Общие сведения о латуни

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Общие сведения

Латуни - это двойные и многокомпонентные медные сплавы, в которых основной легирующий компонент - цинк (от 5 до 45%). Цинк более дешевый материал по сравнению с медью, поэтому его введение в сплав одновременно с повышением механических, технологических и антифрикационных свойств, приводит к снижению стоимости - латунь дешевле меди. Все латуни хорошо паяются твердыми и мягкими припоями. Латунь, содержащая более 20% цинка, склонна к растрескиванию при вылеживании во влажной атмосфере (особенно, если присутствуют следы аммиака). Этот эффект часто называют «сезонное растрескивание». Наиболее заметен он в деформированных изделиях, поскольку коррозия распространяется по границам зерен в зоне неравномерного распределения напряжений. Это явление усиливается с увеличением содержания цинка и развивается особенно интенсивно при содержаниях его более 30%. Для устранения этого явления после деформации латунь подвергают отжигу при 240 - 260 (°C). При таком отжиге эффективно снимаются остаточные напряжения и сохраняется высокая прочность, обусловленная нагартовкой (поверхностное упрочнение детали в результате механической обработки ее поверхности за счет изменения структуры металла в деформированном слое). Таким образом, латунь обладает следующими свойствами:

· хорошая обрабатываемость давлением в горячем и холодном состояниях;

· высокие механические свойства;

· красивый цвет;

· сравнительная дешевизна;

· коррозионная стойкость латуней в атмосферных условиях - средняя между стойкостью элементов, образующих сплав, т.е. цинка и меди;

· электропроводность и теплопроводность латуни ниже, чем меди.

Для улучшения свойств латуни дополнительно легируют алюминием, марганцем, железом, никелем, оловом, свинцом, кремнием,мышьяком, которые вводят в небольших количествах (1...2%, в редких случаях до 4%).Комплексное легирование специальных латуней позволяет получить более высокие по сравнению с двойными сплавами системы Cu-Zn механические свойства, лучшую коррозионную и кавитационную стойкость. Вместе с тем, удается сохранить достаточно хорошую обрабатываемость давлением при высоких температурах и несколько меньшую при низких.

Временное сопротивление разрыву латуней наиболее эффективно повышают алюминий и олово и в меньшей степени марганец. Относительное удлинение увеличивается при введении железа и небольших количеств марганца (до 2...3%), остальные элементы уменьшают относительное удлинение латуней. Железо практически нерастворимо в латунях и присутствует в них в свободном виде. Частицы железа увеличивают скорость образования центров при кристаллизации и рекристаллизации, а также тормозят последующий рост зерен и поэтому способствуют измельчению структуры. Уменьшение размеров зерна при легировании железом является причиной уже отмеченного повышения относительного удлинения латуней, содержащих железо. Алюминий, марганец, олово и никель повышают коррозионную стойкость латуней; никель вместе с тем уменьшает склонность к коррозионному растрескиванию. Благоприятное действие этих элементов на коррозионную стойкость связано с образованием на поверхности плотной оксидной защитной пленки. Олово повышает прочность и сильно повышает сопротивление коррозии в морской воде. Латуни, содержащие олово, часто называют морскими латунями. Свинец ухудшает механические свойства, но улучшает обрабатываемость резанием. Свинец--своеобразная смазка, уменьшающая износ инструмента при обработке резанием латуни. Мелкая, легко отделяющаяся стружка, образующаяся при механической обработке, позволяет получать поверхность обрабатываемых изделий с параметрами низкой шероховатости. Им легируют (1-2%) латуни, которые подвергаются механической обработке на станках-автоматах. Поэтому эти латуни называют автоматными.

Кремний ухудшает твердость, прочность. При совместном легировании кремнием и свинцом повышаются антифрикционные свойства латуни, и она может служить заменителем более дорогих, например оловянных бронз, применяющихся в подшипниках скольжения. Мышьяк предохраняет латунь от обесцинкования в агрессивных пресных водах при комнатной и повышенных температурах. Добавки никеля, мышьяка и железа к алюминиевым латуням повышают их стойкость к щелочам и разбавленным кислотам.

Латуни по сравнению с бронзой обладают менее высокими прочностью, коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами. Они весьма стойки на воздухе, в морской воде, растворах большинства органических кислот, углекислых растворах.

2. История открытия

При раскопках в Фивах были найдены рукописи, принадлежавшие древнеегипетским жрецам, в которых сообщался секрет изготовления золота из меди. Как оказалось, он был довольно прост: в медь нужно было всего-навсего добавить определенное количество цинка. По сути дела, речь шла об изготовлении из меди латуни, напоминающей золото цветом и блеском.

Латунь - один из самых необычных сплавов древности - появился в арсенале металлургов значительно позже, чем все остальные известные металлы и сплавы. Его регулярное производство начинается в восточных провинциях Римской империи только в I веке до н.э. Удивительно также, что история цинка как чистого металла значительно короче, чем история самого сплава. Дело в том, что цинк никогда не встречается в природе в металлическом виде. Он закипает при Т=907°C, и это ниже той температуры, при которой цинк может быть выплавлен из руды. В Европе металлический цинк научились получать только в 18 столетии. В ряду драгоценных металлов латуни занимали третье место после золота и серебра. С течением времени монополия и, следовательно, контроль над качеством сплава были утрачены; в обращении преобладал многократно переплавленный лом, смешанный с бронзой и свинцом. В средние века производство этого сплава возрождается, к XII столетию он доминирует в цветной металлообработке Западной Европы.

На исламском Востоке сплавы с высоким содержанием цинка и свинца известны с VIII в. Возможным источником их получения считается рудник Анарак в северном Иране с богатыми залежами меди, серебра, свинца и каламина, разрабатываемый с эпохи бронзы по наши дни. В китайских хрониках VI-VII вв. латунь называется «персидским металлом»10.0 широком использовании латуней ювелирами мусульманского Востока свидетельствует трактат ученого-алхимика ар-Рази (865-925гг.).

В VIII-IX столетиях латунные сплавы известны на Северо-Западном Кавказе в аланских могильниках Северной Осетии и в салтово-аланском могильнике Мощевая Балка. Полагают, что «золото-подобная» латунь с высоким цинком поступала на Северный Кавказ по «шелковому пути» из Малой Азии.

Путем сплавления меди с металлическим цинком, латунь впервые была получена в Англии в 1781 г. В XIX веке в Западной Европе и России латунь использовали в качестве поддельного золота

3. Классификация

Обычно латуни делят на 2 группы:

1) Двухкомпонентные латуни («Простые»), состоящие только из меди, цинка и, в незначительных количествах, примесей.

Для двухкомпонентной латуни особое значение имеет фазовый состав сплава. Предел растворимости цинка в меди при комнатной температуре равен 39%. При повышении температуры он снижается и при 905 °C становится равным 32%. По этой причине латуни, содержащие цинка менее 39%, имеют однофазную структуру (a-фаза) твердого раствора цинка в меди. Их называют а-латунями. Если в расплав ввести больше цинка, то он не сможет полностью раствориться в меди, и после затвердевания возникнет вторая фаза - (b-фаза). b-фаза очень хрупка и тверда, поэтому двухфазные латуни имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные. При увеличении концентрации цинка до 30% возрастают одновременно и прочность, и пластичность. Затем пластичность уменьшается, вначале за счет усложнения твердого раствора, затем происходит резкое ее понижение, так как в структуре сплава появляется хрупкая b-фаза. Прочность увеличивается до концентрации 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 300 - 700 (°C) существует зона хрупкости, поэтому при таких температурах латуни не деформируют. Особенностью обработки латуней давлением является то, что для обработки в холодном состоянии (тонкие листы, проволока, калиброванные профили) используют a-латунь с содержанием цинка до 32%, так как она при комнатной температуре имеет высокую пластичность и малую прочность. При повышении температуры до 300-700 °C ее пластичность уменьшается, поэтому в горячем состоянии ее не обрабатывают. Для этой цели используют или b-латунь с большим содержанием цинка (до 39%), способную переходить при нагреве в двухфазное состояние a+b, либо (a+b)-латунь.

Марка латуни составляется из буквы «Л», указывающей тип сплава - латунь, и двузначной цифры, характеризующей среднее содержание меди. Например, марка Л80 - латунь, содержащая 80% Cu и 20% Zn.

2) Многокомпонентные латуни («Специальные»)- кроме меди и цинка присутствуют дополнительные легирующие элементы.

Количество марок многокомпонентных латуней больше, чем двухкомпонентных. Наименование специальной латуни отражает ее состав. Так, если она легирована железом и марганцем, то ее называют «Железомарганцевой», если алюминием - «Алюминиевой» и т.д.

Марку этих латуней составляют следующим образом: первой, как в простых латунях, ставится буква Л, вслед за ней - ряд букв, указывающих, какие легирующие элементы, кроме цинка, входят в эту латунь; затем через дефисы следуют цифры, первая из которых характеризует среднее содержание меди в процентах, а последующие - каждого из легирующих элементов в той же последовательности, как и в буквенной части марки. Порядок букв и цифр устанавливается по содержанию соответствующего элемента: сначала идет тот элемент, которого больше, а далее по нисходящей. Содержание цинка пределяется по разности от 100%. Например, марка ЛАЖМц66-6-3-2 расшифровывается так: латунь, в которой содержится 66% Cu, 6%A l, 3% Fe и 2% Mn. Цинка в ней 100-(66+6+3+2)=23%.

Двойные (простые) латуни, содержащие 88--97% Cu, называют томпаком, а содержащие 79--86% Cu - полутомпаком. По структуре выделяют альфа-латуни, (альфа+бетта)-латуни и бетта-латуни, причем альфа- и (альфа+бетта)-латуни пластичны в холодном и горячем состоянии, бетта-латуни только при высоких температурах.

Медно-цинковые сплавы, легированные одним или несколькими элементами, называют специальными латунями. Наименование таких латуней дается по легирующим элементам, например, латунь, содержащую свинец, называют свинцовой. Простые латуни маркируют буквой Л, за которой пишут содержание меди в %. В специальных латунях после буквы Л пишут заглавную букву дополнительных легирующих элементов и через тире после содержания меди указывают содержание вводимых элементов в процентах. В зависимости от способа обработки латуни подразделяют на деформированные и литейные. Последние могут изготовляться из вторичного сырья (вторичные литейные латуни). Из деформированных латуней изготовляют листы, ленты, полосы, прутки, трубы, проволоку и поковки; из литейных -- фасонные отливки.

Обрабатываемость резанием медных сплавов оценивается в процентах по отношению к обрабатываемости латуни марки ЛС 63-3, которая принимается за 100%.

Латуни, за исключением свинцовосодержащих, легко поддаются обработке давлением в горячем и холодном состоянии. Все они хорошо паяются твердыми и мягкими припоями и легче свариваются, чем медь. Следует иметь в виду, что латуни, содержащие более 15% цинка в холоднодеформированном состоянии, в том числе и после обработки резанием, склонны к самопроизвольному коррозионному растрескиванию при хранении, особенно во влажной атмосфере, содержащей сернистые газы или аммиак. Для предохранения от растрескивания латунные полуфабрикаты и изделия подвергают низкотемпературному отжигу (250--300° С), при котором уменьшаются остаточные напряжения, но не снижается их прочность. Латуни, за исключением марки ЛАНКМц 75-2-2,5-0,5-0,5, упрочняют деформационным наклепом. Латунь последней марки -- единственный дисперсионно-твердеющий сплав, упрочняемый в результате закалки и старения.

Плоский прокат выпускают в мягком (отожженном), полутвердом (обжатие 10--30%), твердом (обжатие 30-50%) и особотвердом (обжатие более 60%) состоянии. В машиностроении применяют круглый и плоский прокат из латуней.

Латуни подразделяются на обрабатываемые давлением и литейные. Большинство латуней допускает электрическую и газовую сварку и паяются мягкими и твердыми припоями. Марки и состав латуней, обрабатываемых давлением определяется ГОСТ 15527-70, а литейных латуней - ГОСТ 17711-80. Механические свойства латуней зависят от технологии изготовления, механической и термической обработки.

Ниже представлены характеристики наиболее распространенных марок латуней.

4. Применение

латунь сплав производство

Латуни обладают высокими технологическими свойствами и применяются в производстве различных мелких деталей, особенно там, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Из них получают хорошие отливки, так как латунь обладают хорошей текучестью и малой склонностью к ликвации. Латуни легко поддаются пластической деформации - основное их количество идет на изготовление катанных полуфабрикатов - листов, полос, лент, проволоки и разных профилей

Деформируемые латуни

Томпак (фр. tombac, от малайск. tambaga -- медь) -- латунь с содержанием меди 90--97 %. Обладает высокой пластичностью, антикоррозионным 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.

Литейные латуни

Ювелирные сплавы

Плавку латуни необходимо производить под вытяжной вентиляцией, так как некоторые элементы из состава сплавов интенсивно испаряются, ядовиты и вредны для здоровья. При плавке, желательно не перегревать сплав, так как некоторые компоненты сплава воспламеняются на воздухе (например - цинк). При плавке рекомендуется использовать флюсы, для понижения окисления сплава. Легкоплавкие компоненты добавлять в расплав осторожно. Если требуется приготовить или откорректировать сплав, плавку начинают с легкоплавких компонентов, добавляя компоненты с более высокой температурой плавления.

Размещено на Allbest.ru