Физические свойства меди
Плотность.
По международному стандарту по отожженной меди (International
Annealed
Copper
Standard -
IACS) плотность меди
принята равной 8890 кг/м 3
при температуре 20°С. Однако в зависимости от вида обработки и
химического состава плотность меди может иметь небольшие отличия.
Например, литая медь имеет плотность 8920 кг/м3. При холодной
деформации отожженной меди уменьшается ее плотность.
При
нагреве плотность меди заметно уменьшается, что видно на примере марки
M1:
t ,°С
20 600
700 800
900 1000
γ, кг/м3
8890 8680
8610
8550 8470
8400
Электрические свойства. Высокая
электропроводность меди является основным свойством, обусловливающим ее
широкое применение. Электропроводность меди в твердом
состоянии зависит в первую очередь от чистоты металла. Примеси и
легирующие элементы уменьшают электропроводность меди (рис.
1
и
2)
и повышают ее удельное электросопротивление (рис. 3).
Рис. 1. Влияние примесей на электропроводность
бескислородной меди
Рис. 2. Влияние легирующих на электропроводность
меди
Рис. 3. Влияние примесей малых концентраций
легирующих элементов на электросопротивление меди
Медь
электротехнического назначения является эталоном для сравнеия
электропроводности электрических проводников из разных металлов. При
этом электропроводность указывается в
процентах от стандартного значения, принятого в
IACS
для отожженной меди. Стандартное (100%-е) значение удельной
электропроводности в
IACS
соответствует
58
МСм/м (1/58 Ом на каждый метр провода поперечным сечением в
1
мм2).
Наименьшее удельное электросопротивление
ρ имеет
медь, очищенная зонной плавкой, с минимальным количеством примесей
(99,999% Cu) - 0,0I6610-6
Ом*м, что
соответствует
электропроводности
σ, составляющей
60,2 МСм/м. С повышением температуры удельное электросопротивление меди
увеличивается. Например, удельное электросопротивление меди марки
M1
в твердом состоянии при температуре, близкой к температуре плавления,
составляет 0,113х10-6 Ом*м, а в жидком - 0,203х10-6
Ом м.
Электрические свойства меди различных марок приведены в табл. 1.
Таблица 1. Электрические
свойства меди различных марок при температуре 20°С |
Марка меди |
ρх106,
Ом*м |
σ, МСм/м |
М00б |
0,01700 |
59,0 |
М0б |
0,01706 |
58,6 |
М0 |
0,01708 |
58,5 |
M1 |
0,01724 |
58,0 |
М1р |
0,01754 |
57,0 |
М2р |
0,02080 |
48,0 |
Тепловые свойства.
Удельная теплоемкость
с
меди заметно увеличивается с повышением температуры. В
жидком состоянии в интервале температур перегрева при литье слитков
удельная теплоемкость меди практически не зависит от температуры и может
быть принята равной 545 Дж/(кгК).
Температурный коэффициент линейного расширения
α меди незначительно
зависит от химического состава. Ориентировочные значения α в диапазоне
температур 200…1250К приведены в табл. 2.
Табл. 2. Значения температурного коэффициента линейного
расширения меди при различных температурах |
t, К |
αх106,
К-1 |
t, К |
αх106,
К-1 |
t, К |
αх106,
К-1 |
200 |
15,2 |
450 |
17,6 |
900 |
20,9 |
220 |
15,6 |
500 |
17,9 |
950 |
21,4 |
240 |
15,9 |
550 |
18,3 |
1000 |
21,8 |
260 |
16,2 |
600 |
18,7 |
1050 |
22,3 |
280 |
16,5 |
700 |
19,4 |
1100 |
22,8 |
300 |
16,7 |
750 |
19,7 |
1150 |
23,3 |
350 |
17,0 |
800 |
20,1 |
1200 |
23,8 |
400 |
17,3 |
850 |
20,5 |
1250 |
24,4 |
Теплопроводность
меди
λ
существенно снижают примеси и легирующие элементы (рис. 4).
Рис. 4. Влияние содержания элементов на
теплопроводность меди
Теплопроводность меди разных марок при 20°С составляет:
Марка λ,
Вт(м*К)
М00б.............
395
М0б...............
390
M1................
385
М2р............... 335
П овышение
температуры меди приводит к уменьшению ее теплопроводности (табл.
3.).
Табл. 3. Значения теплопроводности λ меди при различных
температурах |
t, К |
λ, Вт/(м*К) |
t, К |
λ, Вт/(м*К) |
t, К |
λ, Вт/(м*К) |
t, К |
λ, Вт/(м*К) |
t, К |
λ, Вт/(м*К) |
100 |
500 |
350 |
393 |
600 |
382 |
850 |
376 |
1100 |
349 |
150 |
435 |
400 |
391 |
650 |
379 |
900 |
364 |
1150 |
345 |
200 |
414 |
450 |
383 |
700 |
376 |
950 |
360 |
1200 |
342 |
250 |
403 |
500 |
387 |
750 |
372 |
1000 |
356 |
1250 |
338 |
300 |
398 |
550 |
385 |
800 |
370 |
1050 |
353 |
1300 |
334 |
Влияние температуры на физические
свойства
меди на примере М0
показано в табл. 4.
Табл. 4. Физические свойства меди марки М0 при различных
температурах |
Свойства |
Температура, °С |
20 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
Е, ГПа |
121 |
115 |
105 |
103 |
98 |
93 |
86 |
αх106,
К-1 |
16,8 |
17,3 |
17,6 |
17,9 |
18,3 |
18,6 |
19 |
ρх106,
Ом*м |
0,0172 |
0,0298 |
0,0362 |
0,0424 |
0,0507 |
0,0584 |
0,0668 |
σ, МСм/м |
58 |
34 |
28 |
24 |
20 |
17 |
16 |
λ, Вт/(м*К) |
409 |
393 |
393 |
392 |
380 |
372 |
365 |
сp,
Дж/(кг*К) |
389 |
406 |
419 |
427 |
435 |
448 |
460 |
Табл. 5.
Физические свойства меди
Физические свойства |
Кислородсодержащая электролитическая медь чистотой
99,9%, содержание О2
менее 0,04% |
Бескислородная медь чистотой 99,5% |
Раскисленная фосфором медь чистотой 99,9%, содержание
фосфора 0,04% |
Плотность, г/см3 при температуре: |
|
|
|
20°С
в твердом состоянии |
8,89 |
8,93 |
8,94 |
1083°С
в жидком состоянии |
7,96 |
7,96 |
7,96 |
Температура,
°С: |
|
|
|
кипения |
2595 |
2595 |
2595 |
плавления* |
1083 |
1083 |
1083 |
Теплота, кДж/кг: |
|
|
|
плавления |
205 |
205 |
205 |
испарения |
4,818 |
4,818 |
4,818 |
Удельная теплоемкость, Дж/(кг*к), при температуре: |
|
|
|
20°С
в твердом состоянии |
375 |
375 |
375 |
1083°С
в жидком состоянии |
545 |
545 |
545 |
Температурный коэффициент: |
|
|
|
теплоемкости |
2,4*10-4 |
2,4*10-4 |
2,4*10-4 |
электросопротивления, К-1*10-3 |
3,88 |
3,88 |
3,88 |
Коэффициент: |
|
|
|
объемного расширения в интервале температур 1083-1295°С, К-1*10-5 |
19,0 |
19,0 |
19,0 |
линейного расширения в интервале температур, К-1*10-6 |
|
|
|
20-100°С |
16,8 |
16,8 |
16,8 |
20-300°С |
17,7 |
17,7 |
17,7 |
20-500°С |
18,6 |
18,6 |
18,6 |
Поверхностное натяжение при температуре 1150°С,
Нм*10-5 |
11,04 |
11,04 |
11,04 |
Вязкость расплава при температуре 1150°С, МПа*с |
3,41 |
3,41 |
3,41 |
Теплопроводность при температуре 20°С,
Вт/м*К |
385 |
390 |
335 |
Электропроводность в отожженном состоянии при
температуре 20°С,
М/См/м |
58 |
58,5 |
48 |
Эффект Холла, См/А*Гм*1012 |
От -0,428 до 0,547 |
|
|
Магнитная восприимчивость, х*106 |
|
-0,08 |
|
Модуль, Мпа: |
|
|
|
нормальной упругости Е |
|
115000-125000 |
|
сдвига G |
|
42000-46000 |
|
Коэффициент Пуассона |
|
0,33+-0,1 |
|
Ударная вязкость при 20°С,
кДж/м2 |
|
|
|
в литом состоянии |
490 |
494 |
120 |
в горячедеформированном состоянии |
629 |
629 |
471 |
* Медь бескислородсодержащая может оплавляться при
температуре 1065°С,
бескислородная и раскисленная фосфором - при 1080оС
|
|