Химические свойства латуни зависят от содержания цинка и определяют сферу применения сплава

Латунь – это металлический сплав из меди и цинка. Химические свойства латуни зависят от процентного содержания цинка в смеси, которое может колебаться от 5% до 45%. Введение в сплав данного химического элемента снижает коэффициент трения материала, улучшает его технологические свойства, а также снижает себестоимость готового изделия.

Химические свойства латуни

Латунь широко используется во многих отраслях промышленности благодаря механической прочности, долговечности и следующим химическим свойствам сплавов:

• Хорошо поддается упрочнению методом наклепа.
• Свойства латуни кардинально меняются после процедуры низкотемпературного обжига – материал становится устойчивым против образования коррозии в химически агрессивной среде.
• Кристаллическая решетка сплава не теряет свою эластичность при охлаждении до экстремальных значений, из-за чего готовые изделия могут применяться для уличных работ.
• Цинковая составляющая повышает тугоплавкость металла, и при нагревании его ползучесть в несколько раз ниже, чем у чистой меди.
• При повышении температуры до 400оС металл становится ковким, возрастают показатели ударной вязкости.

Латунь никогда не применяется при изготовлении кабелей, так как ее электрическая проводимость значительно ниже, чем у меди или алюминия.

Зависимость химических свойств латуни от состава

Как было сказано выше, латунь – это сплав цинка и меди в разном процентном соотношении. При смешении этих двух элементов достигаются несколько электронных стадий готового материала. Процентное содержание цинка влияет на конечные химические свойства латуни, кратко описанные ниже:

• При введении в сплав цинка в количестве до 35% возрастает твердость готового материала с сохранением пластических свойств на первых этапах. Со временем происходит уплотнение кристаллической решетки сплава, из-за чего пластичность снижается.
• При нагревании сплава до 500-700оС цинк теряет пластичность, и материал перестает деформироваться под ударным воздействием в связи с образованием хрупкой зоны.
• При необходимости эксплуатации латуни в условиях повышенных температур (свыше 700оС) для сохранения пластических свойств в сплав вводятся дополнительные добавки – алюминий, никель или марганец.

В нормальных условиях при стандартных температурах окружающей среды материал хорошо поддается штамповке и ковке – ударная вязкость позволяет принимать сложные формы от грубого механического воздействия.

Сферы применения латуни в зависимости от химических свойств

В связи с изменением химических свойств сплавов в промышленном производстве выделяют следующие типы материалов на основе латуни:

• Томпак – латунный сплав с содержанием цинка не более 13%, который отличается повышенной эластичностью и коррозионной стойкостью. Если процент цинка увеличивается до 14-22%, такой материал называется полутомпаком. Сплав имеет благородный золотистый оттенок, из-за чего широко используется при изготовлении декоративных изделий.
• Фасонные детали инженерных коммуникаций, крепежи, сепараторы, втулки и другие детали изготавливаются из литейной латуни. Материал имеет в своем составе от 51% до 80% чистой меди. Для улучшения качественных свойств в сплав добавляются такие элементы как олово, железо, марганец и др.
• При добавлении в сплав свинца в количестве от 0,5% до 1% получается автоматная латунь. Материал используется в технических целях для изготовления листов, проволоки, лент и других элементов.

По внешнему виду и механическим свойствам латунь сильно напоминает бронзу – смесь меди и олова, и отличить эти два сплава друг от друга без использования лабораторного оборудования практически невозможно.

Латунь — свойства, характеристики, обзорная статья, доклад, реферат

Латунь — это двухкомпонентный или более сложный сплав, основными элементами которого являются Cu (медь) и Zn (цинк). Содержание цинка в латуни может составлять от 5 до 45 % и более. К примеру, в энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона соотношение содержания меди и цинка в сплаве описывается как 2 к 1.

Латунь прежде всего ценится за её прочность по сравнению с обычной медью, ковкость, вязкость, твёрдость и более высокую коррозионную стойкость. Помимо улучшенных механических качеств, сплав меди с цинком обладает хорошими эстетическими свойствами, легко поддаётся полировке и имеет красивый жёлтый или красноватый цвет. При этом он обладает меньшей стоимостью чем медь или оловянная бронза.

Стоит отметить, что на воздухе латунь темнеет, поэтому ремесленные изделия из неё следует покрывать лаком. Если в латуни содержится более 20 % Zn, она подвержена сезонным растрескиваниям во влажной среде, особенно деформируемые сплавы. Противостоять этому поможет отжиг изделий. А при содержании в сплаве более 39 % Zn сплав имеет двухфазную структуру, что негативно сказывается на прочности и пластичности изделий из него. Латунь обладает меньшей тепло и электропроводностью по сравнению с медью. Что бы купить латунь перейдите в раздел продажи латуни.

Классификация латуней

Так как в сплав меди и цинка добавляются и другие легирующие элементы, то различают:

• двухкомпонентные сплавы




• и многокомпонентные сплавы латуни.

Легирующие элементы сложных сплавов: Mg, Sn, Ni, Pb, Si, Fe, Al и другие. Все они определённым образом сказываются на свойствах изделий. Mg в сочетании с Fe и Al влияет на прочностные характеристики и коррозионную стойкость. Ni – положительно сказывается на устойчивости к окислительным процессам. Pb повышает пластичность и ковкость латуни. Такие сплавы часто используются ремесленниками, также такие сплавы называют автоматными, т.к. они хорошо поддаются обработке на станках. Si спорно, но влияет на прочностные характеристики сплава, а в сочетании с Pb может посоревноваться за первенство с оловянной бронзой по части антифрикционных качеств.

Не менее важной является классификация сплавов Cu и Zn по способу их обработке. Различают:

• литейные сплавы,




• сплавы обрабатываемые давлением,




• также можно выделить в эту группу специальные латуни.

В горячем виде обработке давлением при температуре от 300 до 700°C лучше поддаются латуни с высоким содержанием цинка, однако с повышением концентрации Zn выше 30 % пластичность и прочность сплавов падает, поэтому на практике для этих целей не применяются сплавы с содержанием Zn выше 39 %. В холодном же виде любые сплавы латуней обрабатываются хорошо.

Было уже сказано о различии в фазовых состояниях латуни, но для полноты картины следует ещё раз определить:

• латуни a-фазы




• и латуни b-фазы.

Первые — с содержанием Zn до 39 %, вторые (двухфазные) — выше. Латунь в а-фазе имеет более высокую пластичность и прочность, чем в фазе b, так как двухфазные сплавы имеют свойство слоиться, из-за того что медь с цинком не будут образовывать прочной связи.

Так как латуни различаются по содержанию цинка, принято также выделять:

• красную




• и жёлтую латуни

Содержание цинка в красной латуни (томпаке) составляет от 5 до 20 %, а в жёлтой — более 20 %. Чем выше содержание Zn в составе, тем ниже стоимость сплава.

Свойства сплавов

Для понимания того, как различные легирующие составы и пропорции влияют на качества латуней, ниже мы привели несколько таблиц и диаграмм. Но прежде обратимся к принципам маркировки латуней. Двухкомпонентные сплавы маркируют в России литерой Л и цифрами, обозначающими процентное содержание меди по химическому составу. (Л80 содержит 79-81 % Cu, до 0,3 % примесей и Zn в остатке). Многокомпонентные сплавы также маркируются литерой Л, после чего указываются литеры легирующих элементов, далее за ними следуют числовые обозначения, указывающие процентное содержание меди и легирующих составов, в указанном литерами порядке (ЛА77-2 — 77% Cu, 2%Al).

Применение

Спектр выпускаемых в России латуней очень велик. Существует порядка 37 основных марок двух и многокомпонентных сплавов, не считая специальные и вторичные латуни. Так что спектр их применения чрезвычайно велик и более подробно будет рассматриваться нами в статьях, посвящённым конкретным сплавам. Однако, можно привести примеры использования латуней в рамках указанной выше классификации.

Двухкомпонентные деформируемые сплавы латуней Л96-Л80 применяются в основном для производства деталей в химической промышленности, радиаторных и капиллярных трубок, тепловой аппаратуры, и в машиностроении. Л68-Л60 — применяются в изготовлении штампованных изделий, фурнитуры и крепежа, деталей в автомобильной промышленности, труб конденсаторных, патрубков.

Сфера применения многокомпонентных деформируемых сплавов гораздо более широка и вписывается в рамки производства таких отраслей, как: судостроение, химическая промышленность, машиностроение, производство тепловой аппаратуры, точных приборов, авиационной промышленности и других. Примечательно то, что в основном многокомпонентные деформируемые сплавы применяются для производства небольших деталей с хорошими антифрикционными свойствами.

Литейные сплавы латуней применяются для изготовления ответственных деталей и элементов конструкций. Они обладают большой прочностью. Из них отливают арматуру, изготавливают гайки, червячные винты, а также подшипники, втулки и коррозиестойкие детали.

История

Изготовлением латуни занимались ещё в Древнем Риме, позже в Египте, Греции и Китае. Согласно информации представленной в СБИЕ, древние римляне изготавливали латунь сплавлением меди и минерала галлия в виде карбона ZnCO₃. Чистота такого сплава была не велика, поэтому настоящая качественная латунь появилась значительно позже, когда в 1746 году Андреас Сигизмунд Магграф нашёл способ извлекать чистый цинк прокаливанием оксида цинка в реторте из огнеупорной глины без доступа воздуха, и конденсировать цинк в газовой фазе в рефрижераторе.

Слово цинк восходит к германскому zinke (зубец), вероятно это название связано с формой кристаллов сфалерита (цинковой обманки) из которой впоследствии стали добывать в промышленных масштабах цинк. Сфалерит имеет в составе сульфид цинка ZnS. Из него получают концентраты по пирометаллургической схеме. Сначала минерал измельчается, а затем помещается в аппарат для селективной флотации, где вместе с цинковым концентратом извлекаются другие концентраты. Далее концентраты цинка обогащаются и восстанавливаются обжигом в кипящем слое, и далее спеканием. Дистилляционный метод ныне не применяется, для получения чистого цинка. Наибольшее распространение получил в наше время гидрометаллургический способ получения Zn электролизом.

Производство латуни

Производство латуни — это сложный технологический процесс в котором задействована медная и цинковая промышленность, а также методы переработки вторсырья. В качестве сырья для получения сплавов применяются изготовленные по ГОСТ заготовки меди, цинка и других металлов для многокомпонентных сплавов, а также собственные отходы производства и вторичное сырьё.

Латунь получают сплавлением этого сырья в электродуговых печах или печах на твёрдом топливе в тиглях, или даже без тиглей в отражательных печах. Предварительно сырьё подготавливается, печи также очищаются. Медь разогревают до красного каления и помещают в печи в первую очередь, после чего добавляют цинковые кусковые заготовки. Для получения сложных сплавов медь также добавляют в первую очередь, после чего добавляют остальные элементы.

Металлопрокат и литые заготовки

После получения однородной массы, сплав разливают в формы, если это литейная латунь, и из него получают:

• слитки плоской




• и слитки круглой формы.

Деформируемые же сплавы после отливки в изложницы проходят процедуру деформации. Из них получают: латунную ленту, латунные плиты, латунную проволоку, трубы из латуни, латунные круги, латунные листы, прутки латунные.

Полученные изделия могут различаться по степени дополнительной обработки (закалки, старения), а также по состоянию материала (мягкое, полутвёрдое, твёрдое и особотвёрдое). Дополнительная термическая подготовка заготовок способна значительно повысить их коррозионную стойкость и прочность.

Самые популярные изделия из латуни которые можно купить у нас:

Ресурсы

: Стандарты и свойства — Микроструктуры меди и медных сплавов: Латунь

Латуни представляют собой медно-цинковые сплавы. В целом они обладают хорошей прочностью и коррозионной стойкостью, хотя их структура и свойства зависят от содержания цинка. Сплавы, содержащие примерно до 35% цинка, представляют собой однофазные сплавы, состоящие из твердого раствора цинка и альфа-меди. Эти латуни обладают хорошей прочностью и пластичностью, легко поддаются холодной обработке. Прочность и пластичность этих сплавов увеличиваются с увеличением содержания цинка. Альфа-сплавы можно отличить по постепенному изменению цвета от золотисто-желтого до красного по мере увеличения содержания цинка до 35%. Золочение 95%, Коммерческая бронза, Ювелирная бронза, Красная латунь и Патронная латунь относятся к этой категории латуни. Они известны своей легкостью изготовления путем рисования, высокой прочностью в холодном состоянии и коррозионной стойкостью. Увеличение содержания цинка до 35 % позволяет получить более прочный и эластичный латунный сплав с умеренным снижением коррозионной стойкости. Латуни, содержащие от 32 до 39% цинка, имеют двухфазную структуру, состоящую из альфа- и бета-фаз. Желтые латуни относятся к этой промежуточной категории латуни. Латуни, содержащие более 39% цинка, такие как металл Мунца, имеют преимущественно бета-структуру. Бета-фаза сложнее, чем альфа-фаза. Эти материалы обладают высокой прочностью и меньшей пластичностью при комнатной температуре, чем сплавы, содержащие меньше цинка. Двухфазные латуни легко поддаются горячей обработке и механической обработке, но способность к холодной штамповке ограничена. Латунь используется в таких приложениях, как вырубка, чеканка, волочение, пирсинг, пружины, огнетушители, ювелирные изделия, сердцевины радиаторов, светильники, боеприпасы, гибкий шланг и основа для золотой пластины. Латуни обладают отличной литейной способностью и хорошим сочетанием прочности и коррозионной стойкости. Литая латунь используется в таких приложениях, как сантехника, фитинги и клапаны низкого давления, шестерни, подшипники, декоративная фурнитура и архитектурная отделка. Обозначения UNS для кованой латуни включают от C20500 до C28580 и от C83300 до C85800 для литой латуни.

Некоторые виды латуни могут подвергаться коррозии в различных условиях. Децинкификация может быть проблемой в сплавах, содержащих более 15% цинка, в стоячей кислой водной среде. Децинкификация начинается с удаления цинка с поверхности латуни, оставляя относительно пористый и непрочный слой меди и оксида меди. Децинкификация может пройти через латунь и ослабить весь компонент. Коррозионное растрескивание под напряжением также может быть проблемой для латуни, содержащей более 15% цинка. Коррозионное растрескивание этих латуней под напряжением происходит, когда компоненты подвергаются растягивающему напряжению в средах, содержащих влажный аммиак, амины и соединения ртути. Если снять напряжение или химическую среду, коррозионного растрескивания под напряжением не произойдет. Иногда достаточно обработки для снятия напряжения, чтобы предотвратить возникновение коррозионного растрескивания под напряжением. Микроструктура однофазных латунных сплавов с содержанием цинка до 32% состоит из твердого раствора цинка и альфа-меди. Литая структура латуни с низким содержанием цинка состоит из альфа-дендритов. Первым материалом, который затвердевает, является почти чистая медь, поскольку дендриты продолжают затвердевать, они становятся смесью меди и цинка. Градиент состава существует по всему дендриту с нулевым содержанием цинка в центре и самым высоким содержанием цинка на внешнем крае. Градиент состава называется образованием сердцевины, и он обычно происходит со сплавами, которые замерзают в широком диапазоне температур. Последующая обработка и отжиг разрушают дендритную структуру. Полученная микроструктура состоит из сдвоенных равноосных зерен альфа-латуни. Отожженная микроструктура состоит из равноосных сдвоенных зерен альфа-меди, сходных со структурой нелегированной меди. Зерна имеют разные оттенки из-за их разной ориентации. Двойники представляют собой параллельные линии, проходящие через отдельные зерна. Двойники возникают из-за ошибки в последовательности размещения атомов меди, что затрудняет различение отдельных зерен.

Альфа-медь является основной фазой в литых сплавах, содержащих примерно до 40% цинка. Бета-фаза, которая представляет собой фазу с высоким содержанием цинка, является второстепенным компонентом, заполняющим области между альфа-дендритами. Микроструктура латуни, содержащей примерно до 40% цинка, состоит из альфа-дендритов с бета-дендритами, окружающими дендриты. Деформируемые материалы состоят из зерен альфа и бета. Литейные сплавы с содержанием цинка более 40 % содержат первичные дендриты бета-фазы. Если материал быстро охлаждается, структура полностью состоит из бета-фазы. При более медленном охлаждении альфа осаждается из раствора на границах кристаллов, образуя структуру из бета-дендритов, окруженных альфа. Эта структура называется структурой Видманштеттена, потому что геометрический рисунок альфа формируется на определенных кристаллографических ориентациях бета-решетки. Деформируемый двухфазный материал состоит из зерен бета и альфа. Горячая прокатка приводит к удлинению зерен в направлении прокатки.

Латуни часто содержат свинец для улучшения обрабатываемости. Микроструктура свинцовой латуни аналогична структуре неэтилированной латуни с добавлением почти чистых частиц свинца, обнаруженных на границах зерен и междендритных промежутках. Свинец наблюдается в микроструктуре в виде дискретных глобулярных частиц, так как практически нерастворим в твердой меди. Количество и размер частиц свинца увеличивается с увеличением содержания свинца.

ПРИМЕЧАНИЕ: Размер файла Увеличенный и Наибольший Вид микрофотографий значительно больше, чем показанный эскиз. Увеличенный вид Изображения имеют размер от 11K до 120K в зависимости от изображения. The Largest View изображений имеют размер от 125 до почти 500 КБ.

Распространенные латунные сплавы и их применение – Oceanus Brass

Латунь широко известна как один из самых универсальных сплавов, идеально подходящий для различных инженерных и декоративных применений. Чистый сплав меди и цинка, называемый «латунью», имеет три типа, основанных на различных кристаллических структурах, как обсуждалось в предыдущем посте. Но универсальность латуни во многом обусловлена ​​множеством возможных комбинаций с другими металлами, меняющими свои характеристики исходя из того, что от нее нужно — сплавы латуни.

Несколько характеристик, которыми можно управлять, добавляя небольшое количество других металлов в латунь:

• Мягкость;
• Пластичность;
• Твердость;
• Цвет;
• Стойкость к коррозии;
• Стабильность.

Ниже мы представим несколько примеров латунных сплавов:

Морская латунь

Морская латунь представляет собой высокопрочный и особенно устойчивый к коррозии латунный сплав, что делает его, как следует из названия, идеальным для использования в морской среде. . Морская латунь обычно состоит из:

• 59 % меди
• 40 % цинка
• 1% олово

Добавление олова придает Naval Brass высокую устойчивость к обесцинкованию, то есть постепенному удалению цинка из сплава в определенных условиях, оставляя пористый металл, что не идеально для механизмов кораблей.

rotaxmetals, CC BY-SA 4.0 , через Wikimedia Commons

Скандинавское золото

Латунные сплавы обычно используются в качестве альтернативы более дорогим металлам , потому что они сохраняют наиболее важные характеристики указанных металлов. Скандинавское золото, например, несмотря на свое название, это не золото, а латунь. Вот его состав:

• 89 % меди
• 5% цинка
• 5% алюминия
• 1% олово

Nordic Gold широко используется для изготовления монет в нескольких валютах, потому что, в дополнение к своему золотому цвету, оно обладает противомикробными свойствами, не вызывает аллергии и устойчиво к потускнению.

José Carlos Casimiro, CC BY-SA 2.0 , через Wikimedia Commons

Другой пример латунного сплава, используемого в качестве альтернативы более дорогому металлу, металл Muntz, форма альфа-бета-латуни, запатентованная в 1832 году в качестве замены медного покрытия на днище лодок.

• 60 % меди
• 40 % цинка
• Следы железа

Он стал предпочтительным материалом для этого использования (среди прочего), поскольку он был не только дешевле чистой меди, но и сохранял свои характеристики, необходимые для этих целей. В холодном виде он твердый, но его легко обрабатывать в горячем состоянии, и это предотвратило разрушение металла нежелательными морскими организмами.

Cmglee, CC BY-SA 3.0 , через Wikimedia Commons

Свободная обработка латуни

Добавление максимум 3% свинца в латунь является безопасным способом повышения пластичности. Латунь Free-Machining Brass, также известная как латунь C360, представляет собой улучшенную латунь 60/40 со следующим составом:

• 61,5% меди
• 35,5% цинка
• 3% свинца

Это хорошо поддающийся обработке материал, который можно легко разрезать и придать ему любую форму.

Этот сплав стал стандартом обработки, по которому сравнивают все другие металлы. Обычно он используется для сантехнических изделий, фитингов, адаптеров, валов, клапанов, винтовых деталей, деталей машин, муфт, электрических компонентов, печатных плат и промышленного оборудования. Он также устойчив к коррозии, имеет гладкую поверхность и легко принимает покрытие.

Affoltergroup, CC BY-SA 4.0 , через Wikimedia Commons

Это лишь несколько примеров возможностей, предоставляемых этой невероятно полезной медью+. сплав цинка. Если вы найдете правильную комбинацию, у вас будет идеальный материал для всего: от музыкальных инструментов до декоративных ручек, боеприпасов и промышленного оборудования. Добавьте небольшой процент свинца, и вы получите чрезвычайно ковкую латунь. Если вы хотите украсить свой дом, мышьяк, марганец и никель являются одними из возможных вариантов выбора идеального цвета сплава. И если вам нужна устойчивость, олово может вам в этом помочь! В целом, нельзя отрицать, что латунь является одним из самых универсальных материалов.