Что входит в состав латуни

Латунь: история, основные компоненты, свойства и применение

Латунь — это медно-цинковый сплав, в котором составляющие его элементы находятся в определенных пропорциях. В некоторых случаях, для придания определенных свойств в состав включают и другие легирующие компоненты (олово, никель, свинец, железо и т.д.). Стоит отметить, что сфера ее применения практически безгранична.

Экскурс в историю

Латунь была известна человечеству еще до нашей эры, и это при том, что цинк как элемент стал известен только в 16 столетии. Например в Древнеримской империи расплавленную медь смешивали с цинковой рудой (галмеем). Из полученного металла делали красивые украшения и изящную посуду. Она так же была известна и в средней Азии, именно оттуда она и попал на Русь.

Основные компоненты

Изначально, в классическом варианте, латунь делали смешивая медь и цинк в соотношении 1:1. Теперь же, в основном, удельная масса цинка в сплаве не превышает тридцати процентный порог (исключением являются технически сплавы, в них объем цинка может доходить до пятидесяти процентного показателя).

По своему составу такой цветмет подразделяется на два вида:

Двухкомпонентный. В состав входят всего два составляющих — медь и цинк, их пропорция зависит от предназначения сплава. Обозначается сплав буквой «Л» и цифрой. Цифра указывает на процент меди в металле.
Многокомпонентный. Изготавливается путем присоединения легирующих металлов(олово, алюминий, свинец и т.д.). Маркировка производится двумя буквами («Л» (латунь) и буква добавочного компонента), следом идут цифры, означающие вхождение металлов в процентах — медь, дополнительный металл, цинк.

По содержанию цинка определяется два типа:

Красная — удельная масса цинка менее 20 процентов.
Желтая — объем цинка превышает двадцати процентный порог.

Какими свойствами обладает латунь?

Температура плавления соединения варьируется от 880 до 950 градусов. Начальная точка плавления зависит от процентного соотношения меди цинка. Чем последнего больше тем соответственно температура плавления ниже. Кроме того он превосходно поддается как механической обработке так и кузнечной ковке. Так же он достаточно хорошо противодействует коррозийным процессам. Благодаря высокой степени пластичности при низких температурах, латунь является хорошим конструкционным материалом.

Наравне с положительными качествами у нее имеются и недостатки:

Боится морской воды.
Разрушается под воздействием углекислотных растворов и органических кислот.
При взаимодействии с воздухом темнеет, поэтому требует дополнительной обработки лаком.

В зависимости от предназначения латунного сплава, он делится на три вида, которые кроме общих свойств имеют и свои собственные:

Деформируемые металлы (Томпак). В такой металле количество цинка не превышает 10 процентов. Данный сплав отличается пластичностью высоким антикоррозийным показателем и низкой силой трения. Томпак легко сваривается с железом.
Литейная латунь. Такое название получила благодаря низкой температуре плавления, что позволяет заливать ее в специальные формы. Содержание цинка колеблется в пределах 50 — 80 процентов. Такой уникальный сплав не подвержен изменению поверхности из-за трения и имеет высокие прочностные характеристики.
Автоматный цветной металл. В такой металл в качестве легирующего компонента обязательно добавляется свинец. Сплав хорошо переносит механическую обработку и при этом стружка отходит небольшими частицами, благодаря чему увеличивается скорость обработки и уменьшается износ резцов, что очень важно при больших объемах работ.

Для придания особых свойств в латунь добавляются легирующие компоненты, каждый из которых изменяет структуру состава и усиливает его определенные качества:

Алюминий. На поверхности изделия создается оксидная пленка снижающая «летучесть» сплава.
Магний. Применяется в совокупности с алюминием и железом, для придания повышенных прочностных характеристик и антикоррозийных свойств.
Никель. Не дает развиваться окислительным процессам.
Свинец. Улучшает ковкость и пластичность сплаву, делает пригодным для механической обработки.
Кремний. Улучшает прочность сплава.
Олово. Благодаря олову латунь можно использовать в морской воде.

Где применяется латунь?

Латунь на сегодняшний день один из самых широко применяемых металлов цветной металлургии созданных искусственным путем. В зависимости от качественных характеристик латунный сплав применяется в тех или иных сферах промышленности. Так двухкомпонентная латунь с содержанием цинка не более 20 процентов, используется для создания деталей и узлов различных машин и тепло передающих устройств. 40 процентов цинка дают возможность использовать ее для штамповки и производства фурнитуры.

Многокомпонентная латунь используется более широко. Из нее делают трубы, детали кораблей и летательных аппаратов, часы также не обходятся без такого сплава. Декоративно-художественные композиции, знаки различия для силовых структур делаются из такой марки цветметалла. Изделия которые необходимо отливать в специальных формах (арматура, сепараторы, подшипники скольжения) изготавливаются из литейной латуни. Автоматная латунь хорошо себя зарекомендовала при производстве деталей для крепежа (гайки, винты, болты и т. д.).

С давних пор в России латунь использовалась, и применяется сейчас, для изготовления такого исконно русского предмета обихода как самовар. Порой даже самые дорогие изделия делают из относительно дешевой латуни. Так например корпус всемирно известной зажигалки Zipo изготавливается именно из латуни.

Не обошли стороной латунь и ювелиры. На практике они выделяют три ее вида — желтая (цинк колеблется в пределах пятьдесят на пятьдесят), золотистая(незначительное количество цинка), зеленая (цинка в сплаве более 50 процентов). При содержании в сплаве 15 процентов цинка и 5 процентов алюминия, металл становится похожим на золото. Хороший мастер из такой латуни может сделать ювелирное изделие практически полностью напоминающее золотое и простой обыватель вряд ли найдет разницу. Чем очень часто пользуются мошенники, выдавая поддельные украшения за золотые. Очень часто на латунных сплавах проходят обучение ученики в ювелирных мастерских, оттачивая свое мастерство.

Таким образом можно смело говорить, что латунь является действительно важным элементом для хозяйственной деятельности человека и по крайней мере в ближайшее столетие потребность в ней будет только расти.

Марки и химический состав латуни

Диаграмма состояния системы Cu-Zn и температурные интервалы:1 — нагрева под обработку давлением; 2 — рекристаллизационного отжига; 3 — отжига для уменьшения остаточных напряжений

Состав простых латуней

В формулу латуни обязательно входит медь и цинк. Медь — основной элемент в сплаве, а цинк — легирующая добавка, которая существенно определяет свойства латуни. Кроме цинка в состав многокомпонентных латуней входят алюминий, марганец, железо, никель, кремний, Ni, Si, Sn, Pb, As. В состов брозы тже входят медь, как основа, и цинк, как легирующая добавка. Но кроме цинка в состав бронзы включены другие элементы. Количество таких элементов и их влияние на свойства бронзы сравнимо или больше чем у цинка, поэтому бронзы и латуни традиционно выделены как отдельные типы медных сплавов. Сравнивая формулу латуни с формулой бронзы можно найти близкие по химическому составу сплавы, которые будут иметь и схожие свойства. Массовые марки латуни и бронзы существенно отличаются по составу, так что вопрос о классификации медных сплавов носит академический характер.

Двойные латуни — это сплав меди и цинка, в котором остальные элементы содержатся в качестве примесей. В составе латуни содержание цинка по массе не превышает 40 %, а минимальное его количество — 4 %. Двойные латуни — это преимущественно сплавы с α-структурой (Л96, Л90, Л85, Л68 и др.), которая имеет ГЦК решетку. Кроме α-твердого раствора, медь с цинком образуют ряд промежуточных фаз: β, γ и др. Ближайшая к меди промежуточная β-фаза — это твердый раствор на основе соединения CuZn с ОЦК решеткой. Высокотемпературная β-фаза достаточно пластична, поэтому многие марки латуней при горячей деформации нагревают в однофазную β-область. При понижении температуры до 454°—468°С и в зависимости от концентрации легирующего цинка происходит переход β-фазы в более хрупкую и твердую β’-фазу. γ-фаза представляет собой твердый раствор на основе соединения Cu₅Zn₈, отличается очень высокой хрупкостью и ее нахождение в конструкционных сплавах меди не допускается.

Ост. — Ост. цинк Zn
В латуни марки Л68, предназначенной для изготовления изделий специального назначения, массовая доля элементов не должна быть более: железа – 0,07%, сурьмы – 0,002%, фосфора – 0,005%, мышьяка – 0,005%, серы – 0,002% (сумма прочих элементов – 0,2%).
В латунях марок Л96, Л90, Л80, Л70, Л68, Л63, Л60 допускается массовая доля никеля до 0,3% за счет массовой доли меди, которую не учитывают в сумме прочих элементов.
В латунях всех марок по согласованию с потребителем можно определять массовую долю олова, алюминия, марганца и кремния, значения которых учитывают в сумме прочих элементов.
В латуни марки Л70, применяемой для производства конденсаторных труб и теплообменников, допускается массовая доля мышьяка до 0,06 % за счет массовой доли меди, которую не учитывают в сумме прочих элементов.
В латуни марки Л63, применяемой в пищевой промышленности, массовая доля свинца не должна быть более 0,05%.
Для антимагнитных сплавов массовая доля железа не должна быть более 0,03%.
Расчетная плотность указана для расчета справочной теоретической массы изделий.
Знак «–» обозначает, что данный элемент не нормируется и входит в сумму прочих элементов.
Примеси не должны превышать концентрации, указанные в таблице
Примеси, не указанные в таблице, учитывают в сумме прочих элементов, перечень которых определяют согласованием между потребителем и изготовителем.

Фазовый состав двухкомпонентных (простых) латуней

В структуре однофазных латуней, в которых содержание цинка близко к пределу растворимости цинка в твердом растворе меди 39%, присутствует небольшое количество неравновесной β-фазы из-за медленно протекающих диффузионных процессов в медно-цинковых сплавах при низких температурах. Такое количество включения β-фазы не оказывают заметного влияния на свойства α-латуней. По механическим и технологическим свойствам двухфазные простые латуни относятся к однофазным α-латуням.

Влияние примесей на свойства

Примеси не являются основными легирующими элементами простых латуней, но они влияют на свойства сплавов. Получить сплав без примесных атомов практически невозможно, т. к. посторонние элементы содержатся в сырье для производства меди и цинка. Сверхчистые металлы имеют высокую стоимость и их применение узкоспециализированно и не оправдано для массового производства. Количество примесей контролируется стандартами, что гарантирует механические и технологические свойства марочных сплавов меди.

Отрицательно влияют на свойства латуней легкоплавкие примеси, которые ограниченно растворяются в медно-цинковых сплавах. Легкоплавкие включения в составе латуни выделяются по границам зерен и ухудшают пластические свойства при горячей деформации. Однофазные α-латуни наиболее чувствительны к таким примесям.

Примеси, которые не образуют самостоятельных фаз, не влияют отрицательно на механические и технологические свойства латуней.

Алюминий находится полностью в твердом растворе и как примесь не ухудшает свойства латуней. Малые добавки алюминия при плавке образуют на поверхности расплава защитную пленку из оксида алюминия. Это препятствует испарению и угару цинка.
Никель и марганец в малых концентрациях входят в твердый раствор и слабо влияют на физические, механические и технологические свойства латуней. Никель поднимает температуру рекристаллизации латуней.
Железо при комнатной температуре имеет низкую растворимость в медно-цинковом твердом растворе и образует в латунях самостоятельную γ _Fe -фазу. Эта ферромагнитная фаза существенно изменяет магнитные свойства латуней. В составе антимагнитной латуни концентрация железа не превышает 0,03 %. Железо повышает прочностные и технологические качества сплавов, т. к. затрудняет рекристаллизацию и измельчает зерно.
Кремний — примесь, которая входит в твердый раствор. Кремний улучшает пайку и сварку латуней, повышает стойкость к коррозионнму растрескиванию.
Висмут требует особого контроля, он не растворяется в латунях сплавах в твердом состоянии и создает легкоплавкую эвтектику на границах зерен, которая состоит из чистого висмута. Висмут провоцирует горячеломкость латуней, оказыва более сильное влияние на однофазные. Его концентрация в латунях лимитировано 0,002—0,003%
Свинец слабо растворим в медно-цинковых сплавах в твердом состоянии и при затвердевании выделяется в элементарном виде на границах зерен в форме мелких частиц сферической формы. Примеси свинца ухудшают пластичность α-латуней при повышенных температурах. Свинец провоцирует горячеломкость, особенно однофазных латуней, поэтому содержание свинца в двойных α-сплавах не превышает 0,03 %. Добавки свинца в состав латуни улучшают обрабатываемость резанием.
Сурьма — вредная примесь в медно-цинковых сплавах. Она ухудшает технологическую пластичность при горячей и холодной обработках давлением. Концентрации сурьмы до 0,1% в двухфазных латунях препятствуют обесцинкованию.
Мышьяк растворяется в твердой меди до 5%по массе при температуре 25°С, но в медно-цинковом твердом растворе его растворимость не более 0,1%. Хрупкая промежуточная фаза As₂Zn образуется при концентрация мышьяка более 0,5%, Эта фаза выделяется в виде прослоек на границах зерен, что приводит к ломкости латуней. Мышьяк в малых количествах 0,025—0,06 % при микродобавках защищает латуни от коррозионного растрескивания и обесцинкования в морской воде.
Фосфор малорастворим в медно-цинковых сплавах при затвердевании. В твердом растворе фосфор образует промежуточную фазу, которая повышает твердость и сильно снижает пластические свойства латуней. Небольшие количества фосфора повышают механические свойства латуней и уменьшают диаметр зерен отливок. Скорость роста зерен в деформированных латунях увеличивается из-за фосфора во время рекристаллизацонного отжига. Медно-цинковые сплавы не нуждаются в раскислении фосфором, т. к. цинк — более сильный раскислитель, чем фосфор В промышленных марках латуней содержание фосфора не превышает 0,005 — 0,01 %

Состав специальных латуней

В специальные, многокомпонентные латуни к основному легирующему элементу цинку для улучшения свойств сплава добавляют алюминий, марганец, железо, никель, кремний, Ni, Si, Sn, Pb, As. В состав сплава вводят один или несколько перечисленных элементов совместно. Содержание каждого элемента не превышает 1—3 %.

Для чего в медно-цинковые сплавы — латуни вводят помимо цинка другие легирующие элементы:

повышение механических (прочностных) свойств;
улучшение коррозионной стойкости;
повышение стойкости при кавитации, антифрикционных свойств, обрабатываемости резанием

Легирующие элементы Al, Sn, Si, Mn, Ni растворяются в α и β фазах латуней, повышают прочность и твердость латуни, но уменьшают пластичность и вязкость. Алюминий и олово сильнее упрочняют латуни, чем кремний и марганец. Свинец снижает прочность латуней. Комплексное легирование несколькими элементами наибольше упрочняет медно-цинковые сплавы, но уменьшает относительное удлинение по сравнению с двойными сплавами системы Cu-Zn. Добавки железа и марганца до 2—3 %, которые повышают пластичность специальных латуней. Комплексное легирование латуней сохраняет хорошую обрабатываемость давлением при высоких температурах и несколько худшую при низких. Легирующие элементы Al, Mn, Si, Ni увеличивают коррозионную стойкость латуней, а никель повышает стойкость к коррозионному растрескиванию.

Ферромагнитная фаза с железом γ _Fe кристализируется в специальных латунях ЛАЖ-1-1 и ЛЖМц59-1-1 и создает дополнительные центры кристаллизации. Такие сплавы образуют мелкозернистую литую структуру. Частицы γ _Fe -фазы препятствуют росту зерна при рекристаллизационном отжиге после пластической деформаци. Это свойство используют для получения мелкозернистой структуры деформированных полуфабрикатов.

Свинец практически не растворяется в медной основе латуней и располагается в виде дисперсных частиц в объеме и на границах зерен . Свинцовые латуни ЛС74-3, ЛС63-3, ЛС59-1 и др. отлично обрабатываются резанием и образуют сыпучую стружку. Свинец улучшает антифрикционные свойства многокомпонентных латуней.

Влияние легирующих элементов на фазовые границы. Коэффициенты Гийе

Легирующие элементы в многокомпонентных латунях смещают границы между фазовыми областями α и α+β (39 % Zn) при темперетурах от 450°С и ниже в двойной системе Cu-Zn . Границы двухфазной области α+β’ в системе Cu-Zn почти на меняют полжения при понижении температуры. Положение границы α/(α+β’) при 450°С соответствует 39% концентрация Zn, а межфазной границы (α+β’)/ β’ — 46% Zn. По положению этих границ оценивают фазовый состава многокомпонентных латуней. Для этого вводят коэффициент Гийе замены цинка в формулу латуни. Гийе установил, что влияние легирующих элементов на фазовый состав аналогично увеличению или уменьшению концентрации цинка. Коэффициент Гийе показывает, какому содержанию цинка соответствует 1%по массе легирующего элемента степени изменения на фазового состава латуни.

Коэффициенты Гийе

Si	Al	Sn	Pb	Fe	Mn	Ni
10. 12	>4. 6	2	1	0,9	0,5	-1,4

Формула для определения кажущегося по структуре содержания цинка X:

А — содержание цинка в сплаве
В — содержание меди
c _i — концентрация i -го элемента, вводимого в латунь
k _i — коэффициент Гийе для i -го легирующего элемента.

Изотерма растворимости легирующих элементов в α-латуни при температуре 450°C

Только никель повышает растворимость цинка в меди. Увеличении содержания никеля в (α + β)-лaтyни уменьшает количество β-фазы, при достаточно высоком содержании Ni сплав становится однофазной α-латунью. Отальные легирующие элементы снижают растворимость цинка в меди и сдвигают границу между фазовыми областями в сторону более низкого содержания цинка. Кремний и алюминий силнее всего снижают растворимость цинка в меди и увеличивают количество β-фазы в специальных латунях. Когда концентрация расчетного цинка в составе латуни 46 % и больше, специальная латунь приобретает однофазную β’-структуру . Железо и свинец не растворимы в медно-цинковых сплавах в твердом состоянии, поэтому коэффициенты Гийе для этих металлов близки к единице, а линии, разделяющие фазовые области , соответствуют границе раздела двухфазных областей с трехфазными: α+γ _Fe /α+β+γ _Fe и α+Pb/α+β+Pb

Химический состав сплава латуни, свойства, маркировка и применение

Латунь является самым древним сплавом, так как её изготовление берёт корни ещё со времён Римской империи. В то время она была первым металлом по ценности после серебра и золота. Благодаря своему составу она обладает привлекательным внешним видом и в то же время высокой прочностью. Приятный глазу золотисто-желтоватый цвет даёт медь, а добавление цинка и других компонентов делает её крепким материалом.

Состав латуни

В формуле латуни всегда будут неизменными два компонента — это медь и цинк. Медь является природным ресурсом, цинк добывают путём вторичной переработки мусора. В готовом материале масса цинка держится в пределах от 5 до 50%.

Медь имеет номер 29 в таблице Менделеева, обладает высокой пластичностью, имеет красивый желтовато-золотистый цвет. При взаимодействии с открытым воздухом на металле появляется оксидная плёнка, из-за которой медь становится красной.

Цинк, находящийся под номером 30 в таблице Менделеева, является хрупким металлом и обладает светлым голубым цветом, при появлении оксидной плёнки — темнеет.

Медно-цинковый сплав разделяют на однофазный и двухфазный:

Однофазный сплав имеет в составе около 30% цинка. Это обычный состав, который отличается пластичностью и в то же время твёрдостью. Если процент цинка увеличивается то пластичность снижается в то время, как твёрдость латуни возрастает. После достижения цинка отметки в 40% показатель твёрдости сразу падает. Однофазная латунь относится к пластичным сплавам и поддаётся обработке как при пониженных температурах, так и при повышенных, однако, при температуре 400С появляется хрупкая зона.
Двухфазный сплав состоит на 30−50% из цинка и имеет примеси других металлов в пределах 10%. Это технический или специальный сплав. Не отличается пластичностью, лишь при нагревании свыше 700С приобретает пластичные свойства.

Виды латуни

Латунь бывает простая и специальная:

Простая — в составе имеет всего два компонента, медь и цинк. Маркируется буквой «Л» и цифрами. Цифры в маркировке говорят о процентном соотношении меди к общей массе сплава. Исходя из этого понятно, что сплав, маркированный «Л68», имеет в составе 68% меди и 32% цинка.
Специальная — состоит не только из меди и цинка, в неё добавлены и другие металлы, которые меняют свойства сплава в зависимости от своих характеристик. Маркировка этого материала несёт информацию о процентном соотношении меди к цинку и к другим элементам, которые называются легирующими. К примеру, маркировка «ЛА70−3» свидетельствует о том, что в составе использовано 70% меди, 3% алюминия и 27% цинка. В специальной латуни дополнительными металлами могут выступать:

Олово.
Свинец.
Железо.
Марганец.
Никель.
Кремний.
Алюминий.

Производство латуни, виды и свойства

Латунь производят при высоких температурах в специальных глиняных ёмкостях. При изготовлении сплава необходимо учитывать, что часть цинка испаряется.

Сплав делится на несколько видов:

Томпак — это сплав, в составе которого присутствует не более 13% цинка. Томпак отличается повышенной эластичностью, высокой устойчивостью к ржавчине и стиранию. Используют этот вид латуни при сварке с нержавейкой для получения ценного сплава, из которого в дальнейшем изготовляют медали, фурнитуру, бижутерию, художественные изделия и инструменты.
Полутомпак — это сплав, в составе которого цинк варьируется в пределах 10−20%. Сфера применения полутомпака аналогична томпаку, но он является менее ценным сплавом.
Литейная латунь — это сплав, имеющий в составе 50−80% меди, а также примеси иных металлов. Благодаря текучим свойствам используется в изготовлении полуфабрикатов и фасонных изделий методом литья. Обладает низкими показателями распада материалов, устойчив к трению и ржавчине также обладает прекрасными механическими свойствами. Литейную латунь применяют в производстве втулок, фрагментов арматуры, гаек, подшипников и иных фитингов устойчивых к ржавчине.
Автоматная латунь — это сплав, имеющий в составе свинец, в процентном соотношении не превышающий отметки в 0,8%. Свинец позволяет увеличить скорость обработки изделий за счёт образования короткой стружки. Он выпускается в виде листов, лент и прутков, в дальнейшем из них вытачивают детали часовых механизмов, метизы и гайки.

Достаточно часто латунь путают с бронзой, а многие даже считают, что это один и тот же материал — это в корне неверно. Отличить эти два металла можно и в домашних условиях, для этого необходимо пройти следующий алгоритм действий:

Хорошо почистить оба материала и рассмотреть их на солнечном свете. Цвет бронзы будет уходить в красный цвет, а латунь в жёлтый, иногда даже в белый.
Поместив изделие в ёмкость с водой, можно провести анализ на плотность. Молярная масса латуни находится в диапазоне 8350−8750 кг/м.куб, если масса выше, то это бронза.

Применение латуни

Этот медно-цинковый материал податлив и вязок, благодаря этим качествам его активно используют в ковке, машиностроении и других сферах. Под ударами наковальни или молотка латунь принимает любую форму. В зависимости от сферы применения латуни состав сплава в процентном соотношении меняется в соответствии со следующей маркировкой:

Л80, Л85, Л90, Л96 — элементы приборов, химические и теплотехнические механизмы, змеевики и прочее.
Л68 — штампованные детали.
Л70 — пиноль для химической промышленности.
Л60 — штуцера толстостенные, датели машин и гайки.
Л63 — элементы для автомобильной промышленности, конденсаторные трубки.
ЛАЖ60−1−1 — запчасти для морских судов.
ЛА77−2 — конденсаторные приборы для морских судов.
ЛАН59−3−2 — элементы химической аппаратуры, морских судов и электромашин.
ЛН65−5 — трубы конденсаторные и манометрические.
ЛЖМа59−1−1 — запчасти для самолётов и морских судов, вкладыши подшипников.
ЛМц58−2 — метизы, гайки, арматура.
ЛО90−1, ЛО62−1, ЛО70−1, ЛО06−1 — конденсаторные трубы для теплотехнического оборудования.
ЛМцА57−1−1 — элементы и запчасти для речных и морских судов.
ЛС74−3, ЛС63−3 — втулки и часовые механизмы.
ЛК80−3 — коррозионностойкие изделия.
ЛАНКМц75−2−2,5−0,5−0,5 — пружины и манометрические трубы.
ЛМш68−0,05 — конденсаторные коллекторы.

Латунь остаётся наиболее востребованным и популярным сплавом, какой бы ни был её состав. При соблюдении технологии производства он не будет ржаветь, чернеть и окисляться.

Технологии производства, состав и структура сплава латуни

Металлы и сплавы – в буквальном смысле слова основа человеческой цивилизации. Чистые металлы не так уж часто применяются в народном хозяйстве, а вот сплавы используются повсеместно. Это не удивительно, так как сплав объединяет в себе свойства нескольких веществ в самой лучшей пропорции. Данная статья рассказывает о производстве и обработке расплава латуни, подготовке материала, составе, свойствах и применении материала.

Структура и химический состав латуни

Структура и хим. состав латуни — вопрос весьма важный. Латунь – двух- или многокомпонентный твердый раствор – сплав, на основе меди и цинка. Известна латунь чрезвычайно давно, еще со временем Древнего Рима, и используется до сих пор. Свойства ее зависят от количественного состава.

Традиционный состав латуни – 70% меди и 30% цинка. Цинк повышает механические и технологические качества сплава, и при этом удешевляет его, поскольку является металлом более доступным по стоимости. На практике применение растворов с долей цинка большей чем 50% встречается редко.

Маркируется сплав в зависимости от состава. Обозначается латунь буквой «Л», затем следует цифра, указывающая на долю меди – 70, например. Если сплав легировался, то все добавки указываются по уменьшению их доли, а затем указывается и состав. Например, ЛАЖ60-1-1 означает, что в латуни 60% меди, и что сплав легирован алюминием – 1% , и железом – 1%.

О том, как горит латунь, и как происходит плавка материала дома, расскажет данный видеоролик:

Классификации по доле цинка

Классифицируют составы по доле цинка:

если его содержание составляет 5–20%, латунь называют красной – томпак;
если доля цинка колеблется в диапазоне 20–36%, сплав носит название желтая латунь;
сплав с долей цинка в 48–50% называют техническим.

При производстве латуни более 50% цинка получают из переработки вторичного сырья, поэтому сплав можно отнести к довольно экологичной продукции.

Разделение по качеству дополнительных ингредиентов

Сплавы разделяют и по количеству, и качеству дополнительных ингредиентов.

Двухкомпонентные

Двухкомпонентные включают в себя только медь и цинк. Здесь на свойства сплава сильно влияет фазовый состав. Медь способна растворить не более 39% цинка. Причем при увеличении температуры растворимость уменьшается, образуется при этом только однофазный раствор – α-фаза. Такие сплавы называют α-латунями, они отличаются высокой пластичностью и достаточно прочны, если доля цинка достигает 30%.

При увеличении доли цинка часть металла уже не растворяется и формируется двухфазный раствор – α+β’-латунь. β’– фаза более твердая, но и более хрупкая, поэтому такой сплав прочнее, но пластичность теряет.

Эта особенность обуславливает и не совсем обычный метод обработки. Так, для холодной обработки – фигурные профили, проволока, используется только α-латунь, поскольку ее пластичность высока при низкой температуре, а в температурном диапазоне от +300 до +700 С резко падает, так что при нагреве деформировать латунь бесполезно. А вот α+β’-растворы обрабатывают именно при высокой температуре.

Многокомпонентные

Многокомпонентные в качестве добавок могут содержать:

никель – увеличивает коррозийную стойкость; – уменьшает прочность, но совместно со свинцом придает антифрикционные свойства;
свинец – не более 4%, уменьшает прочность, но облегчает механическую обработку. Такие латуни часто называют автоматными;
железо – уменьшает рост зерен, что улучшает механические свойства сплава; – не больше, чем доля цинка. Иначе сплав превращается в одну из разновидностей бронзы. Олово придает сплаву стойкость к действию морской воды, за что такая латунь и получила название морской;
марганец – увеличивает стойкость к коррозии, способствует прочности.

Далее мы рассмотрим технологии и оборудование для литья латуни, формы, температуру и другие важные нюансы производства латуни в России.

Производство металла

Поскольку основным компонентом латуни является медь, то материал относят к медным сплавам. Схема производства достаточно проста. Однако с технологической точки зрения процесс оказывается сложным, поскольку требует очень четкого соблюдения температурных режимов и обработки сырья и заготовки.

В общем виде получение сплава выглядит так:

расплавление меди в специальных тиглях;
введение цинка;
введение дополнительных компонентов – железа, никеля;
разливка в формы;
закалка – штампованием или вытягиваем.

Ниже дано видео о плавке латуни в домашних условиях.

В видео ниже рассказывается, как произвести и расплавить латунь в домашних условиях:

Технологии

Производство латуни следует начать с получения меди из медной руды. На деле это сложное полиметаллическое сырье, в котором доля меди как раз невелика. Главными компонентами являются пустая руда, железо и медь, и первый этап получения латуни сводится к тому, чтобы отделить медь от других составляющих.

Получение сырья

Процесс это исключительно сложный, так как его целью является перевод сырья из единой многокомпонентной смеси в гетерогенную систему, состоящую из нескольких фаз с разным составом и разными свойствами. Только после этого фазы можно отделить друг от друга и получить пригодные для дальнейшего использования составы. Применяют для этого самые разные методики: в некоторых случаях извлекаемая фаза дополнительно обогащается «главным» металлом, в других, наоборот – обедняется, в третьих прибегают к механическим методам отделения, когда фазы, например, отличаются растворимостью и так далее.

Чаще всего используют следующие два способа.

Пирометаллургическая технология предполагает переработку медной руды с последующим рафинированием черновой меди. Включает плавку, конвертирование медного штейна, огневое рафинирование – по сути, очистка от крупных примесей, и электролитическое. Последнее позволяет не только провести глубокую очистку меди, но и извлечь какие-либо сопутствующие компоненты, если они представляют ценность.
Гидрометаллургический метод применяется при использовании бедной медной руды. Суть его сводится к выщелачиванию – воздействию серной кислоты, сернокислого железа. Для этого руду измельчают и растворяют в растворителях, а затем добывают медь либо методом цементации – осаждению чистой меди на железе, для чего используют обычные обрезки листа и проволоки, либо электролизом.

Получение цинка тоже имеет свои особенности, но, в общем, является более простым процессом.

О том, можно ли сварить латунь в домашних условиях и как ее производят на заводе, расскажем ниже.

Метод получения сплава

Выплавка латуни зависит от состава сплава. Здесь необходимо учитывать и разную температуру кипения металлов, и разную способность к окислению.

Плавка с чистым металлом – при использовании оборотных металлов шихта может загружаться в любом порядке. Если же в шихте наличествует чистый металл, то сначала расплавляют медь, а потом оборотные металлы. Цинк и свинец, если он есть, вводят в расплав в последнюю очередь, предварительно, нагретыми до 100–120 С. Плавка производится под слоем древесного угля, который загружается с первой порцией шихты.
Плавка кремнистой латуни – такой состав склонен поглощать восстановительные газы, поэтому здесь древесный уголь не применяется. Плавку проводят под покровным флюсом – стеклом или бурой, чтобы предупредить взаимодействие с кислородом. Первой в печь загружают медь, затем отходы и меднокремнистую лигатуру. Цинк загружают в расплав последним, после того как будет удален шлак.
Плавка марганцовой латуни – проводится под древесным углем или флюсом из стекла. В этом случае последним вводится марганец вместе с лигатурами, после того как расплавляются все остальные ингредиенты.

Изготовление листа

Обычная форма выпуска латуни – листы и проволока. В общем виде процесс происходит таким образом.

Слитки из плавильного цеха попадают в прокатный, где прогреваются в печи до температуры деформации –790–830 С.
На стане слитки деформируются до размеров и толщины заготовки.
Заготовка в виде рулона поступает на сварку, а затем подвергается двухстороннему фрезерованию.
Затем полуфабрикат возвращается в прокатный цех, где на трехклетьевом стане прокатки его прокатывают до получения заданной толщины листа.
Готовую полосу разрезают на мерные длины.
Листы отжигаются в камерных печах, а затем протравливаются в травильных ванных.
Материал вновь деформируют до конечной толщины и снова протравливают.

Про оборудование для литья латуни на заводе по ее изготовлению читайте ниже.

Необходимое оборудование и сырье

Так как медь – металл востребованный, то на производстве реализуются методы извлечения меди как из богатых, так и очень бедных руд. Так что сырьем может выступать практически любая руда, содержащая хоть какую-то долю металла.

Получение латуни – процесс многоэтапный и технологически сложный. Так что оборудование здесь включает как новейшие технологические линии, так и самые традиционные литейные инструменты.

Для плавки латуни лучшим вариантом является индукционная канальная печь или тигельная электросопротивления. Это оборудование потребляет минимальное количество электроэнергии из расчета получения 1 кг сплава и позволяет добиться минимального перегрева металлов. Худшим выбором являются электродуговые печи.
Для прогрева слитков перед деформацией используют методическую печь – здесь возможен прогрев от 650 до 1200 С.
Стан горячей прокатки – рабочим модулем является рабочая клеть, в которой и осуществляется горячая прокатка. Оборудование можно использовать и для холодной прокатки листов и полос.
Линия сварки – оборудование зависит от параметров заготовок и готовой продукции.
Фрезеровочный стан – для двухстороннего фрезерования сварной полосы.
Стан холодной прокатки – как правило, трехклетьевой. Для его обслуживания необходимы также тельфер – подает рулоны в стан, накопительный рольганг – с его помощью комплектуют партию из полос одной марки, и входной участок – разматыватель, отгибатель, правильная машина и так далее.

Кроме того, линия должна включать оборудование – от тележки до погрузочного крана, которое обеспечивает перемещение слитков, заготовок, рулонов и листов между технологическими узлами.

На стадии получения сплавов понадобится и механический инструмент:

колокольчик – приспособление для очистки и дегазации сплавов, прекрасно подходит для ввода рафинирующих флюсов;
шлаковик – инструмент для удаления шлака с поверхности сплава;
разливочная ложка;
двуручный ковш – приспособление для разливки цветных сплавов.

Производство латуни, а, вернее говоря, листов и проволоки, необходимых для изготовления готовой продукции – процесс технологически сложный и трудоемкий. Получить сплав, соответствующие требованиям ГОСТ, можно лишь на крупных предприятиях цветной металлургии.