Какими свойствами обладает латунь
Латунь представляет собой сплав на основе металлов: меди и цинка. Содержание цинка в сплаве может быть от 5 до 45%. Цинк дешевле, по сравнению с медью, по этой причине введение его в сплав не только улучшает механические, антифрикционные и технологические свойства, а ещё и снижает стоимость латуни.
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.
Однородную массу разливают в формы для получения литейной латуни. В результате получаются слитки плоской и круглой формы. Деформируемые сплавы после отливки подвергаются процедуре деформации. Полученные изделия различаются по степени закалки и старения, а также твёрдости материала. Предварительная термическая обработка заготовок значительно увеличивает прочность и коррозионную устойчивость латуни.
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.
Источник
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 21 сентября 2019;
проверки требуют 6 правок.
Микроструктура отшлифованного и протравленного латунного сплава под 400-кратным увеличением
Лату́нь — двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим компонентом является цинк, иногда с добавлением олова (меньшим, чем цинка, иначе получится традиционная оловянная бронза), никеля, свинца, марганца, железа и других элементов. По металлургической классификации к бронзам не относится.
История и происхождение названия[править | править код]
Несмотря на то, что цинк как химический элемент был открыт только в XVI веке, латунь была известна ещё до нашей эры[1][2]. Моссинойки получали её, сплавляя медь с галмеем[3], то есть с цинковой рудой. В Англии латунь была впервые получена путём сплавления меди с металлическим цинком, этот метод 13 июля 1781 года запатентовал Джеймс Эмерсон (британский патент № 1297)[4][5]. В XIX веке в Западной Европе и России латунь использовали в качестве поддельного золота.
Во времена Августа в Риме латунь называлась орихалк[источник не указан 27 дней] (лат. aurichalcum — буквально «златомедь»), из неё чеканились сестерции и дупондии. Орихалк получил название от цвета сплава, похожего на цвет золота. Однако в самой Римской империи до завоевания Британии в I веке н. э. латунь не производилась, поскольку у римлян не было доступа к источникам цинка (которые появились и стали разрабатываться только после образования провинции Британия в составе империи), до этого цинк мог только ввозиться эллинскими и римскими торговцами, собственной его добычи в континентальной Европе и Средиземноморье не было[6].
Общая мировая потребность в цинке для изготовления латуни составляет в настоящее время около 2,1 млн т. При этом в производстве используется 1 млн т первичного цинка, 600 тыс. т цинка, полученного из отходов собственного производства, и 0,5 млн т вторичного сырья[источник не указан 948 дней]. Таким образом, более 50 % цинка, используемого в производстве латуни, получают из отходов. Технические латуни содержат обычно до 48-50 % цинка. В зависимости от содержания цинка различают альфа-латуни и альфа+бета-латуни. Однофазные альфа-латуни (до 35 % цинка) хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях. В свою очередь двухфазные альфа+бета-латуни (до 47- 50 % цинка) малопластичны в холодном состоянии. Их обычно подвергают горячей обработке давлением при температурах, соответствующих области альфа- или альфа+бета-фаз. По сравнению с альфа-латунью двухфазные латуни обладают большей прочностью и износостойкостью при меньшей пластичности. Двойные латуни нередко легируют алюминием, железом, магнием, свинцом или другими элементами. Такие латуни называют специальными или многокомпонентными. Легирующие элементы (кроме свинца) увеличивают прочность (твёрдость), но уменьшают пластичность латуни. Содержание в латуни свинца (до 4 %) облегчает обработку резанием и улучшает антифрикционные свойства. Алюминий, цинк, кремний и никель увеличивают коррозионную стойкость латуни. Добавление в латунь железа, никеля и магния повышает её прочность.
Физические свойства[править | править код]
- Плотность — 8500—8700 кг/м³.
- Удельная теплоёмкость при 20 °C — 0,377 кДж·кг−1·K−1.
- Удельное электрическое сопротивление — (0,07-0,08)⋅10−6 Ом·м.
- Не является ферромагнетиком.
- Температура плавления латуни в зависимости от состава достигает 880—950 °C. С увеличением содержания цинка температура плавления понижается. Латунь достаточно хорошо сваривается различными видами сварки, в том числе газовой и дуговой в среде защитных газов, и прокатывается. Технологии сварки латуни описаны в соответствующей литературе. Хотя поверхность латуни, если не покрыта лаком, чернеет на воздухе, но в массе она лучше сопротивляется действию атмосферы, чем медь. Имеет жёлтый цвет и отлично полируется.
- Висмут и свинец имеют вредное влияние на латунь, так как уменьшают способность к деформации в горячем состоянии. Тем не менее легирование свинцом применяют для получения сыпучей стружки, что облегчает её резку[7].
Диаграмма состояния Cu — Zn[править | править код]
Медь с цинком образуют кроме основного α-раствора ряд фаз электронного типа β, γ, ε. Наиболее часто структура латуней состоит из α- или α+β’- фаз: α-фаза — твёрдый раствор цинка в меди с кристаллической решёткой меди ГЦК, а β’-фаза — упорядоченный твёрдый раствор на базе химического соединения CuZn с электронной концентрацией 3/2 и примитивной элементарной ячейкой.
При высоких температурах β-фаза имеет неупорядоченное расположение ([ОЦК]) атомов и широкую область гомогенности. В этом состоянии β-фаза пластична. При температуре ниже 454—468 °C расположение атомов меди и цинка в этой фазе становится упорядоченным, и она обозначается β’. Фаза β’ в отличие от β-фазы является более твёрдой и хрупкой; γ-фаза представляет собой электронное соединение Cu5Zn8.
Однофазные латуни характеризуются высокой пластичностью; β’-фаза очень хрупкая и твёрдая, поэтому двухфазные латуни имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные.
Содержание цинка в меди оказывает влияние на механические свойства отожжённых латуней.
При содержании цинка до 30 % возрастают одновременно и прочность, и пластичность. Затем пластичность уменьшается, вначале за счёт усложнения α — твёрдого раствора, а затем происходит резкое её понижение в связи с появлением в структуре хрупкой β’-фазы. Прочность увеличивается до содержания цинка около 45 % , а затем уменьшается так же резко, как и пластичность.
Большинство латуней хорошо обрабатывается давлением. Особенно пластичны однофазные латуни. Они деформируются при низких и при высоких температурах. Однако в интервале температур 300—700 °C существует зона хрупкости, поэтому при таких температурах латуни не деформируют.
Двухфазные латуни пластичны при нагреве выше температуры β’-превращения, особенно выше 700 °C, когда их структура становится однофазной (β-фаза). Для повышения механических свойств и химической стойкости латуней в них часто вводят легирующие элементы: алюминий (Al), никель (Ni), марганец (Mn), кремний (Si) и т. д.
Порядок маркировки[править | править код]
Принята следующая маркировка. Латунный сплав обозначают буквой «Л», после чего следуют буквы основных элементов, образующих сплав. В марках деформируемых латуней первые две цифры после буквы «Л» указывают среднее содержание меди в процентах. Например, Л70 — латунь, содержащая 70 % Cu.
В случае легированных деформируемых латуней указывают ещё буквы и цифры, обозначающие название и количество легирующего элемента, ЛАЖ60-1-1 означает латунь с 60 % Cu, легированную алюминием (А) в количестве 1 % и железом (Ж) в количестве 1 %. Содержание Zn определяется по разности от 100 %. В литейных латунях среднее содержание компонентов сплава в процентах ставится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, латунь ЛЦ40Мц1,5 содержит 40 % цинка (Ц) и 1,5 % марганца (Мц). Используется в трубах
Применение[править | править код]
Деформируемые латуни[править | править код]
Томпак (фр. tombac, от малайск. tambaga — медь) — Двойные латуни, содержащие до 20 % Zn, называются томпаком (латуни, содержащие 14—20 % Zn — полутомпаком) (https://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/lat). Обладает высокой пластичностью, антикоррозионными и антифрикционными свойствами, хорошо сваривается со сталью. Его применяют для изготовления биметалла ” сталь-латунь “. Благодаря золотистому цвету, томпак используют для изготовления художественных изделий, знаков отличия и фурнитуры.
| Двойные деформируемые латуни | |
| Марка | Область применения |
|---|---|
| Л96, Л90 | Детали машин, приборов теплотехнической и химической аппаратуры, змеевики, сильфоны и др. |
| Л85 | Детали машин, приборов теплотехнической и химической аппаратуры, змеевики, сильфоны и др. |
| Л80 | Детали машин, приборов теплотехнической и химической аппаратуры, змеевики, сильфоны и др. |
| Л70 | Гильзы химической аппаратуры, отдельные штампованные изделия |
| Л68 | Большинство штампованных изделий |
| Л63 | Гайки, болты, детали автомобилей, конденсаторные трубы |
| Л60 | Толстостенные патрубки, гайки, детали машин. |
| Многокомпонентные деформируемые латуни | |
| Марка | Область применения |
| ЛА77-2 | Конденсаторные трубы морских судов |
| ЛАЖ60-1-1 | Детали морских судов. |
| ЛАН59-3-2 | Детали химической аппаратуры, электромашин, морских судов |
| ЛЖМа59-1-1 | Вкладыши подшипников, детали самолетов, морских судов |
| ЛН65-5 | Манометрические и конденсаторные трубки |
| ЛМц58- 2 | Гайки, болты, арматура, детали машин, советская разменная монета образца 1958 г., номиналом 1-5 копеек. |
| ЛМцА57-3-1 | Детали морских и речных судов |
| ЛO90-1 | Конденсаторные трубы теплотехнической аппаратуры |
| ЛO70-1 | Конденсаторные трубы теплотехнической аппаратуры |
| ЛO62-1 | Конденсаторные трубы теплотехнической аппаратуры |
| ЛO60-1 | Конденсаторные трубы теплотехнической аппаратуры |
| ЛС63-3 | Детали часов, втулки |
| ЛС74-3 | Детали часов, втулки |
| ЛС64-2 | Полиграфические матрицы |
| ЛС60-1 | Гайки, болты, зубчатые колеса, втулки |
| ЛС59-1 | Гайки, болты, зубчатые колеса, втулки |
| ЛЖС58-1-1 | Детали, изготовляемые резанием |
| ЛК80-3 | Коррозионностойкие детали машин |
| ЛМш68-0,05 | Конденсаторные трубы |
| ЛАНКМц75- 2- 2,5- 0,5- 0,5 | Пружины, манометрические трубы |
Литейные латуни[править | править код]
- Коррозионно стойкие,
- обычно с хорошими антифрикционными свойствами
- хорошие механические, технологические свойства
- хорошая жидкотекучесть
- малая склонность к ликвации
| Литейные латуни | |
| Марка | Область применения |
|---|---|
| ЛЦ16К4 | Детали арматуры |
| ЛЦ23А6ЖЗМц2 | Массивные червячные винты, гайки нажимных винтов |
| ЛЦЗОАЗ | Коррозионно-стойкие детали |
| ЛЦ40С | Литые детали арматуры, втулки, сепараторы, подшипники |
| ЛЦ40МцЗЖ | Детали ответственного назначения, работающие при температуре до 300 °C |
| ЛЦ25С2 | Штуцера гидросистемы автомобилей |
Ювелирные сплавы[править | править код]
| Ювелирные сплавы | ||
| Вид обработки | Цвет | Наименование сплава |
|---|---|---|
| литьё | жёлтый | Латунь в гранулах M67/33 |
| литьё | зелёный | Латунь в гранулах M60/40 |
| литьё | золотой | Латунь в гранулах M75/25 |
| литьё | жёлтый | Латунь в гранулах M90 |
Примечания[править | править код]
- ↑ Джуа М. «История химии», перевод с итальянского Г. В. Быкова под редакцией С. А. Погодина. — Москва: Мир. Редакция литературы по химии, 1975.
- ↑ Цинк: история открытия элемента
- ↑ Галмей // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- ↑ Woodcroft B. Subject-matter index (made from titles only) of patents of invention, from March 2, 1617 (14 James I.), to October 1, 1852 (16 Victoriae) (англ.). — London, 1857. — P. 444.
- ↑ IV. Specification of Mr. Emerson’s Patent for making Brass with Copper and Spelter // The Repertory of Arts, Manufactures, and Agriculture (англ.). — London, 1796. — Vol. V. — P. 24—25.
- ↑ Guest, Edwin. On certain Foreign Terms, adopted by our Ancestors prior to their Settlement in the British Islands (Part II). // Proceedings of the Philological Society. — London, June 11, 1852. — Vol. 5 — No. 124 — P. 188—189.
- ↑ Автоматная латунь — статья из Большой советской энциклопедии (3-е издание)
Литература[править | править код]
- Латунь // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
Ссылки[править | править код]
- Техническая информация
Источник