Из каких металлов производится сплав латуни

Диаграмма состояния Cu — Zn

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 кристаллической решёткой меди ГЦК, а β’-фаза — упорядоченный твёрдый раствор на базе химического соединения CuZn с электронной концентрацией 3/2 и примитивной элементарной ячейкой.

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 твёрдая, поэтому двухфазные латуни имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные.

Содержание цинка в меди оказывает влияние на механические свойства отожжённых латуней.

При содержании цинка до 30 % возрастают одновременно и прочность, и пластичность. Затем пластичность уменьшается, вначале за счёт усложнения α — твёрдого раствора, а затем происходит резкое её 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 температур 300—700 °C существует зона хрупкости, поэтому при таких температурах латуни не деформируют.

Двухфазные 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.

4 Применение латуни

Томпа́к – деформируемая разновидность латуни. Состоит из меди и цинка на 88–97 % и 10 % соответственно. Томпак характеризуется:

• высокой пластичностью;
• устойчивостью к ржавчине;
• низкой силой трения.

Сплавы меди, которые состоят на 10–20 % из цинка, называют полутомпаками.

Томпак легко поддается сварке со сталью и другими благородными металлами. Его используют для изготовления комбинации стали и латуни. За счет золотистого оттенка из томпака изготавливают художественные изделия, всевозможные медали и фурнитуры. Томпак легко поддается золочению, эмалированию и обработке давлением в низких и высоких температурных условиях.

Известный шотландский ученый Эндрю Юр в XIX веке привел несколько примеров содержания томпака. Всего есть три варианта сплава меди, цинка, свинца и олова в пропорциях:

• 82/18/1,5/3;
• 82/18/3/1;
• 82,3/17,5/0/0,2.

Литейная латунь – предназначена для производства полуфабрикатов и фасонных изделий способом литья. Содержит 50–81 % меди. В качестве разбавляющих элементов используют: кремний, алюминий, железо, марганец, олово и свинец. Основные характеристики:

• не ржавеет;
• устойчива к трению с другими материалами;
• отличные механические свойства;
• удобная в обращении благодаря жидкому состоянию;
• низкая склонность к распаду материала.

Литейную латунь часто используют для массового производства:

• элементов арматуры (например литых);
• больших червячных винтов;
• гаек нажимных винтов;
• деталей, устойчивых к ржавчине;
• втулок;
• сепараторов;
• подшипников;
• деталей, работающих при температуре не более 300 °C;
• штуцеров (гидросистема автомобилей).

Свинец и олово в чистом виде и сплавы

Свинец в чистом виде в холодильной или пищевой промышленности почти не применяется, а олово в пищевой отрасли используется как покрытие пищевой тары. При его маркировке «О» означает олово, цифры же — его условный номер. С повышением номера количество примесей повышается. Буквосочетание «пч» указывает на повышенную чистоту материала. В пищевой промышленности с целью лужения консервной жести используется олово, маркируемое как О1 и О2.

В зависимости от назначения свинцовые или оловянные сплавы подразделяются на две категории:

• баббиты;
• припои.

Баббиты представляют собой сложные сочетания из свинца и олова, дополнительно в них присутствуют медь, сурьма и прочее. Их маркируют буквой «Б», а также числом, указывающим на процентное соотношение олова в составе. Помимо буквы «Б» могут быть еще буквы, обозначающие особые добавки, например:

• Н — никелевый баббит;
• С — свинцовый баббит и прочие.

Полный химический состав установить только по марке баббита невозможно. В отдельных случаях даже количество олова не указывается, хотя в марке БН его присутствует порядка 10 процентов. Есть баббиты и без олова (в частности, свинцово-кальциевые).

Данный материал признан лучшим антифрикционным и используется преимущественно в подшипниках скольжения.

Вторая категория — припои. Они в зависимости от своих признаков делятся по следующим признакам:

• по температуре расплавления;
• по ключевому компоненту;
• по методу плавки и другим особенностям.

В частности, по температуре расплавления припои бывают следующих типов:

• особо легкоплавкие (температура плавления составляет около 145 градусов);
• легкоплавкие (от 145 до 450 градусов соответственно);
• среднеплавкие (от 450 до 1100 градусов);
• высокоплавкие (1100−1850 градусов);
• тугоплавкие (температура от 1850 градусов и выше).

Первые две категории используются с целью низкотемпературной пайки, а прочие для высокотемпературной соответственно.

По своему ключевому компоненту припои бывают таких видов:

• оловянными;
• алюминиевыми;
• кадмиевыми;
• галлиевыми;
• свинцовыми;
• цинковыми и т. д.

Цветные металлы и их сплавы могут иметь разное назначение и разные технические характеристики. Определить их особенности можно по нанесенной маркировке, которую нужно уметь расшифровывать.

Структура и возможные способы обработки

Механические характеристики латуни рассматриваемой марки, как и любого другого материала, определяются фазным состоянием ее внутренней структуры. В структуре латуни Л63 отсутствует вторая так называемая b-фаза, которая, если она есть в медном сплаве, делает его более твердым и хрупким, значительно ухудшает пластичность основного металла. Именно однофазная структура сплава данной марки и объясняет тот факт, что изделия из него отлично поддаются обработке давлением практически по любой из используемых сегодня технологий (прокатка, вытяжка, волочение, чеканка, гибка).

Структура латуни: однофазной (а) и двухфазной (б)

Применяют для изготовления изделий из латуни Л63 также методы литья и технологии резания, что значительно расширяет сферу ее применения. На промышленных предприятиях, занимающихся производством металлов, латунь марки Л63 выпускается в следующем виде:

• листовой прокат, ленты и плиты;
• прутки с различной формой поперечного сечения;
• трубная продукция;
• проволока.

Гарантированные механические свойства листов из латуни марки Л63 в сравнении с Л59-1 и медными листами

Весь сортамент продукции, производимой из латуни Л63, оговаривает ГОСТ 15527-70 (новая редакция – ГОСТ 15527-2004). Кроме того, как предписывает ГОСТ 15527-70, производители могут выпускать заготовки из модификации данного сплава (Л63А), которые отличаются антимагнитными свойствами. Такой сплав, имея схожие характеристики с латунью Л63 (удельный вес, плотность и др.), отличается лучшей текучестью в расплавленном состоянии, но изделия из него не очень хорошо обрабатываются резанием.

Свойства бронзы и латуни

Бронза и латунь – это металлические сплавы, которые производятся на основе меди. Разница между ними заключается в основном легирующем материале. Это влияет на физические и химические свойства этих сплавов. Соответственно состав бронзы и латуни напрямую влияет на сферы применения этих материалов.

Бронза – это сплав на основе меди с добавлением таких легирующих материалов как олово, бериллий, кремний, алюминий и свинец. Также могут применяться другие компоненты, например, цинк или никель. В таком случае сплав называется шпиатр, он значительно дешевле, но также и уступает по физическим характеристикам.

Внешний вид бронзы

Существует несколько типов бронзовых сплавов, которые отличаются в зависимости от основного легирующего компонента. На сегодняшний день выделяют:

• оловянную;
• бериллиевую;
• кремниевую;
• алюминиевую.

Также существует классификация в зависимости от наличия в составе олова. Исходя из этого выделяют оловянную бронзу – сплав меди и олова, и безоловянную. Также существует мышьяковый тип, но на сегодняшний день он не применяется в производстве.

Латунь представляет собой сплав меди и цинка, с возможным содержанием других компонентов: никель, свинец, олово, железо, марганец и других. Данный сплав известен с древних времен. Скорее всего, он был разработан римлянами, которые сплавляли медь с цинковой рудой. Цинк в чистом виде начали применять только в конце XVII века в Англии.

Благодаря мелкозернистой структуре, ее широко применяют в промышленности. На сегодняшний день стало популярным производство биметалла сталь-латунь. Готовый материал обладает повышенной устойчивостью к коррозии и физическому износу. При этом такой сплав довольно пластичный и легко поддается литью и физическими изгибу.

Внешний вид латуни

Существует разновидность под названием томпак, который применяется в художественном литье, изготовлении фурнитуры и знаков отличия.

Как отличить латунь от бронзы в домашних условиях

Очень часто при покупке старой мебели, статуэток и других предметов возникает дилемма, из какого материала они изготовлены. На первый взгляд они ничем не отличаются, но при более детальном рассмотрении и использовании нескольких методов определения можно точно определить тип сплава.

На сегодняшний день существует несколько способов как отличить латунь и бронзу в домашних условиях:

1. Определение на глаз. Для этого нужно иметь изделия из двух сплавов, чтобы можно было сравнить их. Взяв их в руки можно четко определить, что бронза намного тяжелее латуни. При хорошем освещении и чистой поверхности можно детально рассмотреть цвет поверхности. Бронза гораздо темнее, а латунь желтее.
2. Если вы имеете несколько идентичных предметов невысокой стоимости, можно повредить один из них. С бронзой сделать это тяжелее, так как она значительно прочнее. Разломав предмет следует взглянуть на излом. Латунь имеет мелкозернистую и гладкую структуру.
3. Наиболее достоверный способ отличия – это воздействие реактивами. Но для этого нужно иметь определенное оборудование, опыт работы с реактивами и азотную кислоту.

Для начала нужно сделать немного металлической стружки, затем поместить ее в отдельные пробирки и залить 50% раствором. После растворения большей части, пробирки нужно нагреть. Жидкость с латунью останется прозрачной, а в жидкости с бронзой появиться белый осадок олова.

При отсутствии реактивов, можно воспользоваться раствором морской соли, поместив в нее стружку. Бронзовая стружка никак не изменится, а латунная поменяет внешний вид.

Также можно просто посмотреть на предмет. Если старый предмет не поддался изменениям и разрушению после многих лет, то это скорее всего бронза, так как она намного устойчивее к внешнему воздействию и менее подвержена износу.

Кремнистые латуни

Кремнистые латуни обладают бо­лее высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях и морской воде, чем простые латуни. Из кремнистых латуней из­готовляют поковки и штамповки, литую ар­матуру, шестерни и детали морских судов, литые подшипники и втулки. Под влиянием кремния значительно повы­шаются механические и литейные свойства сплава, а также улучшается технологиче­ский процесс сварки и пайки. В латунях с повышенным содержанием цинка кремний значительно повышает твердость и уменьшает пластичность. Примеси алюминия, железа, сурьмы, мышьяка и фосфора в крем­нистых латунях являются вредными, так как ухудшают антифрикционные, коррози­онные, литейные и другие свойства латуней.

3 Использование металла в интерьере

Сегодня все чаще имеет место применение изделий из латуни в обстановке помещений: посуда, бра и торшеры, дверные петли и щеколды. В частности, этот сплав на основе меди считается одним из наиболее привлекательных для дизайнеров, проектирующих не только смесители, но и мебель. Причем по стоимости такие предметы интерьера намного дешевле кованых, а внешне смотрятся не менее эффектно. К примеру, латунные кровати, выполненные из круглых профилей, достаточно легки, чтобы делать перестановку в комнате без особого труда.

Из этого же материала изготавливают стулья и стеллажи, но трубки используют более тонкие, с внешним диаметром до 2 сантиметров, с тем, чтобы максимально облегчить изделия. Делают и накладки на мебель из такого металла. Особо стоит отметить применение латуни для производства перил и стоек к ним для ограждения лестничных пролетов и площадок внутри частных домов и коммерческих зданий. Они, конечно, не так красивы, как железные кованые или деревянные резные балясины, но прекрасно вписываются в большинство интерьеров. В частности, такие перила придают статусность крупным офисам. Для придания солидности обстановке также используют такие изделия, как дверные ручки и карнизы, основой которых является латунь. Они чаще всего имеют полированную, реже – матовую поверхность.

Ручки нередко украшаются декоративными насечками или лунками, что придает им оригинальный вид. Очень часто используются ручки не только дверные, но и оконные, а также для створок и выдвижных ящиков шкафов и тумбочек, как поворотные, являющиеся частью замка, так и просто накладные. Еще один вариант использования латуни в интерьере – различные панно, которые изготавливаются на заказ и монтируются на стены в гостиной или прихожей. Такие украшения могут быть как в виде массивных панелей (которые лишь выглядят тяжелыми, будучи выполнены из тонкого листового проката), так и ажурными. Крепления панно бывают скрытыми или же с помощью обыкновенных шурупов, которые, впрочем, лучше брать из того же сплава.

Латунь в интерьере

Нередко для декора используется настенная посуда с чеканкой. Обычно это большие блюда или стилизованные подносы. Такая посуда может стоять и на полках каминов либо сервантов. Очень эффектно на кухонных полках смотрится посуда, выполненная из латуни, причем она может служить для украшения помещения или найти применение в быту. Из сплава меди с цинком изготавливают большие чайники для кипячения воды, тазы для варенья, самовары, кофейники, хлебницы, различные блюда и другую посуду.

Из этого же материала нередко делают инкрустированные чеканкой или гравировкой подстаканники, подставки хрустальных конфетниц и вазочек для варенья. Иногда обычная посуда имеет ручки из латуни. Декорированию помещений служат бра и люстры из латуни, которая идет на изготовление корпусов осветительных приборов. Кронштейны и рожки из этого сплава служат основаниями для плафонов и абажуров бра. Впрочем, латунными могут быть только отдельные элементы светильников, сделанные исключительно в декоративных целях, например – ручки переносных моделей, или подвижные консоли бра из трубок.

Технология изготовления латуней

Чтобы получить латунный сплав, необходимо выполнить ряд шагов:

1. Положить медное сырье в глиняную чашу, предварительно его взвесив.
2. Отправить чашу в специальную печь.
3. В расплавленную медь кладут кусковой цинк и необходимые добавки.
4. 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.

Химическая методика

Использование реактивов – эффективный, но разрушительный способ различить медные сплавы. Проходит химический анализ в несколько этапов:

1. С латуни и бронзы снимается стружка.
2. Приготавливается раствор водный азотной кислоты с пропорцией 1:1.
3. Стружка помещается в различные емкости, заполняемые кислотным реактивом.
4. Каждый резервуар подогревается до кипения после полного растворения стружки.
5. Составы удерживаются в кипящем состоянии на медленном огне 30 мин.

Результат – емкость с латунью остается прозрачной, в бронзовом резервуаре выпадает оловянный осадок белого цвета. Естественно, для безоловянных сплавов технология не подходит.

Как можно отличить сплав латуни от бронзы

Отличить латунь от бронзы и, помимо этого, узнать точный состав можно лишь в химической лаборатории (к примеру, с помощью спектроскопического анализа). Увы, в домашних условиях (тем более, если нельзя делать царапины либо как-то еще деформировать изделие) спектр возможностей довольно ограничен. Однако существует алгоритм, который показывает пусть и не очень точные, но все же результаты.

Вам будут необходимы:

• калькулятор;
• точные весы;
• прозрачная емкость с водой;
• образцы латуни и бронзы со сколами;
• микроскоп или сильная лупа.

зрительного анализа

Сделайте анализ состава на плотность. Будет необходима прозрачная емкость с водой и точные весы. Опустив изделие в воду, узнаем объем, потом определяем массу. Плотность — это соотношение массы предмета к его объему, переводим в кг/ куб. м. Чаще всего бронза плотней латуни, при этом линия деления находится на показателях 8700 кг/куб. м. Итак, 8400-8700 кг/куб.м – скорей всего, латунь. 8750-8900 – скорей всего, бронза.

И в конце, структура состава. Нужно сказать, что тут нужны образцы – предметы, где в составе можно точно определить и латунь, и бронзу, причем образцы обязаны иметь сколы.

Для анализа будут необходимы сильная лупа или микроскоп. Анализ происходит размещением в поле видимости одновременно образца и предмета анализа

На что нужно обратить внимание? На структуру состава – а именно, его зерно. Обычно бронза имеет более грубое и крупное зерно, в отличие от латуни

1 Состав латуни в процентах

Главные составляющие – медь и цинк – используются в пропорциях 70 % и 30 % соответственно.

Свыше 50 % цинка, который используется в производстве латуни, происходит от вторичной переработки мусора. Технические латуни состоят на 48–50 % из цинка. По составу разделяют на альфа и альфа+бета-латуни:

• Однофазные альфа-латуни состоят на 35 % из цинка.
• Двухфазные на 47–50 % из цинка и содержат не более 4 % свинца.

Латунь (желтая медь) – это многокомпонентный состав на основе сплава меди. Один из самых употребляемых и наиболее полезных сплавов. По классификации металлургов к разряду бронзовых не относится.

Второй основной компонент – это цинк, иногда добавляют олово (намного реже, чем цинк, иначе это уже получится классическая оловянная бронза). Иногда в состав травления латуни входят марганец, свинец, никель, железо и прочие элементы.

Если поверхность латуни не покрыта лаком, она быстро темнеет на открытом воздухе, но в своей массе сопротивляется действию атмосферы. Имеет красивый желтый оттенок и легко поддается полировке. Легко или сложно поддается ковке зависит от состава материала и температурного режима обработки. Некоторые виды материала поддаются переработке исключительно в холодном состоянии, прочие материалы в нагретом или вообще не хотят обрабатываться.

Производство материала

Все компоненты, входящие в состав сплава, имеют разную температуру плавления. Это создает сложности при плавке латуни. В процессе работы добавление составляющих ведется в определенной последовательности.

Схема производства выглядит следующим образом:

1. Добыча из руды меди и цинка.
2. Плавка. Сначала нагревается медь, а потом остальные компоненты.
3. Формирование слитков, путем разливки расплавленного металла в формы.
4. Поступление их в прокатный цех, где ведется обработка металла с целью деформирование слитков.
5. Отжиг и протравливание.