Это сплав каких металлов, состав и характеристики сплава: рассматриваем по пунктам

Пожалуй, самым интересным, исходя из разнообразия качеств, марок, характеристик и сферы применения, является сплав латуни. И, несмотря на то, что его цена ниже, чем у, скажем, меди, именно он применяется даже при изготовлении ювелирных изделий. Состав латуни прост, но различные пропорции придают настолько разнообразные качества, что об этом нужно рассказать подробно.

Состав и классификация латуней

Классический состав предполагает наличие в сплаве меди и цинка в пропорции 2:1 соответственно. Такой латунь знали Древние римляне. Скептики вспомнят, что цинк в чистом виде открыли в XVI веке. Но в случае с Древним Римом речь идет о цинксодержащей породе, которую на тот момент уже перерабатывали.

В те времена было поверье, что именно наличие цинка определяет цвет, и только позже стало известно, что солнечный оттенок сплава латуни получается благодаря тому, что наличие цинка разбавляет медную красноту.

Латунь делят на двухкомпонентые (простые) и многокомпонентные (специальные).

Одна из маркировок изделий, материалом для которых служит латунь, означает процентное содержание компонентов. Так буква Л указывает на тип сплава — латунь. а рядом стоящий числовой индекс указывает на содержание меди в составе. Например, Л80» расшифровывается, как «латунь, состоящая из 80% меди и 20% цинка».

Две составляющие – не обязательное требование. Если их больше, то каждый вводимый в состав латуни компонент отображается в маркировке при помощи соответствующего буквенного символа, следующего за буквой Л. В качестве добавок может выступать олово, никель или свинец. При этом латунь меняет свои свойства.

Добавки вводятся в сплав для достижения определенных целей. Например, латунь в классической пропорции не может быть применена в судостроении. Все благодаря неустойчивости латуни к воздействию солевых растворов (морской воды). Добавки, введенные в состав сплава решает эту проблему, сохраняя основные характеристики.

По степени обработки сплавы бывают: деформируемые (латунная лента, проволока, труба, латунный лист) и литейные (арматура, подшипник, детали приборов).

Деформируемые двухкомпонентные латуни

Деформируемые многокомпонентные латуни

Литейные латуни

Это интересно: Томпак: состав и характеристики сплава

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.

Как влияют легирующие присадки

Легирующая – это присадка к сплаву, изменяющая его состав и, как следствие, придающая ему какие-то новые свойства, или повышающая или снижающая уже имеющиеся свойства. Для снижения потерь металла с поверхности расплава, в него добавляют алюминий образующаяся при этом оксидная плёнка, и выполняет защитную роль. Чтобы увеличить прочность и улучшить антикоррозионные качества, в сплав добавляют магний, отдельной позицией или вместе с алюминием и железом. Причём на плотность металла присадки практически не влияют.
Добавка в расплав никеля исключает проявления отрицательных моментов в части окислительных процессов. Улучшить пластичность, ковкость сплава и условия его резки удаётся введением в состав латуни такой присадки, как свинец. Кремний в сочетании со свинцом улучшает скольжение до такой степени, что легированный этой присадкой сплав вполне может использоваться на равных с оловянной бронзой. При этом кремний, добавленный без других присадок, конкретно повышает твёрдость и прочность латуни. Если металл планируют использовать на корабле, к нему присаживают олово, придающее стойкость к солёной воде.

Свойства

От меди латунь унаследовала значительный удельный вес, в зависимости от содержания основного компонента в латуни, её плотность колеблется от 8,3 до 8,7 тонны на кубический метр. Вообще, многие физические свойства латуни как сплава зависят от соотношения его компонентов не только основных, но и добавляемых в небольших количествах – легирующих.

Пожалуй, более или менее стабильной характеристикой является удельная теплоёмкость, её показатель при комнатной температуре 380 Дж/(кг*К), что означает – для нагрева металла весом один килограмм на один градус Кельвина потребуется 380 Джоулей теплоты. Удельное электрическое сопротивление меняется от 0,025 до 0,108 Ом*кв. мм/м. Температура плавления латуни также меняется в широких пределах, от 870 до 990 градусов Цельсия. Медь – более тугоплавкий металл, чем цинк, поэтому меньшие значения относятся к сплавам с более высоким содержанием цинка.

Латунь хорошо поддаётся контактной сварке, но не сваривается плавлением, её легко прокатывать. Для защиты металла от окисления на воздухе, его поверхность покрывают лаком, предотвращая почернение, хотя стойкость к воздействию атмосферы у латуни выше, чем у меди. У латуни золотистый цвет и она хорошо поддаётся полировке. Добавки в сплав висмута и свинца уменьшают его сминаемость в нагретом состоянии, но улучшают поведение сплава при обработке режущим инструментом.

Содержание в сплаве цинка определяет такие важные свойства, как прочность и пластичность – эти два, казалось бы, взаимоисключающие понятия. Если цинка добавляется до тридцати процентов, то вместе с этим растут характеристики прочности и пластичности. После этого порога пластичность начинает снижаться, а прочность продолжает расти до отметки 45%, затем снижается, как и пластичность.

Многие марки латуни хорошо поддаются обработке давлением как при низких температурах, так и в нагретом состоянии, за исключением температуры от 300 до 700 градусов, которая является зоной хрупкости и в этом интервале температур сплав не деформируют. Улучшение механических и химических характеристик латуней, в их состав дополнительно включают легирующие присадки.

Физико-химические свойства

Латунь имеют желто-золотистый оттенок, за счет чего материал часто используется при изготовлении художественных украшений. Материал отличается высокой пластичностью, коррозионной устойчивостью и антифрикционными характеристиками. Физические свойства позволяют проводить полировку, ковку, газовую и дуговую сварку, пластическую деформацию металла.

Температура плавления зависит от процента содержания цинка: при его повышении, точка плавления снижается. В среднем она составляет 880-940 градусов Цельсия. На открытом воздухе поверхность латуни окисляется и темнеет, поэтому нередко ее обрабатывают специальным защитным лаком.

Изделия из латуни по своим химическим свойствам отличаются от предметов из других металлов. Устойчивость к окислению и коррозии значительно выше, чем у меди, зато последняя имеет лучшую электро- и теплопроводность. Латунные сплавы проще обрабатывать, но они проигрывают в прочности, например, изделиям из бронзы.

Свойства и характеристики

Свойства латуни определяют составом как химическим, так и фазовым. Поэтому говорить об общих технических свойствах довольно затруднительно. Каждый сплав обладает своими особенностями.

Усредненные данные выглядят так:

средняя плотность – 8300–8700 кг/куб. м;
удельная теплоемкость при нормальной температуре — 0,377 кДж·кг−1·K−1 удельное сопротивление – (0,07-0,08)·10−6 Ом·м;
теплопроводность – 0,26–0,592 кал/см · сек, · °С, чем выше доля меди, тем выше теплопроводность;
температура плавления определяется химическим составом и варьируется от 880–950 С. Увеличение доли цинка температуру уменьшает;
материал можно сваривать, но только не сваркой плавлением, а, например, контактной сваркой.
Сплавы любого состава хорошо полируются.

Введение легирующих добавок существенно влияет на физические характеристики. Приведенные данные касаются именно двухкомпонентных латуней.

Про изготовление деталей из латуни и меди массово и на заказ, а также изготовление других изделий из нее погорим ниже.

Плавка латуни в индукционной печи без графитового тигля представлена в видео ниже:

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 γFe-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 %

Разберем химические свойства латуни и влияние всех ее составляющих.

Обозначением всех разновидностей латуни по ГОСТ служит заглавная Л. Для 2-х компонентного сплава после нее следует содержание меди в процентах, а остаток приходится на цинк. Примером служит Л63. У многокомпонентной латуни к Л добавляются первые буквы легирующих элементов, а к цифре через тире – их процент в составе (ЛС59-1). Количество цинка рассчитывают, отнимая сумму этих чисел от 100.

Цинк улучшает механические характеристики латуни, повышая ее пластичность с прочностью. Максимум ее пластичности достигается при 30-ти процентном содержании цинка. Если Zn более 39%, пластичность ухудшается, а прочность сплава, наоборот, резко возрастает.

Мышьяк исключает децинкификацию латуни при нахождении в агрессивной пресной воде при комнатных либо повышенных температурах.

Свинец усиливает антифрикционные качества латуни и способствует лучшей обрабатываемости заготовок резанием. Этот элемент играет роль смазки и снижает износ режущих инструментов. Стружка становиться хрупкой, ломкой и не налипает на фрезы или резцы. Поверхность деталей получается гладкой, с требуемыми параметрами шероховатости.

Железо уменьшает зернистость латуни, повышает твердость сплава и увеличивает температуру его рекристаллизации.

Олово, алюминий и никель делают латунь устойчивее к коррозии в морской воде и на воздухе с одновременным повышением прочности.

Латунь – это медно-цинковый сплав. Его компоненты в присутствии раствора электролита (воды и др.) образовывают гальваническую пару. Причем разрушается более активный металл – цинк. Запускается процесс децинкификации латуни. Это коррозионное разрушение, сопровождающееся потемнением поверхности материала и выделением на ней белых окислов цинка.

Из-за этого не допускается применение крепежа из латуни с ответными элементами из стали, бронзы или алюминиевых сплавов. Т.е. латунные детали можно соединять лишь между собой либо при помощи химически инертных пластмасс (полиамид и т.д.). Кроме этого, латунь нужно хранить в складских помещениях при положительной температуре без значительных перепадов. Повышенная влажность воздуха и наличие конденсата не допускается.

Таблица соответствия отечественных и зарубежных марок латуни
ASTM	DIN		ГОСТ
C21000	CuZn5	2.0220	Л96
C22000	CuZn10	2.0230	Л90
C23000	CuZn15	2.0240	Л85
C24000	CuZn20	2.0250	Л80
C26000	CuZn30	2.0265	Л70
C26200	CuZn33	2.0280	Л68
C26800	CuZn37	2.0323	Л63
C27200	CuZn37	2.0323	Л63
CuZn40		Л60
C35000	CuZn38Pb5	2.0371	ЛС59-1
C37100	CuZn38Pb5	2.0371	ЛС59-1
C35600	CuZn36Pb3	2.0375	ЛС63-3
C36000	CuZn36Pb3	2.0375	ЛС63-3
C68700	CuZn20A12	2.0460	ЛАМш 77-2-0,05
C37700	CuZn39Pb2	2.0380	ЛС59-2
C38500	CuZn39Pb3	2.0401	ЛС59-3
C37800	CuZn30Pb2	2.0402	ЛС58-2
CuZn20Al2		ЛА77-2
CuZn38AlIMn2Al1		ЛАЖ60-1-1
CuZn40Mn1		ЛМц58-2
CuZn40Al1Mn		ЛМцА57-3-1
CuZn28Sn1		ЛО701
CuZn38Sn1		ЛО62-1
CuZn35Pb2		ЛС63-2
CuZn38Pb2		ЛС60-2

Плотность латуни, как одно из ее физических свойств, мало отличается от меди. Если превышено допустимое количество кремния в сплаве, латунь будет меньшей плотности и прочности.

Росту временного сопротивления латунных деталей на разрыв способствуют добавки в сплав марганца, олова и алюминия. Для увеличения коэффициента удлинения нужно легирование железом.

Благодаря значительному содержанию меди и наличию цинка, электрические свойства латуни превосходные. Из нее делают электроды для эрозионных станков.

Температуры плавления латуни находятся в пределах 855 – 965 для свинцовистых и 885 – 1070 оС для двухкомпонентных сплавов. Эта величина уменьшается с ростом содержания цинка.

Техническое сравнение Меди и латуни марок Л63 и ЛС59-1
Мех. показ	Медь	Л63	ЛС59-1
Удельное электросопротивление	0,018	0,065	0,065
Теплопроводность	0,925	0,25	0,25
Ударная вязкость	17.0	14.0	5.0
Предел прочности, срез в МПА	210	240	260
Обрабатываемость	18%	40%	80%

Латуни, подвергающиеся обработке пластическим деформированием (прокатка, гибка, прессование, ковка, чеканка), бывают одно- (Л63, до 30% цинка) или двухфазными (40 – 45% Zn). Последняя категория (например, ЛС59-1) превосходно обрабатывается только в горячем виде, а 1-офазная – в холодном или нагретом состоянии. Чтобы снять остаточные напряжения внутри детали, повысить ее твердость и прочность, изделия после штамповки и подобной обработки подвергают термообработке (нагартовка) при температуре 240 – 260 оС.

Латунь по цвету напоминает бронзу. Но последняя притягивается к магниту, а латунь – практически нет. Кроме этого, у латуни большая плотность и, соответственно, заготовка из нее при одинаковой конфигурации тяжелее бронзовой. При нагреве латунных деталей до 600 – 650 оС (темно-красный оттенок) на их поверхности появляется пепельный окисел цинка, чего нет у бронзы. Латунь более пластична в ущерб износостойкости и прочности, которые у бронзы выше. А бронза лучше противостоит коррозии при контакте с соленой морской водой. В этих условиях с ней сравнима только оловянная латунь марки ЛО. Латунь на месте излома – светлая с мелкозернистым строением, бронза окрашена в темно-коричневые цвета и имеет крупные зерна.

Достоинствами деталей из латуни являются:

Устойчивость к коррозионному разрушению, что проявляется при нахождении изделий в воздушной атмосфере, морской воде, большинстве органических и углекислот. Латунь более стойка к окислительным процессам, чем нержавеющая сталь.
Податливость при обработке давлением свойственна для сплавов, не содержащих свинец. Это способствует их ковке и штамповке (с нагревом или без).
Невысокая теплопроводность, поэтому при понижении температуры свойства изделий не изменяются.
Отсутствует остаточная намагниченность по окончанию воздействия тока или электромагнитного поля. Поэтому такие детали (к примеру, из материала Л63А) не создают наводок и его применяют в устройствах с повышенной чувствительностью к помехам.

Латуни устойчивы в следующих средах (при нормальных температурах):

воздух, т.ч. морской
сухой пар при малых скоростях (кислород, углекислота и аммиак ускоряют коррозию)
пресная вода (аммиак, сероводород, хлориды, кислоты ускоряют коррозию)
в морской воде при небольших скоростях движения воды
сухие газы-галогены
антифризы, спирты, фреоны

Относительно устойчивы:

щелочи без перемешивания

Латуни неустойчивы в следующих средах:

влажный насыщенный пар при высоких скоростях
рудничные воды
окислительные растворы, хлориды
минеральные кислоты
сероводород
жирные кислоты

Основными областями применения изделий из латуни являются химическая, авиационная и судостроительная промышленность, холодильное машиностроение, электротехника и энергетика (контакты, шины, силовые трансформаторы), производство высокоточных электронных приборов и датчиков. Используют латунь в быту для декорирования интерьера помещений, установки сантехнических приборов и производства мебели, при сборке акустических музыкальных инструментов, деревянных конструкций в строительстве, для изготовления информационных и рекламных табличек, сувениров.

Основными марками латуни, нашедшим широкое применение, считают:

Двухкомпонентные (Л63, Л68, Л70 и т.д.).
Многокомпонентные – алюминиевые (ЛА77-2, ЛА 85-0.5 и др.), кремнистые (ЛК80-3), марганцевые (ЛМц58-2), оловянные (ЛОК59-1-0.3, ЛО60-1), никелевые (ЛН65-5) и свинцовые (ЛС59-1, ЛС63-3).

К латуни, применяемой для производства крепежа, относят марку ЛС59-1. В составе этого многокомпонентного сплава до 60% меди; 42,2% цинка; 1,9% свинца и 0,75% примесей. Температура плавления равна 885…895 оС. Такая латунь отлично обрабатывается давлением, но используют ее в основном для изготовления деталей резанием. Свинец облегчит сверление, фрезеровку и точение заготовок.

В сортамент изделий из ЛС59-1 включен:

Пруток различного сечения, проволока и профильный прокат.
Полоса, плита, лист и круглая труба.

Состояние поставки заготовок – мягкое, полутвердое и твердое.

Эта латунь имеет превосходную износостойкость. Поэтому из нее делают направляющие к станкам и втулки подшипников скольжения. Но из-за повышенной хрупкости такой материал не стоек к ударам и не может использоваться для несущих элементов.

Для изготовления декоративной мебельной фурнитуры, заклепок и других крепежных изделий используют двухкомпонентную латунь Л63 (Cu – 65%, Zn – 38%) с температурой плавления до 910 оС.

Из нее производят листовой прокат, проволоку, трубы круглого сечения и разнообразный пруток. Благодаря однофазному строению кристаллической решетки этот сплав пластичнее других латуней и превосходно поддается деформированию по всем известным технологиям (волочение, вытяжка, штамповка и т.д.). Для сохранения приличной коррозионной стойкости детали из Л63, получаемые резанием, предварительно отжигают. Такие латунные изделия не окисляются в среде жидких и газообразных хладонов, других галогеносодержащих веществ, водных растворов антифриза и спирта, сухого водяного пара.

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.

Это интересно: Как отличить бронзу от латуни: состав, характеристики, особенности

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.

Добавки в сплавах

В латунях применяются легирующие элементы. Это вещества, вводимые в сплав с целью изменить структуру, и как следствие характеристики. К таковым элементам относятся:

Алюминий. Наличие алюминия в сплаве снижает показатель летучести. В результате взаимодействия с кислородом, на поверхности изделия образуется слой оксида алюминия, который исключает летучесть материала.
Магний. Эта добавка, чаще всего, вводится в комплексе с железом и алюминием. Таким образом, меняется структура, и сплав становится более крепким, износостойким, устойчивым к коррозии.
Никель. Данный тип добавок вводится для нейтрализации последствий окислительных процессов.
Свинец. Наличие в составе этого легирующего элемента обеспечиваем материалу пластичность. Он становится более ковким, легче поддается механическим воздействиям, резке, в том числе. Применяется для изделий, не предполагающих несущую функцию при эксплуатации.
Кремний. Добавка вводится для повышения прочности металла, и его жесткости. Если параллельно добавляется свинец, то произойдет улучшение антифрикционных качеств. Опять же конкурирующими становятся сплавы меди, цинка, кремния со свинцом и бронзы с оловом. Себестоимость последнего выше.
Олово. Этот металл добавляют, чтобы свести на нет опасность возникновения очагов коррозии. Это особенно важно в судостроении. С добавлением олова, соленая вода металлу не страшна.

Химический состав и особенности внутренней структуры

Основными составными элементами считаются цинк и медь, концентрация которых будет самой большой. Состав латуни также может включать и другие примеси, которые придают сплаву особые физические свойства. Основной компонент латуни характеризуется высокой пластичностью и хорошей обрабатываемостью. Поэтому эти свойства передаются и рассматриваемому металлу.

Химический состав латуни регулируется на момент производства, как и тип структуры. Различают две разновидности структуры:

Альфа фаза – раствор, который обладает повышенной стабильностью. Рассматривая кристаллическую решетку следует отметить, что она имеет гранецентрированную кубическую форму. Встречается подобная структура крайне часто.
Альфа + бета фаза – еще один стабильный раствор, который можно охарактеризовать соотношением меди к цинку 3 к 2. За счет этого получается элементарная ячейка.

Стоит учитывать, что твердость второго сплава намного выше, чем первого. Однако за счет существенного повышения показателя твердости существенно падает пластичность. Максимальное содержание цинка в латуни составляет 50%. При соблюдении технологии производства подобная концентрация цинка позволяет достигнуть высоких показателей прочности и пластичности.

При производстве этого материала учитывается то, как температура нагрева влияет на проходящие структурные преобразования:

Если сплав нагревается до высоких температур, то атомы β-фазы начинают располагаться без определенного порядка. В подобном состоянии состав обладает повышенной пластичностью.
Если нагрев проводится до температуры 460 градусов Цельсия, то в составе формируется фаза, которая получила название β’. Особенностью этой фазы можно назвать повышенную твердость и хрупкость. Эти качества связаны с тем, что атомы расположены в строгом порядке.

Сложные латуни могут иметь в своем составе железо, марганец, свинец и другие компоненты, которые предназначены для изменения физических качеств. К примеру, свинец упрощает механическую обработку сплава.

Включение в состав свинца и висмута становится причиной снижения способности деформации сплава в горячем состоянии. Однако свинец в небольшой концентрации позволяет получить сыпучую стружку, за счет чего упрощается ее удаление с зоны резания при токарной или фрезерной обработке.

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.

Дело осложняется еще и тем, что условия получения сплавов во многом зависит от состава сплава и его назначения.

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.

Таким образом удается полностью извлечь медь даже из самой бедной руды.

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.

Порядок маркировки

Для маркировки рассматриваемого сплава были приняты определенные правила обозначения концентрации основных веществ. Все марки латуни начинаются с обозначения «Л», после которой могут идти буквы химических веществ, входящих в состав.

Деформируемый сплав латуни или иная его разновидность после первой буквы имеет число, характеризующее процент меди. Кроме этого маркировка может указывать на концентрацию легирующих элементов, для чего знак «Л» идет с другими буквенными обозначениями.

Для указания концентрации легирующих элементов после основной цифры ставится прочерк, затем указывается процентное содержание следующих элементов. Для разделения цифровых обозначений также применяется прочерк. Концентрация второго основного элемента (цинка) высчитывается, для чего от 100% значения отнимаются другие показатели концентрации меди и легирующих элементов. Примером того, как латунь обозначается согласно установленным стандартам назовем маркировку ЛАЖ70-1-2. Ее нужно читать следующим образом:

В состав сплава входит 70% меди.
Легирующими элементами выступает алюминий и железо, концентрация которых составляет 1% и 2% соответственно.
Концентрация цинка: 100 – 70 – 1 – 2 = 27%.

В некоторых случаях концентрация цинка указывается соответствующей буквой, а количество меди высчитывается. Подобный метол маркировки чаще применяется для обозначения литейных латуней.

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.

Технология изготовления латуней

Чтобы получить латунный сплав, необходимо выполнить ряд шагов:

Положить медное сырье в глиняную чашу, предварительно его взвесив.
Отправить чашу в специальную печь.
В расплавленную медь кладут кусковой цинк и необходимые добавки.
Полученный сплав перетапливают до однородного состава.

Жидкая горячая латунь разливается по формам. Печи для изготовления сплава обычно работают на твердом топливе – угле.

Проблемой топленых латунных сплавов является испарение цинка. Поэтому плавильные установки оборудуются абсорбирующими системами его улавливания, после чего он вводится в латунный сплав снова. Следующая особенность технологии изготовления сплава – необходимость повторной переплавки. При первичной, латунь дает усадку, и образуются прогибы в изделиях.

Необходимая для плавки латуней температура не может быть ниже +800

С. Точный показатель рассчитывается для каждой марки латуни отдельно. Количество цинка в составе сплавов находится в обратной зависимости с температурой плавления латуни. Вот и вся технология.

Маркировка

В маркировке металла придерживаются определённых правил, изложенных в государственных стандартах – ГОСТ. Обозначается сплав начальной буквой – Л, затем идут начальные буквы присадок сплава с цифрами, указывающими на количество присадки. Маркированная деформируемая латунь за первой буквой включает цифры – сколько меди в составе: Л 70.

Если деформируемая латунь ещё и легированная, в обозначение вносятся начальная буква присадок, и число в процентах: ЛАН 60-1-1, это меди 60%, алюминия 1% и никеля 1%. Содержание цинка в таком сплаве вычисляют разницей, в этом 100 – (60+1+1) = 38%. Латуни для литья маркируются по-другому: количественные значения компонентов сплава вносятся сразу после их первых букв. Так, в изделии ЛЦ 40 Мц 1 цинка 40%, марганца 1%.

Различия наиболее популярных латунных сплавов

Раскроем особенности самых известных и востребованных сплавов:

Л63 (медь 62-65%, цинк 35-38%). Одна из наиболее распространенных разновидностей латуни, может подвергаться полировке, волочению, прокатке, чеканке, изгибу. Применяется для производства холодильной техники, заклепок и бытового декора.
ЛС59-1 (медь 57-60%, цинк 37-42%, свинец 1%). Обрабатывается давлением и резкой на токарных и фрезерных станках. Легирование свинцом обеспечивает дополнительную устойчивость к растрескиванию. Применяется для изготовления крепежной арматуры, шестеренок, втулок, зубчатых колес, подшипников, труб и прутьев.
Л90 (медь 88-91%, цинк 9-12%). Также называемый томпак, имеет золотистый цвет. Может подвергаться эмалированию, ковке, чеканке. Имеет повышенную пластичность, не ржавеет и хорошо переносит сварку со сталью, рассчитан на производство полуфабрикатов и проволоки для электротехники.
Л68 (медь 67-70%, цинк 30-33%). Подвергается давлению, имеет хорошую способность к деформации в холодном состоянии, пайке и сварке. Из данного материала делают не только крепеж и прокат, но даже технику и боеприпасы.

Разновидности латунного металлопроката

Основные разновидности латунного металлопроката сводятся к следующему:

латунные прутки – длинные детали с круглым, квадратным, прямоугольным сечением;
латунные плиты – плоские заготовки толщиной 2,5 см и больше;
латунная проволока для электротехники и прочих отраслей промышленности;
латунная труба для проведения линий коммуникаций;
латунные круги для изготовления станков, приборостроения и пр.;
латунные листы для разных отраслей промышленности и пр.

Для каждого типа латунного металлопроката необходим металл определенной марки со строго регламентированным химическим составом.

Физические свойства

Во много физические свойства зависят от химического состава конкретной разновидности сплава. Поэтому свойства латуни могут существенно отличаться.

Как ранее было отмечено, большое распространение получил томпак, который может применяться для производства различных деталей и даже ювелирных украшений.

Цвет латуни подобного типа может быть желтым или красным в зависимости от концентрации цинка. К основным свойствам подобной латуни можно отнести нижеприведенные моменты:

Высокая степень пластичности. Пластичность деформируемой латуни позволяет ее применять в качестве заготовки в различных производственных процессах: она подходит для обработки как методом штамповки, так и точения.
Высокая коррозионная устойчивость определяет то, что даже при длительной эксплуатации при повышенной влажности на поверхности не появляется ржавчина.
Хорошие антифрикционные свойства.
Свариваемость со сталью и другими материалами позволяет применять сплав для получения комбинированных материалов.
Есть возможность проводить покрытие поверхности томпака различными составами для придания особых эксплуатационных качеств. Примером можно назвать то, что довольно часто томпак покрывают эмалью или лаком для его декорирования.
Изначально сплав имеет красивый золотистый цвет. По этой причине его довольно часто применяют при производстве художественных изделий.

Механические свойства деформируемой латуни могут существенно изменяться по причине добавления различных легирующих элементов.

В машиностроении и другой области производства большое распространение получила литейная разновидность латуни. Ее плотность относительно невелика (около 8300 кг/м

), однако другие физические свойства определили большое распространение литейной латуни:

Устойчивость к коррозионному воздействию.
Высокие механические характеристики.
Неплохая ковкость.
Высокий показатель текучести при нагреве сплава, что позволяет получать изделия сложной конфигурации.
Повышенная устойчивость к распаду состава из-за оказания воздействия со стороны окружающей среды.
Плавление состава проходит при температуре около 950 градусов Цельсия.

Желтая латунь

Прочность латуни ниже, чем у стали, что связано особенностями строения кристаллической решетки и составом. Влияние на свойства латуней концентрации цинка очень велико. Поэтому для придания особых свойств концентрация основных элементов может существенно изменяться.

Области применения

Свойства материалов определяют и область применения. Состав каждого сплава указывается подробно с тем, чтобы не допустить ошибок при использовании.

Латунь издревле применялась в ювелирном деле: желтая латунь по внешнему виду ничем не отличается от золота 583 пробы. И, кстати, именно она использовалась в качестве тренировочного материала для золотых дел мастеров, так как и физические ее характеристики во многом близки к золоту. Сегодня сплав используют для изготовления украшений, которые хоть и относятся к бижутерии, однако весьма популярны благодаря красоте и изяществу.
Материал применяется в производстве мебели. Он легко поддается ковке, что позволяет значительно украсить мебель. Благодаря этому же свойству из него производят множество предметов декора – статуэтки, посуду, подставки, бра.
Кроме того, томпак, то есть, состав с высоким содержанием меди, применяется для получения деталей теплотехнической и химической аппаратуры: змеевиков, капиллярных трубок, сильфонов и прочего.
Из литьевой латуни получают множество фасонных деталей, включая разнообразные фитинги.
Автоматная – материал для изготовления часовых деталей, машинных, а также различного вида крепежа.
Морская применяется в судостроении для производства корпусов приборов, профилей, труб.
Деформируемые сплавы используют при изготовлении дверной фурнитуры, водопроводных труб, смесителей, кранов и прочего.

Латуни разного состава применяются во многих отраслях. В основном их использование связано с хорошей коррозийной стойкостью материала, малым весом и, конечно, редкой эстетической привлекательностью сплава.

О том, как начистить медь и латунь до блеска, поведает данный видеоролик:

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 производства

Такой сплав меди, как латунь, хорошо поддается различным методам обработки. Так, из этого сплава можно получать различные изделия методами ковки, штамповки и протяжки, а благодаря относительно невысокой температуре плавления и хорошей текучести в расплавленном состоянии его активно используют в литейном производстве.

Розлив латунного расплава по формам

Латунь, основным легирующим элементом в которой является цинк, получают плавкой:

в тиглях, изготовленных из огнеупорного материала (для нагрева тигли вместе с компонентами сплава помещают в шахтные или пламенные печи);
в отражательных печах (при использовании данного метода плавку выполняют без применения тиглей).

При выплавке латунного сплава следует учитывать тот факт, что цинк при осуществлении такой процедуры будет активно испаряться, поэтому количество данного металла следует рассчитывать с некоторым запасом.

» data-lazy-type=»iframe» src=»data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP///yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7″>