К металлам и сплавам высокой проводимости предъявляют следую­щие требования:

· минимальное значение (ρ_v);

· достаточно высокие механиче­ские свойства, главным образом предел прочности при растяжении (σ_р) и относительное удлинение при разрыве ();

· хорошая технологичность (способность к пластическим деформациям, пайке, сварке);

· достаточно высокая стойкость к действию агрессивных сред.

Материалы высокой про­водимости применяют для изготовления обмоточных и монтажных прово­дов, различного вида токоведущих частей. Наиболее распространенными материалами высокой проводимости в электротехнике являются: медь, алюминий, серебро и сплавы на их основе, а также железо и сплавы на его основе; в электронной технике также ис­пользуют золото, платину, палладий.

Проводниковая медь является лучшим после серебра проводниковым материалом высокой проводимости. Широкое применение меди в качестве проводникового материала обусловлено рядом ценных свойств этого мета­ла:

1) малым удельным электрическим сопротивлением (ρ_v = 0,017241 мкОм·м при 20°С, что является электротехническим стандартом, по отношению к которому выражают ρ_v других проводниковых материалов);

2) высокой механической прочностью;

3) удовлетворительной коррозионной стойкостью;

4) хорошей технологичностью.

Примеси других металлов (включая и серебро) резко снижают прово­димость меди. Поэтому для основных марок проводниковой меди допуска­ется содержание примесей не более 0,1 % для марки М1 и 0,03 % для марки МО. Кроме того, содержание кислорода, существенно ухудшающего меха­нические свойства меди, допускается не более 0,08 % и 0,02 % для соответ­ствующих марок.

В электровакуумной технике применяют более чистую медь, не со­держащую кислорода и летучих примесей (Zn, Рb, Вi), бескислородную медь марки МО. Она содержит не более 0,03 % примесей. Еще более чистой является вакуумная медь марки МВ с содержанием примесей не более 0,01 %.

Как проводниковый материал используют твердую медь марки МТ и мягкую медь марки ММ. При холодной прокатке (волочении) у твердой (твердотянутой) меди повышаются твердость, упругость, предел прочности при растяжении, сопротивление (ρ_v),. По­сле отжига при температуре в несколько сотен градусов получают мягкую (отожженную) медь, которая пластична, имеет проводимость на 3…5 % вы­ше, чем у твердой меди, характеризуется большим удлинением при разры­ве. К недостаткам отожженной меди следует отнести небольшую прочность и пониженную твердость.

Применение твердой и мягкой меди различно. Твердую медь приме­няют там, где требуется обеспечить высокую механическую прочность, твердость и сопротивляемость к истиранию: для изготовления коллектор­ных узлов электрических машин, контактных проводов, шин распредели­тельных устройств и т.д. Мягкую медь используют для изготовления обмоточных и монтажных проводов, токоведущих жил кабелей, где важны гибкость и пластичность, а прочность не имеет существенного значения.

Из специальных электровакуумных сортов меди изготавливают аноды мощных генераторных ламп, детали СВЧ-устройств. Медь достаточно до­рогой и дефицитный материал.

Для изделий, от которых требуется прочность выше 400 МПа, используют сплавы меди.

Латуни – двойные и многокомпонентные медные сплавы с основным легирующим элементом – цинком. По сравнению с медью латуни обладают более высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

Латуни могут иметь в своем составе до 45 % цинка. Повышение количества цинка в латуни до 45 % приводит к повышению её прочности (σ_в) до 450 МПа. Максимальная пластичность латуни достигается при содержании цинка около 37 %.

По технологическому признаку латуни подразделяются на деформируемые и литейные Изделия из α-латуни изготавливают главным образом холодной или горячей деформацией, обработка резанием не дает достаточной чистоты. Изделия из (α + β)-латуней изготавливают горячей (прессованием, штамповкой) или холодной (без вытяжки) деформацией или обработкой резанием. Изделия применяются в отожженом или же наклепанном состоянии, поскольку термическая обработка не дает эффекта.

В многокомпонентных латунях добавки Al, Sn, Ni, Mn, Fe и Si повышают прочность, твердость, коррозионную стойкость и литейные свойства сплава. Свинец улучшает обрабатываемость резанием. Введение третьего компонента в двойные латуни изменяет их структуру и свойства. Экспериментально установлено, что добавки третьего компонента сдвигают границы α- и (α + β)-областей. Добавляемый элемент действует на структуру латуней качественно так же, как и сам цинк, но эффект от добавки 1 % этого элемента будет иной.

По ГОСТ 15527 – 70 простые (двойные) латуни обозначаются буквой Л и цифрой, показывающей содержание меди в процентах (остальное цинк).

Латуни с содержанием меди 90 % и более (Л96, Л90) называют томпак, с содержанием меди 80 – 85 % меди (Л85, Л80) – полутомпак.

Легированные деформируемые латуни маркируются буквой Л и буквами, обозначающими название легирующего элемента. Цифры, отделенные друг от друга знаком «тире», идущие после букв, показывают содержание меди (первая) и легирующих элементов (соответственно буквам) в процентах (остальное – цинк). Например: ЛАЖ 60-1-1, Л070-1, ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 и др. (ГОСТ 15527 – 70*).

Легированные латуни называют по легирующим добавкам. Например:

1) ЛА77-2 – алюминиевая деформируемая латунь, содержащая 77 % Сu, 2 % Al, остальное (21 %) Zn;

2) ЛО90-1 – оловянный томпак, содержащий 90 % Сu, 1 % Sn (О), остальное Zn (9 %).

По ГОСТ 17711 – 80* в марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой, обозначающей его название. Например: ЛЦ14К3С3, ЛЦ40Мц1,5, ЛЦ40С, ЛЦ30А3 и др.

Пример расшифровки марки ЛЦ23А6Ж3Мц2: алюминиево-железо-марганцовая литейная латунь, содержащая 23 % Zn, 6 % Al, 3 % Fe, 2 % Mn, остальное Сu (66 %).

Латуни, за исключением свинцовосодержащих, легко поддаются обработке давлением в холодном и горячем состоянии. Все латуни хорошо паяются твердыми и мягкими припоями. Из латуней изготавливают различные детали машин, аппаратов.

Литейные латуни идут для фасонного литья, обладают хорошей жидкотекучестью, мало склонны к ликвации и обладают антифрикционными свойствами.

Бронзы – сплавы меди, обычно многокомпонентные, в которых основными легирующими элементами являются различные металлы, кроме цинка и никеля.

По химическому составу бронзы подразделяются на оловянные и безоловянные, не содержащие олова в качестве легирующего компонента.

Бронзы называют, как и латуни, по соответствующим добавкам:

· алюминиевые;

· свинцовые;

· кремнистые и т.д.

По технологическому признаку бронзы делятся на литейные и деформируемые.

При маркировке бронз на первом месте стоят буквы Бр. Остальная запись сплава зависит от способа получения заготовок.

В марках литейных бронз обозначение и количество легирующих компонентов такое же, как для латуней. В конце марки может дополнительно стоять прописная буква Л. Например: БрО3Ц7С5Н, БрО10, БрО10Ф, БрО8Н4Ц2 и др. (ГОСТ 613 – 79); БрА9Мц2Л, БрА10Ж4Н4Л, БрСу3Н3Ц3С20Ф (Су – сурьма) и др. (ГОСТ 493 – 79) и т.д.

Например, расшифровка марки БрО3,5Ц7С5: оловянно-цинково-свинцовая литейная бронза с содержанием олова (О) – 3,5 %, цинка (Ц) – 7 %, свинца (С) – 5 %, остальное (84,5 %) – медь.

Отличие обозначения марок деформируемых бронз от марок литейных такое же, как и для латуней: сначала в обозначении марки записываются все легирующие элементы, а затем – цифры через тире, указывающие в той же последовательности содержание компонентов в процентах. Например: БрОФ6,5-0,4, БрОЦ4-3, БрОЦС4-4-4 и др. (ГОСТ 5017 – 74*), БрА5, БрАЖН10-4-4, БрБНТ1,9 и др. (ГОСТ 18175 – 78*) и т.д.

Пример расшифровки марок:

1) БрБ2 – безоловянная бериллиевая деформируемая бронза, содержащая 2 % бериллия (Б), остальное – 98 % медь;

2) БрБНТ1,7 – безоловянная бериллиево-никелево-титановая деформируемая бронза, содержащая 1,7 % бериллия (Б), менее 1 % никеля и титана каждого, остальное (около 97 %) – медь.

Бронзы, обрабатываемые давлением, характеризуются более низким содержанием олова, чем применяемые для литья.

В промышленности применяются двойные оловянные бронзы, имеющие в составе кроме меди и олова, добавки цинка, свинца, фосфора, никеля и др. Механические свойства двойных оловянных бронз зависят от содержания олова (рис. 7.5).

Широкий интервал кристаллизации сплавов меди с оловом является причиной их невысокой жидкотекучести и значительной пористости отливок. Для улучшения литейных свойств, повышения плотности отливок и уменьшения интервала кристаллизации в небольшом количестве в оловянную бронзу вводят цинк.

Свинец улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием оловянных бронз, фосфор (при содержании фосфора 1 % появляется тройная эвтектика) улучшает литейные, антифрикционные и механические свойства бронз. Кроме того, фосфор служит раскислителем.

Рис. 7.5. Зависимость механических свойств сплавов Cu-Sn

Алюминиевые бронзы, среди медных сплавов, по своей распространенности занимают одно из первых мест. Это объясняется высокими механическими, коррозионными и антифрикционными свойствами алюминиевых бронз. Детали из алюминиевых бронз изготавливаются литьем и обработкой давлением.

Оптимальными свойствами обладают алюминиевые бронзы с содержанием 5…8 % алюминия. Увеличение алюминия до 10…11 % ведет к резкому повышению прочности и снижению пластичности алюминиевых бронз.

Свинцовые бронзы выгодно сочетают в себе хорошие антифрикционные свойства с высокой теплопроводностью. Кроме того, они хорошо воспринимают ударные нагрузки и работают на усталость. В связи с этим их применяют для ответственных высоконагруженных подшипников, работающих при больших скоростях (подшипников авиационных двигателей, дизелей, мощных турбин и др.).

Свинцовые бронзы имеют высокую теплопроводность (в 4 раза большую, чем у оловянистой бронзы, в 6 раз большую, чем у баббитов  – сплавов олова с сурьмой)), допускают больший нагрев (до 300…320 °С), что весьма важно для быстроходных машин.

Наибольшее применение имеют бронзы, содержащие 25…30 % свинца. Медь и свинец в твердом состоянии не растворимы друг в друге и образуют эвтектику, которая практически состоит из кристаллов меди и включений свинца, которые располагаются по границам зерен или заполняют междендритные пространства. Такая структура обеспечивает высокие антифрикционные свойства.

Бронза Бр30 имеет низкие механические свойства (σ_в = 60…80 МПа, δ = 4 % , НВ 250), поэтому ее применяют в виде тонкого слоя по стальной ленте или трубе, из которой изготавливают подшипники.

В соответствии с составом свинцовые бронзы условно делят на две группы: к первой группе относят двойные бронзы с 30…35 % свинца, ко второй группе – легированные свинцовые бронзы с присадками олова и никеля. Добавки олова и никеля повышают механические и коррозионные свойства бронзы.

Медно-никелевые сплавы – сплавы, в которых основным легирующим элементом является никель.

Промышленные медно-никелевые сплавы можно условно разделить на две группы: конструкционные и электротехнические.

К первой группе относятся коррозионно-стойкие и высокопрочные сплавы типа мельхиор, нейзильбер, куниаль. В качестве дополнительных легирующих элементов в них добавляют Mn, Al, Zn, Fe, Co, Pb и др.

Маркировка медно-никелевых сплавов (ГОСТ 5063 – 73, ГОСТ 5187 – 70) начинается с буквы М:

МНЖМц30-1-1, МН19 –                   мельхиор;

МНЦ15-20, МНЦС16-29-1,8 –          нейзильбер;

МНА13-3, МНА6-1,5 –                      куниаль и др.

Медно-никелевые сплавы имеют высокую коррозионную стойкость в различных средах, высокие механические свойства, хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии, устойчивы к разрушению при низких температурах.