№ 10 дәріс. Мыс негізіндегі қорытпалар

Мыс – қ ызыл тү сті металл, оның тығ ыздығ ы 8, 9 г/см³ қ ұ райды, ал балқ у температурасы – 1083 °С. Мыс бү йірлі орталық тандырылғ ан кубтық торлы болады жә не қ ыздыру кезінде тү рленуге тү спейді. Таза мыс жоғ ары электрө ткізгіштікке, илемділікке жә не коррозиялық ұ тұ рақ тылық қ а ие. Мыстың қ асиеттері металдың тазалығ ына тә уелді. Қ оспалар мө лшерінің дең гейі оның маркасын анық тайды: М00 - 99, 96 % Си; М0 - 99, 93; M1 - 99, 00; М2 - 99, 7 жә не М3 - 99, 5 % Си.

Қ ұ йылғ ан кү йде мыстың беріктік қ асиеттері жоғ ары емес (σ _в = 160 МПа), бірақ илемділігі жақ сы (δ = 25 %). Суық илемді деформация σ _в 450 МПа дейін жоғ арылатуғ а мү мкіндік береді, бірақ илемділік бұ л кезде тө мендейді (δ < 3 %). Мыс жақ сы соғ ылады, бірақ кесумен нашар ө ң деледі жә не шө гуінің жоғ арылығ ы мен сұ йық ағ уының тө менділігінен қ ұ ю қ асиеттері тө мен болады. Мыстың механикалық жә не технологиялық қ асиеттерін тө мендететін зиянды қ оспалар – висмут, қ орғ асын, кү кірт жә не оттегі. Висмут пен қ орғ асын мыста ерімейді деседе болады жә не тү йірлер шекараларында жең іл балқ итын эвтектикалар тү зейді, бұ л илемді деформациялану қ абілеттілігін тө мендетеді. Кү кірт пен оттегі мыспен мортты эвтектика Сu–Cu₃S жә не Сu–Сu₂О тү зейді, олар тү йірлер шекарасында орналасады. Қ ұ рамында оттегі болатын мысты қ ыздыру кезінде, ылғ алды атмосферада мыстың «сутегілі ауруы» айқ ындалады:

Сu₂О + Н₂ = 2Сu + Н₂О. (12)

Тү йірлер арасында тү зілетін су булары жоғ ары қ ысым тудырады жә не жарық шақ тардың пайда болуына ә сер етеді. Мыстың барлық қ орытпалары, негізгі легирлеуші элементке тә уелді, екі топқ а бө лінеді: жездер жә не қ олалар.

Жез деп негізгі легирлеуші элементі мырыш болып табылатын мыстың екікомпонентті немесе кө пкомпонентті қ орытпалары аталады. Сu–Zn жү йесінде ә ртү рлі табиғ атты алты қ атты ерітінділер тү зіледі, бірақ тә жірибеде қ олданылатын қ орытпаларда (45 % Zn дейін) қ ұ рылым бір ғ ана α -фазамен, немесе екі фазамен – α + β кө рсетіледі.

17 суретте кескінделгендей, қ ұ рамында 39 % дейін мырыш бар қ орытпалар тепе-тең дік қ ұ рылымғ а жеткен кезде, мырыштың мыстағ ы бірфазалы α – қ атты ерітіндісі болады. Нақ ты қ ұ ймаларда β -фаза мырыштың 30 % жоғ ары мө лшерінде-ақ байқ ала бастайды. Одан ө зге, жез қ ұ рамында легирлеуші элементтер (Al, Pb, Fe, Ni, Sn, Mn) болады. Олардың барлығ ы, никельден ө згесі, мырыштың ерігіштігін тө мендетеді жә не екіфазалы (α + β ^/)- жездің тү зілуіне ә сер етеді. Қ атты α -ерітінді ГЦК торлы болады жә не жоғ ары илемділікпен сипатталады.

Электрондық қ осылыс CuZn, немесе β -фаза, 454 °С жоғ ары температурада тү зіледі, мырыш атомдарының тә ртіпсіз орналасуында болады жә не барынша илемді. Ал тө менгі температурада ол β ^/-фазағ а тү рленеді, бұ л ОЦК торғ а ие жә не атомдары тә ртіппен жайғ асқ ан. Бұ л мортты жә не қ атты қ ұ рылымды қ ұ рамалар.

Қ ұ рылымы (α + β ^/) жездер, α –жезге қ арағ анда, барынша берік жә не тозуғ а шыдамды, бірақ олардың илемділігі тө мен. Қ ұ рамында 20 % мырыш болатын жездер, ылғ алды атмосферада коррозиялық бұ зылуғ а икемді, бұ йымды 250-270 °С кезінде қ ыздырғ анда бұ л бұ зылудың ық тималдығ ы байқ арлық тай тө мендейді.

Деформацияланатын жә не қ ұ йма жездер болып бө лінеді. Жезді ә ріптермен жә не сандармен маркалайды. Ә ріптерді жезді (Л) жә не қ орытпа элементтерін белгілеу ү шін қ олданады: А – алюминий; Ж – темір; Мц – марганец; Н – никель; О – қ алайы; С – қ орғ асын; К – кремний; Мш – мышьяк. Деформацияланатын жездерде бірінші екі сан мыстың орташа массалық ү лесін кө рсетеді (%), қ ұ йма жезде Ц – мырыш ә ріпінен соң, барлық жалғ асы – басқ а легирлеуші элементтердің орташа массалық ү лесін (%) кө рсетеді.


17 сурет – Сu–Zn кү йінің диаграммасы	18 сурет – Сu–Sn қ орытпалары кү йінің диаграммасы

Екі еселікті деформацияланатын жездердің беріктігі (Л96-Л60) мырыш мө лшерінің артуымен жоғ арылайды. Олардың кесумен ө ң делу жағ дайларыда жақ сарады, бірақ коррозиялық тұ рақ тылығ ы тө мендейді. Илемділік мырыштың мө лшері 30 % дейін кө терілгенде артады, содан соң кү рт тө мендейді.

Жездің технологиялық қ асиетін жақ сарту ү шін, оны ә ртү рлі элементтермен легирлейді. Алюминиді, кремниді, марганецті жә не никельді қ осу коррозияғ а қ арсы тұ руды жоғ арылатады, ал қ орғ асын кесумен ө ң деуді жақ сартады.

Қ оладеп мыстың қ алайымен, алюминиймен, бериллиймен, кремниймен жә не басқ а элементтермен екікомпонентті немесе кө пкомпонентті қ орытпалары аталады.

Қ олада деформацияланатын жә не қ ұ йма болып бө лінеді. Оларды Бр ә ріпімен белгілейді, қ орытпа элементтері – жездегі сияқ ты белгіленеді, қ осымша келесі ә ріптер қ олданылады: Ф – фосфор; Б – бериллий; Т – титан; Мг – магний; Кд – кадмий; X – хром. Сандар ә ріптердің қ атары бойнша, қ орытпа элементтерінің орташа массалық ү лесін кө рсетеді (%); қ алғ андары – мыстың орташа массалық ү лесін. Деформацияланатын қ оладағ ы қ орытпа элементтерін белгілейтін ә ріптер қ атарымен кө рсетіледі (ары қ арай сә йкес сандар дефис арқ ылы белгіленеді), ал қ ұ ймада – қ атарымен ә ріптер жә не сандар кө рсетіледі.

Деформацияланатын қ ола, илемділігін арттыру мақ сатында, деформация алдында 700-750 °С кезінде гомогенделеді, ары қ арай суда (кө лемі кішкене дайындамаларда) немесе ауада жылдам суытылады.

Ең кең інен тарағ андар – қ алайылы жә не алюминилі қ олалар. Сu–Sn (18 сурет) диаграммасына сә йкес қ алайылы қ ола кристалданудың кең интервалымен сипатталады, соның салдарынан олар ликвацияғ а жә не қ ұ ю кезінде кеуектілікке икемді болады, сонымен қ атар сұ йық ағ у қ абілеті тө мен болады. Тепе-тең дік жағ дайлар кезінде қ алайының мыста ерігіштігі 15, 8 % болғ анына қ арамастан, суытудың жалпы жағ дайларда қ алайының диффузиясының тө менгі жылдамдығ ына байланысты, оның мө лшері 5-6 % болғ анда-ақ қ ұ рылымда δ -фаза — мортты қ осылыс Cu₃₁Sn₈ пайда болады. Қ ұ йма кү йде δ -фаза тү йірлер шекарасы бойынша торлы орналасады, илемділік пен тұ тқ ырлық ты кү рт нашарлатады, ал деформация мен босаң датудан соң ол инелер тү рінде тікелей α -фазада жайғ асады. Басқ а екі фаза (β жә не ε ) Cu₅Sn жә не Cu₃Sn қ осылыстары болып табылады.

Екі еселікті қ алайылы қ олаларда қ алайының мө лшерінің арту шамасына қ арай илемділік тө мендейді (6 % Sn бастап), ал беріктік алдымен артады (25 % Sn концентрациясына дейін), содан соң кү рт тө мендейді. Екі еселікті қ алайылы қ олалар сирек қ олданылады. Технологиялық жә не қ олданылу сипаттамаларын жақ сарту ү шін оларды қ осымша мырышпен, қ орғ асынмен, никельмен, фосформен легирлейді. Мырыш негізінен технологиялық қ асиеттерді жақ сартады. Фосфор қ аттылық пен беріктікті жоғ арылатады, сонымен қ атар антифрикциялық қ асиеттерді жақ сартады. Никель механикалық қ асиеттерді, тығ ыздық пен коррозиялық тұ рақ тылық ты жақ сартады. Қ орғ асын механикалық қ асиеттерді тө мендетеді, бірақ кесумен ө ң деуді жә не антифрикциялық қ асиеттерді жақ сартады.

Қ осарлы алюминилі қ ола (БрА5 жә не БрА7) сирек қ олданылады. Жалпы жағ дайда оларды никельмен, марганецпен жә не темірмен легирлейді. Қ алыпты температурада мыста 9, 4 % дейін алюминий еритіндіктен, бұ л қ олалар бірфазалы α -қ орытпалар болып табылады. Никельмен, марганецпен жә не темірмен легирлеу тү йірлерді ұ нтақ тау, механикалық жә не антифрикциялық қ асиеттерді жоғ арылату жә неде тозуғ а тұ рақ тылық та арттыру мақ сатында жү ргізеді.

Алюминий мө лшерінің ө су шамасына қ арай илемділік (2-3 % дейін Аl) пен беріктіктің (9-10 % дейін Аl) жоғ арылауы байқ алады. Алюминилі қ оланың коррозияғ а қ арсы тұ ру қ абілеті жоғ ары жә не қ ысыммен жақ сы ө ң деледі, дірақ олар кристалдану процесінде ү лкен шө гу береді жә не газ сің іру қ абілеті жоғ ары, бұ л қ ұ ймаларда газдық ойық тардың тү зілуіне келтіреді.

Кремнилі қ ола серпімділігімен сипатталады жә не оларды серіппелер дайындауғ а қ олдануғ а болады. Бұ л қ олаларды никельмен жә не марганецпен легирлеу механикалық, технологиялық жә не пайдалану сипаттамаларына оң тайлы ә сер етеді.

Бериллилі қ оланв термиялық ө ң деумен беріктендіруге болады, ө йткені температураның тө мендеу шамасына қ арай бериллидің мыста еруі 2, 7-ден 0, 2 % дейін тө мендейді. 760-780 °С температурада шынық тырылғ ан қ ола илемді (δ = 25 %) болады. Босаң дату (тозу) 300-350 °С кезінде бериллилі қ оланы беріктендіреді (σ _в > 1200 МПа), бірақ оның илемділігін кү рт тө мендетеді (δ < 1 %).

Қ орғ асын мыста қ атты жә не сұ йық кү йіндеде ерімейді. Соның салдарынан кристалданудан соң қ орытпа тү йірлер шекарадары бойынша қ орғ асын болатын мыстан тұ рады. Бұ л жоғ ары антифрикциялық қ асиеттер мен қ орғ асынды қ оланың жақ сы ө ндірілуіне мү мкіндік береді. Кристалдану кезінде қ орғ асын жоғ ары тығ ыздық салдарын жоятынын, сол арқ ылы қ ұ ймакесектерде аймақ тық ликвация пайда болатынын атап айта кету керек.

Мысты-никельді қ орытпалар. Мыстың никельмен қ орытпасы техникада кең қ олданыс табуда. Мысты никельмен легирлеу оның механикалық қ асиеттерін, коррозиялық тұ рақ тылығ ын, электркедергілігін жә не термоэлектрлік сипаттамаларын бірқ атар жоғ арылатады. Ө неркә сіпте қ олданылатын мысты-никельді қ орытпаларды шартты тү рде екі негізгі топқ а бө луге болады: коррозиялық -тұ рақ ты жә не электртехникалық. Бірінші топқ а мельхиор, нейзильбер жә не куниали аталатын қ орытпалар кіреді. Екінші топқ а компенсациялық сымдарғ а арналғ ан, манганин жә не термоэлектродтық қ орытпалар кіреді.

Мельхиор (МНЖМц 30-1-1; МН19). Мельхиорлар – бұ л мыс негізіндегі қ осарлы жә не барынша кү рделі қ орытпалар, оларғ а негізгі легирлеуші компонент ретінде никель енгізіледі. Никель мыстың беріктілігін біршама жоғ арылатады. Мельхиорлар жоғ ары электрлік кедергілікке, тө менгі жылу ө ткізгіштікке ие болады. Бұ л топтың сипатты ерекшеліктері, ә ртү рлі агрессивті орталарғ а (тең із суына, органикалық қ ышқ ылдарғ а, тұ з ерітінділеріне жә не т. б. ) олардың жоғ ары коррозиялық тұ рақ тылығ ы болып табылады. Мысалы, қ ұ рамында 30 % Ni болатын мысты-никельді қ орытпа кернеу астындағ ы коррозиялық жарылуғ а, 10 % немесе 20 % Ni қ орытпаларғ а немесе жезге қ арағ анда тұ рақ тылау болады. Мельхиорғ а темір мен марганецтің аз қ осымшасын қ осу оның тұ рақ тылығ ын біршама жоғ арылатып тастайды, тіпті жылдам қ озғ алыстағ ы тең із суының ағ ынындада. Бірфазалық қ ұ рылымғ а ие бола отырып, мельхиорлар ыстық жә не суық илемді деформация кезінде қ ысыммен ө ң делуге қ абілетті болады.

Нейзильбер (МНЦ15-20; МНЦС16-29-1, 8). Нейзильбер типті ү штік жү йенің Сu–Ni–Zn қ орытпаларында 5-35 % Ni жә не 13-45 % Zn болады. Ең кең інен таралғ аны 15 % Ni жә не 20 % Zn (МНЦ15-20) қ орытпа, ол мыстағ ы никель мен мырыштың ү штік қ атты ерітіндісі болып табылады.

Нейзильбер қ орытпаларының беріктігін жоғ арылату, мельхиормен салыстырғ анда, мысты-никельді қ атты ерітіндіні мырышпен қ осымша легирлеу арқ ылы жү ргізіледі. Қ орытпалар суық жә не ыстық илемді деформацияғ а жең іл тү се алады. Нейзильберден жасалғ ан бү йымдар жоғ ары коррозиялық тұ рақ тылығ ымен ерекшеленеді (тұ з ерітінділері мен органикалық қ ышқ ылдарда жеткілікті тұ рақ ты) жә не ә демі кү містенген тү сті болады. Кесумен ө ң деуді жақ сарту мақ сатында нейзильберлерге аз мө лшерде қ орғ асын (2 % дейін) қ осады. Мұ ндай қ орғ асын қ ұ рамды нейзильбер (МНЦС16-29-1, 8), сағ ат механизмдерінің майда бө лшектерін станокта дайындау ү шін жә не т. б. қ олданылады. Қ орғ асынның қ атысуына байланысты бұ л қ орытпаларды ыстық илемге тү сіруге болмайды, сондық тан табақ ты жартылай ө німдер алу ү шін қ ұ ймакесектерді суық кү йде ө ң дейді.

Куниали. Никельдің мыспен қ орытпаларының механикалық қ асиеттерін біраз жоғ арылатуғ а оларды алюминидің біршама мө лшерімен легирлеу арқ ылық ол жеткізуге болады. Сu–Ni–Аl ү штік жү йесі негізінде жасалғ ан мұ ндай қ орытпалар, техникада куниалилер деп аталады. Ө неркә сіпте куниаль типті қ орытпалардың екі тү рі қ олданылады: куниаль A (MHA13-3) жә не куниаль Б (МНА6-1, 5). Қ орытпалар жоғ ары механикалық жә не серпімділік қ асиеттерге ие болады, сонымен қ атар коррозиялық тұ рақ тылығ ы жоғ ары; суық тай сынуғ а икемді емес. Куниали ыстық кү йде қ ысыммен ө ң деуге тү се алады. Бұ л қ орытпаларды термиялық ө ң деу кө мегімен біраз беріктірек етуге болады.

Ү штік жү йе Сu–Ni–Al қ орытпаларының қ атаюы мыс қ ұ рамды кристалдардың NiAl алғ ашқ ы бө лінуімен жә не жоғ ары температурада Cu₃Al фазаның изоморфты кү йімен қ атар жү реді. Температураның 1250 °С кезінде қ орытпада Ni₃Al кристалдарының бө лінуімен, эвтектикалық тү рлену ө теді. Тө менгі температураларда α, NiAl жә не Ni₃Al фазалары болады. Алюминий мен никельдік мыста ерігіштігі температураның тө мендеуімен ө те кемиді. Бұ л, термиялық ө ң деу кө мегімен (температура 900-1000 °С кезінде шынық тыру, ары қ арай 500-600 °С босаң дату) қ орытпаның беріктігі мен қ аттылығ ын жоғ арылатуғ а мү мкіндік береді. Бұ л кезде қ атты ерітіндінің ыдырауы жү реді, жоғ ары дисперсті Ni₃Al немесе сонымен бірмезгілде Ni₃Al жә не NiAl бө лінуімен гетерогендік қ ұ рылым пайда болады.

Беріктендірудің бірқ атар эффектісі қ орытпаларды шынық тырудан соң беріктетумен алуғ а болады (НТМО). Мысалы, алдан-ала ыстық жә не суық кү йде илемделген қ орытпаның беріктік шегі, 900 °С шынық тырудан соң 250-350 МПа тең делік. Ары қ арай шынық қ ан ү лгілерді суық деформациялау (сығ у – 25 %) 550 °С кезінде босаң дату δ 5-10 % дейін болғ анда беріктікті 800-900 МПа дейін жоғ арылатады.

Мыс пен оның қ орытпаларын қ олдану аймақ тары. Таза мыс электротехникада, жылуалмастырғ ыштарда кең інен қ олданылады.

Жоғ ары технологиялық жездерден терең тартумен алынатын бү йымдар жасалады (радиаторлық жә не конденсаторлық қ ұ быршалар, сильфондар, майысқ ақ шлангілер). Қ орғ асын қ ұ рамды жездер ү йкеліс жағ дайлары болатын жұ мыстарда пайдаланылады (сағ ат ө ндірісінде, баспа машиналарында).

Қ алайылы қ олалар кө рнекі бұ йымдар қ ұ юда қ олданылады. Фосформен қ осымша легирлеген кезде оларды коррозиялық ортада ү йкеліс кезінде жұ мыс істейтін бө лшектерді дайындауда қ олданады: подпятниктер, подшипниктер, тығ ыздаушы тө лкелер, поршеньді сақ иналар белдіктерін, клапандар. Алюминилі қ ола, ең алдымен, қ алайылыларды алмастырушы ретінде қ олданылады. Жоғ ары беріктілікті алюминилі қ олалар шестернялар, тө лкелер, подшипниктер, серіппелер, электржабдық тары бө лшектерін жасауда қ олданылады. Бериллилі қ оладан дә лдікті аспап жасау, электрондық аспаптардың серпімді бө лшектерін жә не қ ондырғ ылар мен мембраналар дайындауғ а болады. Жауапкершілігі жоғ ары емес бө лшектер ү шін кремнилі қ олалар қ олданылады. Хромды жә не цирконилі қ олаларды қ озғ алтқ ыштар жасау ө ндірісінде қ олданады (ішкі кожух ЖРД, форсункаларды ұ стағ ыштар жә не т. б. ).

Мысты-никельді қ орытпалар коррозияғ а тұ рақ ты жә не электротехникалық материалдар ретінде кең қ олданыс табуда. Мельхиорлардан конденсаторлық қ ұ бырлар, кондиционерлердің қ ұ бырлы тақ талары, медициналық қ ұ ралдар, дә л механика мен химиялық ө неркә сіпке арналғ ан аспаптар, сонымен қ атар ұ сақ тиындар жасалады. Нейзильберлер медициналық қ ұ ралдар ү шін плакирленген материал ретінде қ олданылады, олардан дә л механика мен сағ ат ө ндірісінің бө лшектерінде жасауғ а болады. Куниалиден машина жасауда қ олданылатын жоғ ары беріктікті шыбық тар алынады, сонымен қ атар серіппелерге арналғ ан жолақ тар жә не электртехникасының басқ ада бұ йымдары жасалады. Термоэлектродтық мысты-никельді қ орытпаларды платина-платино-родилі, платина-алтын жә не палладий-платинородилі терможұ птардың ауыспалы сымдарын дайындау ү шін қ олданады. Манганиннен жасалғ ан сымдар мен табақ тар дә лдікті электрө лшегіш қ ұ рал-аспаптар дайындауғ а жұ мсалады.

Ә дебиет: 5 нег. [110-115].

Бақ ылау сұ рақ тары:

1. Мыс пен оның қ орытпалары ү шін қ андай қ оспалар зиянды бола алады?

2. Жездің қ асиеттері мен қ олданылуы.

3. Мыс қ орытпаларының маркалануы туралы айтың ыз.

4. Қ олалардың қ асиеттері, тү рлері жә не қ олданылуы.

5. Мельхиордың қ асиеттері жә не қ олданылуы.

6. Нейзильбер жә не куниали қ орытпалары туралы айтың ыз.