Медная лигатура

Медная лигатура — это вспомогательный сплав на основе меди, предназначенный для введения легирующих элементов в расплав при выплавке цветных металлов и их сплавов. Применение лигатур позволяет вводить тугоплавкие или химически активные компоненты (фосфор, бериллий, хром, титан и др.) в жидкий металл при температурах значительно ниже температуры плавления чистых легирующих элементов, что обеспечивает равномерное распределение добавки и снижает потери на угар.

В литейном и металлургическом производстве медные лигатуры выполняют три основные задачи: раскисление расплава (удаление растворённого кислорода), модифицирование структуры (измельчение зерна) и корректировка химического состава при выплавке бронз, латуней и специальных медных сплавов.

Медно-фосфористые сплавы МФ9 и МФ10

Фосфористая медь — один из наиболее востребованных видов медной лигатуры. Медно-фосфористые сплавы регламентируются ГОСТ 4515-93 «Сплавы медно-фосфористые. Технические условия». Стандарт устанавливает две марки:

Сплав марки МФ10 отличается повышенной чистотой — его получают из меди с массовой долей Cu не менее 99,9 % (по ГОСТ 859) и красного технического фосфора (по ГОСТ 8655). Марка МФ9 допускает несколько большее содержание примесей.

Назначение фосфористой меди

Основное назначение медно-фосфористых сплавов — раскисление и модифицирование при плавке меди и медных сплавов (бронз). Фосфор обладает высоким сродством к кислороду и эффективно связывает растворённую в расплаве закись меди (Cu₂O), образуя легкоудаляемый шлак (фосфат меди). Расход фосфористой меди при раскислении зависит от типа выплавляемого сплава: для оловянно-фосфористых бронз вводят из расчёта ~0,1 % P, для оловянных бронз без фосфора — 0,04–0,05 % P, для алюминиевых бронз — 0,01–0,02 % P. Кроме того, медно-фосфористый сплав применяется в качестве компонента медно-фосфорных припоев, используемых для пайки медных изделий и трубопроводов.

Форма поставки медно-фосфористых сплавов

По ГОСТ 4515-93 медно-фосфористые сплавы поставляются в виде плиток габаритными размерами (370±10)×(215±10)×(30±5) мм. Плитка разделена пережимами на 40 долей для удобства отламывания необходимого количества при шихтовке. Цветовая маркировка: МФ9 — чёрная полоса, МФ10 — белая полоса (для экспорта).

Меднобериллиевая лигатура по ГОСТ 23912-79

Меднобериллиевая лигатура предназначена для производства бериллийсодержащих бронз (БрБ2, БрБ2,5, БрБНТ1,7 и др.), которые применяются в приборостроении, электротехнике и производстве пружинных элементов. Добавка бериллия значительно повышает прочность и твёрдость медных сплавов, придаёт им пружинящие свойства.

ГОСТ 23912-79 «Лигатура меднобериллиевая. Технические условия» устанавливает две марки:

Обе марки имеют одинаковую массовую долю бериллия и различаются допустимым уровнем примесей. Лигатура поставляется в виде слитков массой до 2,5 кг. Гарантийный срок хранения — 10 лет со дня изготовления.

При работе с меднобериллиевой лигатурой необходимо соблюдать особые меры безопасности: бериллий относится к первому классу опасности (ГОСТ 12.1.007), а аэрозоли и пыль бериллиевых соединений токсичны.

Лигатура медь-никель для медно-никелевых сплавов

Медно-никелевая лигатура применяется при выплавке конструкционных и электротехнических медно-никелевых сплавов: мельхиора (МН19), нейзильбера (МНЦ15-20), константана (МНМц40-1,5), монеля (НМЖМц28-2,5-1,5) и других. Никель повышает коррозионную стойкость, прочность и жаростойкость медных сплавов.

Марки медно-никелевых сплавов, обрабатываемых давлением, регламентируются ГОСТ 492-73. Стандарт устанавливает, в частности, марки МН19 (18–20 % Ni) и МН25 (24–26 % Ni). Лигатуры CuNi с различным соотношением компонентов (например, CuNi30, МН25) поставляются для подшихтовки расплава до требуемого содержания никеля.

Выплавку медно-никелевых сплавов ведут в индукционных электропечах. После расплавления шихты сплав раскисляют марганцем и магнием (для мельхиора и константана) или марганцем и кремнием (для нейзильбера). Магний вводят в виде лигатуры Ni–Mg.

Лигатура медь-алюминий для алюминиевых бронз

Медно-алюминиевая лигатура (CuAl) применяется при выплавке алюминиевых бронз (БрА9Мц2Л, БрАЖ9-4 и др.). Типичный состав двойной лигатуры — 50 % Cu и 50 % Al с температурой плавления 575–600 °C, что значительно ниже температуры плавления чистого алюминия и обеспечивает равномерное растворение в медном расплаве.

Алюминиевые лигатуры, в том числе на медной основе, могут производиться в соответствии с ГОСТ Р 53777-2010 «Лигатуры алюминиевые. Технические условия» или по техническим условиям. Поставляются в виде плиток (вафельных пластин) или чушек.

Другие виды лигатур на основе меди

Медь-марганец (CuMn)

Лигатура CuMn (например, CuMn50 — 50 % марганца) используется при производстве высокопрочных латуней и сложнолегированных алюминиевых бронз. Также применяется для раскисления и десульфуризации медных и медно-никелевых сплавов. Температура плавления лигатуры CuMn50 составляет около 960 °C, плотность — около 7,1 г/см³. Поставляется в вафельных пластинах массой 12–18 кг.

Медь-железо (CuFe)

Лигатура CuFe применяется при выплавке алюминиевых бронз и медно-никелевых сплавов. Железо улучшает механические свойства алюминиевых бронз (предел прочности) и повышает коррозионную стойкость медно-никелевых сплавов, в частности устойчивость к ударной коррозии. Использование чистого железа при легировании медных расплавов затруднено из-за разницы температур плавления, поэтому его вводят именно в виде лигатуры. Температура солидуса CuFe — около 1094 °C.

Медь-хром (CuCr)

Медно-хромовая лигатура (CuCr, например, CuCr10 — 10 % хрома) используется при получении хромовых бронз (БрХ, БрХЦр и др.), которые отличаются высокой электро- и теплопроводностью в сочетании с повышенной прочностью. Хромовые бронзы востребованы в производстве электродов контактной сварки, коллекторных пластин электродвигателей и токопроводящих пружинных элементов.

Медь-бор (CuB)

Лигатура CuB (3–4 % бора) — эффективный модификатор для измельчения зерна в чистой меди, латунях и бронзах. Бор вводят при температуре расплава 1200–1250 °C в количестве 0,002–0,1 % от массы расплава. Также используется при производстве электротехнической меди для повышения электропроводности за счёт связывания вредных примесей в нерастворимые бориды.

Медь-титан (CuTi)

Лигатура CuTi (до 30 % Ti) применяется для получения титансодержащих медных сплавов с высокими механическими свойствами, коррозионной и износостойкостью. Может использоваться как раскислитель. Поставляется в вафельных пластинах.

Медь-кремний (CuSi)

Применяется при выплавке кремнистых бронз и кремнистых латуней. Кремний повышает прочность и коррозионную стойкость медных сплавов, а также улучшает их литейные свойства.

Формы поставки медной лигатуры

В зависимости от системы сплава и требований стандарта, медные лигатуры поставляются в следующих формах:

Хранение лигатур осуществляется в крытых помещениях в условиях, исключающих попадание влаги. Транспортировка — всеми видами транспорта в крытых транспортных средствах.

Применение медной лигатуры в литейном производстве

В практике литейного производства медные лигатуры используются на различных этапах плавки. Типичная последовательность при выплавке бронзы: в разогретую печь загружают медь и расплавляют; проводят первичное раскисление фосфористой медью (половина расчётной навески); загружают возврат (литники, лом) и лигатуры с тугоплавкими элементами; после полного расплавления и перемешивания вводят оставшуюся часть раскислителя; при необходимости модифицируют структуру лигатурами CuB или CuTi; разливают в формы.

Выбор конкретного типа лигатуры, её количество и порядок введения определяются маркой выплавляемого сплава, типом плавильного оборудования и требованиями к качеству отливок. Для получения консультации по подбору лигатуры под конкретную задачу обращайтесь к нашим специалистам.