Латунь свойства металла прочность

Латунь можно назвать самым диковинным сплавом древности. В Римской империи производство сплава началось в I веке до нашей эры. Среди драгоценных металлов латунь занимала третье место после серебра и золота. На Востоке о сплаве известно с VIII века. Источником меди, свинца и серебра считается рудник Анарак, который находится в северном Иране. Есть данные об использовании латунных сплавов в VIII-IX столетиях на Северо-Западном Кавказе. По «шелковому пути» жители Северного Кавказа могли купить латунь из Малой Азии. В Англии в 1781 году латунь была изготовлена при сплавлении меди с цинком. 

Классификация латуней

В зависимости от химического состава различают:

• Простые (двухкомпонентные) латуни. В их составе только медь и цинк. Маркируются простые латуни буквой «Л» и цифрой, которая обозначает соотношение меди в процентах. Например: в состав Л85 входит 85% меди и 15% цинка.
• Специальные (многокомпонентные) латуни. Они содержат медь, цинк, свинец, алюминий, железо и другие элементы, улучшающие основные свойства материала. Такие элементы называются легирующими. Маркируются специальные латуни буквой «Л», а также буквами и цифрами, обозначающими легирующие дополнительные элементы и их количество в процентах. Например: ЛА77-2 содержит 77% меди, 2% алюминия и 21% цинка.

Специальные латуни подразделяются на классы, названные по главному легирующему элементу (марганцевые, алюминиевые, кремнистые, оловянные, никелевые, свинцовые).

По степени обработки латуни бывают:

• деформируемые (латунная лента, проволока, труба, латунный лист);• литейные (арматура, подшипник, детали приборов).

Подробнее о сплавах латуни

Латунь Л63, Латунь ЛС59-1

Существует также классификация по количеству цинка в сплаве:

• 5-20% цинка – красная латунь (томпак);• 20-36% цинка – желтая латунь.

Основные свойства латуни

Латуни хорошо поддаются обработке давлением. Механические свойства сравнительно высокие, коррозионная устойчивость удовлетворительная. Если сравнивать латуни с бронзой, то их прочность, устойчивость к коррозии и антифрикционные свойства меньше. Они не очень устойчивы на воздухе, в соленой морской воде, углекислых растворах и растворах многих органических кислот.

Латунь красивого цвета и в сравнении с медью обладает лучшей коррозионной стойкостью. Однако с увеличением температуры растёт и скорость коррозии. Наиболее заметен этот процесс в тонкостенных изделиях. Спровоцировать коррозию могут: влажность, следы аммиака и сернистого газа в воздухе. Для предупреждения этого явления латунные изделия подвергают низкотемпературному обжигу после обработки.

Практически все латуни при понижении температуры (до гелиевых температур) остаются пластичными и не становятся хрупкими, что даёт возможность использовать их в качестве хорошего конструкционного материала.

За счёт более высокого показателя температуры рекристаллизации (300-370°С), чем у меди, при высокой температуре ползучесть латуней будет меньше. При средней температуре (200-600°С) возникает явление хрупкости, так как нерастворимые при невысоких температурах примеси (например: свинец, висмут) образуют хрупкие межкристаллические прослойки.

При повышении температуры снижается ударная вязкость латуней. В сравнении с медью показатели электропроводности и теплопроводности латуней ниже.

Рассмотрим, как легирующие элементы оказывают влияние на свойства латуней

• Олово значительно увеличивает антикоррозийные свойства в морской воде, повышает прочность сплава. Латуни с оловом часто называют морскими.
• Марганец увеличивает прочность, сопротивление коррозии. Марганцевые латуни часто сочетают с оловом, железом и алюминием.
• Никель повышает коррозионные свойства и прочность в различных средах.
• Кремний понижает прочность и твердость, а также улучшает свариваемость. Латуни, содержащие кремний и свинец, обладают хорошими антифрикционными свойствами. Такими сплавами можно заменить более дорогостоящие, например оловянные бронзы.
• Свинец значительно улучшает обрабатываемость резанием, но в тоже время ухудшает механические свойства. Свинцовые латуни называют автоматными, так как они обрабатываются на станках-автоматах. Данный сплав является самым распространённым.
• Алюминий снижает летучесть цинка, за счёт образования на поверхности расплавленной латуни защитной плёнки (оксида алюминия).

Способы получения

В технологии получения латуни задействованы процессы медной, цинковой промышленности, а также переработка вторсырья. Сырьём для производства сплавов являются заготовки меди, цинка и других металлов для получения многокомпонентных сплавов. Также используются собственные отходы производства и вторичное сырьё. Все заготовки изготовлены в соответствии с ГОСТ.

Для плавки латуни используют различные виды плавильных печей, применяющихся для плавки медных сплавов. Самыми эффективными являются электрические индукционные низкочастотные печи с магнитопроводом.

Плавку проводят под вытяжной вентиляцией, поскольку некоторые элементы сплава интенсивно испаряются и могут навредить здоровью человека. Сплав нежелательно перегревать, из-за вероятности возгорания на воздухе некоторых компонентов.

В качестве шихт для плавки латуни используют чистые и оборотные металлы.

Предварительно сырьё подготавливают, а печи очищают. Разогретую до красного каления медь помещают в печь, а затем добавляют кусковые заготовки цинка.

Во время плавки медно-цинковых сплавов берут во внимание значительную окисляемость цинка. Для уменьшения окисляемости проводят ряд мероприятий.

Для изготовления многокомпонентных сплавов в первую очередь добавляют медь, а затем с осторожностью остальные компоненты.

Применение

Из латуни производят охлаждающие системы для моторов, разнообразные втулки, переходники. Сплав используется в строительной сфере. Например, для изготовления сантехнического оборудования и элементов дизайна. Элементы для крепежа, такие как болты и гайки, также производят из латуни. Этот сплав применяется в судостроении и при изготовлении боеприпасов.

Различают несколько видов латунного проката:

• Латунный пруток – это длинномерное металлическое изделие, которое является заготовкой для различных деталей. Пруток имеет различную форму сечения: круглую, овальную, прямоугольную, квадратную, шестигранную, трапециевидную.
• Латунная плита – это плоский полуфабрикат с прямоугольным сечением толщиной более 25 мм, который изготавливается прокаткой или литьём. Плиты бывают мягкими, твёрдыми, полутвёрдыми и особо твёрдыми. Латунные плиты используются в промышленности, для декоративной отделки зданий.
• Латунная проволока – это вытянутый профиль небольшого диаметра. Применяется проволока в производстве электротехники и декоративных элементов, а также в машиностроении, авиастроении, при сварке и в обувной промышленности.
• Латунная труба – обладает высокой пластичностью, устойчивостью к коррозии, износу. Трубы применяются в жилищно-коммунальном хозяйстве, машиностроении, приборостроении, электроэнергетике.
• Латунный круг – это сплошной профиль круглого сечения. Применяется изделие в автомобилестроении, приборостроении, при изготовлении станков и механизмов.
• Латунный лист — незаменим в полиграфии, автомобилестроении, электроэнергетике, приборостроении, электротехнической, строительной и химической промышленностях.

Латунь: состав сплава, характеристики, марки

При соединении меди и цинка получается латунь. Впервые подобный сплав появился в 1781 году.

На тот момент уровень технологического оснащения был относительно невысокий, но Джеймс Эмерсон смог провести соединение меди и цинка, в результате чего получился сплав с уникальными качествами.

Латунь – сплав, который сегодня получил широкое применение при производстве самого различного оборудования и строительных материалов. Он обладает достаточно большим количество особенностей, о которых далее поговорим подробнее.

Латунь

Применение

Рассматривая применение латуни нужно уделить внимание ее составу. В него могут включаться различные легирующие элементы, которые способны существенно изменить эксплуатационные качества. Область применения латуни весьма обширна. Поэтому рассмотрим каждый тип сплава подробнее.

Посуда из латуни

Рассматриваемый сплав делиться на простую и специальные латуни. Оба варианта могут применяться для:

1. Производства деталей часов.
2. Получения деталей различных приборов и машин, высокоточной аппаратуры.
3. При наладке производства методом штамповки.
4. Получения деталей для автомобилей: болты, гайки, втулки.
5. При производстве труб для морских судов, самолетов и иного транспорта.

Эксплуатационные качества сплава определяют то, что при его использовании может оказываться самое различное воздействие: высокие температуры, влажность и химически агрессивные сферы, трение и другое.

Именно поэтому изделия из латуни применяются при тяжелых эксплуатационных условиях, когда использование других металлов невозможно.

При применении прутков из латуни могут изготавливаться детали электромашин.

Однако широкое распространение латунь не получила по причине достаточно высокой стоимости, так как его основой являются цинк и медь. Для улучшения эксплуатационных качеств также могут применяться другие легирующие вещества, имеющие высокую стоимость.

Классификация

Не сложно догадаться, что классификация сплава латуни проводится исходя из его химического состава. Наиболее распространена разновидность деформируемой латуни, которая представлена сочетанием 88-97% меди и не более 10% цинка. Подобный состав называют томпаком.

Он пользуется большой популярностью, так как обладает весьма привлекательными эксплуатационными качествами. Ювелирная латунь идеально подходит для производства украшений. Красная латунь получила свое название по причине необычного оттенка, который достигается путем снижения концентрации цинка в составе.

Из-за оттенка ее чаще всего применяют для изготовления статуэток или других художественных изделий.

Большое распространение получила и латунь литейная. Ее состав представлен 50-81% меди, а также достаточно большим количеством других примесей.

Различные виды литейной латуни могут применяться для изготовления:

1. Коррозионностойких деталей, которые сегодня получили широкое распространение в области машиностроений и судостроения.
2. Деталей, применяемых при изготовлении различных аппаратов.
3. Сложной по своей конфигурации запорной арматуры или различных приборов, которые применяются при температуре не выше 250 градусов Цельсия. Высокая пластичность латуни позволяет ее использовать при создании запорной арматуры, установка которой будет проводиться при гидровоздушных ударных нагрузках.
4. Подшипников и втулок самого различного применения.

Светильник из красной латунь

Высокое качество сплава позволяет его применять для получения высокоточных изделий. Классификация автоматной латуни предусматривает следующие особенности состава:

1. Содержание 57-75% меди.
2. Концентрация 24-42% цинка.
3. Легирование сплава 0,3-0,8% свинцом.

Присутствие свинца определяет то, что во время обработки подобного прудка образуется стружка. Именно поэтому автоматная латунь может обрабатываться высокопроизводительным оборудованием.

Очень часто ее используют для получения декоративных элементов или метизов. Очень часто подобный сплав представлен в виде прудка или листового металла.

Пруток может применятся на токарном станке, листовой металл при штамповке или фрезеровании.

Декоративный элемент из латуни

Альфа латунь представлена сплавом с необычной кристаллической решеткой (содержания цинка не более 35%), за счет которой обеспечивается высокая пластичность. Именно поэтому он применяется зачастую для обработки методом штамповки.

Физические свойства

Во много физические свойства зависят от химического состава конкретной разновидности сплава. Поэтому свойства латуни могут существенно отличаться.

Как ранее было отмечено, большое распространение получил томпак, который может применяться для производства различных деталей и даже ювелирных украшений.

Цвет латуни подобного типа может быть желтым или красным в зависимости от концентрации цинка. К основным свойствам подобной латуни можно отнести нижеприведенные моменты:

1. Высокая степень пластичности. Пластичность деформируемой латуни позволяет ее применять в качестве заготовки в различных производственных процессах: она подходит для обработки как методом штамповки, так и точения.
2. Высокая коррозионная устойчивость определяет то, что даже при длительной эксплуатации при повышенной влажности на поверхности не появляется ржавчина.
3. Хорошие антифрикционные свойства.
4. Свариваемость со сталью и другими материалами позволяет применять сплав для получения комбинированных материалов.
5. Есть возможность проводить покрытие поверхности томпака различными составами для придания особых эксплуатационных качеств. Примером можно назвать то, что довольно часто томпак покрывают эмалью или лаком для его декорирования.
6. Изначально сплав имеет красивый золотистый цвет. По этой причине его довольно часто применяют при производстве художественных изделий.

Механические свойства деформируемой латуни могут существенно изменяться по причине добавления различных легирующих элементов.

В машиностроении и другой области производства большое распространение получила литейная разновидность латуни. Ее плотность относительно невелика (около 8300 кг/м3), однако другие физические свойства определили большое распространение литейной латуни:

1. Устойчивость к коррозионному воздействию.
2. Высокие механические характеристики.
3. Неплохая ковкость.
4. Высокий показатель текучести при нагреве сплава, что позволяет получать изделия сложной конфигурации.
5. Повышенная устойчивость к распаду состава из-за оказания воздействия со стороны окружающей среды.
6. Плавление состава проходит при температуре около 950 градусов Цельсия.

Желтая латунь

Прочность латуни ниже, чем у стали, что связано особенностями строения кристаллической решетки и составом. Влияние на свойства латуней концентрации цинка очень велико. Поэтому для придания особых свойств концентрация основных элементов может существенно изменяться.

Химический состав и особенности внутренней структуры

Основными составными элементами считаются цинк и медь, концентрация которых будет самой большой. Состав латуни также может включать и другие примеси, которые придают сплаву особые физические свойства. Основной компонент латуни характеризуется высокой пластичностью и хорошей обрабатываемостью. Поэтому эти свойства передаются и рассматриваемому металлу.

Химический состав латуни регулируется на момент производства, как и тип структуры. Различают две разновидности структуры:

1. Альфа фаза – раствор, который обладает повышенной стабильностью. Рассматривая кристаллическую решетку следует отметить, что она имеет гранецентрированную кубическую форму. Встречается подобная структура крайне часто.
2. Альфа + бета фаза – еще один стабильный раствор, который можно охарактеризовать соотношением меди к цинку 3 к 2. За счет этого получается элементарная ячейка.

Стоит учитывать, что твердость второго сплава намного выше, чем первого. Однако за счет существенного повышения показателя твердости существенно падает пластичность. Максимальное содержание цинка в латуни составляет 50%. При соблюдении технологии производства подобная концентрация цинка позволяет достигнуть высоких показателей прочности и пластичности.

При производстве этого материала учитывается то, как температура нагрева влияет на проходящие структурные преобразования:

1. Если сплав нагревается до высоких температур, то атомы β-фазы начинают располагаться без определенного порядка. В подобном состоянии состав обладает повышенной пластичностью.
2. Если нагрев проводится до температуры 460 градусов Цельсия, то в составе формируется фаза, которая получила название β’. Особенностью этой фазы можно назвать повышенную твердость и хрупкость. Эти качества связаны с тем, что атомы расположены в строгом порядке.

Сложные латуни могут иметь в своем составе железо, марганец, свинец и другие компоненты, которые предназначены для изменения физических качеств. К примеру, свинец упрощает механическую обработку сплава.

Включение в состав свинца и висмута становится причиной снижения способности деформации сплава в горячем состоянии. Однако свинец в небольшой концентрации позволяет получить сыпучую стружку, за счет чего упрощается ее удаление с зоны резания при токарной или фрезерной обработке.

Порядок маркировки

Для маркировки рассматриваемого сплава были приняты определенные правила обозначения концентрации основных веществ. Все марки латуни начинаются с обозначения «Л», после которой могут идти буквы химических веществ, входящих в состав.

Деформируемый сплав латуни или иная его разновидность после первой буквы имеет число, характеризующее процент меди. Кроме этого маркировка может указывать на концентрацию легирующих элементов, для чего знак «Л» идет с другими буквенными обозначениями.

Для указания концентрации легирующих элементов после основной цифры ставится прочерк, затем указывается процентное содержание следующих элементов. Для разделения цифровых обозначений также применяется прочерк.

Концентрация второго основного элемента (цинка) высчитывается, для чего от 100% значения отнимаются другие показатели концентрации меди и легирующих элементов.

Примером того, как латунь обозначается согласно установленным стандартам назовем маркировку ЛАЖ70-1-2. Ее нужно читать следующим образом:

1. В состав сплава входит 70% меди.
2. Легирующими элементами выступает алюминий и железо, концентрация которых составляет 1% и 2% соответственно.
3. Концентрация цинка: 100 – 70 – 1 – 2 = 27%.

В некоторых случаях концентрация цинка указывается соответствующей буквой, а количество меди высчитывается. Подобный метол маркировки чаще применяется для обозначения литейных латуней.

Латунь

Латунь представляет собой сплав меди с цинком. Процентное соотношение металлов может варьироваться, в среднем медь составляет около 70%, а цинк — порядка 30%.

Латунные сплавы обладают уникальными эксплуатационными характеристиками и используются в производстве различных катанных деталей — полос, листов, плит, проволоки, прутков и других, для которых важна текучесть, пластичность, деформируемость и способность к обработке.

Классификация латуни

• Двухкомпонентная – роль ключевого легирующего элемента выполняет цинк. Такие сплавы маркируются буквой «Л» и с указанием процента включения медного сырья, например, Л63, Л68, Л80.
• Многокомпонентная – помимо основных компонентов, могут входить свинец Pb, никель Ni, алюминий Al, олово Sn, марганец Mn, за счет чего материал приобретает дополнительные качества и цвета. Маркировка таких сплавов содержит буквы входящих в них компонентов и их процент в общем объеме. Например, ЛС63-3 означает, что 63% приходится на медь, 3% на свинец и 34% на цинк.

В зависимости от технологии производства и обработки, латунные сплавы делятся на:

• деформируемые (такие как проволока, пруток, лист, труба, лента);
• литейные (разнообразные приборы, арматура, подшипники).

Физико-химические свойства

Латунь имеют желто-золотистый оттенок, за счет чего материал часто используется при изготовлении художественных украшений. Материал отличается высокой пластичностью, коррозионной устойчивостью и антифрикционными характеристиками. Физические свойства позволяют проводить полировку, ковку, газовую и дуговую сварку, пластическую деформацию металла.

Температура плавления зависит от процента содержания цинка: при его повышении, точка плавления снижается. В среднем она составляет 880-940 градусов Цельсия. На открытом воздухе поверхность латуни окисляется и темнеет, поэтому нередко ее обрабатывают специальным защитным лаком.

Изделия из латуни по своим химическим свойствам отличаются от предметов из других металлов. Устойчивость к окислению и коррозии значительно выше, чем у меди, зато последняя имеет лучшую электро- и теплопроводность. Латунные сплавы проще обрабатывать, но они проигрывают в прочности, например, изделиям из бронзы.

Влияние легирующих компонентов в составе латуни

Для того чтобы изменить структуру и свойства латуни, могут добавляться дополнительные легирующие добавки:

• олово — существенно повышает прочность и невосприимчивость к коррозии в морской воде, за счет чего такие сплавы называют морскими и используются в кораблестроении;
• марганец — также влияет на прочность и антикоррозийность, часто добавляется в сочетании с железом, оловом и алюминием;
• никель — нейтрализует окислительные процессы и повышает характеристики металлоизделия в соленой воде и щелочных средах, что особенно важно в химической промышленности;
• кремний — снижает твердость и стоимость изделия, но повышает антифрикционные свойства и способность к сварке;
• свинец — уменьшает механическую прочность, упругость и пластичность, но облегчает резку материала на станках-автоматах, за что такие латуни получили название автоматных;
• алюминий — дает защитное пленочное покрытие на поверхности сплава, которое снижает летучесть и тормозит окислительные процессы.

Методы получения

В соответствии с принятым ГОСТ, латунь получают из медного сырья, которое обжигается в огнеупорных тиглях или индукционных отражательных печах.

Во избежание вреда здоровью, плавка осуществляется под вытяжной вентиляцией. Затем в раскаленный состав добавляют кусковой цинк и прочие добавки, дотапливают до однородной массы и разливают по формам.

Готовые изделия сортируют по степени закалки и старения.

Область применения

Отличные эксплуатационные характеристики материала позволяют использовать его максимально широко, в разнообразных отраслях промышленности:

• Латунная плита представляет собой плоский металлопрокат толщиной от 25 мм. Бывает мягкой, полутвердой, твердой и особо твердой. Основные сферы использования — промышленность, строительство и отделочные работы.
• Латунный лист имеет меньшую толщину и применяется в полиграфической деятельности, машино- и приборостроении, энергетической, электротехнической и химической промышленности.
• Латунная труба может изготавливаться в различном сечении и размере, за счет чего востребована в таких отраслях, как жилищно-коммунальное и электроэнергетическое хозяйство, приборо- и автомобилестроение. Может служить для производства батарей, радиаторов, резисторов, конденсаторов и запорной арматуры.
• Латунная проволока — протяженный металлический профиль малого диаметра, находит применение при разработке электротехнических приборов, пружин, часовых механизмов, станков, трансформаторов, переходников, в оснащении автомобильной и авиационной техники, элементов дизайна интерьера и в ювелирном деле.
• Латунный пруток является также длинномерным изделием, может иметь округлую или прямоугольную форму сечения. Используется в строительстве и в качестве сырья и запорной арматуры для изготовления оборудования.
• Латунная лента необходима для изготовления крепежных элементов (гаек, болтов, саморезов), строительных и штампованных конструкторских деталей.

Различия наиболее популярных латунных сплавов

Раскроем особенности самых известных и востребованных сплавов:

• Л63 (медь 62-65%, цинк 35-38%). Одна из наиболее распространенных разновидностей латуни, может подвергаться полировке, волочению, прокатке, чеканке, изгибу. Применяется для производства холодильной техники, заклепок и бытового декора.
• ЛС59-1 (медь 57-60%, цинк 37-42%, свинец 1%). Обрабатывается давлением и резкой на токарных и фрезерных станках. Легирование свинцом обеспечивает дополнительную устойчивость к растрескиванию. Применяется для изготовления крепежной арматуры, шестеренок, втулок, зубчатых колес, подшипников, труб и прутьев.
• Л90 (медь 88-91%, цинк 9-12%). Также называемый томпак, имеет золотистый цвет. Может подвергаться эмалированию, ковке, чеканке. Имеет повышенную пластичность, не ржавеет и хорошо переносит сварку со сталью, рассчитан на производство полуфабрикатов и проволоки для электротехники.
• Л68 (медь 67-70%, цинк 30-33%). Подвергается давлению, имеет хорошую способность к деформации в холодном состоянии, пайке и сварке. Из данного материала делают не только крепеж и прокат, но даже технику и боеприпасы.

Латунь – состав, марки, характеристики сплава

Латунь, которая хорошо известна и активно применяется уже на протяжении многих лет, является сплавом меди с цинком. Изобретателем этого материала с целым рядом уникальных характеристик считается англичанин Джеймс Эмерсон, который и запатентовал его в 1781 году.

Латунный металлопрокат отличается хорошей коррозионной стойкостью и высокой прочностью

Элементы состава

Основу латуни составляют медь и цинк. В наиболее традиционном составе такого сплава медь содержится в количестве 70%, а цинк – 30%. Существуют марки технической латуни, в составе которой цинк содержится в количестве 48–50 процентов. Что характерно, больше 50% цинка, используемого для производства латунных сплавов, получают из отходов данного металла.

В зависимости от особенностей внутренней структуры различают латуни альфа- и альфа-бета-типа, которые также называют одно- и двухфазными.

Их основные отличия заключаются в следующем.

• В химическом составе латунных сплавов, относящихся к альфа-типу, содержится 35% цинка.
• Альфа-бета-латуни (двухфазные) на 47–50% состоят из цинка. В их составе также содержится свинец, количество которого не превышает 6%.

Несмотря на то, что латунь, также созданная на основе меди, внешне очень похожа на некоторые марки бронзы, по профессиональной классификации она не относится к бронзовым сплавам.

В составе некоторых видов латуни содержится олово – основной легирующий элемент бронзы, но его добавляют в очень незначительных количествах, чтобы добиться улучшения отдельных характеристик сплава.

Кроме олова, в химическом составе отдельных марок латуни могут содержаться такие элементы, как свинец, марганец, железо, никель и др., которые также позволяют улучшить ее свойства.

Содержание химических элементов в простых (двойных) латунях (нажмите для увеличения)

Содержание химических элементов в свинцовых латунях (нажмите для увеличения)

Изделия из латуни отличаются красивым золотисто-желтым цветом, хорошо поддаются полировке и другим видам механической обработки.

В зависимости от марки сплава, из которого изготовлено изделие, последнее можно подвергать ковке в холодном или нагретом состоянии, но некоторые виды данного металла методами пластической деформации обрабатывать нельзя.

Несмотря на то, что для латуни характерна высокая коррозионная устойчивость, поверхность изделий из данного металла при их длительном взаимодействии с окружающим воздухом покрывается окисной пленкой и темнеет. Чтобы избежать изменения цвета поверхности латунных изделий с течением времени, их часто покрывают защитным слоем бесцветного лака.

Химический состав и особенности внутренней структуры

Чтобы хорошо разбираться в характеристиках латуни, важно понимать, какими свойствами обладают химические элементы, из которых она состоит. Такими элементами, как уже говорилось выше, являются медь и цинк.

Классификация латуней по химическому составу

Медь – это один из первых металлов, которые человек начал использовать для изготовления изделий различного назначения.

Данный элемент, входящий в 11-ю группу IV периода таблицы Менделеева, имеет атомный номер 29 и обозначается как Cu (сокращение от Cuprum).

Медь, которая является переходным металлом, отличается высокой пластичностью и красивым светло-золотистым цветом. При образовании оксидной пленки металл приобретает не менее красивый желтовато-красный оттенок.

Цинк – второй основной элемент в химическом составе латуни – также является металлом, который, в отличие от меди, не встречается в природе в чистом виде. Цинк, имеющий атомный номер 30, входит в побочную подгруппу 2-й группы IV периода таблицы Менделеева.

Данный металл, производить который начали еще в XII веке в Индии, отличается высокой хрупкостью в нормальных условиях. Без оксидной пленки, которая появляется на металле при его взаимодействии с открытым воздухом, его поверхность имеет светло-голубой цвет.

Обозначается данный металл символом Zn (сокращение от Zincum).

Так выглядит микроструктура отшлифованной латунной поверхности под 400-кратным увеличением

Структура латуни в зависимости от содержания в его составе основных компонентов может состоять из одной α- или одновременно α+β-фаз. Такие состояния, которые может принимать внутренняя структура сплава, отличаются следующими особенностями:

• α-фаза – это раствор меди и цинка, характеризующийся высокой стабильностью, в котором молекулы основного металла (меди) имеют гранецентрированную кубическую решетку;
• α+β-фаза – также стабильный раствор, в котором медь и цинк содержатся в соотношении 3:2 (в таком растворе молекулы меди имеют простую элементарную ячейку).

Микроструктура α +β-латуни имеет меньшую пластичность и большую твердость, чем структура α-латуни

В зависимости от температуры нагрева в латуни происходят следующие структурные преобразования.

• При нагревании латуни до высоких температур атомы в ее β-фазе, имеющей широкую область гомогенности, отличаются неупорядоченным расположением. В таком состоянии нагрева β-фаза латунного сплава отличается высокой пластичностью.
• При незначительном нагреве латунного сплава (454–468°) в нем формируется фаза, имеющая обозначение β’. Особенностью такой структурной фазы, которая отличается высокой твердостью и, соответственно, хрупкостью, является то, что атомы меди и цинка в ней располагаются упорядоченно.

Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод о том, что латунные сплавы, внутреннюю структуру которых составляет только α-фаза (однофазные), отличаются хорошей пластичностью, а те, в которых присутствует и β-фаза (двухфазные), являются более прочными, но не предназначены для обработки методами пластической деформации.

Пластичность латуней с двухфазной структурой можно повысить, если нагреть их выше температуры, при которой происходит β’-превращение (700°).

В таком состоянии в структуре сплава преобладает только одна β-фаза, соответственно, он отличается высокой пластичностью. Однако даже однофазные латуни с хорошей пластичностью могут практически не обрабатываться методами пластической деформации.

Это происходит в температурном интервале их нагрева до 300–700°, который получил название зоны хрупкости.

Содержание цинка в латуни влияет на электропроводность сплава

На то, какими механическими свойствами обладает латунь той или иной марки, значительное влияние оказывает содержание цинка в ее химическом составе. Так, если содержание данного химического элемента составляет до 30%, то одновременно повышаются как прочность, так и пластичность сплава.

Дальнейшее повышение содержания цинка приводит к тому, что латунь становится менее пластичной (усложнение α-фазы), а затем и более хрупкой (формирование в структуре латуни β’-фазы).

Прочность латуни увеличивается до того момента, пока цинка в ее составе не будет 45%, с дальнейшим увеличением количества данного элемента латунь становится и менее прочной, и менее пластичной.

Способы производства

Такой сплав меди, как латунь, хорошо поддается различным методам обработки. Так, из этого сплава можно получать различные изделия методами ковки, штамповки и протяжки, а благодаря относительно невысокой температуре плавления и хорошей текучести в расплавленном состоянии его активно используют в литейном производстве.

Розлив латунного расплава по формам

Латунь, основным легирующим элементом в которой является цинк, получают плавкой:

• в тиглях, изготовленных из огнеупорного материала (для нагрева тигли вместе с компонентами сплава помещают в шахтные или пламенные печи);
• в отражательных печах (при использовании данного метода плавку выполняют без применения тиглей).

При выплавке латунного сплава следует учитывать тот факт, что цинк при осуществлении такой процедуры будет активно испаряться, поэтому количество данного металла следует рассчитывать с некоторым запасом.

Сферы применения

В зависимости от количественного содержания основных компонентов латунь может использоваться для изготовления изделий различного назначения.

Содержание основных элементов указывается в маркировке латунных сплавов

Одной из наиболее распространенных разновидностей деформируемых латунных сплавов является томпак, в составе которого содержится 88–97% меди и не более 10% цинка. Наиболее значимыми характеристиками сплавов данного типа являются:

• высокая пластичность;
• высокая коррозионная устойчивость;
• хорошие антифрикционные свойства.

Из характеристик, которые способствуют высокой популярности сплавов данного типа, надо отметить:

• хорошую свариваемость со сталью и другими металлами, что позволяет использовать томпак для изготовления изделий из комбинированных материалов;
• красивый золотистый цвет – характеристика, которая стала причиной активного использования томпак для производства изделий художественного назначения;
• возможность покрывать поверхность изделий из томпака эмалью и лаком, золотить, а также использовать другие типы декоративных покрытий.

Так выглядит лента томпака, из которой потом делают изделия, в том числе и ювелирные украшения

Специалисты при производстве томпака используют три основные формулы химического состава данного сплава, в котором медь, цинк, свинец и олово могут содержаться в следующих пропорциях:

• 82/18/1,5/3;
• 82/18/3/1;
• 82,3/17,5/0/0,2.

Данные формулы, что примечательно, были выведены еще в XIX веке. Их автором является ученый из Шотландии Эндрю Юр.

Области применения деформируемых латуней

Чтобы получить литейную латунь, в ее состав, кроме цинка, добавляют 50–81% меди, а также ряд других элементов: алюминий, железо, кремний, олово, марганец, свинец. Наиболее значимыми характеристиками, которыми обладает такая латунь, являются:

• высокая устойчивость к коррозии;
• антифрикционные свойства;
• хорошие механические характеристики;
• хорошая текучесть в расплавленном состоянии;
• высокая устойчивость к распаду материала.

Сферы применения литейных латуней

Благодаря таким характеристикам литейные латунные сплавы успешно используются для производства изделий, к механическим свойствам, коррозионной устойчивости и точности геометрических параметров которых предъявляются повышенные требования.

Для производства различных изделий методами резания металлов используются автоматные латуни, в химический состав которых входят:

• 57–75% меди;
• 24,2–42,7% цинка;
• 0,3–0,8% свинца.

Автоматная латунь марки ЛС59-1 используется для изготовления метизов и декоративных элементов

В составе сплавов данного типа обязательно содержится свинец, за счет чего обеспечивается формирование короткой и сыпучей стружки, что и позволяет выполнять скоростную обработку изделий из таких латуней.

Латуни данного типа производится в виде листового материала и прутков, из которых затем, используя тот или иной вид механической обработки, изготавливают изделия различного назначения.