Медь МК

Медь МК — низколегированный сплав на основе меди с добавлением кадмия, также известный под маркой БрКд1. Материал относится к группе безоловянных бронз, обрабатываемых давлением. Главная особенность сплава — сочетание высокой электропроводности (до 85–90 % от показателя чистой меди) с повышенной механической прочностью и жаропрочностью. Эти качества сделали медь МК одним из основных электродных материалов для машин контактной сварки, а также востребованным сплавом в электротехнической промышленности.

Химический состав меди МК (БрКд1)

Химический состав сплава регламентирован ГОСТ 18175-78 «Бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением. Марки». По международной классификации СТ СЭВ 377-76 аналогом БрКд1 является сплав CuCd1.

Кадмий в указанных пределах образует с медью твёрдый раствор замещения. Он практически не снижает электропроводность, но существенно повышает прочность и износостойкость материала, особенно после холодной пластической деформации (нагартовки).

Физико-механические свойства сплава МК

Сплав МК (БрКд1) не подвергается упрочняющей термической обработке. Необходимый комплекс свойств достигается исключительно холодной деформацией. По этому признаку он относится к первой группе электродных бронз — сплавам, упрочняемым только нагартовкой.

Предел прочности кадмиевой бронзы в нагартованном состоянии превышает аналогичный показатель чистой меди в 2–2,5 раза. При этом потеря электропроводности составляет лишь 10–15 %. Именно это сочетание определяет ценность сплава для электротехнических применений, где требуется одновременно проводить ток и выдерживать механические нагрузки.

Влияние кадмия на свойства медного сплава

Кадмий — один из немногих легирующих элементов, которые при введении в медь практически не снижают её теплопроводность и электропроводность. Механизм упрочнения основан на формировании твёрдого раствора замещения: атомы кадмия, замещая атомы меди в кристаллической решётке, создают поля напряжений, препятствующие движению дислокаций.

Упрочняющее действие кадмия проявляется как в отожжённом, так и в холоднодеформированном состоянии. С увеличением степени обжатия при холодной деформации прочность нарастает значительно. При степени обжатия 40–50 % и более сплав приобретает твёрдость, достаточную для работы в качестве электродного материала.

Сравнение с другими электродными сплавами на медной основе

В ряду электропроводности электродных сплавов (по отношению к чистой меди) материалы располагаются по убыванию: БрХЦр 0,6-0,05 → МС → МК → БрХ → БрХ08 → БрНТБ → БрНК → БрКд1 → БрКН1-4. Медь МК занимает среднее положение: уступает хромоциркониевой бронзе по электропроводности, но превосходит хромистые и кремненикелевые бронзы.

По сравнению с термически обрабатываемыми электродными сплавами (хромовые, хромоциркониевые бронзы), медь МК проще в производстве — не требует закалки и старения, достаточно холодной деформации. Однако по жаропрочности при высоких рабочих температурах (свыше 300 °C) она уступает хромовым бронзам.

Применение меди МК в промышленности

Области применения сплава определяются его высокой электропроводностью в сочетании с повышенной прочностью и износостойкостью.

Электроды для машин контактной сварки

Медь МК — один из основных материалов для электродов, работающих при контактных температурах поверхности до 250–300 °C. Такие условия характерны для точечной и шовной сварки углеродистых и низколегированных сталей, а также медных и алюминиевых изделий.

Для электродной продукции прутки из сплава МК обязательно применяются в нагартованном состоянии с твёрдостью не ниже 95 HB. Прессованные заготовки подвергают дополнительной холодной деформации со степенью обжатия не менее 40–50 %.

Стойкость электродов из кадмиевой бронзы в 3–6 раз превышает стойкость электродов из чистой меди. Расход электродного материала при этом снижается в 6–8 раз. Чистая медь, несмотря на высокую электропроводность, имеет низкую температуру рекристаллизации (~200 °C) и быстро теряет нагартованное упрочнение при рабочем нагреве, что приводит к интенсивному износу контактной поверхности.

Коллекторы электродвигателей

Коллекторные пластины электрических машин работают в условиях механического истирания щётками и термоциклических нагрузок. Сплав МК обеспечивает необходимую износостойкость при сохранении электрического контакта. Для производства коллекторных пластин используются холоднодеформированные профили из кадмиевой бронзы.

Контактные и троллейные провода

Кадмиевая бронза широко применяется для контактных проводов электротранспорта — трамваев, троллейбусов, железнодорожного электрического транспорта. В этом применении важны одновременно высокая электропроводность для минимизации потерь энергии и повышенная прочность на разрыв для обеспечения надёжного подвешивания без провисания.

Прочие области использования

Сплав МК находит применение для производства сильноточных контактов, элементов коммутационной аппаратуры, стержневых оснований силовых передатчиков и других деталей, где востребовано сочетание электропроводности с механической прочностью и износостойкостью.

Формы поставки кадмиевой бронзы МК

Продукция из сплава МК (БрКд1) поставляется в следующих видах полуфабрикатов:

Прутки предназначаются для изготовления электрододержателей, роликов и других деталей контактных сварочных машин. Продукция поставляется по предварительному заказу с сертификатами, подтверждающими соответствие требованиям ГОСТ.

Особенности обработки сплава МК

Холодная деформация и нагартовка кадмиевой бронзы

Поскольку сплав МК не упрочняется закалкой и старением, единственный способ достижения требуемых механических свойств — холодная пластическая деформация. Степень обжатия напрямую определяет итоговую прочность и твёрдость. Для электродных заготовок рекомендуемая степень обжатия составляет не менее 40–50 %. С увеличением деформации предел прочности может возрастать до 330 МПа и выше.

Горячая обработка давлением

Ковка и горячая штамповка проводятся в температурном диапазоне 680–900 °C. Свариваемость и обрабатываемость резанием сплава оцениваются как хорошие, что упрощает производство деталей и позволяет изготавливать изделия сложной геометрии.

Рекристаллизационный отжиг

При необходимости снятия нагартовки для промежуточных операций сплав подвергают рекристаллизационному отжигу. Следует учитывать, что отжиг полностью снимает упрочнение, и после промежуточного отжига требуется повторная холодная деформация для восстановления рабочих свойств.

Хранение и транспортировка

Продукция из сплава МК хранится в закрытых складских помещениях, защищённых от воздействия влаги и агрессивных сред. Медно-кадмиевый сплав обладает хорошей коррозионной стойкостью на воздухе, однако при длительном хранении во влажной атмосфере возможно поверхностное окисление. Транспортировка осуществляется в упаковке, исключающей механические повреждения поверхности полуфабрикатов.