материаловедение что такое латунь

Латунь: состав сплава, характеристики, марки

При соединении меди и цинка получается латунь. Впервые подобный сплав появился в 1781 году. На тот момент уровень технологического оснащения был относительно невысокий, но Джеймс Эмерсон смог провести соединение меди и цинка, в результате чего получился сплав с уникальными качествами. Латунь – сплав, который сегодня получил широкое применение при производстве самого различного оборудования и строительных материалов. Он обладает достаточно большим количество особенностей, о которых далее поговорим подробнее.

Применение

Рассматривая применение латуни нужно уделить внимание ее составу. В него могут включаться различные легирующие элементы, которые способны существенно изменить эксплуатационные качества. Область применения латуни весьма обширна. Поэтому рассмотрим каждый тип сплава подробнее.

Рассматриваемый сплав делиться на простую и специальные латуни. Оба варианта могут применяться для:

Эксплуатационные качества сплава определяют то, что при его использовании может оказываться самое различное воздействие: высокие температуры, влажность и химически агрессивные сферы, трение и другое. Именно поэтому изделия из латуни применяются при тяжелых эксплуатационных условиях, когда использование других металлов невозможно. При применении прутков из латуни могут изготавливаться детали электромашин.

Однако широкое распространение латунь не получила по причине достаточно высокой стоимости, так как его основой являются цинк и медь. Для улучшения эксплуатационных качеств также могут применяться другие легирующие вещества, имеющие высокую стоимость.

Классификация

Не сложно догадаться, что классификация сплава латуни проводится исходя из его химического состава. Наиболее распространена разновидность деформируемой латуни, которая представлена сочетанием 88-97% меди и не более 10% цинка. Подобный состав называют томпаком. Он пользуется большой популярностью, так как обладает весьма привлекательными эксплуатационными качествами. Ювелирная латунь идеально подходит для производства украшений. Красная латунь получила свое название по причине необычного оттенка, который достигается путем снижения концентрации цинка в составе. Из-за оттенка ее чаще всего применяют для изготовления статуэток или других художественных изделий.

Большое распространение получила и латунь литейная. Ее состав представлен 50-81% меди, а также достаточно большим количеством других примесей.

Различные виды литейной латуни могут применяться для изготовления:

Светильник из красной латунь

Высокое качество сплава позволяет его применять для получения высокоточных изделий. Классификация автоматной латуни предусматривает следующие особенности состава:

Присутствие свинца определяет то, что во время обработки подобного прудка образуется стружка. Именно поэтому автоматная латунь может обрабатываться высокопроизводительным оборудованием. Очень часто ее используют для получения декоративных элементов или метизов. Очень часто подобный сплав представлен в виде прудка или листового металла. Пруток может применятся на токарном станке, листовой металл при штамповке или фрезеровании.

Декоративный элемент из латуни

Альфа латунь представлена сплавом с необычной кристаллической решеткой (содержания цинка не более 35%), за счет которой обеспечивается высокая пластичность. Именно поэтому он применяется зачастую для обработки методом штамповки.

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:

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

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.

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:

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:

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.

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

Источник

Латунь – это сплав меди (Cu) и цинка (Zn). Она известна человечеству со времен Древнего мира, хотя секрет ее производства был открыт довольно поздно. Его регулярное производство началось в восточных провинциях Римской империи только в I веке до н. э.

Было замечено, что медь при сплаве с определенной рудой становится более прочной, а по цвету выглядит как золото. Поэтому латунь использовали для чеканки монет – ее промышленное изготовление освоили римляне на рубеже новой и старой эры. Древний и средневековый Восток делали украшения из этого золотистого металла.

XVII-XIX века ознаменовались открытием металлического цинка, способом его производства, а также регистрацией патента на изготовление латуни (1781 г.).

Классификация латуней

Существует несколько критериев, по которым осуществляют классификацию этого сплава:

по степени обработки;

по количеству легирующего металла;

по особенностям химического состава.

По первому критерию выделяют следующие виды:

литейные, используемые для изготовления деталей приборов, подшипников;

деформируемые (лист, труба, проволока);

автоматные (болты, гайки, часовые механизмы).

Легирующий элемент, который оказывает главное влияние на свойства сплава, дает название класса латуни: свинцовые, марганцевые, никелевые, алюминиевые.

В таблице представлена классификация латуни по химсоставу:

Пример маркировки с расшифровкой

2 компонента – медь, цинк

Л90: 90% меди, 10% цинка

медь, цинк + легирующие элементы (алюминий, свинец, железо, никель)

ЛС74-3: 74% меди, 3% свинца, 23% цинка

Цвет сплавов зависит от процентного содержания Zn:

желтый – от 20% до 36%;

красный (или томпак) – от 5% до 20%.

Здесь используются два критерия – цветовой и химического состава.

Физические и химические свойства

Латунь не имеет формулы, так как это сплав. Она обладает высокой температурой плавления (порядка 900 о С), но повышение количества цинка способно снизить ее.

Значение удельной теплоемкости меньше, чем у меди (0,377 Дж/(кг*K)), поэтому способность к трещиноватости снижается.

Характеризуется способностью к полировке, обработке давлением, сварке, сопротивлению агрессивной атмосферной среды, устойчивостью при очень низких температурах.

Если сравнивать с бронзой, то у медно-цинкового металла хуже антикоррозионность и прочность, но относительно меди они лучше.

Выделяют две фазы: α (с кубической ячейкой в кристаллической структуре) и β.

Влияние легирующих элементов на свойства латуней

Цинк обусловливает высокую прочность и одновременно пластичность сплава (если добавить до 30% этого элемента).

Однако характеристики латуни обусловлены не только главными (Cu, Zn), но и легирующими элементами. Последние в небольших количествах добавляются к металлам, чтобы получить дополнительные свойства.

никель, олово – получат антикоррозийные свойства (оловянные используют в условиях соленой морской среды);

кремний – повысится твердость;

марганец – сплав станет высокопрочным;

алюминий – уменьшится летучесть Zn;

мышьяк, никель, железо – позволят эксплуатировать в кислых, щелочных средах.

Указанные элементы используются для изготовления сплавов разных марок по ГОСТУ. Кроме буквенного обозначения, есть цифровое, показывающее содержание процентов главных металлов.

Способы получения

Процесс производства латуни требует наличия специального сырья – медных, цинковых, а также других металлических заготовок (свинцовых, алюминиевых, кремниевых, никелевых), которые служат как присадки для легирования.

Компоненты помещаются в плавильную печь с вытяжкой. Медь должна быть предварительно раскалена докрасна, к ней добавляют куски цинка, потом присадки.

Жидкий металл разливают по формам, получая литейные сплавы. Если их подвергнуть деформации, то на выходе будут деформируемые латуни.

Применение латуней

Отличные свойства латуни обусловливают ее широкое применение. Выделяют несколько главных направлений.

Строительство

Распространенные латунные изделия – элементы сантехнического оборудования. Краны-буксы, смесители присутствуют практически повсеместно.

В домах и квартирах премиум-класса устанавливают латунные трубы, которые могут прослужить полвека, так как им не страшна коррозия. Метизы, отличающиеся прочностью, используют при креплении металлоконструкций.

Декоративные направления

Латунь применяют для декорирования помещений: это лепнина, скульптуры, светильники, кованые изделия, ободки зеркал – иногда их «оформляют» под бронзу.

Из сплава делают утварь для церковных обрядов. Дешевая бижутерия в «латунном» исполнении смотрится очень эффектно, прекрасно имитируя золото.

Часовая промышленность прошлого широко использовала сплав меди и цинка, однако из-за его мягкости перешла на сталь. Но и сейчас делают латунные корпуса недорогих часов.

Машиностроение, судостроение, приборостроение также нуждаются в штампованных латунных деталях.

Похожие сплавы и материалы

Если потереть медное изделие об этот участок, то он окрасится в медно-красноватый цвет. Латунь оставит серовато-желтоватый след. У золота цвет черты светлый золотистый.

Сходные стальные изделия магнитятся, серебряные имеют серовато-белый цвет черты.

Бронза получается сплавлением меди с оловом. Ее окраска сходна с латунной (кроме томпака), но визуально можно уловить еле заметный красноватый оттенок.

Если есть доступ к мощной горелке (но этот способ небезопасен), то металл следует прогреть до 600 градусов: латунь покроется сероватым налетом окислившегося цинка, будет гнуться (бронза сломается). Однако надежные отличия этих двух сплавов получают только путем спектрального анализа.

Источник

Латунь

Латунь представляет собой сплав меди с цинком. Процентное соотношение металлов может варьироваться, в среднем медь составляет около 70%, а цинк — порядка 30%. Латунные сплавы обладают уникальными эксплуатационными характеристиками и используются в производстве различных катанных деталей — полос, листов, плит, проволоки, прутков и других, для которых важна текучесть, пластичность, деформируемость и способность к обработке.

Классификация латуни

По составу латунь бывает следующих типов:

В зависимости от технологии производства и обработки, латунные сплавы делятся на:

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.

Влияние легирующих компонентов в составе латуни

Для того чтобы изменить структуру и свойства латуни, могут добавляться дополнительные легирующие добавки:

Методы получения

В соответствии с принятым ГОСТ, латунь получают из медного сырья, которое обжигается в огнеупорных тиглях или индукционных отражательных печах. Во избежание вреда здоровью, плавка осуществляется под вытяжной вентиляцией. Затем в раскаленный состав добавляют кусковой цинк и прочие добавки, дотапливают до однородной массы и разливают по формам. Готовые изделия сортируют по степени закалки и старения.

Область применения

Отличные эксплуатационные характеристики материала позволяют использовать его максимально широко, в разнообразных отраслях промышленности:

Различия наиболее популярных латунных сплавов

Раскроем особенности самых известных и востребованных сплавов:

Заполните данные ниже и наши менеджеры обязательно свяжутся с Вами в самое ближайшее время, а также проконсультируют по интересующим вопросам

Источник

Латунь – состав, марки, характеристики сплава

Латунь, которая хорошо известна и активно применяется уже на протяжении многих лет, является сплавом меди с цинком. Изобретателем этого материала с целым рядом уникальных характеристик считается англичанин Джеймс Эмерсон, который и запатентовал его в 1781 году.

Латунный металлопрокат отличается хорошей коррозионной стойкостью и высокой прочностью

Элементы состава

Основу латуни составляют медь и цинк. В наиболее традиционном составе такого сплава медь содержится в количестве 70%, а цинк – 30%. Существуют марки технической латуни, в составе которой цинк содержится в количестве 48–50 процентов. Что характерно, больше 50% цинка, используемого для производства латунных сплавов, получают из отходов данного металла.

В зависимости от особенностей внутренней структуры различают латуни альфа- и альфа-бета-типа, которые также называют одно- и двухфазными.

Их основные отличия заключаются в следующем.

Несмотря на то, что латунь, также созданная на основе меди, внешне очень похожа на некоторые марки бронзы, по профессиональной классификации она не относится к бронзовым сплавам. В составе некоторых видов латуни содержится олово – основной легирующий элемент бронзы, но его добавляют в очень незначительных количествах, чтобы добиться улучшения отдельных характеристик сплава. Кроме олова, в химическом составе отдельных марок латуни могут содержаться такие элементы, как свинец, марганец, железо, никель и др., которые также позволяют улучшить ее свойства.

Содержание химических элементов в простых (двойных) латунях (нажмите для увеличения)

Содержание химических элементов в свинцовых латунях (нажмите для увеличения)

Изделия из латуни отличаются красивым золотисто-желтым цветом, хорошо поддаются полировке и другим видам механической обработки. В зависимости от марки сплава, из которого изготовлено изделие, последнее можно подвергать ковке в холодном или нагретом состоянии, но некоторые виды данного металла методами пластической деформации обрабатывать нельзя. Несмотря на то, что для латуни характерна высокая коррозионная устойчивость, поверхность изделий из данного металла при их длительном взаимодействии с окружающим воздухом покрывается окисной пленкой и темнеет. Чтобы избежать изменения цвета поверхности латунных изделий с течением времени, их часто покрывают защитным слоем бесцветного лака.

Химический состав и особенности внутренней структуры

Чтобы хорошо разбираться в характеристиках латуни, важно понимать, какими свойствами обладают химические элементы, из которых она состоит. Такими элементами, как уже говорилось выше, являются медь и цинк.

Классификация латуней по химическому составу

Медь – это один из первых металлов, которые человек начал использовать для изготовления изделий различного назначения. Данный элемент, входящий в 11-ю группу IV периода таблицы Менделеева, имеет атомный номер 29 и обозначается как Cu (сокращение от Cuprum). Медь, которая является переходным металлом, отличается высокой пластичностью и красивым светло-золотистым цветом. При образовании оксидной пленки металл приобретает не менее красивый желтовато-красный оттенок.

Цинк – второй основной элемент в химическом составе латуни – также является металлом, который, в отличие от меди, не встречается в природе в чистом виде. Цинк, имеющий атомный номер 30, входит в побочную подгруппу 2-й группы IV периода таблицы Менделеева. Данный металл, производить который начали еще в XII веке в Индии, отличается высокой хрупкостью в нормальных условиях. Без оксидной пленки, которая появляется на металле при его взаимодействии с открытым воздухом, его поверхность имеет светло-голубой цвет. Обозначается данный металл символом Zn (сокращение от Zincum).

Так выглядит микроструктура отшлифованной латунной поверхности под 400-кратным увеличением

Структура латуни в зависимости от содержания в его составе основных компонентов может состоять из одной α- или одновременно α+β-фаз. Такие состояния, которые может принимать внутренняя структура сплава, отличаются следующими особенностями:

Микроструктура α +β-латуни имеет меньшую пластичность и большую твердость, чем структура α-латуни

В зависимости от температуры нагрева в латуни происходят следующие структурные преобразования.

Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод о том, что латунные сплавы, внутреннюю структуру которых составляет только α-фаза (однофазные), отличаются хорошей пластичностью, а те, в которых присутствует и β-фаза (двухфазные), являются более прочными, но не предназначены для обработки методами пластической деформации.

Содержание цинка в латуни влияет на электропроводность сплава

На то, какими механическими свойствами обладает латунь той или иной марки, значительное влияние оказывает содержание цинка в ее химическом составе. Так, если содержание данного химического элемента составляет до 30%, то одновременно повышаются как прочность, так и пластичность сплава. Дальнейшее повышение содержания цинка приводит к тому, что латунь становится менее пластичной (усложнение α-фазы), а затем и более хрупкой (формирование в структуре латуни β’-фазы). Прочность латуни увеличивается до того момента, пока цинка в ее составе не будет 45%, с дальнейшим увеличением количества данного элемента латунь становится и менее прочной, и менее пластичной.

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:

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.

Сферы применения

В зависимости от количественного содержания основных компонентов латунь может использоваться для изготовления изделий различного назначения.

Содержание основных элементов указывается в маркировке латунных сплавов

Одной из наиболее распространенных разновидностей деформируемых латунных сплавов является томпак, в составе которого содержится 88–97% меди и не более 10% цинка. Наиболее значимыми характеристиками сплавов данного типа являются:

Из характеристик, которые способствуют высокой популярности сплавов данного типа, надо отметить:

Так выглядит лента томпака, из которой потом делают изделия, в том числе и ювелирные украшения

Специалисты при производстве томпака используют три основные формулы химического состава данного сплава, в котором медь, цинк, свинец и олово могут содержаться в следующих пропорциях:

Данные формулы, что примечательно, были выведены еще в XIX веке. Их автором является ученый из Шотландии Эндрю Юр.

Области применения деформируемых латуней

Чтобы получить литейную латунь, в ее состав, кроме цинка, добавляют 50–81% меди, а также ряд других элементов: алюминий, железо, кремний, олово, марганец, свинец. Наиболее значимыми характеристиками, которыми обладает такая латунь, являются:

Сферы применения литейных латуней

Благодаря таким характеристикам литейные латунные сплавы успешно используются для производства изделий, к механическим свойствам, коррозионной устойчивости и точности геометрических параметров которых предъявляются повышенные требования.

Для производства различных изделий методами резания металлов используются автоматные латуни, в химический состав которых входят:

Автоматная латунь марки ЛС59-1 используется для изготовления метизов и декоративных элементов

В составе сплавов данного типа обязательно содержится свинец, за счет чего обеспечивается формирование короткой и сыпучей стружки, что и позволяет выполнять скоростную обработку изделий из таких латуней.

Латуни данного типа производится в виде листового материала и прутков, из которых затем, используя тот или иной вид механической обработки, изготавливают изделия различного назначения.

Источник