât cea a fierului.

Cuprul are un număr caracteristici distinctiveînaintea altor metale:

1. Plastic. Cuprul este un metal moale și ductil. Daca tii cont de sarma de cupru, se indoaie usor, ia orice pozitie si nu se deformeaza. Este suficient să apăsați puțin metalul în sine pentru a verifica această caracteristică.
2. Rezistenta la coroziune. Acest material fotosensibil este foarte rezistent la coroziune. Dacă cuprul este lăsat într-un mediu umed pentru o perioadă lungă de timp, va începe să apară o peliculă verde pe suprafața sa, care protejează metalul de influență negativă umiditate.
3. Răspunsul la creșterea temperaturii. Puteți distinge cuprul de alte metale prin încălzirea acestuia. În acest proces, cuprul va începe să-și piardă culoarea și apoi va deveni mai închis. Ca urmare, atunci când metalul este încălzit, acesta se va înnegri.

Datorită acestor caracteristici, se poate distinge acest material din și alte metale.

Videoclipul de mai jos vă va spune despre proprietăți benefice cupru:

Argumente pro şi contra

Avantajele acestui metal sunt:

• Conductivitate termică ridicată;
• Rezistenta la coroziune;
• Rezistență destul de mare;
• Plasticitate ridicată, care se menține până la o temperatură de -269 de grade;
• Conductivitate electrică bună;
• Posibilitate de aliere cu diverse componente suplimentare.

Citiți mai jos despre caracteristicile, proprietățile fizice și chimice ale substanței metalice cuprul și aliajele sale.

Proprietăți și caracteristici

Cuprul, ca metal slab activ, nu interacționează cu apa, sărurile, alcalii sau acidul sulfuric slab, dar este supus dizolvării în acid sulfuric și azotic concentrat.

Proprietăți fizice metal:

• Punctul de topire al cuprului este de 1084°C;
• Punctul de fierbere al cuprului este de 2560°C;
• Densitate 8890 kg/m³;
• Conductivitate electrică 58 MOhm/m;
• Conductivitate termică 390 m*K.

Proprietăți mecanice:

• Rezistența la tracțiune în stare deformată este de 350-450 MPa, în stare recoaptă - 220-250 MPa;
• Îngustarea relativă în starea deformată este de 40-60%, în starea recoaptă – 70-80%;
• Alungirea relativă în starea deformată este de 5-6 δ ψ%, în starea recoaptă – 45-50 δ ψ%;
• Duritatea în stare deformată este de 90-110 HB, în stare recoaptă - 35-55 HB.

La temperaturi sub 0°C acest material are rezistență și ductilitate mai mare decât la +20°C.

Structura si compus

Cuprul, care are un coeficient de conductivitate electrică ridicat, are cel mai scăzut conținut de impurități. Ponderea lor în compoziție poate fi egală cu 0,1%. Pentru a crește rezistența cuprului, i se adaugă diverse impurități: antimoniu etc. În funcție de compoziția sa și de gradul de conținut de cupru pur, se disting mai multe grade.

Tipul structural de cupru poate include, de asemenea, cristale de argint, calciu, aluminiu, aur și alte componente. Toate sunt caracterizate de moliciune și plasticitate comparativă. Particula de cupru în sine are o formă cubică ai cărei atomi sunt localizați la vârfurile celulei F. Fiecare celulă este formată din 4 atomi.

Pentru a afla de unde să obțineți cupru, urmăriți acest videoclip:

Productie de materiale

ÎN conditii naturale Acest metal se găsește în minereurile native de cupru și sulfuri. RăspânditÎn timpul producției de cupru, au obținut minereuri numite „lustru de cupru” și „pirite de cupru”, care conțin până la 2% din componenta necesară.

Cea mai mare parte (până la 90%) din metalul primar se datorează metodei pirometalurgice, care cuprinde o mulțime de etape: proces de înfrumusețare, prăjire, topire, prelucrare în convertor și rafinare. Partea rămasă se obține prin metoda hidrometalurgică, care constă în levigarea acesteia cu acid sulfuric diluat.

Aplicații

în următoarele domenii:

• Industria electrică, care constă în primul rând în producția de fire electrice. În aceste scopuri, cuprul trebuie să fie cât mai pur, fără impurități străine.
• Realizarea de produse filigranate. Sârma de cupru în stare recoaptă se caracterizează prin ductilitate și rezistență ridicate. De aceea, este utilizat în mod activ în producția de diverse corzi, ornamente și alte modele.
• Topirea catodului de cupru în sârmă. O mare varietate de produse din cupru sunt topite în lingouri, care sunt ideale pentru rularea ulterioară.

Cuprul este utilizat în mod activ cel mai mult diverse domenii industrie. Poate face parte nu numai din sârmă, ci și din arme și chiar din bijuterii. Proprietățile sale și domeniul larg de aplicare i-au influențat favorabil popularitatea.

Videoclipul de mai jos explică cum cuprul își poate schimba proprietățile:

Cuprul este unul dintre primele metale pe care omul a început să le folosească în scopuri tehnice. Împreună cu aurul, argintul, fierul, staniul, plumbul și mercurul, cuprul este cunoscut oamenilor din cele mai vechi timpuri și își păstrează importanța sa tehnică până astăzi.

Cupru sau Cu(29)

Cuprul este un metal roz-roșu, aparține grupului de metale grele și este un excelent conductor de căldură și curent electric. Conductivitatea electrică a cuprului este de 1,7 ori mai mare decât cea a aluminiului și de 6 ori mai mare decât cea a fierului.

Numele latin pentru Cuprum de cupru provine de la numele insulei Cipru, unde deja în secolul al III-lea. î.Hr e. Erau mine de cupru și cuprul era topit. Pe la secolul al II-lea - al III-lea. Topirea cuprului a fost efectuată pe scară largă în Egipt, Mesopotamia, Caucaz și alte țări ale lumii antice. Dar, cu toate acestea, cuprul este departe de cel mai comun element din natură: conținutul de cupru din scoarța terestră este de 0,01%, iar acesta este doar locul 23 dintre toate elementele găsite.

Producția de cupru

În natură, cuprul este prezent sub formă de compuși ai sulfului, oxizi, hidrocarbonați, compuși de dioxid de carbon, ca parte a minereurilor sulfurate și a metalului de cupru nativ.

Cele mai comune minereuri sunt pirita de cupru și luciul de cupru, care conțin 1-2% cupru.

90% din cuprul primar se obține prin metoda pirometalurgică, 10% prin metoda hidrometalurgică. Metoda hidrometalurgică este producerea cuprului prin levigarea acestuia cu o soluție slabă de acid sulfuric și separarea ulterioară a cuprului metalic din soluție. Metoda pirometalurgică constă în mai multe etape: îmbogățire, prăjire, topire pentru mată, purjare în convertor, rafinare.

Pentru îmbogățirea minereurilor de cupru se folosește metoda de flotație (bazată pe utilizarea diferitelor umectare a particulelor care conțin cupru și a rocii reziduale), care permite obținerea unui concentrat de cupru care conține de la 10 la 35% cupru.

Minereurile de cupru și concentratele cu conținut ridicat de sulf sunt supuse prăjirii oxidative. În procesul de încălzire a concentratului sau minereului la 700-800°C în prezența oxigenului atmosferic, sulfurile sunt oxidate, iar conținutul de sulf este redus cu aproape jumătate față de cel original. Se ard numai concentratele sărace (cu un conținut de cupru de la 8 la 25%), iar concentratele bogate (de la 25 la 35% cupru) sunt topite fără ardere.

După prăjire, minereul și concentratul de cupru sunt topite în mată, care este un aliaj care conține sulfuri de cupru și fier. Mate conține de la 30 la 50% cupru, 20-40% fier, 22-25% sulf, în plus, mata conține impurități de nichel, zinc, plumb, aur și argint. Cel mai adesea, topirea se realizează în cuptoare cu reverberație de foc. Temperatura în zona de topire este de 1450°C.

Pentru a oxida sulfurile si fierul, mata de cupru rezultata este supusa suflarii cu aer comprimat in convertoare orizontale cu suflare laterala. Oxizii rezultați sunt transformați în zgură. Temperatura din convertor este de 1200-1300°C. Interesant este că căldura din convertor este eliberată datorită fluxului reactii chimice, fără alimentare cu combustibil. Astfel, convertizorul produce cupru blister care conține 98,4 - 99,4% cupru, 0,01 - 0,04% fier, 0,02 - 0,1% sulf și o cantitate mică de nichel, staniu, antimoniu, argint, aur. Acest cupru este turnat într-o oală și turnat în matrițe de oțel sau într-o mașină de turnare.

În continuare, pentru a îndepărta impuritățile dăunătoare, cuprul blister este rafinat (se efectuează rafinarea la foc și apoi rafinarea electrolitică). Esența rafinării la foc a cuprului blister este oxidarea impurităților, îndepărtarea lor cu gaze și transformarea lor în zgură. După rafinarea la foc se obține cuprul cu o puritate de 99,0 - 99,7%. Se toarnă în matrițe și se obțin lingouri pentru topirea ulterioară a aliajelor (bronz și alamă) sau lingouri pentru rafinarea electrolitică.

Rafinarea electrolitică se realizează pentru a obține cupru pur (99,95%). Electroliza se realizează în băi în care anodul este realizat din cupru rafinat la foc, iar catodul este realizat din foi subțiri de cupru pur. Electrolitul este o soluție apoasă. Când trece un curent continuu, anodul se dizolvă, cuprul intră în soluție și, curățat de impurități, se depune pe catozi. Impuritățile se depun pe fundul băii sub formă de zgură, care este prelucrată pentru a extrage metale valoroase. Catozii se descarcă după 5-12 zile, când greutatea lor ajunge la 60 până la 90 kg. Sunt spălate temeinic și apoi topite în cuptoare electrice.

În plus, există tehnologii pentru obținerea cuprului din fier vechi. În special, cuprul rafinat este obținut din deșeuri prin rafinare la foc.
În funcție de puritate, cuprul este împărțit în grade: M0 (99,95% Cu), M1 (99,9%), M2 (99,7%), M3 (99,5%), M4 (99%).

Proprietățile chimice ale cuprului

Cuprul este un metal slab activ care nu interacționează cu apa, soluțiile alcaline, acidul clorhidric și acidul sulfuric diluat. Totuși, cuprul se dizolvă în agenți oxidanți puternici (de exemplu, azot și sulf concentrat).

Cuprul are o rezistență destul de mare la coroziune. Cu toate acestea, într-o atmosferă umedă care conține dioxid de carbon, suprafața metalului devine acoperită cu o acoperire verzuie (patină).

Proprietățile fizice de bază ale cuprului

Proprietățile mecanice ale cuprului

La temperaturi negative, cuprul are mai mare proprietăți de rezistențăşi plasticitate mai mare decât la o temperatură de 20°C. Cuprul comercial nu are semne de fragilitate la rece. Pe măsură ce temperatura scade, limita de curgere a cuprului crește, iar rezistența la deformarea plastică crește brusc.

Aplicații de cupru

Proprietățile cuprului, cum ar fi conductivitatea electrică și conductibilitatea termică, au determinat principala zonă de aplicare a cuprului - industria electrică, în special pentru fabricarea de fire, electrozi etc. Metalul pur (99,98-99,999%) este utilizat pentru aceasta. scop supuse rafinarii electrolitice.

Cuprul are numeroase proprietăți unice: rezistență la coroziune, fabricabilitate bună, o durată de viață destul de lungă și se potrivește bine cu lemnul, piatra naturală, cărămidă și sticlă. Datorită proprietăților sale unice, acest metal a fost folosit în construcții încă din cele mai vechi timpuri: pentru acoperișuri, decorarea fațadelor clădirilor etc. Durata de viață a structurilor din cupru este de sute de ani. În plus, părțile echipamentelor chimice și uneltele pentru lucrul cu substanțe explozive sau inflamabile sunt fabricate din cupru.

O aplicație foarte importantă a cuprului este producția de aliaje. Unul dintre cele mai utile și mai frecvent utilizate aliaje este alama (sau cuprul galben). Principalele sale componente sunt cuprul și zincul. Adăugările de alte elemente fac posibilă obținerea alamei cu o mare varietate de proprietăți. Alama este mai dura decât cuprul, este maleabilă și rezistentă, astfel încât poate fi ușor rulată foi subțiri sau ștanțate într-o mare varietate de forme. O problemă: devine negru în timp.

Bronzul este cunoscut din cele mai vechi timpuri. Este interesant că bronzul este mai fuzibil decât cuprul, dar duritatea sa este superioară cuprului și staniului pur individual. Dacă acum 30-40 de ani doar aliajele de cupru și staniu se numeau bronz, astăzi sunt deja cunoscute bronzurile de aluminiu, plumb, siliciu, mangan, beriliu, cadmiu, crom și zirconiu.

Aliaje de cupru, precum și cupru pur, au fost de multă vreme folosite pentru producerea diverselor unelte, ustensile și sunt folosite în arhitectură și artă.

Monedele de cupru și statuile de bronz au decorat casele oamenilor din cele mai vechi timpuri. Produsele din bronz de la maeștri au supraviețuit până în zilele noastre. Egiptul antic, Grecia, China. Japonezii au fost mari maeștri în domeniul turnării bronzului. Figura uriașă a lui Buddha de la Templul Todaiji, creată în secolul al VIII-lea, cântărește mai mult de 400 de tone. Pentru a turna o astfel de statuie a fost nevoie de o abilitate cu adevărat remarcabilă.

Printre mărfurile pe care comercianții din Alexandria le comercializau în antichitate, „verdele de cupru” erau foarte populare. Fashioniștii foloseau această vopsea pentru a adăuga cercuri verzi sub ochi - în acele zile era considerată un semn de bun gust.

Din cele mai vechi timpuri, oamenii au crezut în proprietățile miraculoase ale cuprului și au folosit acest metal pentru a trata multe afecțiuni. Se credea că o brățară de cupru purtată pe o mână ar aduce noroc și sănătate proprietarului ei, ar normaliza tensiunea arterială și ar preveni depunerea de sare.

Multe popoare încă atribuie proprietăți vindecătoare cuprului. Locuitorii din Nepal, de exemplu, consideră cuprul un metal sacru care promovează concentrarea gândurilor, îmbunătățește digestia și tratează bolile gastrointestinale (pacienților li se oferă apă de băut dintr-un pahar care conține mai multe monede de cupru). Unul dintre cele mai mari și mai frumoase temple din Nepal se numește „Cupru”.

A existat un caz când minereul de cupru a devenit... vinovatul accidentului pe care l-a suferit cargoul norvegian Anatina. Calele navei, care se îndreptau spre țărmurile Japoniei, erau umplute cu concentrat de cupru. Deodată a sunat o alarmă: nava avusese o scurgere.

S-a dovedit că cuprul conținut în concentrat a format un cuplu galvanic cu corpul de oțel al Anatinei, iar evaporarea apei de mare a servit drept electrolit. Curentul galvanic rezultat a corodat corpul navei într-o asemenea măsură încât au apărut găuri în ea, în care s-a turnat apa oceanului.

Oamenii au studiat proprietățile cuprului, care se găsește în natură sub formă de pepite destul de mari, încă din cele mai vechi timpuri, când vesela, armele, bijuterii și diverse produse de uz casnic erau fabricate din acest metal și aliajele sale. Utilizarea activă a acestui metal de mulți ani se datorează nu numai proprietăților sale speciale, ci și ușurinței procesării. Cuprul, care este prezent în minereu sub formă de carbonați și oxizi, se reduce destul de ușor, ceea ce strămoșii noștri străvechi au învățat să facă.

Inițial, procesul de recuperare a acestui metal părea foarte primitiv: minereul de cupru era pur și simplu încălzit la foc și apoi supus răcirii bruște, ceea ce a dus la crăparea bucăților de minereu, din care cuprul putea fi deja extras. Dezvoltare în continuare Această tehnologie a dus la suflarea aerului în foc: aceasta a crescut temperatura de încălzire a minereului. Apoi minereul a început să fie încălzit în structuri speciale, care au devenit primele prototipuri de cuptoare cu arbore.

Faptul că cuprul a fost folosit de omenire încă din cele mai vechi timpuri este dovedit de descoperiri arheologice, în urma cărora au fost găsite produse fabricate din acest metal. Istoricii au stabilit că primele produse din cupru au apărut deja în mileniul al X-lea î.Hr. și a început să fie extras, prelucrat și utilizat cel mai activ 8-10 mii de ani mai târziu. Desigur, premisele pentru o astfel de utilizare activă a acestui metal au fost nu numai ușurința relativă a extragerii sale din minereu, ci și proprietățile sale unice: greutate specifică, densitate, proprietăți magnetice, conductivitate electrică și specifică etc.

În zilele noastre, este deja dificil de găsit sub formă de pepite, de obicei, este extras din minereu, care este împărțit în următoarele tipuri.

• Bornit - acest minereu poate conține cupru în cantități de până la 65%.
• Calcocit, numit și luciu de cupru. Un astfel de minereu poate conține până la 80% cupru.
• Pirita de cupru, numită și calcopirită (conținut de până la 30%).
• Covelline (conținut de până la 64%).

Cuprul poate fi extras și din multe alte minerale (malahit, cuprită etc.). Îl conțin în cantități diferite.

Proprietăți fizice

Cuprul în forma sa pură este un metal a cărui culoare poate varia de la roz la roșu.

Raza ionilor de cupru cu sarcină pozitivă poate lua următoarele valori:

• dacă indicele de coordonare corespunde cu 6 - până la 0,091 nm;
• dacă acest indicator corespunde la 2 - până la 0,06 nm.

Raza atomului de cupru este de 0,128 nm și este, de asemenea, caracterizat printr-o afinitate electronică de 1,8 eV. Când un atom este ionizat valoare dată poate lua o valoare de la 7,726 la 82,7 eV.

Cuprul este un metal de tranziție cu o valoare a electronegativității de 1,9 pe scara Pauling. În plus, starea sa de oxidare poate lua diferite valori. La temperaturi cuprinse între 20 și 100 de grade, conductivitatea sa termică este de 394 W/m*K. Conductivitatea electrică a cuprului, care este depășită doar de argint, este în intervalul 55,5-58 MS/m.

Deoarece cuprul din seria potențială este la dreapta hidrogenului, nu poate înlocui acest element din apă și diferiți acizi. Rețeaua sa cristalină are un tip cubic centrat pe față, valoarea sa este de 0,36150 nm. Cuprul se topește la o temperatură de 1083 de grade, iar punctul său de fierbere este de 26570. Proprietățile fizice ale cuprului sunt determinate și de densitatea sa, care este de 8,92 g/cm3.

Din proprietăţile sale mecanice şi indicatori fizici De asemenea, este de remarcat următoarele:

• dilatare liniară termică - 0,00000017 unități;
• rezistența la tracțiune la care corespund produsele din cupru este de 22 kgf/mm2;
• duritatea cuprului pe scara Brinell corespunde unei valori de 35 kgf/mm2;
• greutate specifică 8,94 g/cm3;
• modulul elastic este de 132000 Mn/m2;
• valoarea alungirii este de 60%.

Proprietățile magnetice ale acestui metal, care este complet diamagnetic, pot fi considerate complet unice. Aceste proprietăți, împreună cu parametrii fizici: greutatea specifică, conductivitatea specifică și altele, explică pe deplin cererea largă pentru acest metal în producția de produse electrice. Aluminiul are proprietăți similare, care este, de asemenea, utilizat cu succes în producția de diverse produse electrice: fire, cabluri etc.

Partea principală a caracteristicilor pe care le are cuprul este aproape imposibil de schimbat, cu excepția rezistenței sale la tracțiune. Această proprietate poate fi îmbunătățită de aproape două ori (până la 420–450 MN/m2) dacă se efectuează o operație tehnologică precum călirea.

Proprietăți chimice

Proprietățile chimice ale cuprului sunt determinate de poziția sa în tabelul periodic, unde are numărul de serie 29 și este situat în a patra perioadă. Ceea ce este de remarcat este că se află în același grup cu metalele nobile. Acest lucru îi confirmă încă o dată unicitatea proprietăți chimice, despre care ar trebui discutat mai detaliat.

În condiții de umiditate scăzută, cuprul nu prezintă practic nicio activitate chimică. Totul se schimbă dacă produsul este plasat în condiții caracterizate de umiditate ridicată și conținut ridicat de dioxid de carbon. În astfel de condiții, începe oxidarea activă a cuprului: pe suprafața sa se formează un film verzui format din CuCO3, Cu(OH)2 și diverși compuși cu sulf. Acest film, numit patina, funcționează functie importanta protejând metalul de distrugerea ulterioară.

Oxidarea începe să apară în mod activ atunci când produsul este încălzit. Dacă metalul este încălzit la o temperatură de 375 de grade, atunci se formează oxid de cupru pe suprafața sa, dacă este mai mare (375-1100 de grade), atunci scară cu două straturi.

Cuprul reacționează destul de ușor cu elementele care fac parte din grupul halogenului. Dacă un metal este plasat în vapori de sulf, acesta se va aprinde. De asemenea, prezintă un grad ridicat de afinitate pentru seleniu. Cuprul nu reacționează cu azotul, carbonul și hidrogenul chiar și la temperaturi ridicate.

Interacțiunea oxidului de cupru cu diferite substanțe merită atenție. Astfel, când reacţionează cu acidul sulfuric, se formează sulfat şi cupru pur, cu acid bromhidric şi iodhidric – bromură şi iodură de cupru.

Reacțiile oxidului de cupru cu alcalii, care au ca rezultat formarea de cuprat, arată diferit. Producția de cupru, în care metalul este redus la o stare liberă, se realizează folosind monoxid de carbon, amoniac, metan și alte materiale.

Cuprul, atunci când interacționează cu o soluție de săruri de fier, intră în soluție, iar fierul este redus. Această reacție este utilizată pentru a îndepărta stratul de cupru depus din diferite produse.

Cuprul mono și divalent este capabil să creeze compuși complecși, caracterizat prin stabilitate ridicată. Astfel de compuși sunt săruri duble de cupru și amestecuri de amoniac. Ambele au găsit o aplicare largă în diverse industrii.

Aplicații ale cuprului

Utilizarea cuprului, precum și a aluminiului, care este cel mai asemănător ca proprietăți cu acesta, este binecunoscută - în producția de produse prin cablu. Fire de cupru iar cablurile se caracterizează prin rezistență electrică scăzută și speciale proprietăți magnetice. Pentru producția de produse prin cablu, se folosesc tipuri de cupru caracterizate prin puritate ridicată. Dacă în compoziția sa se adaugă chiar și o cantitate mică de impurități metalice străine, de exemplu, doar 0,02% aluminiu, atunci conductivitatea electrică a metalului original va scădea cu 8-10%.

Scăzut și puterea sa ridicată, precum și capacitatea de a ceda diverse tipuri prelucrare- acestea sunt proprietățile care fac posibilă producerea de conducte din acesta care sunt utilizate cu succes pentru transportul de gaz, apă caldă și rece și abur. Nu este o coincidență că aceste conducte sunt utilizate ca parte a comunicațiilor inginerești ale clădirilor rezidențiale și administrative în majoritatea țărilor europene.

Cuprul, pe lângă conductivitatea electrică excepțional de ridicată, se distinge prin capacitatea sa de a conduce bine căldura. Datorită acestei proprietăți, este utilizat cu succes ca parte a următoarelor sisteme.

Rețeaua cristalină de cupru este un cub centrat pe față. Nu are transformări polimorfe. Punct de topire 1083 °C. Rezistența și ductilitatea cuprului depind puternic de întărirea la rece. După laminare și recoacere, cuprul are o rezistență la tracțiune de 200...250 MPa și o alungire relativă de 30...35%.

Datorită ductilității sale ridicate, cuprul este slab prelucrat prin tăiere, dar este ușor deformat în stări calde și reci. Rezistența cuprului ca urmare a deformării la rece crește la 700 MPa, iar ductilitatea acestuia scade la 1...3%.

În funcție de compozitia chimica Există următoarele grade de cupru: M00 (99,99% Cu), MO (99,95% Cu), Ml (99,90% Cu), M2 (99,70% Cu), M3 (99,50% Cu), M4 (99,0% Cu). Cu cât este mai mare numărul din gradul de cupru, cu atât conține mai multe impurități.

Toate impuritățile, cu excepția beriliului, afectează conductivitatea electrică a cuprului. Este redusă mai ales puternic de elementele care formează soluții solide cu solubilitate limitată și provoacă distorsiuni severe ale rețelei cristaline - fosfor, siliciu, fier și arsen. Elementele care sunt complet solubile în cupru și îi distorsionează ușor rețeaua îi reduc conductivitatea electrică într-o măsură mult mai mică. De exemplu, argintul nu are aproape niciun efect asupra conductivității electrice a cuprului. Aliajul, care conține aproximativ 0,25% argint, este utilizat pentru realizarea înfășurărilor turbogeneratoarelor grele.

Impuritățile care nu se dizolvă în cupru sau formează incluziuni insolubile nu au aproape niciun efect asupra conductivității electrice a cuprului (silicați, incluziuni de sulf și oxigen, plumb, bismut).

În instalațiile de răcire adâncă, tuburile de cupru sunt folosite pentru a conecta manometre și alte instrumente. Rezistența mecanică scăzută a cuprului nu permite utilizarea conducte de cupru diametru mare. Rețineți că cuprul este susceptibil să se strecoare la temperatura camerei.

Datorită conductivității sale termice ridicate și rezistenței bune la coroziune în multe medii, cuprul este utilizat ca material pentru încălzirea suprafețelor schimbătoarelor de căldură tubulare.

Alamă- aliaje de cupru în care componenta de aliere predominantă este zincul. Pe lângă cupru și zinc, alama poate conține mici impurități ale altor elemente.

Alama este marcată cu litera L, urmată de un număr care indică conținutul de cupru din ea (L96, L68 etc.). Dacă, pe lângă cupru și zinc, alama conține impurități ale altor elemente, atunci litera L este urmată de litera adoptată pentru a simboliza impuritatea: O - staniu, C - plumb, A - aluminiu, F - fier, Mts - mangan , N - nichel, K - siliciu, F - fosfor. De exemplu: LAZH60-1 -1 -alama conține 60% cupru, 1% aluminiu, 1% fier, restul este zinc.

Alama cu un conținut ridicat de cupru se numește tompaks - L96 și L80, iar L85 și L80 - semi-tompaks.

În ingineria termică, alama este folosită pentru a face tuburi de condensare. turbine cu abur si cazane de incalzire. Pentru condensatoarele care functioneaza pe apa dulce se folosesc tuburi din alama L68, iar pentru cazanele de termoficare de la L68 si L63. Tuburile de alamă sunt preferate față de tuburile din oțel carbon datorită rezistenței mai mari la coroziune în apă.

În timpul funcționării, se observă un tip special de distrugere a tuburilor de alamă - dezincificarea. Secțiuni individuale ale țevii sau întreaga sa suprafață se transformă în cristale de cupru. Uneori, acest proces se dezvoltă sub formă de formațiuni ulcerative: „dopurile” de cupru cad ușor și continuitatea țevii este întreruptă. Durata de viață normală a țevilor de alamă din cazane și condensatoare este de 20 de ani, totuși, cu dizolvarea continuă a stratului de zinc, defecțiunea în masă a țevilor începe după 4...6 ani. Când se formează „dopurile”, defecțiunea conductei începe după 1...2 ani și uneori chiar după câteva luni. Alama L070-1 rezistă oarecum mai bine la dizolvarea zincului decât alama L63. Prin urmare, tuburile din alamă LO70-1 sunt plasate pe condensatoare răcite cu apă de mare. Acidul carbonic și amoniacul dizolvate în apă răcită accelerează foarte mult procesul de dezincificare.

Este mai economic să instalați pe răcitoarele care funcționează pe apă de mare, tuburi de cupronichel mai scumpe (MH70-30), a căror durată de viață este de cel puțin 10 ani față de 3 ani de tuburi de alamă ieftine.

În tabel 8.1 prezintă câteva alame și lor proprietăți mecanice.

Tuburile de alamă sunt întărite în timpul procesului de fabricație, astfel încât există tensiuni reziduale în materialul tubului. Depozitarea lor în aer duce la formarea de fisuri. Pentru a preveni formarea fisurilor, tuburile sunt recoapte la 200...400 °C timp de câteva ore.

Pentru piesele fabricate prin tăiere se utilizează alamă L59 și alamă cu plumb LS59-1.

Tabelul 8.1

Proprietățile mecanice ale unor alame (după recoacere)

O serie de alama sunt utilizate în principal pentru fabricarea pieselor turnate. Piesele rezistente la coroziune sunt turnate din alamă de aluminiu LA67-2,5 alamă LK80-ZL și LMtsOS5 8-2-2-2 sunt folosite pentru turnarea de armare.

alama deformabila - alama care contine 57...97% Cu, care are o ductilitate mare, este usor prelucrata prin presiune (Tabelul 8.2).

Tabelul 8.2

Compoziția chimică și aplicarea alamelor forjate*

(conform GOST 15527-70)

Sfârșitul mesei. 8.2

* Alama de calitate L70 nu trebuie să conțină mai mult de 0,005% A$; 0,005% Bp și 0,002% B; în alamele antimagnetice, conținutul de fier nu trebuie să fie mai mare de 0,03%.

Alama de turnatorie destinate producerii de semifabricate si piese modelate prin turnare. Alama de turnătorie conține 50...81% Cu. Ca elemente de aliere se folosesc aluminiu, mangan, fier, siliciu, staniu și plumb. Alama de turnătorie se distinge prin proprietăți ridicate de turnare și rezistență la coroziune. Cele mai multe dintre ele au proprietăți antifricțiune bune și în unele cazuri sunt înlocuitori completi pentru bronzurile de staniu. Conform GOST 17711-80, sunt produse 10 clase de alamă de turnătorie (Tabelul 8.3).

Alama turnată este folosită pentru a face piese turnate rezistente la coroziune ale navelor maritime (elice, pale, fitinguri etc.), avioane, diverse mașini și aparate, toate tipurile de șuruburi de presiune și melcat, angrenaje, rulmenți și alte piese anti-fricțiune care funcționează in conditii grele.

Structura din alamă turnată, cu excepția alamei L62, este monofazată. Alama L62 în stare recoaptă are o structură în două faze - cristale (a + P). La temperaturi peste 750 °C, această alamă constă numai din cristale în fază p. Alte Tabelul 8.3

Compoziția chimică și proprietățile mecanice ale alamei de turnare (conform GOST 17711-80)

				Mecanic proprietăți
			alte elemente	st in, MPa (nu mai puțin)
LAZHMts66-6-3-2
LMtsOS58-2-2-2

* Chill turning. ** Aruncare în pământ. *** Turnare centrifuga.

Rezistența și duritatea alamei crește odată cu creșterea conținutului de zinc. Alama L68 are ductilitate maxima, folosita in principal pentru piese fabricate prin matritare sau alte tipuri de prelucrare cu grade ridicate de tragere. Alama forjată standard cea mai frecvent utilizată este alama L62, care conține o cantitate minimă de cupru și are proprietăți mecanice și rezistență la coroziune destul de ridicate. Alama deformabila destinata fabricarii pieselor prin matritare, alaturi de ductilitate mare, trebuie sa aiba o anumita granulatie. Structura cu granulație grosieră duce la formarea unei suprafețe rugoase pe produsele ștanțate. Alama forjată cu granule foarte fine poate dezvolta fisuri în timpul ambutisării adânci.

Foile, tijele, tuburile și firele sunt realizate din alamă forjată.

Alama deformabilă de calitate L96, rezistentă la fisurarea coroziunii, are o conductivitate termică ridicată și este utilizată pentru fabricarea tuburilor radiatoare și a tuburilor condensatoare pentru avioane.

Alama L90 are o rezistență ridicată la coroziune și se sudează bine cu oțel. Din el sunt fabricate bimetale de tip oțel-alamă.

Alama deformabila rezistenta la coroziune - alama care contine 60...91% Cu si unul sau mai multe elemente de aliere.

Alama deformabilă rezistentă la coroziune are o rezistență la coroziune mai mare decât alama simplă (dublă) și poate fi prelucrată cu ușurință sub presiune. Aditivi care îmbunătățesc rezistența la coroziune a alamei: aluminiu, mangan, siliciu, nichel, staniu și arsen.

Aluminiu crește rezistența la coroziune a alamei în condiții de mare și apă dulce. Adăugările de nichel și fier la alama care conțin aluminiu măresc rezistența și rezistența la coroziune. Sunt produse următoarele clase care conțin aluminiu: LA85-0.5, LA77-2, LAZH60-1-1, LAN59-3-2. Rezistența la tracțiune a acestor alame în stare recoaptă este de 380-500 MPa și în stare prelucrată la rece (50%) - 580...700 MPa, alungirea relativă 40...55 și respectiv 8...12% . Alama deformabilă, rezistentă la coroziune cu un conținut ridicat de cupru de gradul LA85-0,5 este utilizată pentru fabricarea însemnelor, accesoriilor și produse de artă; LA77-2 - pentru conducte de condensator. Țevile și tijele sunt fabricate din alamă deformabilă rezistentă la coroziune LAZH60-1-1 pentru piese de înaltă rezistență care funcționează în apă de mare. Alama deformabilă rezistentă la coroziune LAN59-3-2 se caracterizează prin rezistență ridicată și rezistență la coroziune și este destinată pieselor rezistente la coroziune, de înaltă rezistență, utilizate în construcțiile navale maritime, inginerie electrică și echipamente chimice.

Mangan creste rezistenta alama impotriva actiunii apei de mare, clorurilor si aburului supraincalzit. În combinație cu aluminiu și fier, manganul crește și rezistența alamelor. Proprietăți mecanice ale alamei deformabile produse, rezistente la coroziune cu clasele de mangan LZhMts59-1-1, LMts58-2 și LMtsA57-3-1: rezistență la tracțiune 45...600 MPa, alungire relativă 40...60%. Țevile, foile, benzile și tijele sunt fabricate din alamă LZhMts59-1-1, LMts58-2 și LMtsA57-3-1. De asemenea, produc alamă LNMtsZHA60-1-2-1-1 non-standard (58...62% Cu, 0,1...0,5% Nr., 1,5...2,5% Mn, 0,5... 1,1% Re și 0,5...1% A1), caracterizat prin rezistență ridicată la coroziune în apă dulce și de mare. Această alamă înlocuiește bronzul și alama cu conținut ridicat de cupru și poate fi realizată din aliaje de cupru reciclate; utilizate pentru fabricarea de piese în construcțiile navale maritime.

Siliciu(alama de siliciu) crește rezistența la coroziune a alamei în apă de mare și în condiții atmosferice și, de asemenea, crește rezistența la fisurarea coroziunii. Alama cu siliciu este produsă în standard LK80-3 și non-standard LKS65-1,3-3 (63,5...66,5% Cu, 1...2% Bts 2,5...3,5 Pb). Acesta din urmă este bine prelucrat prin tăiere și are proprietăți anti-fricțiune ridicate. Piesele forjate și ștanțate sunt realizate din alamă LK80-3. Proprietăți mecanice ale alamei LK80-3: rezistență la tracțiune 300...500 MPa, alungire relativă 15...40%.

Nichel(alama nichel) mareste rezistenta la coroziune a alamei in conditii atmosferice si apa de mare si creste usor rezistenta la dezincificare. Se produce alamă standard LN65-5, caracterizată prin rezistență ridicată la coroziune și proprietăți mecanice îmbunătățite (rezistență la tracțiune 380...700 MPa, alungire relativă 4...60%). Foile, benzile, benzile, țevile, tijele și profilele sunt realizate din alamă LN65-5. Este folosit pentru tuburile de condensare, tuburile de presiune și ecranele mașinilor de hârtie.

Staniu crește rezistența la coroziune a alamelor din apă de mare și dulce, drept urmare sunt numite alama marine. Conform GOST 17711-80, sunt produse patru clase de alamă cu staniu: LO90-1, LO70-1, L062-1 și LO60-1. Proprietățile mecanice ale alamelor cu staniu în funcție de conținutul de staniu: rezistență la tracțiune în stare recoaptă de la 280 la 350 MPa, în stare prelucrată la rece de la 450 la 650 MPa și alungire relativă 40...60% și 8.. .12%, respectiv. Alama LO90-1 este folosită pentru a face benzi și benzi utilizate pentru piesele anti-fricțiune care necesită o rezistență bună la coroziune. Alama L070-1 este destinată în principal fabricării țevilor de condensator, echipamentelor de încălzire etc. Alama L062-1 este furnizată sub formă de foi, benzi și tije și este destinată tuturor tipurilor de piese din construcțiile navale maritime. Alama LO60-1 este folosită sub formă de sârmă și tije subțiri pentru sudarea diferitelor structuri în construcțiile navale.

Arsenicul în cantități de până la 0,05% crește de mai multe ori rezistența la dezincificare a alamei cu conținut ridicat de zinc (mai mult de 20%).

Alamă nituită. Aceasta include alama L 62, din care se realizează sârmă cu un diametru de la 1 la 10 mm. Sârma este produsă într-o stare recoaptă cu un de cel puțin 380 MPa și o alungire relativă de cel puțin 18%. Pentru a evita fisurarea coroziunii, piesele nituite trebuie supuse recoacerii la temperaturi joase la 250...300 °C.

Bronz. Bronzurile sunt aliaje de cupru în care componenta principală de aliere este orice metal, altul decât zincul. Zincul poate fi, de asemenea, parte din bronzuri, dar în acestea nu este principalul element de aliere. Majoritatea bronzurilor au proprietăți bune de turnare și sunt ușor de tăiat.

Desemnarea gradelor de bronz începe cu literele Br. Urmează apoi literele corespunzătoare elementelor de aliere a bronzului. Cifrele indică conținutul procentual al acestor elemente. De exemplu: BrSZO conține aproximativ 30% plumb, iar BrF6,5-0,25 conține 6,5% staniu și 0,25% fosfor.

Bucșele lagărelor de alunecare și alte piese de frecare (dințate, ghidaje etc.) sunt realizate din bronz. Bronzurile oferă un coeficient de frecare scăzut atunci când sunt asociate cu oțel, se sparg bine (percep bine forma arborelui), rezistă la presiuni specifice mari și se uzează puțin.

Materialul unei carcase de rulment sau a unei alte piese de frecare, care are proprietăți anti-frecare bune, trebuie să fie compus din cel puțin două componente structurale: tare și moale. În timpul procesului de rodare a arborelui la rulment, se produce componenta moale, se formează microcanale prin care circulă lubrifiantul. Arborele se sprijină pe incluziunile solide ale carcasei rulmentului. Dar incluziunile dure ale materialului de căptușeală trebuie să fie mai moi decât cea mai moale componentă structurală a arborelui. În caz contrar, incluziunile solide în materialul carcasei rulmentului vor cauza uzura rapidă a arborelui. Baza metalică moale a căptușelii absoarbe bine particulele solide care intră accidental în rulment.

Bronzuri de staniu sunt predispuse la lichidare: prin răcire accelerată capătă o structură dendritică pronunțată. Proprietățile bune de turnare ale bronzurilor de staniu le permit să fie utilizate pentru turnarea modelată.

Numai bronzurile monofazate care nu conțin mai mult de 5...6% 8p pot fi supuse tratamentului sub presiune. Aceste bronzuri sunt supuse recoacerii de recristalizare (la 600...650 °C) - ca operatie intermediara in timpul prelucrarii la rece sau ca operatie finala pentru a conferi proprietatile necesare semifabricatelor finite. Bronzurile de staniu, în special cele bifazate, au proprietăți anti-fricțiune ridicate.

Bronzurile cu un conținut ridicat de cositor scump sunt înlocuite cu bronzuri mai ieftine, la care se adaugă zinc și plumb. În plus, plumbul îmbunătățește prelucrabilitatea.

La bronzurile de staniu se adaugă și fosfor (până la 1%), care este un agent dezoxidant și le îmbunătățește proprietățile de turnare. Fosforul crește proprietățile mecanice și anti-fricțiune.

Bronzuri de aluminiu, care conțin până la 6...8% A1, sunt tratate sub presiune în stare rece sau fierbinte. Deformarea la rece crește semnificativ rezistența.

Bronzuri de siliciu superioare staniului în proprietăți mecanice și în același timp sunt mai ieftine. Sunt foarte rezistente la coroziune într-o serie de medii agresive, în special în alcalii. Bronzurile de siliciu monofazate au ductilitate ridicată.

Bronzuri de beriliu conţin 2...2,5% Fi, au cel mai bun complex proprietățile tuturor bronzurilor cunoscute. Ca rezultat, bronzul cu beriliu îmbunătățește semnificativ proprietățile mecanice tratament termic. Bronzurile de beriliu capătă cele mai înalte proprietăți mecanice după întărire cu

760...780 °C în apă și învechire la 300...350 °C timp de 2 ore.

În stare călită, bronzurile de beriliu au a = 500 MPa; 5 = 45% și duritate HB 120. Odată cu îmbătrânirea, rezistența temporară la întindere crește la 1300... 1350 MPa, duritatea până la HB 400, alungirea relativă scade la 1,5%, Arcurile din echipamentele electrice, membranele și piesele sunt realizate din tehnologia electronică a bronzurilor de beriliu.

Bronzuri de plumb conțin până la 30% Pb. Plumbul și cuprul sunt insolubile în stare solidă, astfel încât microstructura bronzurilor cu plumb constă din cristale de cupru mai dur și plumb mai moale. Acest lucru oferă bune proprietăți antifricțiune ale aliajului, dar proprietățile mecanice atunci când sunt turnate în matriță sunt scăzute. Bronzul cu plumb este utilizat pentru fabricarea carcaselor de rulment care funcționează la viteze mari și la presiuni ridicate.

În tabel 8.4 prezintă proprietățile mecanice și scopul unor bronzuri.

Tabelul 8.4

Proprietățile mecanice și scopul bronzurilor

Sfârșitul mesei. 8.4

	Stat material			Scop
BrOF6,5-0,15	rece deformare			Foi și benzi, sârmă pentru arcuri
				Arcuri purtătoare de curent, contacte (de tip arc) în mașini electrice și aparate din industria chimică
	rece deformare
	Aruncarea în pământ			Turnare în formă
	Tije presate			Tije, forjate
BrAZH10-4-4L	Chill turning			Turnare în formă
BRAZHN 10-4-4	deformare și recoacere			Tije, tevi, piese forjate
	rece deformare
	După rulare și recoacere			Bandă, sârmă, tije. Rezervoare sudate în industria alimentară
	rece deformare
				Părți critice ale unităților de frecare care funcționează la viteze mari, presiuni specifice și temperaturi ridicate. Contacte cu arc, arcuri, membrane, burduf
	După întărire și îmbătrânire	1150...

Reveni