Латунь: склад сплаву, характеристики і застосування
Латунь, яка добре відома і активно застосовується вже протягом багатьох років, є сплавом міді з цинком. Винахідником цього матеріалу з цілим рядом унікальних характеристик вважається англієць Джеймс Емерсон, який і запатентував його в 1781 році.
Латунний металопрокат відрізняється гарну корозійну стійкість і високу міцність
елементи складу
Основу латуні складають мідь і цинк. У найбільш традиційному складі такого сплаву мідь міститься в кількості 70%, а цинк — 30%. Існують марки технічної латуні, в складі якої цинк міститься в кількості 48-50 відсотків. Що характерно, більше 50% цинку, який використовується для виробництва латунних сплавів, отримують з відходів даного металу.
Залежно від особливостей внутрішньої структури розрізняють латуні альфа- і альфа-бета-типу, які також називають одно- і двофазним.
Їх основні відмінності полягають в наступному.
- У хімічному складі латунних сплавів, що відносяться до альфа-типу, міститься 35% цинку.
- Альфа-бета-латуні (двофазні) на 47-50% складаються з цинку. У їх складі також міститься свинець, кількість якого не перевищує 6%.
Незважаючи на те, що латунь, також створена на основі міді, зовні дуже схожа на деякі марки бронзи, з професійної класифікації вона не відноситься до бронзовим сплавів. У складі деяких видів латуні міститься олово — основний легуючий елемент бронзи, але його додають в дуже незначних кількостях, щоб домогтися поліпшення окремих характеристик сплаву. Крім олова, в хімічному складі окремих марок латуні можуть міститися такі елементи, як свинець, марганець, залізо, нікель і ін., Які також дозволяють поліпшити її властивості.
Вміст хімічних елементів в простих (подвійних) латунях (натисніть для збільшення)
Вміст хімічних елементів у свинцевих латунях (натисніть для збільшення)
Вироби з латуні відрізняються гарним золотисто-жовтим кольором, добре піддаються поліровці і іншим видам механічної обробки. Залежно від марки сплаву, з якого виготовлено виріб, останнє можна піддавати куванні в холодному або нагрітому стані, але деякі види даного металу методами пластичної деформації обробляти не можна. Незважаючи на те, що для латуні характерна висока корозійна стійкість, поверхня виробів з даного металу при їх тривалому взаємодії з навколишнім повітрям покривається окисной плівкою і темніє. Щоб уникнути зміни кольору поверхні латунних виробів з плином часу, їх часто покривають захисним шаром безбарвного лаку.
Хімічний склад і особливості внутрішньої структури
Щоб добре розбиратися в характеристиках латуні, важливо розуміти, якими властивостями володіють хімічні елементи, з яких вона складається. Такими елементами, як уже говорилося вище, є мідь і цинк.
Класифікація латуней за хімічним складом
Мідь — це один з перших металів, які людина почала використовувати для виготовлення виробів різного призначення. Даний елемент, що входить в 11-ю групу IV періоду таблиці Менделєєва, має атомний номер 29 і позначається як Cu (скорочення від Cuprum). Мідь, яка є перехідним металом, відрізняється високою пластичністю і красивим світло-золотистим кольором. При утворенні оксидної плівки метал набуває не менш красивий жовтувато-червоний відтінок.
Цинк — другий основний елемент в хімічному складі латуні — також є металом, який, на відміну від міді, не зустрічається в природі в чистому вигляді. Цинк, який має атомний номер 30, входить в побічну підгрупу 2-ї групи IV періоду таблиці Менделєєва. Цей метал, виробляти який почали ще в XII столітті в Індії, відрізняється високою крихкістю в нормальних умовах. Без оксидної плівки, яка з’являється на металі при його взаємодії з відкритим повітрям, його поверхня має світло-блакитний колір. Позначається даний метал символом Zn (скорочення від Zincum).
Так виглядає мікроструктура відшліфованою латунної поверхні під 400-кратним збільшенням
Структура латуні в залежності від вмісту в його складі основних компонентів може складатися з однієї? — або одночасно? +? — фаз. Такі стани, які може приймати внутрішня структура сплаву, відрізняються наступними особливостями:
- ?-фаза — це розчин міді і цинку, що характеризується високою стабільністю, в якому молекули основного металу (міді) мають гранецентрированную кубічну решітку;
- ?+?-фаза — також стабільний розчин, в якому мідь і цинк містяться в співвідношенні 3: 2 (в такому розчині молекули міді мають просту елементарну комірку).
Мікроструктура? +? — латуні має меншу пластичність і велику твердість, ніж структура? -латунь
Залежно від температури нагріву в латуні відбуваються такі структурні перетворення.
- При нагріванні латуні до високих температур атоми в її? -фазі, що має широку область гомогенності, відрізняються неврегульованим розташуванням. В такому стані нагріву? Фаза латунного сплаву відрізняється високою пластичністю.
- При незначному нагріванні латунного сплаву (454-468°) В ньому формується фаза, що має позначення? ‘. Особливістю такої структурної фази, яка відрізняється високою твердістю і, відповідно, крихкістю, є те, що атоми міді і цинку в ній розташовуються впорядковано.
Виходячи з усього вищесказаного, можна зробити висновок про те, що латунні сплави, внутрішню структуру яких складає тільки? Фаза (однофазні), відрізняються хорошою пластичністю, а ті, в яких присутній і? Фаза (двофазні), є більш міцними, але не призначені для обробки методами пластичної деформації.
Пластичність латуней з двофазної структурою можна підвищити, якщо нагріти їх вище температури, при якій відбувається? ‘- перетворення (700°). У такому стані в структурі сплаву переважає тільки одна? Фаза, відповідно, він відрізняється високою пластичністю. Однак навіть однофазні латуні з хорошою пластичністю можуть практично не оброблятися методами пластичної деформації. Це відбувається в температурному інтервалі їх нагрівання до 300-700°, який отримав назву зони крихкості.
Вміст цинку в латуні впливає на електропровідність сплаву
На те, якими механічними властивостями володіє латунь тієї чи іншої марки, сильно впливає вміст цинку в її хімічному складі. Так, якщо зміст даного хімічного елемента становить до 30%, то одночасно підвищуються як міцність, так і пластичність сплаву. Подальше підвищення вмісту цинку призводить до того, що латунь стає менш пластичною (ускладнення? -фази), а потім і більш крихкою (формування в структурі латуні? ‘- фази). Міцність латуні збільшується до того моменту, поки цинку в її складі не буде 45%, з подальшим збільшенням кількості даного елемента латунь стає і менш міцною, і менш пластичною.
способи виробництва
Такий сплав міді, як латунь, добре піддається різним методам обробки. Так, з цього сплаву можна отримувати різні вироби методами кування, штампування і протягання, а завдяки відносно невисокій температурі плавлення і хорошій текучості в розплавленому стані його активно використовують в ливарному виробництві.
Розлив латунного розплаву за формами
Латунь, основним легуючим елементом в якій є цинк, отримують плавкою:
- в тиглях, виготовлених з вогнетривкого матеріалу (для нагріву тиглі разом з компонентами сплаву поміщають в шахтні або полум’яні печі);
- в відбивних печах (при використанні даного методу плавку виконують без застосування тиглів).
При виплавці латунного сплаву слід враховувати той факт, що цинк при здійсненні такої процедури буде активно випаровуватися, тому кількість даного металу слід розраховувати з деяким запасом.
Сфера застосування
Залежно від кількісного вмісту основних компонентів латунь може використовуватися для виготовлення виробів різного призначення.
Зміст основних елементів вказується в маркуванні латунних сплавів
Однією з найбільш поширених різновидів деформуються латунних сплавів є томпак, в складі якого міститься 88-97% міді і не більше 10% цинку. Найбільш значущими характеристиками сплавів даного типу є:
- висока пластичність;
- висока корозійна стійкість;
- хороші антифрикційні властивості.
З характеристик, які сприяють високій популярності сплавів даного типу, треба відзначити:
- хорошу зварюваність зі сталлю і іншими металами, що дозволяє використовувати томпак для виготовлення виробів з комбінованих матеріалів;
- красивий золотистий колір — характеристика, яка стала причиною активного використання томпак для виробництва виробів художнього призначення;
- можливість покривати поверхню виробів з томпаку емаллю і лаком, золотити, а також використовувати інші типи декоративних покриттів.
Так виглядає стрічка томпаку, з якої потім роблять вироби, в тому числі і ювелірні прикраси
Фахівці при виробництві томпаку використовують три основні формули хімічного складу даного сплаву, в якому мідь, цинк, свинець і олово можуть міститися в таких пропорціях:
- 82/18 / 1,5 / 3;
- 82/18/3/1;
- 82,3 / 17,5 / 0 / 0,2.
Дані формули, що примітно, були виведені ще в XIX столітті. Їх автором є вчений з Шотландії Ендрю Юр.
Області застосування деформуються латуні
Щоб отримати ливарну латунь, в її склад, крім цинку, додають 50-81% міді, а також ряд інших елементів: алюміній, залізо, кремній, олово, марганець, свинець. Найбільш значущими характеристиками, якими володіє така латунь, є:
- висока стійкість до корозії;
- антифрикційні властивості;
- хороші механічні характеристики;
- хороша текучість в розплавленому стані;
- висока стійкість до розпаду матеріалу.
Сфери застосування ливарних латуней
Завдяки таким характеристикам ливарні латунні сплави успішно використовуються для виробництва виробів, до механічних властивостей, корозійної стійкості та точності геометричних параметрів яких пред’являються підвищені вимоги.
Для виробництва різних виробів методами різання металів використовуються автоматні латуні, в хімічний склад яких входять:
- 57-75% міді;
- 24,2-42,7% цинку;
- 0,3-0,8% свинцю.
Автоматна латунь марки ЛС59-1 використовується для виготовлення металовиробів і декоративних елементів
У складі сплавів даного типу обов’язково міститься свинець, за рахунок чого забезпечується формування короткої і сипучої стружки, що і дозволяє виконувати швидкісну обробку виробів з таких латуней.
Латуні даного типу проводиться у вигляді листового матеріалу і прутків, з яких потім, використовуючи той чи інший вид механічної обробки, виготовляють вироби різного призначення.
