» » Взаимодействие меди и ее сплавов с газами при термической обработке
20.01.2015

При термической обработке медь и ее сплавы могут взаимодействовать с кислородом, водородом, парами воды и другими содержащими водород соединениями (CH4 и т. п.). При нагреве слитков и полуфабрикатов в восстановительной среде H2, H2O, CH4 и другие содержащие водород соединения диссоциируют и образующийся атомарный водород быстро диффундирует внутрь металла, поскольку коэффициент диффузии водорода в меди довольно велик.
Водород взаимодействует с находящейся в меди закисью меди по реакции CuO+Н2=2Сu+2Н2О Выделяющиеся пары воды нерастворимы в меди и создают высокое давление, приводящее к несплошностям по границам зерен и пустотам в теле зерна. Эти несплошности затем развиваются в трещины, что особенно сильно проявляется при горячей обработке давлением. Это явление называют водородной болезнью Водородная болезнь развивается не только вследствие взаимодействия водорода с закисью меди по границам зерен. Атомарный водород, диффундирующий с поверхности в глубь металла по границам зерен, может взаимодействовать с атомарным, сегрегированным на границах зерен кислородом, образуя пары воды кислорода в меди не превышает 0,001% (по массе). Оно не обнаруживается металлографически, так как при комнатной температуре кислород при этих концентрациях полностью находится в твердом растворе.
При отжиге кислородсодержащей меди в водороде он диффундирует внутрь металла даже при 150° С, хотя охрупчивание не наступает в течение 10 лет, так как давление паров воды при этом температуре невелико. Повышение температуры до 200° С сокращает время до разрушения до 15 лет. Заметное охрупчивание наступает лишь после нагрева до температур выше 374° С (критическая температура для воды, выше которой она непрерывно переходит из жидкого состояния в газообразное) Нагрев при 400° С вызывает хрупкость через 70 ч.
Отжиг изделий из бескислородной меди в окисли тельной атмосфере вызывает диффузию кислорода внутрь изделия в таких количествах, что при последующем нагреве в присутствии водорода наблюдается водородная болезнь до определенной глубины (рис. 54)
Взаимодействие меди и ее сплавов с газами при термической обработке

На практике пользуются пробой на отсутствие кислорода в меди. С этой целью изготавливают микрошлиф; на полированном шлифе при 75-кратном увеличении не должно быть видно закиси меди. После этого шлиф нагревают в токе сухого водорода при 850° С в течение 40 мин и охлаждают в той же среде до 20° С. При допустимом содержании кислорода такая процедура не должна приводить к образованию газовых пузырей, вздутий или мелкозернистой зоны на краю образца, растравливанию по границам зерен.
Существует также проба на изгиб после отжига в водороде. Образцы меди, не содержащей кислорода, выдерживают более 10 перегибов, в то время как в присутствии 0,02% (по массе) O2 образцы разрушаются после первого перегиба.
Медь не рекомендуется нагревать выше 1000° С во избежание пережога — сильного межкристаллитного окисления или оплавления по границам зерен. Кислород менее вреден, чем другие малорастворимые в меди примеси, так как он располагается в медной матрице в виде мелких обособленных включении Cu2O. Практически кислород в количествах до 0,1% (по массе) не очень ухудшает качество металла. При более высоких содержаниях кислород охрупчивает медь на холоду и при повышенных температурах. При высоких температурах он диффундирует по границам зерен и вызывает пережог Медь, взаимодействуя с кислородом печной атмосферы, окисляется, образуя в зависимости от температуры два окисла: окись CuO и закись Cu2O. При низких температурах (-100°C) на поверхности меди образуется пленка окиси меди черного цвета. При высоких температурах (выше 600° С) скорость окисления сильно возрастает, причем при этих температурах образуется плотная пленка закиси меди красного цвета.
Склонность к отслаиванию этик окислов различи Более пластичная по сравнению с окисью закись меди менее склонна к отслаиванию. В меди, раскисленной фосфором, окисный слой независимо от температуры его образования отслаивается легко. Легирование меди изменяет ее склонность к окислению (рис. 55). Ряд элементов (Be, Mg и Al) сильно замедляет окисление меди из-за образования барьерного защитного слоя, тормозящего диффузию кислорода внутрь металла. Заметно замедляют окисление меди кадмии и кремний, а также цинк и олово, но в больших концентрациях. Практически не влияют на окисление Ni, Fe, Co, Mn, Sb, Ag. Заметно ускоряют окисление As, Ce, Cr.
Взаимодействие меди и ее сплавов с газами при термической обработке