Физические свойства латуни, ее плотность и применение

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 2019 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

Латунь Л63, Латунь ЛС59-1

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.

Различают несколько видов латунного проката:

  • Латунный пруток – это длинномерное металлическое изделие, которое является заготовкой для различных деталей. Пруток имеет различную форму сечения: круглую, овальную, прямоугольную, квадратную, шестигранную, трапециевидную.
  • Латунная плита – это плоский полуфабрикат с прямоугольным сечением толщиной более 25 мм, который изготавливается прокаткой или литьём. Плиты бывают мягкими, твёрдыми, полутвёрдыми и особо твёрдыми. Латунные плиты используются в промышленности, для декоративной отделки зданий.
  • Латунная проволока – это вытянутый профиль небольшого диаметра. Применяется проволока в производстве электротехники и декоративных элементов, а также в машиностроении, авиастроении, при сварке и в обувной промышленности.
  • Латунная труба – обладает высокой пластичностью, устойчивостью к коррозии, износу. Трубы применяются в жилищно-коммунальном хозяйстве, машиностроении, приборостроении, электроэнергетике.
  • Латунный круг – это сплошной профиль круглого сечения. Применяется изделие в автомобилестроении, приборостроении, при изготовлении станков и механизмов.
  • Латунный лист — незаменим в полиграфии, автомобилестроении, электроэнергетике, приборостроении, электротехнической, строительной и химической промышленностях.

При соединении меди и цинка получается латунь. Впервые подобный сплав появился в 2019 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.

Латунь

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.

Посуда из латуни

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

  1. Производства деталей часов.
  2. Получения деталей различных приборов и машин, высокоточной аппаратуры.
  3. При наладке производства методом штамповки.
  4. Получения деталей для автомобилей: болты, гайки, втулки.
  5. При производстве труб для морских судов, самолетов и иного транспорта.

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:

  1. Коррозионностойких деталей, которые сегодня получили широкое распространение в области машиностроений и судостроения.
  2. Деталей, применяемых при изготовлении различных аппаратов.
  3. Сложной по своей конфигурации запорной арматуры или различных приборов, которые применяются при температуре не выше 250 градусов Цельсия. Высокая пластичность латуни позволяет ее использовать при создании запорной арматуры, установка которой будет проводиться при гидровоздушных ударных нагрузках.
  4. Подшипников и втулок самого различного применения.

Светильник из красной латунь

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

  1. Содержание 57-75% меди.
  2. Концентрация 24-42% цинка.
  3. Легирование сплава 0,3-0,8% свинцом.

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:

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

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

В машиностроении и другой области производства большое распространение получила литейная разновидность латуни. Ее плотность относительно невелика (около 2019 кг/м3), однако другие физические свойства определили большое распространение литейной латуни:

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

Желтая латунь

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

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:

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

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

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

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

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

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

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:

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

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

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Латунь является двойным или многослойным сплавом на основе меди с основным легирующим элементом — цинком. Также часто добавляют олово, железо, никель, свинец и марганец, другие элементы. К бронзам по металлургической классификации не относится.

Плотность материала — это физическая величина, которая определяет отношение массы материала к занимаемому объему. Другими словами, плотностью называют количество массы, находящейся в 1 единице объема. В системе СИ единицей измерения плотности принято считать кг/м3. Какова плотность латуни, можно узнать из физических свойств сплава, величина плотности может меняться в зависимости от среды и условий измерения. Плотность твердых веществ можно узнать из справочной химической таблицы.

Латунь: плотность и свойства

Латунь знакома людям еще с древности, по своему внешнему виду сплав

напоминает золото

, только стоит намного дешевле. Благодаря своим свойствам она сразу нашла широкое применение, сплав был открыт впервые в Древнем Риме, а затем повторно в 18 веке.

Внешний вид ее напоминает благородный металл, но в ней нет золота, основу составляет сплав цинка и меди и некоторых других элементов, доля которых не более 10%. Поскольку в составе меди много цинка и меди, то ее характеристики очень напоминают эти элементы. По своему цвету, сплав может переходить от светло-желтых к красным оттенкам. Плотность составляет 8300-8700 кг/м3. Температура плавления латуни 880-950оС, это зависит от ее состава, если содержится больше цинка, тогда температура плавления снижается. По своей плотности латунь входит в группу цветных металлов и сплавов.

С помощью контактной сварки латунь легко сваривается и хорошо прокатывается. Если ее поверхность не покрыта лаком, она быстро чернеет на воздухе, но в составе с другими металлами она имеет большее сопротивление воздуху чем, например, медь, очень легко полируется.

Латунный сплав хорошо поддается обработке в холодном и горячем состоянии, имеет хорошие механические характеристики. По своему внешнему виду она очень схожа с медью, но в отличие от меди латунь обладает высокой износоустойчивостью и прочностью. Латунь менее тугоплавкая, но удобней в обработке, поскольку более ковкая и вязкая.

От содержания в составе основного металла будет зависеть тепло и электропроводность латуни, когда доля выше, тогда проявляются сильней эти свойства.

Значение латуни

Сплав меди с бронзой во все времена был очень важным для людей, но латунь также играла свою важную роль в истории человечества. Древние римляне

сплавляли цинк с рудой — галмеем

, но такой способ вскоре устарел и в Англии сделали другое открытие, которое и завоевало популярность.

Для получения латунного сплава использовались тигли, так температура могла достичь 1000оС. Медь насыщалась парами цинка в итоге получался готовый сплав, если не было других примесей. Недорогой и доступный способ получения латуни приобрел большую популярность.

Температура плавления отдельно взятого цинка и меди слишком разные, поэтому для облегчения получения готового сплава стала добавляться лигатура в незначительном количестве, но в готовом составе. В таком виде сплав облегчает задачу в промышленном производстве. Все латуни делятся на два вида:

  • Двухкомпонентные — в составе цинка и меди с незначительным добавлением других примесей.
  • Многокомпонентные — кроме обычной меди и цинка присутствуют легирующие компоненты.

Применение латунного сплава

Относительно недорогой и легкий способ получения сплава его уникальные свойства позволили стать ему универсальным, поэтому сфер применения у него множество. Из него вытягивают пруты и проволоку, штампуют в листы, а также делают очень тонкую фольгу. Мелкие и крупные детали, фурнитура, трубы, арматура используются во многих отраслях:

  • Автомобильная и химическая промышленность
  • Приборостроение
  • Ювелирное дело
  • В самолетостроении, создании морских и речных судов

Цвет сплава очень похож на золото, поэтому в ювелирном деле из него часто делают украшения, он отлично полируется. Когда за дело берется настоящий мастер, то обычному человеку сложно понять, что это недрагоценный металл. Бижутерия из латуни выглядит красиво и дорого.

В чистом виде медь очень неустойчива к коррозии, а цинк является хрупким металлом, с помощью сплава этих двух видов металла соединились их лучшие свойства и минимизировались недостатки.

  • Деформированная разновидность — томпак, он характеризуется высокой прочностью, низкой силой трения и устойчивостью к ржавчине.
  • Литейная — из нее выполняют фасонные изделия методом литья, а также полуфабрикаты, Меди в ней содержится 50-81%. Этот вид не ржавеет, обладает высокими механическими свойствами, удобен в обращении, благодаря жидкому состоянию, устойчив к трению с другими материалами.
  • Автоматная латунь — благодаря своей мягкости из нее делают пруты, листы, ленты и полосы.
  • Ювелирные сплавы.

Заключение

В последние годы спрос на латунный сплав только возрастает в основном она пользуется спросом на азиатском рынке. Его также покупают и развитые экономические страны, например, европейские, США . Уровень производства латуни зависит от ее спроса, а также от мирового рынка меди.

  • Автор: Александр Романович Чернышов
  • Распечатать

Оцените статью:

(0 голосов, среднее: 0 из 5)