Медь различных марок составляет одну из основных групп промышленных металлов, ценимых за превосходную электро- и теплопроводность, коррозионную стойкость и простоту обработки. Эти материалы не обладают магнитными свойствами и легко соединяются при помощи пайки и твердой пайки, при этом многие марки меди также поддаются сварке с использованием различных методов: газовой, дуговой и контактной сварки. Понимание того, как эти марки группируются и обозначаются, является отправной точкой для выбора подходящего материала для конкретной задачи.
Медь подразделяется на шесть групп: чистая медь, низкомедные сплавы, латуни, бронзы, медно-никелевые сплавы и никель-серебряные сплавы. Каждая группа определяется основными легирующими элементами и занимает отдельный диапазон в рамках Единой системы нумерации (UNS).
Рисунок 1: Обзор шести семейств марок меди
Первая группа — медь — представляет собой, по сути, коммерчески чистую медь. Этот материал обычно отличается мягкостью и пластичностью и содержит менее 0,7 % общих примесей. Марки коммерчески чистой меди обозначаются номерами UNS от C10100 до C13000.
В рамках этой группы электролитическая медь с высоким содержанием смолы (C11000) изготавливается из катодной меди, то есть меди, очищенной электролитическим способом. Это наиболее распространённая из всех марок электротехнической меди, обладающая высокой электропроводностью, превышающей 100 % по шкале IACS. Хотя C11000 имеет такое же содержание кислорода, как и C12500, она отличается содержанием серы и общей чистотой, содержа менее 50 ppm общих металлических примесей, включая серу.
К этому семейству относятся также марки бескислородной меди C10100 и C10200. Их получают путем индукционной плавки катодной меди высшего качества в неокислительных условиях, создаваемых с помощью гранулированного графитового покрытия в сочетании с защитной восстановительной атмосферой с низким содержанием водорода. Благодаря высокой чистоте эти марки особенно подходят для применения в сложных электрических и электронных устройствах.
Вторая группа — разбавленные медные сплавы — содержит небольшие количества различных легирующих элементов, добавляемых с целью изменения одного или нескольких основных свойств меди. Содержание этих добавок поддерживается на низком уровне, чтобы материал сохранял большую часть проводимости и обрабатываемости чистой меди, при этом приобретая такие улучшенные характеристики, как повышенная прочность, твердость или сопротивляемость размягчению.
Латуни составляют третье семейство и представляют собой медные сплавы, в которых цинк является основным легирующим элементом. Изменение содержания цинка и добавление небольших количеств таких элементов, как свинец, олово или алюминий, позволяет получать широкий спектр оттенков, прочности, а также уровней формуемости и обрабатываемости. В целом ковкие латуни относятся к серии UNS, начинающейся с марки C20500. Они входят в число наиболее широко используемых медных сплавов и применяются в производстве сантехнической арматуры, крепежных изделий, декоративной фурнитуры и электрических компонентов.
Четвертая группа — бронзы — традиционно представляла собой сплавы меди и олова, однако в настоящее время этот термин охватывает несколько групп, определяемых по основному легирующему элементу. К ним относятся оловянные бронзы (также называемые фосфорными бронзами), алюминиевые бронзы, кремниевые бронзы и другие. Бронзы, как правило, обладают более высокой прочностью, чем медь и латунь, а также хорошей коррозионной стойкостью и износостойкостью, что делает их подходящими для изготовления подшипников, втулок, пружин и судовых деталей. В целом бронзы занимают диапазон UNS от C50000 до C69999.
Пятая группа — медно-никелевые сплавы — также известна под названием «медно-никели» или «купроникели». Они содержат от 1,5 % до 45 % никеля в качестве основного легирующего элемента. В соответствии с классификацией UNS кованые медно-никелевые сплавы обозначаются номерами от C70000 до C73499. Эти сплавы широко используются для изготовления монет, оборудования, работающего в морской воде, испарителей, труб теплообменников, а также гидравлических и охлаждающих систем автомобилей, в основном благодаря их высокой устойчивости к коррозии в морской воде.
Шестая группа — никелевое серебро. Несмотря на свое название, никелевое серебро не содержит серебра и может рассматриваться как латунь с добавлением никеля. Содержание никеля значительно варьируется, но обычно составляет от 9 % до 30 % в зависимости от области применения. Содержание меди, как правило, остается довольно постоянным — примерно от 60 % до 65 %, в то время как содержание цинка уменьшается по мере увеличения содержания никеля. Более высокое содержание никеля придает сплаву более белый цвет и обеспечивает большую коррозионную стойкость, хотя при этом снижается пластичность.
Никелевое серебро ценится за коррозионную стойкость, привлекательный цвет и хорошие свойства при холодной деформации. Типичные изделия варьируются от автомобильных радиаторов, шариковых ручек и клавиш музыкальных инструментов до корпусов транзисторов, электрических контактов, архитектурной фурнитуры и столовых приборов. В системе UNS кованые никелевые сплавы обозначаются номерами от C73500 до C79999.
В данной статье медь классифицируется по шести семействам сплавов. Сопутствующие руководства из серии «Медь» освещают темы, которые вам понадобятся наряду с этой статьёй. В разделе «Свойства меди» подробно описаны проводимость, коррозионная стойкость и прочность, которые отличают одно семейство от другого. В разделе «Технические характеристики меди» объясняются системы обозначений, используемые для точного определения каждого сорта, а в разделе «Стандарты на медь» излагаются рамки, регулирующие эти обозначения в разных регионах. В совокупности эти разделы связывают классификацию сортов с лежащими в ее основе свойствами, обозначениями и стандартами.
Медь подразделяется на чистую медь, низкоместные медные сплавы, латуни, бронзы, медно-никелевые сплавы и никелево-серебряные сплавы. Каждая группа отличается своим уникальным соотношением проводимости, прочности, коррозионной стойкости и технологичности.
Коммерчески чистая медь (UNS C10100–C13000) отличается мягкостью и пластичностью, а общее содержание примесей в ней не превышает примерно 0,7 %. В разреженных медных сплавах намеренно добавляются небольшие количества легирующих элементов, которые изменяют одно или несколько основных свойств меди, сохраняя при этом большую часть ее электропроводности и технологичности.
Латунь — это сплав меди, в котором основным легирующим элементом является цинк, тогда как бронза традиционно представляла собой сплав меди и олова. Сегодня термин «бронза» также охватывает алюминиевые бронзы, кремниевые бронзы и аналогичные сплавы. Бронзы, как правило, обладают более высокой прочностью и лучшей износостойкостью, тогда как латуни ценятся за их обрабатываемость, механическую обрабатываемость и внешний вид.
Электролитическая медь с высоким содержанием смолы (C11000) является наиболее распространённой маркой электротехнической меди, обладающей высокой электропроводностью, превышающей 100 % по шкале IACS. Бескислородные марки C10100 и C10200 применяются в тех случаях, когда требуется ещё более высокая чистота.
Медно-никелевые сплавы, содержащие от 1,5 % до 45 % никеля, используются для изготовления монет, оборудования, работающего в морской воде, испарителей, труб теплообменников, а также гидравлических и охладительных систем автомобилей, в основном благодаря их высокой стойкости к коррозии в морской воде.