Файл: Ейльман, Л. С. Проводниковые материалы в электротехнике.pdf

Т а б л и ц а 3

Механические свойства меди при температуре 20 °С

ся с медью в жидком состоянии и нерастворимым в твер­ дом, относятся: О, Se, Те, Tl, Cr, Mo, 'W, Nb, Та, Re, Pb, U.

Характеристики механических свойств меди указаны в табл. 3 и 4, а электрических свойств в табл. 5. Медь — диамагнитный металл с небольшой удельной магнитной восприимчивостью (0,086 см31г при 18 °С).

Т а б л и ц а 4

Механические свойства мягкой меди при высоких температурах

В электротехнике используется медная проволока различных сечений с диаметром от 0,02 мм (отрезками массой не менее 0,03 кг) до 12 мм (массой не менее 60 кг в бухте). Такая проволока применяется для изго-

31

товления монтажных проводов, кабелей различных ма­ рок, неизолированных проводов и обмоточных проводов

сразличной изоляцией. Кроме того, медь используется

ввиде шин различного сечения, медных лент для экра­ нов кабелей и т. п. Медь является хорошим криопро­ водником, т. е. материалом высокой проводимости, кото­ рый при охлаждении до 4—80 К обладает удельным сопротивлением, во много раз меньшим, чем при нормаль-

а)

Рис. 13. Зависимость удельного электрического сопротивления неко­ торых металлов.

а — от содержания примесей; б — от температуры.

ной температуре. Такие материалы характеризуются от­ ношением удельного электрического сопротивления при комнатной температуре к удельному электрическому со­ противлению при гелиевой температуре или температу­ ре жидкого водорода, т. е. величиной Ят — ргэз к/рго.з к.

Из табл. 1 и рис. 13 нетрудно видеть, что химическая чистота металлов оказывает существенное влияние на остаточное электрическое сопротивление.

32

* Это значение принимают за 100% при выражении электрической проводи­ мости других металлов.

5. МЕДНЫЕ СПЛАВЫ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ

Низкоомные медные сплавы повышенной проч­ ности по механизму упрочнения можно условно разде­ лить на три группы: 1) однофазные и двухфазные спла­ вы типа твердый раствор; 2) дисперсионно отвердеваю­ щие сплавы; 3) внутриокислепные сплавы.

В первой группе сплавов упрочнение достигается искажением решетки, возникающей при формировании этого сплава. Сплав подобного рода представляет собой кристаллическую решетку основного металла, в некото­ рых узлах которой появились атомы легирующего эле­ мента, или решетку с атомами легирующего элемента, внедренными в матрицу основного металла. В первом случае мы имеем дело с медным сплавом типа твердого раствора замещения, а во втором — внедрения. Распо­ ложение атомов легирующего элемента в зависимости от состава и термообработки может быть упорядочен­ ным и неупорядоченным. Поэтому и различают упорядо­ ченный и неупорядоченный твердый раствор.

Во второй группе медных сплавов упрочнение дости­ гается дисперсионным способом. Он основан на том, что при охлаждении сплава происходит уменьшение преде­ ла растворимости в меди некоторых элементов и соеди­ нений и их выделение в виде мелкодисперсной второй фазы. Эта фаза препятствует перемещению дислокаций и, следовательно, упрочняет металл. Дисперсное твер-

дение обеспечивается длительным отжигом при сравни­ тельно низких температурах термообработки (400°С).

Упрочнение сплавов третьей группы достигается фор­ мированием окислов меди и легирующих элементов, об­ ладающих большим сродством к кислороду, чем медь внутри металла проволоки. Окислы внутри металла по­ являются при термообработке, вызывающей диффузию кислорода в металл проволоки.

К однофазным и двухфазным сплавам первой группы относятся некоторые бронзы и латуни. Б р о н з а м и на­ зываются сплавы меди с оловом. Постепенно это назва­ ние распространилось на сплавы, в которых олово было

бронз сравнительно высокой электрической проводимо­ стью отличается бронза БрОЦ-4-3. Она обладает корро­ зионной устойчивостью и повышенными механическими характеристиками (табл. 6).

Из алюминиевых бронз электрическое сопротивление 0,1 ом-мм2/м имеет бронза БрА-5, содержащая 5,0% А1. Эта бронза трудно поддается пайке припоями, неустой­ чива в среде перегретого пара. По общей коррозии в ат­ мосферных условиях, устойчивости к воздействию мор­ ской воды бронза БрА-5 значительно превосходит медь и ее сплавы с оловом. Предел прочности бронзы состав­ ляет 70 кгс/мм2 для твердой и 35 кгс/мм2 для мягкой проволоки.

Бронза БрАЖ-9-4 (8— 10% А1 и 2—4% Fe) имеет удельное сопротивление 0,124 ом-мм2/м. Предел прочно­ сти при растяжении твердой бронзы выше 50 кгс/мм2. Из кремнистых бронз наименьшим сопротивлением об-

34

Ладает бронза БрКН-1-3 (0,6—1,1% Si; 2,4—3% Ni; 0,1 — 0,4% Мп). Удельное сопротивление составляет 0,046 омХ Хмм2/м\ предел прочности твердой бронзы около

60 кгс/мм2.

Латуни представляют собой обычно одноили двух­ фазные медно-цинковые сплавы. Они являются антикор­ розионными сплавами, которые значительно устойчивее железа и углеродистых сталей, однако в напряженном состоянии склонны к «сезонному» растрескиванию при хранении на открытом воздухе. Для устранения этого явления следует отжигать латунь при 280—350 °С. Такие сплавы, как Л 96, имеют хорошие антикоррозионные свойства. Потери массы от коррозии (г]мм21сутки) со­ ставляют для латуни Л96 0,001 во влажной атмосфере и 0,2 в морской воде, для латуни Л90 0,5 в водопроводной воде, а для латуни Л96 соответствующие потери состав­ ляют 0,0032. Сопротивление латуни Л96 и Л90 0,043 и 0,040 ом-мм2/м. Механические свойства этих латуней близки к свойствам меди [Л. 17]. Другие латуни, содер­ жащие больше цинка, более прочны, но имеют большее удельное сопротивление.

Медно-цинковые сплавы с добавками алюминия, же­ леза, марганца, свинца, никеля и других элементов на­ зываются с п е ц и а л ь н ы м и л а т у н я м и . Под влияни­ ем третьего компонента резко изменяются свойства этих сплавов. Алюминий улучшает механические характери­ стики латуней и их коррозионную стойкость. Железо за­ держивает рекристаллизацию латуней и измельчает зер­ но. Однако при содержании железа, большем 0,03%, латуни обнаруживают магнитные свойства. Кремний и марганец значительно улучшают механические, коррози­ онные и технологические характеристики латуней.

Никель в медно-цинковых сплавах значительно рас­ ширяет область твердого раствора, улучшает механиче­ ские, коррозионные и технологические свойства и из­ мельчает зерно. Олово в количестве 0,5— 1,5% повышает коррозионную стойкость латуней, в особенности привоздействии морской воды. Мышьяк в количестве 0,02— 0,10% также повышает коррозионную стойкость в мор­ ской воде и предохраняет латунь от обесцинкования в речной воде. Свинец облегчает обработку сплава реза­ нием, но ухудшает его пластичность. Теллур и селен да­ же в небольших количествах образуют с медью хрупкие химические соединения, поэтому являются причиной по-

явления трещин при обработке давлением. Некоторые электротехнические характеристики латуней, замеренные на прутках, приведены в табл. 7.

Из бронз, упрочняемых с помощью дисперсного твер­

в меди в пределах id—0,65%! при 1072 °С; с понижением температуры границы растворимости твердого раствора а резко уменьшаются и при 400 °С ia= 0,02% -

В результате закалки после нагрева при 1000°С в воде и отжига при 400 °С в течение 6 ч (режим дан для прутков) хромистые бронзы резко повышают свою прочность, твердость, электрическую проводимость и теп­ лопроводность. Примеси серебра в количестве 0,2%' вли­ яют благоприятно: они заметно повышают температуру разупрочнения и не снижают электрическую проводи­ мость. Дисперсионным отжигом можно повысить предел прочности проволоки из хромистой бронзы до 35— 45 кгс/мм2.

Примеси свинца, висмута и сурьмы являются вред­ ными, так как они резко ухудшают технологические свойства этих сплавов. Наличие нерастворенных механи-

36