Медь М1 и М2: состав, листы по ГОСТ 1173, электропроводность, пайка и обработка

Что это за марки

М1 и М2 — технические марки меди по ГОСТ 859-2014. Стандарт задаёт только химический состав; удельное электрическое сопротивление и механические свойства, по пункту 3.3, устанавливают стандарты на конкретную продукцию — для листов и лент это ГОСТ 1173-2006. Обзор меди и латуней с марками М3, Л63 и ЛС59-1 — в статье «Медь и латунь: марки и применение». Здесь — подробности по М1 и М2.

В ГОСТ 859-2014 есть и более чистые марки, например М0 и М00б. В листы и ленты по ГОСТ 1173-2006 они не входят: пункт 5.1 перечисляет только М1, М1р, М1ф, М2, М2р, М3 и М3р.

Химический состав

Состав из таблицы 2 ГОСТ 859-2014; ту же таблицу повторяет ГОСТ 1173-2006 (таблица 11). Массовая доля, %:

Кроме них в таблице есть М1ф (фосфора 0,012–0,04 %, кислород не нормируется) и М2р (99,70 %, кислород до 0,01 %, фосфор 0,005–0,06 %).

Отсюда главное различие. М1 — чистая кислородная медь из катодов. М2 — медь из вторичного сырья: никеля в ней допускается до 0,2 % против 0,002 % в М1, железа — 0,05 % против 0,005 %. Буква «р» или «ф» означает раскисление фосфором: кислорода почти нет, но остаётся фосфор.

Листы, ленты и плиты по ГОСТ 1173-2006

Стандарт различает продукцию по толщине (раздел 3):

• лента — от 0,10 до 6,00 мм, в рулоне или разрезанная на длины;
• лист холоднокатаный — от 0,20 до 12,00 мм, горячекатаный — от 3,00 до 25,00 мм;
• плита — свыше 25,00 мм.

Ленты, холоднокатаные листы и плиты выпускают мягкими, полутвёрдыми и твёрдыми. Механические свойства (таблица 12) одинаковы для всех марок меди:

Верхний предел временного сопротивления может быть выше табличного не более чем на 20 МПа. Свойства горячекатаных листов толще 12 мм определяют по требованию потребителя, свойства плит — по согласованию. Справочная твёрдость (приложение В): по Виккерсу 40–65 HV у мягкого состояния, 65–95 у полутвёрдого и 90–110 у твёрдого.

Как прочитать обозначение. В ГОСТ 1173-2006 условное обозначение кодирует способ изготовления (Д — холоднокатаный, Г — горячекатаный), форму (ПР — прямоугольная), точность и состояние (М — мягкое, П — полутвёрдое, Т — твёрдое). Пример из стандарта: «Лист ДПРИТ 1,00×200×2000 М2 ГОСТ 1173-2006» — холоднокатаный лист повышенной точности по толщине, твёрдый, из меди М2.

Масса листа

Теоретическую массу листов и лент ГОСТ 1173-2006 считает при плотности меди 8,9 г/см³ (приложение А), то же значение заложено в калькулятор.

Пример. Лист 2000 × 1000 × 2 мм: 2 · 1 · 0,002 = 0,004 м³, масса 0,004 · 8900 = 35,6 кг. Шины, прутки и трубы посчитает калькулятор массы металла.

Электропроводность: М1, М2 и раскислённая медь

Норма проводимости в ГОСТ 1173-2006 одна: ленты для силовых конденсаторов и обмоток трансформаторов из М1Е по требованию потребителя делают с удельным сопротивлением не более 0,01748 Ом·мм²/м (пункт 5.1). Это 1 / 0,01748 ≈ 57,2 МС/м. Для М2 стандарт проводимость не нормирует.

Немецкий медный институт даёт для меди при 20 °C:

Фосфор, которым раскисляют медь, заметно снижает проводимость. Поэтому для шин и токоподводов берут кислородную М1, а М1ф — для трубопроводов и паяных узлов, где проводимость не главное. У М1р фосфора меньше, чем у М1ф (до 0,012 % против 0,012–0,04 %). Сопротивление шины по проводимости считают по формуле из обзорной статьи.

Пайка, сварка и водородная болезнь

По Немецкому медному институту кислород в Cu-ETP связан в оксид меди, который лежит по границам зёрен сеткой или в виде включений. При нагреве в среде с водородом — отжиг в водородной атмосфере, сварка или твёрдая пайка открытым пламенем — водород проникает в металл и реагирует с оксидом. Образуется водяной пар, давление которого раскрывает границы зёрен, и медь становится хрупкой. Это и есть водородная болезнь.

Раскислённая медь к ней стойка. ГОСТ 1173-2006 даже предусматривает проверку: по требованию потребителя листы из раскисленной меди испытывают на изгиб после отжига в водородной среде (пункт 5.9).

Оценки способов соединения по листам Немецкого медного института:

Практически: шины и контакты из М1 соединяют болтами, мягкой пайкой или стыковой контактной сваркой. Если в узле газовая сварка, TIG или твёрдая пайка горелкой — в заявке указывают раскислённую медь. Способы пайки листовых деталей — в статье «Пайка и клёпка листовых деталей».

Гибка и отжиг

Медь хорошо деформируется в холодном состоянии: Немецкий медный институт допускает для Cu-ETP до 90 % холодной деформации между отжигами. Проверки гибки по ГОСТ 1173-2006 (пункт 5.9):

• мягкие листы и ленты до 12 мм по требованию потребителя гнут вокруг оправки диаметром, равным толщине, без трещин и расслоений: до 5 мм включительно — до соприкосновения сторон, толще — до параллельности;
• полутвёрдые листы и ленты от 1 до 10 мм гнут на 90° вокруг оправки с радиусом, равным толщине.

Твёрдый лист стандарт на изгиб не проверяет — для деталей с гибкой заказывайте мягкое или полутвёрдое состояние. После гибки и вытяжки медь нагартовывается; отжиг возвращает пластичность. Ориентиры Немецкого медного института для Cu-ETP: рекристаллизационный отжиг — 250–500 °C, отжиг для снятия напряжений — 150–200 °C. Режим для конкретной детали задаёт технология цеха.

Обработка резанием

Медь режется плохо. Немецкий медный институт даёт Cu-ETP и Cu-DHP индекс обрабатываемости 20 против 100 у свинцовой латуни CuZn39Pb3 и относит их к группе III — умеренная и трудная обрабатываемость. Стружка длинная ленточная, на кромке образуется нарост; его убирают, меняя соотношение подачи и скорости резания.

Нагартованная медь режется лучше мягкой: по тому же источнику Cu-ETP в твёрдом состоянии R360 обрабатывается легче, чем в мягком R200. Если деталь не гнут, для точения и фрезерования выгоднее твёрдое состояние. Режимы берут из каталога инструмента для группы ISO N и пересчитывают в калькуляторе режимов резания.

Аналоги

Соответствие марок ГОСТ 1173-2006 и EN 1652:1998 дано в приложении Б стандарта; номера материалов и американские марки — по Немецкому медному институту:

Немецкий медный институт предупреждает, что составы американских и других неевропейских марок не всегда совпадают с EN, поэтому аналог проверяют по сертификату.

Где применяют

По Немецкому медному институту из Cu-ETP делают обмотки электрических машин, кабели и провода, шины, контакты, выключатели, клеммы, системы заземления, теплообменники и змеевики. Из раскислённой Cu-DHP — трубы водоснабжения и отопления, газопроводы (кроме ацетилена), конденсаторы и теплообменники, кровлю и фасадные листы.

Для М2 источники применения не перечисляют. Из состава следует простое правило: М2 берут там, где проводимость не контролируют и не нужна высокая чистота, а для электротехники и паяных узлов — М1, М1Е или раскислённые марки.

Что написать в заявке

1. Марку и стандарт: «М1 ГОСТ 859-2014», лист — «ГОСТ 1173-2006». Для токоведущих деталей с проверкой проводимости — М1Е.
2. Состояние: мягкое для гибки и вытяжки, твёрдое для механообработки.
3. Сварка или твёрдая пайка в узле — тогда М1р или М1ф вместо М1.
4. Допустима ли замена на Cu-ETP по EN или на М2 — решает конструктор.

Как собрать заявку целиком — в статье «Как составить заявку на механообработку».