Что такое латунь

Что такое латунь

Латуни — это двойные и многокомпонентные медные сплавы, в которых основной легирующий компонент — цинк. По сравнению с медью латуни обладают более высокими прочностью, коррозионной стойкостью, литейными свойствами и температурой рекристаллизации. Это наиболее дешевые медные сплавы, т. к. цинк в два раза дешевле меди. Цена на латунь в среднем меньше цены на медь в полтора раза, т. к. латунный прокат и чушки изготавливают с применением медного, бронзового или латунного лома. Латуни широко применяют в машиностроении и многих отраслях промышленности.

Латуни подразделяются на двойные и специальные. Двойные или простые латуни получают сплавлением меди и цинка. В специальные латуни добавляют другие легирующие элементы — свинец, фосфор, мышьяк, олово, марганец.

Физические и механические свойства латуни, их зависимость от температуры и технологические качества определяет от фазового состав. Диаграмма сосотояний двойных латуней показывает, что латунные сплавы разделяют на α-латуни, (α+β)-латуни и β-латуни по наличию в составе одноименных фаз.

Двойные(простые) латуни, содержащие 88 — 97% Си, называют томпаком, а содержащие 79 — 86% Си —полутомпаком. Простые латуни маркируют буквой Л, за которой пишут содержание
меди в процентах. Например Латунь Л63 обозначает сплав с содержанием меди 63%, остальное — цинк и примесные элементы. На рис. 1 показана зависимость свойств медно-цинковых сплавов от состава.

Специальные латуни

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

Рис.1. Зависимость характеристик механических свойств медно-цинковых сплавов от содержания цинка (исходный материал — образцы, деформированные на 40%)

Влияние легирующих элементов на свойства

Основные легирующие элементы в специальных латунях — алюминий, железо, кремний, марганец, мышьяк, никель, олово, свинец. Алюминий, а также никель и олово повышают прочность, коррозионную стойкость латуни на воздухе, в морской атмосфере и морской воде, а также улучшает антифрикционные свойства. Железо измельчает зерно, повышает температуру рекристаллизации и твердость латуни. Кремний повышает прочность, коррозионную стойкость, антифрикционные свойства, а марганец — жаростойкость латуни. Мышьяк предохраняет латунь от обесцинкования в агрессивных пресных водах при комнатной и повышенных температурах. Добавки никеля, мышьяка и железа к алюминиевым латуням повышают их стойкость к щелочам и разбавленным кислотам. Свинец, практически не растворимый в медной основе, располагается в виде дисперсных частиц в объеме зерен и по их границам. Свинец — своеобразная смазка, уменьшающая износ инструмента при обработке резанием латуни. Мелкая, легко отделяющаяся стружка, образующаяся при механической обработке, позволяет получать поверхность обрабатываемых изделий высокой чистоты.

Технологические свойства

Обрабатываемость резанием медных сплавов оценивается в процентах по отношению к обрабатываемости латуни марки ЛС 63-3, которая принимается за 100%.
Латуни, за исключением свинцовосодержащих, легко поддаются обработке давлением в горячем и холодном состоянии. Все они хорошо паяются твердыми и мягкими припоями и легче свариваются, чем медь. Следует иметь в виду, что латуни, содержащие более 15% цинка в холодно-деформированном состоянии, в том числе и после обработки резанием, склонны к самопроизвольному коррозионному растрескиванию при хранении, особенно во влажной атмосфере, содержащей сернистые газы или аммиак. Для предохранения от растрескивания латунные полуфабрикаты и изделия подвергают низкотемпературному отжигу (250 — 300°С), при котором уменьшаются остаточные напряжения, но не снижается их прочность. Латуни, за исключением марки ЛАНКМц 75-2-2,5-0,5-0,5 , упрочняют деформационным наклепом. Латунь последней марки — единственный дисперсионно-твердеющий сплав, упрочняемый в результате закалки и старения.
Плоский прокат выпускают в мягком (отожженном), полутвердом (обжатие 10 — 30%), твердом (обжатие 30 — 50%) и особотвердом (обжатие более 60%) состоянии.

Латунь

Латунь — сплав, состоящий в основном из меди (55%-95%) с добавлением цинка (5%-45%). Цвет сплава желтый или красноватый, он легко тянется и поддается ковке, механической обработке и литью. Его свойства можно варьировать, меняя соотношение меди и цинка или добавляя другие металлы, например, олово, свинец и никель. Латунь широко применяется для изготовления труб и электрических креплений, винтов, музыкальных инструментов, а также служит материалом для художественных поделок.

Содержание

История и происхождение названия

Несмотря на то, что цинк был открыт только в XVI веке, латунь была известна уже древним римлянам. Они получали ее, сплавляя медь с галмеем, то есть с цинковой рудой. Путем сплавления меди с металлическим цинком, латунь впервые была получена в Англии в 1781 г. В XIX веке в Западной Европе и России латунь использовали в качестве поддельного золота. Любопытный факт: долгое время считалось, что памятник Минину и Пожарскому, сооруженный в начале XIX века на Красной площади в Москве, выполнен из бронзы. Но недавние реставрационные работы показали, что материалом для этого творения скульптора Ивана Мартоса послужила не бронза, а латунь.

Физические свойства

• Плотность — 8500 кг/м³
• Удельная теплоёмкость при 20 °C — 0,377 кДж•кг−1•K−1
• Удельное электрическое сопротивление — (0,07-0,08)•10−6 Ом•м
• Температура плавления латуни в зависимости от состава достигает 880—950° С. С увеличением содержания цинка температура плавления понижается. Латунь достаточно хорошо сваривается и прокатывается. Хотя поверхность Л., если не покрыта лаком, чернеет на воздухе, но в массе она более сопротивляется действию атмосферы, чем медь. Имеет желтый цвет и отлично полируется.
• Висмут и свинец имеют вредное влияние на латунь, так как уменьшают способность к деформации в горячем состоянии.

Диаграмма состояния Cu — Zn

Медь с цинком образуют кроме основного α — раствора ряд фаз электронного типа β, γ, ε. Наиболее часто структура латуней состоит из α — или α+ β’ — фаз: α -фаза — твёрдый раствор цинка в меди с кристаллическим решеткой меди ГЦК, а β’ — фаза — упорядоченный твёрдый раствор на базе химического соединения CuZn с электронной связью 3/2 с решеткой ОЦК.

При высоких температурах β-фаза имеет неупорядоченное расположение атомов и широкую область гомогенности. В этом состоянии β-фаза пластична. При температуре ниже 454—468 °C расположение атомов меди и цинка в этой фазе становится упорядоченным, и она обозначается β’. Фаза β’ в отличие от β-фазы является более твёрдой и хрупкой; γ — фаза представляет собой электронное соединение Cu5Zn8.

Однофазные латуни характеризуются высокой пластичностью; β — фаза очень хрупкая и твердая, поэтому двухфазные латуни имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные. Влияние химического состава на механические свойства отожженных латуней: При содержании цинка до 30 % возрастают одновременно и прочность, и пластичность. Затем пластичность уменьшается, вначале за счет усложнения α — твердого раствора, а затем происходит резкое ее понижение в связи с появлением в структуре хрупкой β — фазы. Прочность увеличивается до содержания цинка около 45 % , а затем уменьшается так же резко, как и пластичность. Большинство латуней хорошо обрабатывается давлением. Особенно пластичны однофазные латуни. Они деформируются при низких и при высоких температурах. Однако в интервале 300—700 °C существует зона хрупкости, поэтому при таких температурах латуни не деформируют. Двух фазные латуни пластичны при нагреве выше температуры β — превращения, особенно выше 700 °C, когда их структура становится однофазной (β — фаза). Для повышения механических свойств и химической стойкости латуней в них часто вводят легирующие элементы: алюминий (Al), никель (Ni), марганец (Mn), кремний (Si) и т. д.

Порядок маркировки

Принята следующая маркировка. Сплав латуни обозначают буквой «Л», после чего следует буквы основных элементов, образующих сплав. В марках деформируемых латуней первые две цифры после буквы «Л» указывают среднее содержание меди в процентах. Например, Л70 — латунь, содержащая 70 % Cu. В случае легированных деформируемых латуней указывают ещё буквы и цифры, обозначающие название и количество легирующего элемента, ЛАЖ60-1-1 означает латунь с 60 % Cu, легированную алюминием (А) в количестве 1 % и железом в количестве 1 %. Содержание Zn определяется по разности от 100 %. В литейных латунях среднее содержание компонентов сплава в процентах ставится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, латунь ЛЦ40Мц1,5 содержит 40 % цинка (Ц) и 1,5 % марганца (Мц).

Состав латуни

Латунью называется сплав меди и цинка. Данные два компонента являются основными в производстве латуни, при чем второй из них выступает легирующим элементом. Однако, кроме них в сплаве также могут присутствовать олово, никель, свинец, марганец, железо и прочие компоненты. Стоит обратить внимание на то, что олово добавляется в сплав в значительно меньшем количестве, чем цинк, в противном случае есть риск на выходе получить вместо латуни традиционную оловянную бронзу.

С медью человечество познакомилось еще в VII тысячелетии до нашей эры, а вот цинк был открыт только лишь в XVI веке нашей эры. Но, не смотря на это, как выглядит латунь люди знали еще в доисторический период. В те далекие времена получали данный сплав путем сплавления меди и галмея – цинковую руду. А вот в Англии латунь впервые получили, сплавив медь и металлический цинк.

В Римской империи латунь имела название орихалк, что в буквальном переводе с латыни означает «златомедь». Однако, данному названию латунь обязана не золоту, а специфическому окрасу сплава, который напоминал по своему цвету злолото. Именно орихалк использовался для чеканки сестерций и дупондий.

На сегодняшний день для производства латуни во всем мире используется порядка 2,1 млн тонн цинка, из которых первичный цинк используется в количестве 1 млн тонн, 600 тыс. тонн составляет цинк, для получения которого были использованы отходы собственного производства, 0,5 млн тонн приходится на вторичное сырье. Из этого видно, что порядка половины всего количества цинка, который используется для изготовления латуни, получается из отходов. В составе технических латуней количество цинка, как правило, составляет до 48 – 50%.

Свойства латуни

Латунь обладает плотностью от 8500 до 8700 кг/м 3 . Ее удельная теплоемкость в условиях температуры 20 0 С составляет 0,377 кДж*кг -1 *К -1 . Удельное электрическое сопротивление равняется 10 -6 *(0,07-0,08) Ом*м. Латунь не является ферромагнетиком. Может иметь различную температуру плавления, на колебания которой в значительной мере имеет влияние состав сплава. Таким образом, она находится в диапазоне от 880 0 С до 950 0 С.Чем больше в составе латуни содержание цинка, тем ниже температура плавления. Латунь достаточно хорошо поддается практически любой сварке, а также легко прокатывается. Медь с цинком образуют кроме основного α-раствора ряд фаз электронного типа β, γ, ε. Наиболее часто структура латуней состоит из α- или α+β’- фаз.

Химический состав латуни

Как уже говорилось выше, в состав латуни входит два основных элемента – медь и цинк. При этом процентное содержание меди составляет большую часть, а именно – 70%, а цинка – 30%. По своему составу латунь классифицируется на альфа и альфа+бета-латуни, которые, в свою очередь, подразделяются на однофазные и двухфазные виды латуни. Однофазные латуни в своем составе имеют 35% цинка, в то время, как в составе двухфазных латуней количество цинка составляет порядка 47-50%. Для однофазных латуней характерна высокая пластичность. В отличие от них, двухфазные латуни обладают высокой прочностью, но значительно меньшей пластичностью. Однако, медь и цинк это далеко не всё, из чего состоит латунь. Кроме этого, в ней также присутствуют и другие элементы. Так, в двухфазных латунях присутствует свинце в количестве 4%.

Стоит отметить, что если латунь не обработана лаком, то при контакте с открытым воздухом она покрывается темной тонкой пленкой. Однако, в массе она имеет более высокое сопротивление действию на нее атмосферы, в отличие от меди. Для нее характерный желтый окрас. Отлично поддается полировке.

На латунь пагубно влияют висмут и свинец. Это связано с тем, что благодаря их наличию в составе латуни, сплав теряет свою способность деформироваться в горячем состоянии. Однако, не смотря на это, для того, чтобы получить сыпучую стружку, применяется легирование свинцом.

Латунь схожа по своему составу с бронзой, так как основным компонентом как одного, так и второго сплава, является медь. Однако, в отличие от бронзы, вторым главным компонентом, как уже говорилось выше, является цинк.

Медь является элементом 11 группы IV периода периодической системы химических элементов Менделеева с атомным номером 29. Является достаточно эластичным переходным металлом с характерным светло-золотистым окрасом.

Цинк является элементом побочной подгруппы 2-ой группы IV периода периодической системы химических элементов Менделеева с атомным номером 30. Отличается своей повышенной хрупкостью. Является переходным металлом с характерным светло-голубым окрасом. В природе цинк в качестве самостоятельного элемента отсутствует.

Производство латуни

Технология получения латуни включает в себя процессы как медной промышленности, так и цинковой, а кроме этого, и переработку вторичного сырья. Основным материалом для получения данного сплава являются заготовки меди, цинка, а также других металлов в случае необходимости получения многокомпонентных сплавов. Каждая заготовка произведена согласно ГОСТу. Латунь плавится в разнообразных видах плавильных печей, которые также применяются и для медной плавки. Наибольшей эффективностью отличаются электрические индукционные низкочастотные печи с магнитопроводом. Во время процесса плавки используется вытяжная вентиляция. Это связано с интенсивным испарением некоторых составляющих компонентов, которые могут нанести непоправимый вред здоровью человека. Шихтами для плавки латуни являются чистые и оборотные металлы.

Перед производством латуни осуществляется подготовка сырья и очистка печей. Медь, разогретая до красного состояния, отправляется в печь, после чего к ней добавляются кусковые заготовки цинка. При этом, следует учитывать, что происходит испарение некоторого количества цинка. При изготовлении многокомпонентных сплавов, первым делом, добавляется медь, после которой осуществляется добавление остальных компонентов.

Для получения литейной латуни однородная масса разливается по формам. В результате данного процесса получаются слитки, имеющие плоскую и круглую форму. Деформируемые сплавы после отливки отправляются на деформацию. Готовые изделия классифицируются в зависимости от степени закалки и старения, а также твердости материала. Сделать материал более прочным и устойчивым к коррозии позволяет предварительная термическая обработка заготовок.

Марки латуни

Для обозначения латунного сплава используется буква «Л», после которой присутствуют буквы основных компонентов, которые входят в состав сплава. Так, в марках деформируемых латуней первые две цифры, стоящие после литеры «Л», указывают на среднее процентное содержание меди (Л70 – означает, что в сплаве содержится 70% меди). В легированных деформируемых латунях присутствуют также буквы и цифры, которыми обозначаются название и количественное содержание легирующего элемента (ЛАЖ60-1-1 – означает, что в сплаве содержится 60% меди, алюминию 1% и железа 1%). Количество цинка в сплаве определяется по разности от 100%. В литейных латунях среднее содержание элементов, вошедших в состав сплава, в процентах ставится сразу после буквы, которая указывает на название того или иного элемента (ЛЦ40Мц1,5 – означает, что в сплаве присутствует 40% цинка и 1,5% марганца).

Применение латуни

Стоит отметить, что латунь благодаря своим свойствам представляет собой универсальный материал, в связи с чем нашла свое достаточно широкое применение во многих сферах человеческой деятельности. Латунь является одним из основных материалов, который используется в машиностроении и судостроении. Также из нее изготавливают разнообразные сосуды, застежки, наугольники для украшения книг, нательные крестики, ордена и медали. Не редкостью сегодня являются и латунные трубы, краны, муфты, различная арматура и другие сантехнические детали. Латунь нашла свое применение и в производстве некоторых ювелирных изделий. Из латуни изготавливают оправы для компасов и футляров для магнитов в связи с тем, что латунь, в отличие от других металлов, не способна намагничиваться.

Как отличить медь от ее сплава (латунь)

Медь – дорогой металл красноватого оттенка, который легко поддается ковке. Латунь – сплав меди с цинком в различной пропорции, отличающийся от чистого металла по физическим свойствам и стоимости. Стоимость сплава значительно ниже. При продаже готовых изделий или во время приема лома на утилизацию принципиально важно отличить медь от латуни. Для определения цинка в составе желательно использовать комплекс из визуальных, физических и химических методов анализа.

Визуальные методы определения меди и латуни

Латунный сплав может состоять из меди на 80%, но даже в этом случае определить наличие примесей можно по визуальным признакам. Их несколько:

• Цвет металла. Этот достаточно эффективный признак определения актуален при большом проценте цинка в составе. Чистая медь на вид красноватая, с розовыми или коричневыми оттенками, латунь – золотистого цвета. Чем больше примесей, тем более желтый цвет получается в результате.
• Вес. Зависит от марки металла и может быть использован в качестве дополнительного метода анализа. Одинаковый объем чистой меди гораздо тяжелее латуни, цинк в составе снижает массу последнего.
• Реакция на магнит. Медь, в отличие от латуни, не реагирует на магнит.
• Механическое воздействие. Удар по латуни сопровождается звонким звуком за счет наличия в составе твердого цинка. Медь, как более мягкий металл, издает глубокий, глухой звук.

Различия по форме стружки и твердости металлов

Когда речь идет о приеме металла на повторную переработку и сохранение целостности изделия не принципиально, можно воспользоваться методом стружки. При сверлении поверхности чистой меди образуются гладкие, длинные спирали правильной формы, в то время как стружка латуни мелкая и острая.

Медь – пластичная и достаточно мягкая, прокат или вытягивание металла не вызывает затруднений. Латунь проявляет сопротивление, согнуть ее можно только после предварительного нагрева. Определить чистоту металла по этому признаку можно, воспользовавшись более тяжелым предметом с твердой структурой (из стали, чугуна). При ударе на поверхности меди появится вмятина, повторяющая форму предмета. На латуни останутся царапины или едва заметные вмятины.

Химические методы определения чистоты меди

Когда определить состав на основании визуального анализа затруднительно, на помощь придет химия и реакции с кислотой. Методы отличаются высоким процентом достоверности, но требуют осторожности в процессе работы.

• Соляная кислота. При попадании небольшого количества соляной кислоты на медную поверхность химическая реакция не происходит, сам металл очищается от загрязнений. В случае с латунью цинк вступает в реакцию и на поверхности образуется окись белого цвета – хлорид цинка.
• Азотная кислота. Действует иначе. Во время контакта с медью, поверхность окрашивается в сине-зеленый цвет, латунь на азотную кислоту не реагирует.

Химические методы анализа на основе кислот желательно использовать в лабораторных условиях.

Спектральный анализ – профессиональный метод определения чистоты металлов

При наличии специального оборудования можно отличить медь от латуни с максимальной достоверностью. Всего за несколько минут, без повреждения изделия и химических методов воздействия спектральный анализ поможет определить точный состав металла. Воспользоваться этим методом очень просто, приобретать дорогостоящее оборудование вовсе не обязательно. Частные или государственные лаборатории проведут анализ меди и ее сплавов с выдачей сертификатов соответствия.

Определение наличия примесей одним или несколькими из вышеперечисленных методов позволит точно определить состав и ценность металла.

Если вас заинтересовало это предложение, узнайте
стоимость у менеджера по телефону