Вплив домішок на властивості міді
В силу особливостей виробництва мідь завжди містить ряд домішок, основними з яких є вісмут, сурма, свинець, сірка, кисень.
За характером взаємодії з міддю все домішки можна укрупнено розділити на три групи.
До першої групи відносять домішки, розчинні у твердій міді (алюміній, залізо, нікель, цинк, срібло та ін.). При невеликому вмісті, характерному для металу технічної чистоти, ці елементи слабо впливають на властивості міді, хоча в деякій мірі вони знижують електропровідність і теплопровідність.
До другої групи входять елементи, які практично нерозчинні в міді і утворюють з нею легкоплавкіевтектики. До таких домішок відносять вісмут, свинець, сурму. Нерозчинні домішки негативно впливають на фізико-механічні та технологічні властивості міді, причому ефект проявляється вже при досить малих змістах зазначених елементів. Вісмут при вмісті більше 0,001% мас. виділяється у вигляді тендітних прошарків на межі зерен. При гарячої обробці тиском такі прошарку плавляться, мідь стає горячеломкостью, і деформується заготівля руйнується по межах зерен. При низьких температурах тендітні прошарку провокують хладноломкость.
Сурма більшою мірою розчиняється в міді в порівнянні з вісмутом, і при цьому різко зменшуються тепло- і електропровідність міді. Свинець також утворює легкоплавкі виділення по границях зерен, і через низьку температури плавлення це призводить до сильної горячеломкости міді при гарячій обробці тиском.
Третю групу складають переважно неметалеві елементи, які утворюють з міддю хімічні сполуки (кисень, сірка, фосфор, миш'як, селен і т.д.). Розчинність кисню в міді мала, весь міститься в міді кисень знаходиться у вигляді відокремлених твердих і тендітних частинок Cu2 O, що утворюється оксид міді формує евтектики (Cu + Cu2 O), зернограничного виділення якої знижують пластичність і деформованість металу. Частинки Cu2 O схильні до утворення скупчень, які призводять до руйнування міді при обробці тиском як в гарячому, так і в холодному стані.
Для освіти евтектики (Cu2 S + Cu) досить мінімальної кількості сірки, а при її виділенні погіршуються пластичність при гарячій обробці тиском і корозійна стійкість міді.
Таким чином, всі домішки в тій чи іншій мірі погіршують властивості міді. Навіть ті домішки, які погіршують технологічну пластичність і міцність міді, помітно знижують показники фізичних властивостей. Більшість домішок погіршують весь комплекс властивостей і в першу чергу характеристики електро- і теплопровідності.
Крім того, більшість зазначених домішок вступають в хімічні реакції між собою і взаємно підсилюють свій негативний вплив. Водень особливо погіршує властивості міді, що містить підвищену кількість кисню. При спільному наявності кисню, сурми та миш'яку різко падає електропровідність.
Таким чином, завдання металургів полягає в максимальному зниженні вмісту домішок в міді, в першу чергу шкідливих, оскільки повністю видалити їх з металу технічно неможливо. Постійне підвищення вимог до якості металу призводить до законодавчого (на рівні стандартів) обмеження вмісту домішок в міді, яка застосовується в основних галузях промисловості.
Для проведення порівняльних випробувань вихідним матеріалом служили прутки діаметром 8 мм, отримані гарячої прокаткою при температурах 850 ... 900 o С, які потім піддавали холодної пластичної деформації зі ступенями 95 ... 99,99%. Отриману дріт відпалювали при різній температурі (від 100 до 800 o С) протягом 1 год в вакуумі.
У разі деформації при кімнатній температурі після попереднього відпалу при різних температурах міцності прутків слабо залежать від вмісту домішок (рис. 1.11) і рівень властивостей визначається, в основному, режимом відпалу.
Найбільшою мірою склад міді впливає на відносне звуження. Якщо для високочистої міді моб звуження під впливом відпалу слабо підвищується, то для міді марки М1 отжиг істотно підвищує відносне звуження. Різниця в рівнях відносного звуження призводить до різної деформируемости міді і обривності при холодному волочінні.
Малюнок 1.11. Вплив температури відпалу на властивості міді марок М1 та моб
На рис. 1.12 приведена залежність питомого електроопору міді після холодної деформації зі ступенем 95% і годинного відпалу при зазначених на малюнку температурах.
Малюнок 1.12. Залежність питомого електроопору міді марок М1 та моб від температури годинного відпалу після холодної деформації
Таким чином, відмінності в змісті домішок призводять до відмінностей в кінетиці процесів розчинення і виділення їх з твердого розчину, що впливає на механічні і технологічні властивості металу.
До стану твердого розчину дуже чутливо, наприклад, електроопір. Одночасна присутність кисню і миш'яку або сурми не позначається на механічні властивості міді, але вельми істотно знижує її електропровідність (рис. 1.13).
Малюнок 1.13. Вплив кисню і сурми на електропровідність міді після відпалу 700 o С 30 хв
