Plastyczność odnosi się do podatności metali i stopów na kucie i inne rodzaje obróbki ciśnieniowej. Może to być ciągnienie, tłoczenie, walcowanie lub prasowanie. Ciągliwość miedzi charakteryzuje się nie tylko odpornością na odkształcenia, ale również ciągliwością. Czym jest plastyczność? Jest to zdolność metalu do zmiany konturów pod naciskiem bez zniszczenia. Metale ciągliwe to mosiądz, stal, duraluminium i niektóre inne stopy miedzi, magnezu, niklu i aluminium. To właśnie one charakteryzują się wysokim poziomem plastyczności w połączeniu z niską odpornością na odkształcenia.
Miedź
Zastanawiam się, jak wygląda charakterystyka miedzi? Wiadomo, że jest to element 11. grupy 4. okresu układu pierwiastków chemicznych D. I. Mendelejewa. Jego atom ma numer 29 i jest oznaczony symbolem Cu. W rzeczywistości jest to przejściowy metal plastyczny o różowo-złotym kolorze. Nawiasem mówiąc, ma różowy kolor, jeśli nie ma warstwy tlenku. Przez długi czas ten element był używany przez ludzi.
Historia
Jednym z pierwszych metali, które ludzie zaczęli aktywnie używać w swoich gospodarstwach domowych, jest miedź. Rzeczywiście, jest zbyt łatwo dostępny do pozyskania z rudy i ma małątemperatura topnienia. Ludzkość od dawna zna siedem metali, w tym miedź. W naturze pierwiastek ten występuje znacznie częściej niż srebro, złoto czy żelazo. Starożytne przedmioty wykonane z miedzi, żużel, świadczą o jej wytapianiu z rud. Odkryto je podczas wykopalisk we wsi Chatal-Khuyuk. Wiadomo, że w epoce miedzi szeroko rozpowszechniły się produkty z miedzi. W historii świata podąża za kamienną.
S. A. Siemionow i jego koledzy przeprowadzili badania eksperymentalne, w których odkrył, że narzędzia miedziane pod wieloma względami przewyższają narzędzia kamienne. Posiadają większą prędkość strugania, wiercenia, cięcia i piłowania drewna. A obróbka kości miedzianym nożem trwa tak długo, jak kamiennym. Ale miedź jest uważana za miękki metal.
Bardzo często w starożytności zamiast miedzi używano jej stopu z cyną - brązem. Był niezbędny do produkcji broni i innych rzeczy. Tak więc epoka brązu zastąpiła epokę miedzi. Brąz po raz pierwszy uzyskano na Bliskim Wschodzie w 3000 pne. AD: Ludziom podobała się siła i doskonała kowalność miedzi. Z powstałego brązu wychodziły wspaniałe narzędzia pracy i polowania, naczynia i ozdoby. Wszystkie te przedmioty znajdują się w wykopaliskach archeologicznych. Następnie epoka brązu została zastąpiona epoką żelaza.
Jak można było pozyskać miedź w czasach starożytnych? Początkowo wydobywano go nie z siarczków, ale z rudy malachitu. Rzeczywiście, w tym przypadku nie było potrzeby angażowania się w wstępne strzelanie. W tym celu w glinianym naczyniu umieszczono mieszaninę węgla i rudy. Naczynie zostało umieszczone wpłytki otwór i mieszanina została podpalona. Następnie zaczął uwalniać się tlenek węgla, który przyczynił się do redukcji malachitu do wolnej miedzi.
Wiadomo, że kopalnie miedzi zostały zbudowane na Cyprze już w trzecim tysiącleciu pne, gdzie wytopiono miedź.
Na ziemiach Rosji i sąsiednich stanów kopalnie miedzi powstały dwa tysiące lat przed naszą erą. mi. Ich ruiny znajdują się na Uralu, na Ukrainie, na Zakaukaziu, w Ałtaju i na dalekiej Syberii.
Przemysłowe wytapianie miedzi zostało opanowane w XIII wieku. A piętnastego w Moskwie powstał Cannon Yard. To tam odlewano z brązu działa różnych kalibrów. Do wykonania dzwonów użyto niewiarygodnej ilości miedzi. W 1586 r. odlano z brązu Carskie Działo, w 1735 r. - Car Bell, w 1782 r. powstał Jeździec Brązowy. W 752 r. rzemieślnicy wykonali wspaniały posąg Wielkiego Buddy w świątyni Todai-ji. Ogólnie lista dzieł sztuki odlewniczej jest nieskończona.
W XVIII wieku człowiek odkrył elektryczność. Wtedy to do produkcji drutów i podobnych wyrobów zaczęły trafiać ogromne ilości miedzi. W XX wieku druty wykonywano z aluminium, ale miedź nadal miała duże znaczenie w elektrotechnice.
Pochodzenie nazwy
Czy wiesz, że Cuprum to łacińska nazwa miedzi, wywodząca się od nazwy wyspy Cypr? Nawiasem mówiąc, Strabon nazywa miedziane kredki - miasto Chalkis na Eubei jest winne pochodzenia takiej nazwy. Większość starożytnych greckich nazw miedzi iprzedmioty z brązu pochodzą właśnie od tego słowa. Znalazły szerokie zastosowanie w kowalstwie, a także wśród wyrobów kowalskich i odlewów. Czasami miedź nazywa się Aes, co oznacza rudę lub kopalnię.
Słowiańskie słowo „miedź” nie ma wyraźnej etymologii. Być może jest stary. Ale bardzo często można go znaleźć w najstarszych zabytkach literackich Rosji. V. I. Abaev założył, że to słowo pochodzi od nazwy kraju Midia. Alchemicy nazywali miedź „Wenus”. W bardziej starożytnych czasach nazywano go „Mars”.
Gdzie można znaleźć miedź w przyrodzie?
Skorka ziemska zawiera (4, 7-5, 5) x 10-3% miedzi (masowo). W wodzie rzecznej i morskiej jest to znacznie mniej: odpowiednio 10-7% i 3 x 10-7% (masowo).
Związki miedzi często występują w przyrodzie. Przemysł wykorzystuje chalkopiryt CuFeS2, zwany pirytem miedzi, bornit Cu5FeS4, chalkocyt Cu 2S. Jednocześnie ludzie znajdują inne minerały miedzi: kupryt Cu2O, azuryt Cu3(CO3) 2(OH)2, Malachit Cu2CO3 (OH)2 i Covelline CuS. Bardzo często masa poszczególnych nagromadzeń miedzi sięga 400 ton. Siarczki miedzi powstają głównie w hydrotermalnych żyłach średniotemperaturowych. Często w skałach osadowych można znaleźć złoża miedzi - łupki i piaskowce miedziowe. Najbardziej znane złoża znajdują się w Terytorium Transbajkalskim Udokan, Zhezkazgan w Kazachstanie, Mansfeld w Niemczech i pasie miodu Afryki Środkowej. Zlokalizowane są inne najbogatsze złoża miedziw Chile (Colhausi i Escondida) i USA (Morenci).
Większość rudy miedzi wydobywana jest odkrywkowo. Zawiera 0,3 do 1,0% miedzi.
Właściwości fizyczne
Wielu czytelników jest zainteresowanych opisem miedzi. Jest to plastyczny różowo-złoty metal. W powietrzu jego powierzchnia natychmiast pokrywa się warstwą tlenku, co nadaje jej specyficzny intensywny czerwono-żółty odcień. Co ciekawe, cienkie warstwy miedzi mają niebiesko-zielony kolor.
Osm, cez, miedź i złoto mają ten sam kolor, różniący się od szarości lub srebra innych metali. Ten odcień koloru wskazuje na obecność przejść elektronowych między czwartym w połowie pustym a wypełnionym trzecim orbitalem atomowym. Między nimi istnieje pewna różnica energii odpowiadająca długości fali pomarańczy. Ten sam system odpowiada za konkretny kolor złota.
Co jeszcze jest niesamowitego w miedzi? Ten metal tworzy siatkę sześcienną skupioną na ścianie, grupę przestrzenną Fm3m, a=0,36150 nm, Z=4.
Miedź słynie również z wysokiej przewodności elektrycznej i cieplnej. Pod względem przewodzenia prądu plasuje się wśród metali na drugim miejscu. Nawiasem mówiąc, miedź ma gigantyczny współczynnik odporności na temperaturę i jest prawie niezależna od swojej wydajności w szerokim zakresie temperatur. Miedź nazywana jest diamagnesem.
Stopy miedzi są zróżnicowane. Ludzie nauczyli się łączyć mosiądz z cynkiem, nikiel z miedzioniklem, ołów z babbitami,i brąz z cyną i innymi metalami.
Izotopy miedzi
Miedź składa się z dwóch stabilnych izotopów, 63Cu i 65Cu, które mają odpowiednio 69,1 i 30,9 procent atomów. Ogólnie istnieje ponad dwa tuziny izotopów, które nie mają stabilności. Najdłużej żyjący izotop to 67Cu z okresem półtrwania 62 godzin.
Jak pozyskuje się miedź?
Wytwarzanie miedzi to bardzo interesujący proces. Metal ten pozyskiwany jest z minerałów i rud miedzi. Podstawowe metody otrzymywania miedzi to hydrometalurgia, pirometalurgia i elektroliza.
Rozważmy metodę pirometalurgiczną. W ten sposób miedź otrzymuje się z rud siarczkowych, na przykład chalkopirytu CuFeS2. Surowiec chalkopirytowy zawiera 0,5-2,0% Cu. W pierwszej kolejności pierwotną rudę poddaje się wzbogacaniu flotacyjnemu. Następnie jest utleniany i prażony w temperaturze 1400 stopni. Następnie kalcynowany koncentrat jest przetapiany na mat. Krzemionka jest dodawana do stopu w celu związania tlenku żelaza.
Powstały krzemian unosi się jako żużel i jest oddzielany. Na dole pozostaje mat - stop siarczków CU2S i FeS. Następnie jest topiony według metody Henry'ego Bessemera. W tym celu do konwertera wlewa się stopiony mat. Naczynie jest następnie przedmuchiwane tlenem. Pozostały siarczek żelaza jest utleniany do tlenku i za pomocą krzemionki jest usuwany z procesu w postaci krzemianu. Siarczek miedzi jest niecałkowicie utleniany do tlenku miedzi, ale następnie jest redukowany do metalicznej miedzi.
Buzyskana miedź konwertorowa zawiera 90,95% metalu. Następnie poddawany jest oczyszczaniu elektrolitycznemu. Co ciekawe, jako elektrolit stosowany jest zakwaszony roztwór siarczanu miedzi.
Miedź elektrolityczna powstaje na katodzie, która ma wysoką częstotliwość około 99,99%. Z uzyskanej miedzi wykonuje się różnorodne przedmioty: przewody, sprzęt elektryczny, stopy.
Metoda hydrometalurgiczna wygląda nieco inaczej. Tutaj minerały miedzi są rozpuszczane w rozcieńczonym kwasie siarkowym lub w roztworze amoniaku. Z przygotowanych cieczy miedź jest wypierana przez metaliczne żelazo.
Właściwości chemiczne miedzi
W związkach miedź wykazuje dwa stopnie utlenienia: +1 i +2. Pierwsza z nich ma tendencję do dysproporcjonowania i jest stabilna tylko w nierozpuszczalnych związkach lub kompleksach. Nawiasem mówiąc, związki miedzi są bezbarwne.
Stan utleniania +2 jest bardziej stabilny. To ona nadaje soli niebieski i niebiesko-zielony kolor. W nietypowych warunkach można otrzymać związki o stopniu utlenienia +3, a nawet +5. Ten ostatni występuje zwykle w solach anionowych cupbororane uzyskanych w 1994 roku.
Czysta miedź nie zmienia się w powietrzu. Jest to słaby środek redukujący, który nie reaguje z rozcieńczonym kwasem solnym i wodą. Utlenione stężonym kwasem azotowym i siarkowym, halogenami, tlenem, wodą królewską, tlenkami niemetali, chalkogenami. Po podgrzaniu reaguje z halogenowodorami.
Jeśli powietrze jest wilgotne, miedź utlenia się, tworząc zasadowy węglan miedzi(II). Świetnie reaguje z zimnym i gorącym nasyconym kwasem siarkowym, gorącym bezwodnym kwasem siarkowym.
Miedź reaguje z rozcieńczonym kwasem solnym w obecności tlenu.
Chemia analityczna miedzi
Każdy wie, czym jest chemia. Miedź w roztworze jest łatwa do wykrycia. W tym celu należy zwilżyć drut platynowy roztworem testowym, a następnie wprowadzić go do płomienia palnika Bunsena. Jeśli w roztworze znajduje się miedź, płomień będzie niebiesko-zielony. Musisz wiedzieć, że:
- Zazwyczaj ilość miedzi w lekko kwaśnych roztworach jest mierzona za pomocą siarkowodoru: jest on mieszany z substancją. Z reguły w tym przypadku wytrąca się siarczek miedzi.
- W tych roztworach, w których nie ma zakłócających jonów, miedź jest oznaczana kompleksometrycznie, jonometrycznie lub potencjometrycznie.
- Niewielkie ilości miedzi w roztworach są mierzone metodami spektralnymi i kinetycznymi.
Użycie miedzi
Zgadzam się, badanie miedzi to bardzo zabawna rzecz. Tak więc ten metal ma niską rezystywność. Ze względu na tę jakość miedź jest wykorzystywana w elektrotechnice do produkcji kabli energetycznych i innych kabli, przewodów i innych przewodników. Druty miedziane są stosowane w uzwojeniach transformatorów mocy i napędów elektrycznych. Aby stworzyć powyższe produkty, metal jest wybierany bardzo czysty, ponieważ zanieczyszczenia natychmiast zmniejszają przewodność elektryczną. A jeśli w miedzi jest 0,02% aluminium, jego przewodność elektryczna zmniejszy się o 10%.
Drugą użyteczną cechą miedzi jestdoskonała przewodność cieplna. Ze względu na tę właściwość znajduje zastosowanie w różnych wymiennikach ciepła, rurach cieplnych, radiatorach i chłodnicach komputerowych.
A gdzie jest używana twardość miedzi? Wiadomo, że bezszwowe okrągłe rury miedziane mają niezwykłą wytrzymałość mechaniczną. Doskonale znoszą obróbkę mechaniczną i służą do przenoszenia gazów i cieczy. Zwykle można je znaleźć w wewnętrznych systemach zaopatrzenia w gaz, zaopatrzenia w wodę, ogrzewania. Są szeroko stosowane w agregatach chłodniczych i systemach klimatyzacyjnych.
Doskonała twardość miedzi jest znana w wielu krajach. Tak więc we Francji, Wielkiej Brytanii i Australii rury miedziane są używane do dostarczania gazu do budynków, w Szwecji - do ogrzewania, w USA, Wielkiej Brytanii i Hongkongu - jest to główny materiał do zaopatrzenia w wodę.
W Rosji produkcja rur miedzianych do wody i gazu jest regulowana przez standard GOST R 52318-2005, a federalny kodeks zasad SP 40-108-2004 reguluje ich użycie. Rury wykonane z miedzi i jej stopów są aktywnie wykorzystywane w energetyce i przemyśle stoczniowym do transportu pary i cieczy.
Czy wiesz, że stopy miedzi są wykorzystywane w różnych dziedzinach techniki? Spośród nich najbardziej znane są brąz i mosiądz. Oba stopy zawierają kolosalną rodzinę materiałów, która oprócz cynku i cyny może zawierać bizmut, nikiel i inne metale. Na przykład brąz, używany do XIX wieku do wyrobu dział artyleryjskich, składał się z miedzi, cyny i cynku. Jego receptura zmieniała się w zależności od miejsca iczas produkcji narzędzia.
Każdy zna doskonałe możliwości produkcyjne i wysoką ciągliwość miedzi. Dzięki tym właściwościom do produkcji pocisków do broni i amunicji artyleryjskiej trafia niesamowita ilość mosiądzu. Warto zauważyć, że części samochodowe wykonane są ze stopów miedzi z krzemem, cynkiem, cyną, aluminium i innymi materiałami. Stopy miedzi charakteryzują się dużą wytrzymałością i zachowują swoje właściwości mechaniczne podczas obróbki cieplnej. O ich odporności na zużycie decyduje jedynie skład chemiczny i jego wpływ na strukturę. Należy pamiętać, że ta zasada nie dotyczy brązu berylowego i niektórych brązów aluminiowych.
Stopy miedzi mają niższy moduł sprężystości niż stal. Ich główną zaletą można nazwać mały współczynnik tarcia, w połączeniu dla większości stopów o wysokiej ciągliwości, doskonałej przewodności elektrycznej i doskonałej odporności na korozję w agresywnym środowisku. Z reguły są to brązy aluminiowe i stopy miedziowo-niklowe. Nawiasem mówiąc, znalazły swoje zastosowanie w parach poślizgowych.
Praktycznie wszystkie stopy miedzi mają ten sam współczynnik tarcia. Jednocześnie odporność na zużycie i właściwości mechaniczne, zachowanie w agresywnym środowisku bezpośrednio zależą od składu stopów. Ciągliwość miedzi jest wykorzystywana w stopach jednofazowych, a wytrzymałość w stopach dwufazowych. Cupronickel (stop miedzi z niklem) jest używany do bicia monet drobnych. Stopy miedziowo-niklowe, w tym „Admiralicja”, są stosowane w przemyśle stoczniowym. Wykorzystywane są do produkcji rurek do skraplaczy, które oczyszczają parę wylotową turbiny. Warto zauważyć, że turbiny są chłodzone wodą zaburtową. Stopy miedziowo-niklowe mają niesamowitą odporność na korozję, dlatego są poszukiwane w obszarach narażonych na agresywne działanie wody morskiej.
W rzeczywistości miedź jest najważniejszym składnikiem lutów twardych - stopów o temperaturze topnienia od 590 do 880 stopni Celsjusza. To właśnie one mają doskonałą przyczepność do większości metali, dzięki czemu służą do trwałego łączenia różnych części metalowych. Mogą to być łączniki rurowe lub silniki odrzutowe na paliwo ciekłe wykonane z różnych metali.
A teraz podajemy listę stopów, w których plastyczność miedzi ma ogromne znaczenie. Dural lub duraluminium to stop aluminium i miedzi. Tutaj miedź wynosi 4,4%. W jubilerstwie często stosuje się stopy miedzi i złota. Są niezbędne do zwiększenia wytrzymałości produktów. W końcu czyste złoto jest bardzo miękkim metalem, który nie może być odporny na naprężenia mechaniczne. Przedmioty wykonane z czystego złota ulegają szybkiemu odkształceniu i ścieraniu.
Co ciekawe, tlenki miedzi są wykorzystywane do tworzenia tlenku itrowo-barowo-miedziowego. Służy jako podstawa do produkcji nadprzewodników wysokotemperaturowych. Miedź jest również używana do produkcji baterii i ogniw elektrochemicznych z tlenkiem miedzi.
Inne aplikacje
Czy wiesz, że miedź jest często używana jako katalizator polimeryzacji acetylenu? Ze względu na tę właściwość rurociągi miedziane używane do transportu acetylenu mogąstosować tylko wtedy, gdy zawartość miedzi w nich nie przekracza 64%.
Ludzie nauczyli się wykorzystywać plastyczność miedzi w architekturze. Fasady i dachy wykonane z najcieńszej blachy miedzianej służą bezawaryjnie przez 150 lat. Zjawisko to można po prostu wyjaśnić: w blachach miedzianych proces korozji samoistnie wygasa. W Rosji blacha miedziana jest używana do elewacji i dachów zgodnie z normami Federalnego Kodeksu Zasad SP 31-116-2006.
W niedalekiej przyszłości ludzie planują używać miedzi jako powierzchni bakteriobójczej w klinikach, aby powstrzymać bakterie przed przemieszczaniem się w pomieszczeniach. Wszystkie powierzchnie dotykane ludzką ręką - drzwi, klamki, balustrady, armatura wodna, blaty, łóżka - będą wykonane przez specjalistów tylko z tego niesamowitego metalu.
Oznakowanie miedzi
Jakich gatunków miedzi używa dana osoba do produkcji potrzebnych jej produktów? Jest ich wiele: M00, M0, M1, M2, M3. Ogólnie gatunki miedzi identyfikuje się na podstawie czystości ich zawartości.
Na przykład, gatunki miedzi M1r, M2r i M3r zawierają 0,04% fosforu i 0,01% tlenu, a gatunki M1, M2 i M3 - 0,05-0,08% tlenu. W gatunku M0b nie ma tlenu, a w MO jego zawartość procentowa wynosi 0,02%.
Przyjrzyjmy się więc bliżej miedzi. Poniższa tabela zawiera dokładniejsze informacje:
| Klasa miedzi | M00 | M0 | M0b | M1 | M1p | M2 | M2r | M3 | M3r | M4 |
|
Procent zawartość miedź |
99, 99 | 99, 95 | 99, 97 | 99, 90 | 99, 70 | 99, 70 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 50 | 99, 00 |
27 gatunków miedzi
W sumie istnieje dwadzieścia siedem gatunków miedzi. Gdzie człowiek używa takiej ilości materiałów miedzianych? Rozważ ten niuans bardziej szczegółowo:
- Materiał Cu-DPH jest używany do wykonywania złączek potrzebnych do łączenia rur.
- AMF jest potrzebny do tworzenia anod walcowanych na gorąco i na zimno.
- AMPU jest używany do produkcji anod walcowanych na zimno i na gorąco.
- M0 jest potrzebne do tworzenia przewodników prądowych i stopów wysokiej częstotliwości.
- Materiał M00 jest używany do produkcji stopów wysokiej częstotliwości i przewodów prądowych.
- M001 jest używany do produkcji drutu, opon i innych produktów elektrycznych.
- M001b jest wymagany do produkcji produktów elektrycznych.
- M00b służy do tworzenia przewodników prądowych, stopów wysokiej częstotliwości i urządzeń dla przemysłu elektropróżniowego.
- M00k - surowiec do tworzenia wykrojów odkształcanych i odlewanych.
- M0b służy do tworzenia stopów wysokiej częstotliwości.
- M0k jest używany do produkcji odlewanych i odkształcanych półfabrykatów.
- M1 potrzebne do produkcjidrut i produkty technologii kriogenicznej.
- M16 jest używany do produkcji urządzeń dla przemysłu próżniowego.
- M1E jest potrzebne do tworzenia folii i taśmy walcowanej na zimno.
- M1k jest potrzebne do tworzenia półproduktów.
- M1op jest używany do produkcji przewodów i innych produktów elektrycznych.
- M1p służy do wytwarzania elektrod używanych do spawania żeliwa i miedzi.
- M1pE jest potrzebny do produkcji taśm i folii walcowanych na zimno.
- M1u służy do tworzenia anod walcowanych na zimno i na gorąco.
- M1f jest potrzebny do tworzenia taśm, folii, arkuszy walcowanych na gorąco i na zimno.
- M2 służy do wytwarzania wysokiej jakości stopów i półproduktów na bazie miedzi.
- M2k służy do produkcji półproduktów.
- M2p jest potrzebne do tworzenia prętów.
- M3 jest potrzebne do produkcji wyrobów walcowanych, stopów.
- M3r służy do tworzenia wyrobów walcowanych i stopów.
- MB-1 jest potrzebne do tworzenia brązów zawierających beryl.
- MSr1 jest używany do produkcji konstrukcji elektrycznych.
