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).
![](/cu/phispropcu-1.jpg)
Рис. 1. Влияние примесей на электропроводность
бескислородной меди
![](/cu/phispropcu-2.jpg)
Рис. 2. Влияние легирующих на электропроводность
меди
![](/cu/phispropcu-3.jpg)
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).
![](/cu/phispropcu-4.jpg)
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
|
|