Медь и сплавы на ее основе. Их свойства.

Медь хорошо шлифуется и полируется, но быстро теряет блеск; ее затруднительно то­ чить, сверлить, фрезеровать. Медь хорошо сваривается, паяется оловом и твердым припоем, пластична, поддается выколотке. Одно из достоинств меди – красивый цвет, который обога­ щает колорит изделия, особенно если оттонировать и придать разные оттенки. На воздухе медь постепенно тускнеет, так как сначала на ее поверхности образуется слой окиси красного цвета. Медь растворима в азотной и соляной кислоте, а при взаимодействии с уксусной кисло­ той образует ядовитую ярь-медянку. В художественной промышленности чистая, или красная, медь применяется довольно часто, однако все же не так широко, как ее сплавы – бронза и латунь. Применение чистой меди в ряде случаев обусловливается ее исключительно высокой пластичностью и вяз­ костью, позволяющей из листов сравнительно небольшой толщины (0,8-1,2 мм) получать пу­ тем выколотки сложные объемные формы. Из меди часто делают кровли, реже медь встречается в интерьерах. Медные детали пре­ восходно сочетаются с мебелью из натурального дерева. Из нее делают вытяжки над ками­ ном или плитой. Листовая медь является основным материалом для чеканных, граверных работ и декора­ тивных работ из проволоки. Чистую или красную медь применяют для изготовления ювелир­ ных филигранных изделий. Чаще чистая медь используется для изготовления шаблонов.

Латунь, представляющая собой сплав меди с цинком, иногда с добавками свинца, оло­ ва, железа, никеля и других элементов, имеет красивый золотисто-желтый цвет. Латунь хоро­ шо обрабатывается на режущих станках, полируется и надолго сохраняет полированную по­ верхность, хорошо сваривается и паяется как мягкими, так и твердыми припоями. Большинство латуней хорошо прокатываются, штампуются и чеканятся. Латунь легко и прочно покрывается различными гальваническими покрытиями – никелем, серебром и золо­ том; хорошо принимает химические оксидировки и может быть тонирована в любые цвета. Температура плавления латуни 980-1000С. Мельхиоры – сплавы меди и никеля, содержащие от 18 до 30% никеля, получившие широкое применение с середины XVIII и особенно в XIX в.Мельхиоры отличаются высокой прочностью, хорошо обрабатываются механически, имеют высокую коррозионную стойкость. Кроме никеля в некоторые марки мельхиоров вво­ дят железо, марганец, хром. Легирование мельхиора железом и марганцем позволяет повы­ шать коррозионную стойкость сплава. Нейзильберы – сплавы системы Cu–Ni– Zn с содержанием Ni от 5 до 35 % и Zn от 13 до 45 %. При повышенном содержании никеля сплав имеет красивый белый цвет с зеленоватым или синеватым отливом и высокую стой­ кость против коррозии. В ювелирном деле нейзильбер используется для изготовления булавок, посеребренных столовых приборов, игл различных форм и др. Куниали – сплавы тройной системы Cu–Ni–Al. Сплавы отличаются высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, пресной и морской воде. Куниали не уступают по прочности некоторым конструкционным сталям. Куниали применяются для изготовления деталей специального назначения, которые должны обладать одновременно прочностью и высокой коррозионной стойкостью.

19. В чем особенности железоуглеродистых сплавов как материалов для изготовления художественных изделий?

Чистое железо- металл серебристо-белого цвета, тугоплавкий. Температура плавления железа 1539ºС. Железо имеет две полиморфные модификации, α и γ. При температурах ниже 910ºС железо имеет объемно-центрированную кубическую решетку. Эту модификацию называют α-железо., α-железо магнитно до температуры 768ºС (точка Кюри). При нагреве железа его объемно-центрированная кубическая решетка при 910ºС превращается в гранецентрированную кубическую решетку, α-железо превращается в γ-железо., γ-железо существует при температуре 910-1392ºС. В интервале температур 1392-1539º существует α-железо, которое обозначают также δ-железо.

Углерод является неметаллическим элементом. Температура плавления углерода 3500ºС. Углерод в природе может существовать в двух полиморфных модификациях: алмаз и графит. Форма алмаза в сплавах не встречается. В железоуглеродистых сплавах в свободном виде углерод находится в форме графита. Кристаллическая структура графита слоистая. Прочность и пластичность его весьма низкие. Углерод растворим в железе в жидком и твердом состояниях, может образовывать химическое соединение- цементит, может находиться в свободном виде в форме графита.

Промышленные стали и чугуны- это многокомпонентные сплавы, в состав которых помимо железа и углерода входят так называемые постоянные примеси. Постоянными примесями являются марганец, кремний, наличие которых обусловлено технологическими особенностями производства, фосфор и сера, а также газы- кислород, азот, водород, которые невозможно полностью удалить из металла. Содержание углерода и примесей оказывает влияние на свойства железоуглеродистых сплавов.

Углерод оказывает большое влияние на механические свойства сталей. Чем выше содержание углерода в стали, тем больше в ее структуре содержится цементита. Так как цементит обладает высокой твердостью и хрупкостью, увеличение его количества приводит к повышению прочности и твердости стали, к уменьшению ее пластичности и вязкости. С увеличением содержания углерода в стали снижаются плотность, электропроводность, теплопроводность, магнитная проницаемость, растет электросопротивление.

Кремний и марганец считают полезными примесями. При выплавке стали их добавляют для раскисления. Соединяясь с кислородом закиси железа, они в виде окислов переходят в шлак. В результате раскисления свойства стали улучшается.

Кремний, оставшийся в стали после раскисления, повышает предел текучести, что снижает ее способность к холодной обработке давлением. Поэтому в сталях для штамповки содержание кремния должно быть снижено.

Марганец заметно повышает прочность стали, не снижая ее пластичности, резко уменьшает хрупкость при высоких температурах, удаляя серу из расплава.

Фосфор и сера являются вредными примесями. Фосфор уменьшает пластичность и вязкость стали, увеличивает ее склонность к образованию трещин при низких температурах. Сера снижает ударную вязкость, пластичность, предел выносливости, свариваемость и коррозионную стойкость сталей. Сера вызывает охрупчивание стали при высоких температурах. Содержание серы и фосфора в стали строго ограничивается.

Кислород, азот, водород отрицательно влияют на свойства сталей.