Свойства меди, которая в природе встречается и в виде достаточно крупных самородков, люди изучили еще в древние времена, когда из этого металла и его сплавов делали посуду, оружие, украшения, различные изделия бытового назначения. Активное использование данного металла на протяжении многих лет обусловлено не только его особыми свойствами, но и простотой обработки. Медь, которая присутствует в руде в виде карбонатов и окислов, достаточно легко восстанавливается, что и научились делать наши древние предки.
Медный слиток
Интересное о меди
Изначально процесс восстановления этого металла выглядел очень примитивно: медную руду просто нагревали на кострах, а затем подвергали резкому охлаждению, что приводило к растрескиванию кусков руды, из которых уже можно было извлекать медь. Дальнейшее развитие такой технологии привело к тому, что в костры начали вдувать воздух: это повышало температуру нагревания руды. Затем нагрев руды стали выполнять в специальных конструкциях, которые и стали первыми прототипами шахтных печей.
О том, что медь используется человечеством с древних времен, свидетельствуют археологические находки, в результате которых были найдены изделия из данного металла. Историками установлено, что первые изделия из меди появились уже в 10 тысячелетии до н.э, а наиболее активно она стала добываться, перерабатываться и использоваться спустя 8–10 тысяч лет. Естественно, предпосылками к такому активному использованию данного металла стали не только относительная простота его получения из руды, но и его уникальные свойства: удельный вес, плотность, магнитные свойства, электрическая, а также удельная проводимость и др.
В наше время уже сложно найти медь в природе в виде самородков, обычно ее добывают из руды, которая подразделяется на следующие виды.
- Борнит — в такой руде медь может содержаться в количестве до 65%.
- Халькозин, который также называют медным блеском. В такой руде меди может содержаться до 80%.
- Медный колчедан, также называемый халькопиритом (содержание до 30%).
- Ковеллин (содержание до 64%).
Халькопирит
Медь также можно извлекать из множества других минералов (малахит, куприт и др.). В них она содержится в разных количествах.
Описание
Медь М1 применяется: для производства проводников тока; проката; высококачественных бронз, не содержащих олова; изделий криогенной техники; круглых тянутых тонкостенных труб; холоднокатаных фольги и ленты, холоднокатаных и горячекатаных листов и плит общего назначения; проволоки для изготовления плетенок металлических экранирующих типа ПМЛ, предназначенных для экранирования проводов и кабелей; горячекатаных и холоднокатаных анодов, применяемых для гальванических покрытий изделий; холоднодеформированной ленты прямоугольного сечения с толщиной 0,16−0,30 мм, предназначенной для коаксиальных магистральных кабелей; радиаторных лент, предназначенных для изготовления охлаждающих трубок и пластин радиаторов; тянутых труб прямоугольного и квадратного сечения, предназначенных для изготовления проводников обмоток статоров электрических машин с жидкостным охлаждением; профилей для изготовления роторов погружных электродвигателей; круглой сварочной проволоки и круглых сварочных прутков тянутых и прессованных диаметром от 1,2 до 8,0 мм, предназначенных для автоматической сварки в среде инертных газов, под флюсом и газовой сварки неответственных конструкций из меди, а также изготовления электродов для сварки меди и чугуна.
Примечание
Медь М1 получают переплавкой катодов. Медь марки М1 по химическому составу соответствует меди марки Cu-ETP по Евронорме EN 1652:1998.
Физические свойства
Медь в чистом виде представляет собой металл, цвет которого может варьироваться от розового до красного оттенка.
Радиус ионов меди, имеющих положительный заряд, может принимать следующие значения:
- если координационный показатель соответствует 6-ти — до 0,091 нм;
- если данный показатель соответствует 2 — до 0,06 нм.
Радиус атома меди составляет 0,128 нм, также он характеризуется сродством к электрону, равном 1,8 эВ. При ионизации атома данная величина может принимать значение от 7,726 до 82,7 эВ.
Медь — это переходный металл, показатель электроотрицательности которого составляет 1,9 единиц по шкале Полинга. Кроме этого, его степень окисления может принимать различные значения. При температурах, находящихся в интервале 20–100 градусов, его теплопроводность составляет 394 Вт/м*К. Электропроводность меди, которую превосходит лишь серебро, находится в интервале 55,5–58 МСм/м.
Так как медь в потенциальном ряду стоит правее водорода, она не может вытеснять этот элемент из воды и различных кислот. Ее кристаллическая решетка имеет кубический гранецентрированный тип, величина ее составляет 0,36150 нм. Плавится медь при температуре 1083 градусов, а температура ее кипения — 26570. Физические свойства меди определяет и ее плотность, которая составляет 8,92 г/см3.
Самородная медь
Из ее механических свойств и физических показателей стоит также отметить следующие:
- термическое линейное расширение — 0,00000017 единиц;
- предел прочности, которому медные изделия соответствуют при растяжении, составляет 22 кгс/мм2;
- твердость меди по шкале Бринелля соответствует значению 35 кгс/мм2;
- удельный вес 8,94 г/см3;
- модуль упругости составляет 132000 Мн/м2;
- значение относительного удлинения равно 60%.
Совершенно уникальными можно считать магнитные свойства данного металла, который является полностью диамагнитным. Именно эти свойства, наряду с физическими параметрами: удельным весом, удельной проводимостью и другими, в полной мере объясняют широкую востребованность данного металла при производстве изделий электротехнического назначения. Похожими свойствами обладает алюминий, который также успешно используется при производстве различной электротехнической продукции: проводов, кабелей и др.
Основную часть характеристик, которыми обладает медь, практически невозможно изменить, за исключением предела прочности. Данное свойство можно улучшить практически в два раза (до 420–450 МН/м2), если осуществить такую технологическую операцию, как наклеп.
Особенности производства и применение
Медь химического состава, аналогичного отечественной марке М1, производится во многих странах с развитой металлургической промышленностью:
- Япония (стандарт JIS), США – С1100, С1220.
- Евросоюз (стандарт EN) – Cu-ETP.
- Англия (стандарт BS) – С106.
- Франция (стандарт AFNOR) – Cu-B.
- Италия (стандарт UNI) – Cu-DHP.
Несомненным лидером по производству различных сплавов бескислородной меди – аналогов отечественной марки М1 является металлургическая промышленность Германии. В соответствии со стандартами DIN и WNR на заводах цветной металлургии выпускаются три вида сплавов – Ecu57, ECu58, SF-Cu.
Коэффициент трения металла со смазкой составляет 0,011, без смазки – 0,043. Существует две категории сплавов по ГОСТ 1173-2006 по показателям твёрдости по Бринеллю:
| твёрдый | HB 10 -1 95МПа |
| мягкий | HB 10 -1 55МПа |
В процессе литья необходимо помнить, что линейная усадка М1 составляет 2,1%. Медь плавится при температуре 1083°C, литьё производится в температурном диапазоне 1150-1250°C.
М1 производится в виде литых (слитки горизонтального литья, ГОСТ 193-79) или деформированных (катанка, ТУ 1844-01003292517-2004; лента, ГОСТ 1173-2006; пруток отожжённый и прессованный, ГОСТ 1535-2006; труба, ГОСТ Р 52318-2005) полуфабрикатов. Листовой прокат в обязательном порядке должен подвергаться изгибным испытаниям. Лента толщиной до 5 мм по стандарту должна выдерживать изгиб до соприкосновения сторон. Более толстые листы (6-12 мм) проверяются до достижения параллельности сторон.
Полуфабрикаты, которые производятся методом холодной прокатки, проверяются на изгиб нагретыми до 90°C. Медные холоднодеформированные трубы (мягкие, полутвёрдые, твёрдые) производятся по технологии, которая не оказывает влияния на дальнейшую работоспособность. Они не размораживаются, устойчивы к разрыву при замерзании жидких сред. Трубы большого сечения изготавливаются по технологии прессования.
Сплав М1 применяется в криогенном производстве. Из него изготавливают токопроводники, проволоку, прутки и электроды для автоматической сварки, газовой сварки неответственных соединений чугунных и медных деталей. М1 – основной сплав для производства бронзы высокого качества.
Источник
Химические свойства
Химические свойства меди определяются тем, какое положение она занимает в таблице Менделеева, где она имеет порядковый номер 29 и располагается в четвертом периоде. Что примечательно, она находится в одной группе с благородными металлами. Это лишний раз подтверждает уникальность ее химических свойств, о которых следует рассказать более подробно.
Оттенки медных сплавов
В условиях невысокой влажности медь практически не проявляет химическую активность. Все меняется, если изделие поместить в условия, характеризующиеся высокой влажностью и повышенным содержанием углекислого газа. В таких условиях начинается активное окисление меди: на ее поверхности формируется зеленоватая пленка, состоящая из CuCO3, Cu(OH)2 и различных сернистых соединений. Такая пленка, которая называется патиной, выполняет важную функцию защиты металла от дальнейшего разрушения.
Окисление начинает активно происходить и тогда, когда изделие подвергается нагреву. Если металл нагреть до температуры 375 градусов, то на его поверхности формируется оксид меди, если выше (375-1100 градусов) — то двухслойная окалина.
Медь достаточно легко реагирует с элементами, которые входят в группу галогенов. Если металл поместить в пары серы, то он воспламенится. Высокую степень родства он проявляет и к селену. Медь не вступает в реакцию с азотом, углеродом и водородом даже в условиях высоких температур.
Внимание заслуживает взаимодействие оксида меди с различными веществами. Так, при его взаимодействии с серной кислотой образуется сульфат и чистая медь, с бромоводородной и иодоводородной кислотой — бромид и иодид меди.
Иначе выглядят реакции оксида меди с щелочами, в результате которых образуется купрат. Получение меди, при котором металл восстанавливается до свободного состояния, осуществляют при помощи оксида углерода, аммиака, метана и других материалов.
Медь при взаимодействии с раствором солей железа переходит в раствор, при этом железо восстанавливается. Такая реакция используется для того, чтобы снять напыленный медный слой с различных изделий.
Одно- и двухвалентная медь способна создавать комплексные соединения, отличающиеся высокой устойчивостью. Такими соединениями являются двойные соли меди и аммиачные смеси. И те и другие нашли широкое применение в различных отраслях промышленности.
Бухты медной проволоки
Прутки медные. Условные обозначения. ГОСТ 1535-2006.
Условные обозначения медных прутков, используемые в документации и сертификатах нормируются по ГОСТ 1535-2006, «Прутки медные».
Запись условного обозначения
| Пруток | Х | XX | Х | Х | … | … | … | … | ГОСТ 1535-2006 |
| Вид изделия | |||||||||
| Способ изготовления | |||||||||
| Форма сечения | |||||||||
| Точность изготовления | |||||||||
| Состояние | |||||||||
| Размеры сечения | |||||||||
| Длина | |||||||||
| Марка меди | |||||||||
| Особые условия | |||||||||
| Стандарт | |||||||||
При этом используют следующие сокращения:
- КР — круглый
- КВ — квадратный
- ШГ — шестигранный
- Н — нормальная
- П — повышенная
- В — высокая
- М — мягкое
- П — полутвердое
- Т — твердое
- А — допускаемые отклонения диаметра с симметричными допусками
- АВ — для обработки на автоматах
- Л — мягкое состояние повышенной пластичности
- Ф — полутвердое состояние повышенной пластичности
- У — твердое состояние повышенной пластичности
- ОК — с обрезанными концами
- С — повышенной точности по кривизне
- Р — регламентированные требования по испытанию на растяжение
- HB — регламентированные требования измерения твердости по Бринеллю
- HV — регламентированные требования измерения твердости по Виккерсу
- БТ — пруток в бухтах свободной намотки
- БУ — пруток в бухтах послойной упорядоченной намотки
Знак «Х» ставится вместо отсутствующих данных, кроме обозначения длины и особых условии.
Если в заказе особые условия не указаны потребителем, то прутки изготовляют с условиями исполнения на усмотрение изготовителя.
Примеры условных обозначений прутков
Пруток тянутый, круглый, высокой точности изготовления, твердый, диаметром 10мм, немерной длины, из меди марки M1, предназначенный для обработки на автоматах:
- Пруток ДКРВТ 10 НД М1 АВ ГОСТ 1535-2006
Пруток тянутый, шестигранный, повышенной точности изготовления, мягкий, диаметром19мм,длиной3000мм,из меди марки М2:
- Пруток ДШГПМ 19 х 3000 М2 ГОСТ 1535-2006
Пруток тянутый, квадратный, нормальной точности изготовления, полутвердый, диаметром 10мм, кратной мерной длины 1500мм, из меди марки МЗ:
- Пруток ДКРНП 10 х 1500 КД МЗ ГОСТ 1535-2006
Пруток тянутый, круглый, высокой точности изготовления, полутвердый, диаметром10мм,. немерной длины, из меди марки M1, повышенной пластичности, с регламентированными требованиями по испытанию на растяжение, предназначенный для обработки на автоматах:
Пруток прессованный, круглый, диаметром35мм,немерной длины, из меди марки МЗ:
- Пруток ГКРХХ 35 НД МЗ ГОСТ 1535-2006
Модули прочности
Кроме нормального нагружения, существуют и иные силовые воздействия на материалы.
Модуль сдвига G определяет жесткость. Эта характеристика показывает предельное значение нагрузки изменению формы предмета.
Модуль объемной упругости К определяет упругие свойства материала изменить объем. При любой деформации происходит изменение формы предмета.
Для разных сталей значения указанных модулей приведены в таблице 3.
Таблица 3: Модули прочности для сталей
| Наименование стали | Модуль упругости Юнга, 10¹²·Па | Модуль сдвига G, 10¹²·Па | Модуль объемной упругости, 10¹²·Па | Коэффициент Пуассона, 10¹²·Па |
| Сталь низкоуглеродистая | 165…180 | 87…91 | 45…49 | 154…168 |
| Сталь 3 | 179…189 | 93…102 | 49…52 | 164…172 |
| Сталь 30 | 194…205 | 105…108 | 72…77 | 182…184 |
| Сталь 45 | 211…223 | 115…130 | 76…81 | 192…197 |
| Сталь 40Х | 240…260 | 118…125 | 84…87 | 210…218 |
| 65Г | 235…275 | 112…124 | 81…85 | 208…214 |
| Х12МФ | 310…320 | 143…150 | 94…98 | 285…290 |
| 9ХС, ХВГ | 275…302 | 135…145 | 87…92 | 264…270 |
| 4Х5МФС | 305…315 | 147…160 | 96…100 | 291…295 |
| 3Х3М3Ф | 285…310 | 135…150 | 92…97 | 268…273 |
| Р6М5 | 305…320 | 147…151 | 98…102 | 294…300 |
| Р9 | 320…330 | 155…162 | 104…110 | 301…312 |
| Р18 | 325…340 | 140…149 | 105…108 | 308…318 |
| Р12МФ5 | 297…310 | 147…152 | 98…102 | 276…280 |
| У7, У8 | 302…315 | 154…160 | 100…106 | 286…294 |
| У9, У10 | 320…330 | 160…165 | 104…112 | 305…311 |
| У11 | 325…340 | 162…170 | 98…104 | 306…314 |
| У12, У13 | 310…315 | 155…160 | 99…106 | 298…304 |
Для других материалов значения прочностных характеристик указывают в специальной литературе. Однако, в некоторых случаях проводят индивидуальные исследования. Особенно актуальны подобные исследования для строительных материалов. На предприятиях, где выпускают железобетонные изделия, регулярно проводят испытания по определению предельных значений.
Модуль упругости (Модуль Юнга)
Если на изделие из определенного материала воздействовать некой силой, то он начинает сопротивляться этому действию: сжиматься, растягиваться или изгибаться. Способность к такому противостоянию можно оценить и выразить математически. Название этой прочностной характеристики – модуль упругости.
Параметр для каждого материала различный, и характеризует его прочность. Пользуются величиной при разработке конструкций, деталей и других изделий, с целью предотвращения нарушения их целостности.
Расчетные сопротивления и модули упругости для строительных материалов
Материал
| расчетные сопротивления строительных материалов | |
| При расчете строительных конструкций нужно знать расчетное сопротивление и модуль упругости для того или иного материала. Здесь представлены данные по основным строительным материалам. Таблица 1. Модули упругости для основных строительных материалов | |
| Модуль упругости Е, МПа | |
| Чугун белый, серый | (1,15. 1,60) · 10 5 |
| Чугун ковкий | 1,55 · 10 5 |
| Сталь углеродистая | (2,0. 2,1) · 10 5 |
| Сталь легированная | (2,1. 2,2) · 10 5 |
| Медь прокатная | 1,1 · 10 5 |
| Медь холоднотянутая | 1,3 · 10 3 |
| Медь литая | 0,84 · 10 5 |
| Бронза фосфористая катанная | 1,15 · 10 5 |
| Бронза марганцевая катанная | 1,1 · 10 5 |
| Бронза алюминиевая литая | 1,05 · 10 5 |
| Латунь холоднотянутая | (0,91. 0,99) · 10 5 |
| Латунь корабельная катанная | 1,0 · 10 5 |
| Алюминий катанный | 0,69 · 10 5 |
| Проволока алюминиевая тянутая | 0,7 · 10 5 |
| Дюралюминий катанный | 0,71 · 10 5 |
| Цинк катанный | 0,84 · 10 5 |
| Свинец | 0,17 · 10 5 |
| Лед | 0,1 · 10 5 |
| Стекло | 0,56 · 10 5 |
| Гранит | 0,49 · 10 5 |
| Известь | 0,42 · 10 5 |
| Мрамор | 0,56 · 10 5 |
| Песчаник | 0,18 · 10 5 |
| Каменная кладка из гранита | (0,09. 0,1) · 10 5 |
| Каменная кладка из кирпича | (0,027. 0,030) · 10 5 |
| Бетон (см. таблицу 2) | |
| Древесина вдоль волокон | (0,1. 0,12) · 10 5 |
| Древесина поперек волокон | (0,005. 0,01) · 10 5 |
| Каучук | 0,00008 · 10 5 |
| Текстолит | (0,06. 0,1) · 10 5 |
| Гетинакс | (0,1. 0,17) · 10 5 |
| Бакелит | (2. 3) · 10 3 |
| Целлулоид | (14,3. 27,5) · 10 2 |
Нормативные данные для рассчетов железобетонных конструкций
Таблица 2. Модули упругости бетона (согласно СП 52-101-2003)
| Значения начального модуля упругости бетона при сжатии и растяжении Eb, МПа · 10 -3 , при классе бетона по прочности на сжатие | ||||||||||
| B10 | B15 | B20 | B25 | B30 | B35 | B40 | B45 | B50 | B55 | B60 |
| 19,0 | 24,0 | 27,5 | 30,0 | 32,5 | 34,5 | 36,0 | 37,0 | 38,0 | 39,0 | 39,5 |
Таблица 2.1 Модули упругости бетона согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)
Примечания: 1. Над чертой указаны значения в МПа, под чертой — в кгс/см². 2. Для легкого, ячеистого и поризованного бетонов при промежуточных значениях плотности бетона начальные модули упругости принимают по линейной интерполяции. 3. Для ячеистого бетона неавтоклавного твердения значения Еb принимают как для бетона автоклавного твердения с умножением на коэффициент 0,8. 4. Для напрягающего бетона значения Еb принимают как для тяжелого бетона с умножением на коэффициент a
= 0,56 + 0,006В.
Таблица 3. Нормативные значения сопротивления бетона (согласно СП 52-101-2003)
Таблица 4. Расчетные значения сопротивления бетона сжатию (согласно СП 52-101-2003)
Таблица 4.1 Расчетные значения сопротивления бетона сжатию согласно СНиП 2.03.01-84*(1996)
Таблица 5. Расчетные значения сопротивления бетона растяжению (согласно СП 52-101-2003)
Таблица 6. Нормативные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)
Таблица 6.1 Нормативные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)
Таблица 6.2 Нормативные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)
Таблица 7. Расчетные сопротивления для арматуры (согласно СП 52-101-2003)
Таблица 7.1 Расчетные сопротивления для арматуры класса А согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)
Таблица 7.2 Расчетные сопротивления для арматуры классов В и К согласно СНиП 2.03.01-84* (1996)
Нормативные данные для расчетов металлических контрукций
Таблица 8. Нормативные и расчетные сопротивления при растяжении, сжатии и изгибе (согласно СНиП II-23-81 (1990)) листового, широкополосного универсального и фасонного проката по ГОСТ 27772-88 для стальных конструкций зданий и сооружений
Примечания: 1. За толщину фасонного проката следует принимать толщину полки (минимальная его толщина 4 мм). 2. За нормативное сопротивление приняты нормативные значения предела текучести и временного сопротивления по ГОСТ 27772-88. 3. Значения расчетных сопротивлений получены делением нормативных сопротивлений на коэффициенты надежности по материалу, с округлением до 5 МПа (50 кгс/см²).
Таблица 9. Марки стали, заменяемые сталями по ГОСТ 27772-88 (согласно СНиП II-23-81 (1990))
Примечания: 1. Стали С345 и С375 категорий 1, 2, 3, 4 по ГОСТ 27772-88 заменяют стали категорий соответственно 6, 7 и 9, 12, 13 и 15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*. 2. Стали С345К, С390, С390К, С440, С590, С590К по ГОСТ 27772-88 заменяют соответствующие марки стали категорий 1-15 по ГОСТ 19281-73* и ГОСТ 19282-73*, указанные в настоящей таблице. 3. Замена сталей по ГОСТ 27772-88 сталями, поставляемыми по другим государственным общесоюзным стандартам и техническим условиям, не предусмотрена.
Расчетные сопротивления для стали, используемой для производства профилированных листов здесь не показаны.
