Как делается латунь

Технологии производства, состав и структура сплава латуни

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

Структура и химический состав латуни

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

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

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

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

Классификации по доле цинка

Классифицируют составы по доле цинка:

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

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

Разделение по качеству дополнительных ингредиентов

Сплавы разделяют и по количеству, и качеству дополнительных ингредиентов.

Двухкомпонентные

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

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

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

Многокомпонентные

Многокомпонентные в качестве добавок могут содержать:

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

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

Производство металла

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

В общем виде получение сплава выглядит так:

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

Ниже дано видео о плавке латуни в домашних условиях.

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

Технологии

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

Получение сырья

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

Чаще всего используют следующие два способа.

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

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

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

Метод получения сплава

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

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

Изготовление листа

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

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

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

Необходимое оборудование и сырье

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

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

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

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

На стадии получения сплавов понадобится и механический инструмент:

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

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

В видео ниже представлено литье латуни в форму:

Латунь

Латунь представляет собой сплав на основе металлов: меди и цинка. Содержание цинка в сплаве может быть от 5 до 45%. Цинк дешевле, по сравнению с медью, по этой причине введение его в сплав не только улучшает механические, антифрикционные и технологические свойства, а ещё и снижает стоимость латуни.

Латунь можно назвать самым диковинным сплавом древности. В Римской империи производство сплава началось в I веке до нашей эры. Среди драгоценных металлов латунь занимала третье место после серебра и золота. На Востоке о сплаве известно с VIII века. Источником меди, свинца и серебра считается рудник Анарак, который находится в северном Иране. Есть данные об использовании латунных сплавов в VIII-IX столетиях на Северо-Западном Кавказе. По «шелковому пути» жители Северного Кавказа могли купить латунь из Малой Азии. В Англии в 1781 году латунь была изготовлена при сплавлении меди с цинком.

Классификация латуней

В зависимости от химического состава различают:

• Простые (двухкомпонентные) латуни . В их составе только медь и цинк. Маркируются простые латуни буквой «Л» и цифрой, которая обозначает соотношение меди в процентах. Например: в состав Л85 входит 85% меди и 15% цинка.
• Специальные (многокомпонентные) латуни . Они содержат медь, цинк, свинец, алюминий, железо и другие элементы, улучшающие основные свойства материала. Такие элементы называются легирующими. Маркируются специальные латуни буквой «Л», а также буквами и цифрами, обозначающими легирующие дополнительные элементы и их количество в процентах. Например: ЛА77-2 содержит 77% меди, 2% алюминия и 21% цинка.

Специальные латуни подразделяются на классы, названные по главному легирующему элементу (марганцевые, алюминиевые, кремнистые, оловянные, никелевые, свинцовые).

По степени обработки латуни бывают:

• деформируемые (латунная лента, проволока, труба, латунный лист);
• литейные (арматура, подшипник, детали приборов).

Подробнее о сплавах латуни

Существует также классификация по количеству цинка в сплаве:

• 5-20% цинка – красная латунь (томпак);
• 20-36% цинка – желтая латунь.

Основные свойства латуни

Латуни хорошо поддаются обработке давлением. Механические свойства сравнительно высокие, коррозионная устойчивость удовлетворительная. Если сравнивать латуни с бронзой, то их прочность, устойчивость к коррозии и антифрикционные свойства меньше. Они не очень устойчивы на воздухе, в соленой морской воде, углекислых растворах и растворах многих органических кислот.

Латунь красивого цвета и в сравнении с медью обладает лучшей коррозионной стойкостью. Однако с увеличением температуры растёт и скорость коррозии. Наиболее заметен этот процесс в тонкостенных изделиях. Спровоцировать коррозию могут: влажность, следы аммиака и сернистого газа в воздухе. Для предупреждения этого явления латунные изделия подвергают низкотемпературному обжигу после обработки.

Практически все латуни при понижении температуры (до гелиевых температур) остаются пластичными и не становятся хрупкими, что даёт возможность использовать их в качестве хорошего конструкционного материала. За счёт более высокого показателя температуры рекристаллизации (300-370°С), чем у меди, при высокой температуре ползучесть латуней будет меньше. При средней температуре (200-600°С) возникает явление хрупкости, так как нерастворимые при невысоких температурах примеси (например: свинец, висмут) образуют хрупкие межкристаллические прослойки. При повышении температуры снижается ударная вязкость латуней. В сравнении с медью показатели электропроводности и теплопроводности латуней ниже.

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 получения

В технологии получения латуни задействованы процессы медной, цинковой промышленности, а также переработка вторсырья. Сырьём для производства сплавов являются заготовки меди, цинка и других металлов для получения многокомпонентных сплавов. Также используются собственные отходы производства и вторичное сырьё. Все заготовки изготовлены в соответствии с ГОСТ.

Для плавки латуни используют различные виды плавильных печей, применяющихся для плавки медных сплавов. Самыми эффективными являются электрические индукционные низкочастотные печи с магнитопроводом. Плавку проводят под вытяжной вентиляцией, поскольку некоторые элементы сплава интенсивно испаряются и могут навредить здоровью человека. Сплав нежелательно перегревать, из-за вероятности возгорания на воздухе некоторых компонентов. В качестве шихт для плавки латуни используют чистые и оборотные металлы.

Предварительно сырьё подготавливают, а печи очищают. Разогретую до красного каления медь помещают в печь, а затем добавляют кусковые заготовки цинка. Во время плавки медно-цинковых сплавов берут во внимание значительную окисляемость цинка. Для уменьшения окисляемости проводят ряд мероприятий. Для изготовления многокомпонентных сплавов в первую очередь добавляют медь, а затем с осторожностью остальные компоненты.

Однородную массу разливают в формы для получения литейной латуни. В результате получаются слитки плоской и круглой формы. Деформируемые сплавы после отливки подвергаются процедуре деформации. Полученные изделия различаются по степени закалки и старения, а также твёрдости материала. Предварительная термическая обработка заготовок значительно увеличивает прочность и коррозионную устойчивость латуни.

Применение

Из латуни производят охлаждающие системы для моторов, разнообразные втулки, переходники. Сплав используется в строительной сфере. Например, для изготовления сантехнического оборудования и элементов дизайна. Элементы для крепежа, такие как болты и гайки, также производят из латуни. Этот сплав применяется в судостроении и при изготовлении боеприпасов.

Латунь – что входит в состав?

Латунь – это дуэт цинка и меди. Впервые метал был открыт в Англии, эту комбинацию 13 июля в далеком 1781 году решил запатентовать Джеймс Эмерсон.

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.

2 Химический состав латуни

Латунь состоит из цинка и меди. Ее часто сравнивают с бронзой, потому что состав бронзы и латуни объединяет один и тот же компонент – медь. Хотя латунь, состав которой отличается от бронзы, включает в качестве второго элемента цинк, а не олово.

Цинк – это составляющий элемент побочной подгруппы 2-ой группы IV периода периодической системы хим. элементов Менделеева. Атомный номер – 30. Производство зародилось в Индии около XII в. Краткое обозначение символом – Zn (Zincum). В нормальных условиях очень хрупкий переходный металл светло-голубого цвета (темнеет на открытом воздухе и покрывается тонким слоем цинкового оксида). В природе цинк как самостоятельный металл не встречается.

Медь – это составляющий элемент 11 группы IV периода периодической системы хим. элементов Менделеева. Атомный номер – 29. Сокращенное обозначение – Cu (Cuprum). Это эластичный переходный металл светло-золотисто цвета (при наличии оксидной пленки медь становится желтовато-красного цвета). Одни из первых изделий из меди обнаружены при археологических раскопках древнего поселения Чатал-Гююк (7 500 г. до н. э.)

Благодаря цинку и меди (помимо основного α-раствора) образуется целый ряд стадий электронного вида β, γ, ε. Обычно структура латуни состоит из α- или α+β’- фаз:

• α-фаза – стабильный раствор из цинка и меди с кристаллической гранецентрированной кубической решеткой меди (ГЦК).
• β’-фаза – структурный стабильный раствор на основе химической комбинации CuZn с концентрацией 3/2 и простой элементарной ячейкой.

Зависимость от температурного режима обработки:

• Когда температура высокая, β-фаза имеет хаотический порядок атомов и большой объем однородной смеси. В таком состоянии она (фаза) становится очень эластичной, если температура меньше 454–468 °C, структура атомов цинка и меди обретает порядок и обозначается β’.
• Фаза β’ принципиально отличается от β-фазы и является более жесткой и хрупкой, γ-фаза состоит из электронной комбинации Cu5Zn8.

Однофазные латуни отличаются высокой эластичностью; β’-фаза более прочная и менее эластичная.

Разделение в зависимости от количества цинка в сплаве:

• Если сплав содержит до 30 % цинка, возрастают одновременно и твердость, и эластичность. После чего эластичность понижается, сначала за счет уплотнения α – жесткого раствора. Затем происходит мгновенное ее понижение, это связано с обнаружением в структуре ломкой β’-фазы. Далее твердость возрастает до момента содержания цинка не более 45 %. Затем резко понижается.
• Большинство латуней очень хорошо поддается обработке давлением. Однофазная категория особенно отличается эластичностью. Латуни изменяют структуру при низких и высоких температурах. Хотя в температурных условиях 300–700 °C возникает «хрупкая зона». В таком температурном режиме деформация не происходит.
• Двухфазные латуни очень пластичны при нагревании выше температурных условий β’-превращения (особенно более 700 °C). Для роста технических показателей и химической устойчивости в них часто подмешивают дополнительные элементы, например: алюминий (Al), марганец (Mn), никель (Ni), кремний (Si) и другие.

3 Процесс изготовления латуни

Латунь очень легко поддается ковке, очень вязка и поддатливо деформируется и принимает различные формы под ударом молота, растягивается в проволоку или просто штампуется в самые разнообразные детали. Относительно поддатливо плавится и отливается в температурных условиях ниже плавления меди.

Стандартная процедура изготовления происходит:

• В тиглях которые изготовлены из огнеустойчивой глины. Тигли нагреваются в шахтных или пламенных печах.
• Непосредственно в отражательных печах (без использования тиглей).

В момент смешивания меди и цинка сплав отливают в подготовленные формы из песка. Определенная часть цинка всегда испарается, что нужно обязательно помнить при формировании состава метала.

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:

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).

5 Автоматная латунь

Автоматная латунь – свинцовый вид сплава. Состав:

Добавка свинца во время механической обработки способствует образованию короткой и сыпучей стружки, чем снижает изнашивание разделяющего механизма и позволяет использовать скоростную обработку деталей (отсюда и название).

Механические свойства автоматной латуни зависят от ее компонентов и агрегатного состояния:

Автоматная латунь выпускается в виде:

В свою очередь из листов изготавливают:

• гайки;
• болты;
• детали для часов и других изделий массового производства.

Итак, мы выяснили, что латунь состоит из цинка и меди. Выяснили, как ее правильно изготавливать. Разобрались, какие есть виды латуни и для чего лучше использовать каждый вид.

Латунь — состав сплава, свойства, формула и применение

Латунь – высокотемпературное соединение расплавов меди и цинка. Для придания расплаву различных свойств, в зависимости от направленности применения латуни, при её выплавке добавляют различные присадки. Известно, что сплав меди и олова именуют бронзой, но олово может служить присадкой и при выплавке латуни. От количественного преобладания в медном сплаве цинка или олова и зависит его название: больше олова – бронза, больше цинка – латунь. Свойства последнего сплава определяются присадками, добавляемыми в расплав гораздо меньшими количествами – это такие вещества, как металлы: железо, свинец и никель, и неметаллы: кремний и фосфор.

Хотя цинк и был получен в виде металла только в шестнадцатом веке, но латунь получали ещё до начала современного летоисчисления, при плавлении добавляя в расплав меди богатую цинковую руду – галмей (смесь цинкового шпата с формулой ZnCO 3 и кремнекислого цинка). Запатентован же способ получения латуни был английским металлургом в конце семнадцатого века. А уже в девятнадцатом веке в Западной части России и Европе посредством латуни фальсифицировали золотые украшения.

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.

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.

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%.

Сферы применения латуни

Во всём мире потребление цинка для производства этого сплава оценивается в два миллиона тонн, причём половина этого количества представлена ломом цинковых изделий. Латунь для технических целей получают, сплавливая примерно равные количества меди и цинка. Все латунные изделия можно подразделить на три основных вида, определяющих направления их применения:

• деформируемые – содержат цинка менее десяти процентов, их второе название томпак, он обладает хорошей пластичностью, не подвержен коррозии и хорошо скользит по металлу. У него прекрасная свариваемость со сталью и отличный цветовой оттенок – под золото;
• литейные – их название говорит об основном направлении применения, производство предметов способом литья, состоят они на 50–80% из меди. Сплав устойчив к коррозии, не деформируется при трении о другие металлы, очень прочный и нехрупкий. В расплаве его несложно заливать в формы любой конфигурации;
• автоматные – это сплавы с присадкой свинца, такое сочетание даёт возможность выходу из-под резца дискретной стружки, что очень важно при обработке изделий в автоматизированном положении – снижается износ деталей станка и возрастает скорость обработки.

Один из самых востребованных металлов во всём мире – это латунь. Применение этого сплава затрагивает практически все отрасли народного хозяйства. Простые сплавы с добавкой цинка в пределах 20% используют для изготовления деталей машин и механизмов, теплообменных аппаратов.

На изготовление штампованных предметов идут сплавы с включением цинка до 40%, а если такие сплавы легированы присадками, их применяют в судостроении и машиностроении, самолётостроении и строительстве, в часовой промышленности и т. д. Из томпака делают предметы художественного назначения, различную бижутерию и другие атрибуты, в том числе знаки воинского различия.

Литейная латунь является материалом для изготовления деталей, работающих в условиях агрессивной среды. Из автоматной изготавливают метизы – шурупы, в том числе и саморезные, гайки с болтами и шпильки. Сплав немагнитный, его используют там, где это свойство востребовано, например, для изготовления деталей компасов. Повышенная теплоёмкость обусловливает его применение в тепловых приборах, так самовары издавна изготавливали из латуни. Церковная утварь – это ещё одна сфера применения этого золотистого сплава.

В ювелирном деле латунь ценится не меньше, чем благородные металлы, которые ею имитируются при изготовлении украшений и бижутерии. Специалисты разделяют латунные изделия на три группы:

• со средним содержанием цинка, жёлтого цвета;
• золотистого цвета, с незначительным количеством цинка;
• зелёного цвета, с большим количеством цинка в составе сплава.

Наиболее приближенный к окраске золота цвет латунь имеет при пятнадцати процентах цинка и присадке алюминия в количестве 5%. Зачастую этим свойством пользуются нечестные люди, подделывая золотые украшения, хотя плотности золота и подделки несопоставимы. Чистят латунные изделия щавелевой кислотой.

Латунь: история, основные компоненты, свойства и применение

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

Экскурс в историю

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

Основные компоненты

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

По своему составу такой цветмет подразделяется на два вида:

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

По содержанию цинка определяется два типа:

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

Какими свойствами обладает латунь?

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

Наравне с положительными качествами у нее имеются и недостатки:

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

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

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

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

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

Где применяется латунь?

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

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

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

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

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