Химический состав сплава латуни, свойства, маркировка 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.

Пожалуй, самым интересным, исходя из разнообразия качеств, марок, характеристик и сферы применения, является сплав латуни. И, несмотря на то, что его цена ниже, чем у, скажем, меди, именно он применяется даже при изготовлении ювелирных изделий. Состав латуни прост, но различные пропорции придают настолько разнообразные качества, что об этом нужно рассказать подробно.

Состав и классификация латуней

Классический состав предполагает наличие в сплаве меди и цинка в пропорции 2:1 соответственно. Такой латунь знали Древние римляне. Скептики вспомнят, что цинк в чистом виде открыли в XVI веке. Но в случае с Древним Римом речь идет о цинксодержащей породе, которую на тот момент уже перерабатывали.

В те времена было поверье, что именно наличие цинка определяет цвет, и только позже стало известно, что солнечный оттенок сплава латуни получается благодаря тому, что наличие цинка разбавляет медную красноту.

  • Латунь делят на двухкомпонентые (простые) и многокомпонентные (специальные).   

Одна из маркировок изделий, материалом для которых служит латунь, означает процентное содержание компонентов. Так буква Л указывает на тип сплава — латунь. а рядом стоящий  числовой индекс указывает на содержание меди в составе. Например, Л80» расшифровывается, как «латунь, состоящая из 80% меди и 20% цинка».

Две составляющие – не обязательное требование. Если их больше, то каждый вводимый в состав латуни компонент отображается в маркировке при помощи соответствующего буквенного символа, следующего за буквой Л. В качестве добавок может выступать олово, никель или свинец. При этом латунь меняет свои свойства.

Добавки вводятся в сплав для достижения определенных целей. Например, латунь в классической пропорции не может быть применена в судостроении. Все благодаря неустойчивости латуни к воздействию солевых растворов (морской воды). Добавки, введенные в состав сплава решает эту проблему, сохраняя основные характеристики.

  • По степени обработки сплавы бывают: деформируемые (латунная лента, проволока, труба, латунный лист) и литейные (арматура, подшипник, детали приборов).

Деформируемые двухкомпонентные латуни

Деформируемые многокомпонентные латуни

 

Литейные латуни

Добавки в сплавах

В латунях применяются легирующие элементы. Это вещества, вводимые в сплав с целью изменить структуру, и как следствие характеристики. К таковым элементам относятся:

  1. Алюминий. Наличие алюминия в сплаве снижает показатель летучести. В результате взаимодействия с кислородом, на поверхности изделия образуется слой оксида алюминия, который исключает летучесть материала.
  2. Магний. Эта добавка, чаще всего, вводится в комплексе с железом и алюминием. Таким образом, меняется структура, и сплав становится более крепким, износостойким, устойчивым к коррозии.
  3. Никель. Данный тип добавок вводится для нейтрализации последствий окислительных процессов.
  4. Свинец. Наличие в составе этого легирующего элемента обеспечиваем материалу пластичность. Он становится более ковким, легче поддается механическим воздействиям, резке, в том числе. Применяется для изделий, не предполагающих несущую функцию при эксплуатации.
  5. Кремний. Добавка вводится для повышения прочности металла, и его жесткости. Если параллельно добавляется свинец, то произойдет улучшение антифрикционных качеств. Опять же конкурирующими становятся сплавы меди, цинка, кремния со свинцом и бронзы с оловом. Себестоимость последнего выше.
  6. Олово. Этот металл добавляют, чтобы свести на нет опасность возникновения очагов коррозии. Это особенно важно в судостроении. С добавлением олова, соленая вода металлу не страшна.

Бытовое применение латуни

Для латуни свойственна мягкость и податливость при механической обработке. В то же время сплавы характеризует прочность. Внешнее сходство с золотом определило популярность в ювелирном производстве. Латунь используют для придания золотистого оттенка орденам и медалям, а также для нанесения орнамента на посуду. Украшения и фурнитура из неё имеет привлекательный внешний вид при минимальной цене.

На службу ювелирам пришла латунь оттенков:

  1. М 67/33 желтая;
  2. М 60/40 зеленая;
  3. М 75/25 золотистая;
  4. М 90 яроко жёлтая.

Л62 и Л68 нужны в качестве тренажеров для обучающихся ювелирному искусству. Такой выбор обусловлен схожестью в характеристиках. А вот для изготовления знаков отличия используется латунь, в составе которой 15% составляет цинк, а 5% — алюминий. Такие изделия износостойки.

Для латуней характерна долговечность. Украшения из этого сплава не знают старости и сноса. Зная о данном качестве, подобрав оптимальный состав, компания Zippo изготавливает из латуни большинство моделей зажигалок. Стальной фасад появляется благодаря гальваническому процессу (хромированию). Наличие латунного сплава в основе служит отличительной чертой оригинальной продукции, где латунь – основной материал, от подделки, где латунных деталей нет.

Основное применение изделия из двухкомпонентного сплава нашли в крепеже и запорной арматуре. Это болты и шурупы, змеевики и переходники, краны и задвижки. Применяется латунь, состав которой включаем максимальный процент меди. Цель такого состава сплава латуни – минимизировать себестоимость.

Применение многокомпонентных сплавов (состав включает более двух ингридиентов) более широкое. Это:

  • авиация;
  • судостроение;
  • холодильное оборудование (латунные трубки теплообменника);
  • производство часовых механизмов и т.д.

Все благодаря тому, латунные сплавы податливые, мягкие, но при этом  –  это прочный материал.

Рекомендация по уходу

Латунь очищается и полируется щавельной кислотой. Продается она в магазинах хозтоваров и строительных материалов. Перед тем, как обработать сплав, концентрированный состав кислоты нужно развести из расчета 200 мл на 10 литров воды. Только после этого изделие можно обработать кислотным составом.

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 +8000 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.

Особая роль состава латуни

Латунь внешне может напоминать бронзу, если составы и пропорции подобраны верно, а поверхность латуни обработана. Сегодня, ввиду меньшей стоимости, сплавы меди с цинком начали выигрывать позиции на рынке. Некогда популярные бронзовые люстры, бра, предметы декора и смесители теперь все чаще делают латунные.

А чтобы внешне в сплавах нельзя было уловить отличий, поверхность латуни подвергается специальному химическому составу. Так делают сантехническую латунь.

Завоевание рынка декоративных металлов на этом не оканчивается. Сейчас латунь – это материал для спинок кроватей, подсвечников, кухонных вытяжек и утвари, прочих элементов интерьера. Сплавы не напрасно получили статус важнейших металлов мира. И даже типографские шрифты – это латунь.

Как отличить золото от латуни

Латунь – полезный материал не только рядовым гражданам, но и мошенникам.

Отличить благородный металл по характерному оттенку сможет наметанный глаз. Но если с собой имеется украшение, подлинность которого не может быть поставлена под сомнение, то можно сравнить под лупой. Главное, чтобы оба экземпляра были одной пробы. Плотность золота вдвое выше, а значит, идентичные по размеру изделия должны одинаково весить. Опять же потребуется контрольный образец.

Имеющие хороший слух могут выявить подделку, бросив два экземпляра на стекло. Звук должен быть звонкий, тогда это золото. Образец должен быть для сравнения. Химический анализ в домашних условиях также можно сделать. Для этого нужно купить в аптеке обычный ляписный карандаш. Вымыв изделие, и не протирая его, нужно нанести стержень карандаша на фрагмент украшения.

Медь вступит в реакцию, и обработанный участок потемнеет, выявив подделку. Золото инертно, и цвет сохранит неизменным. Однако вариантов обмана много, и лучше всего привлечь к экспертизе независимого профессионального ювелира, у которого имеются все необходимые реагенты и приспособления.

Оцените статью:

Рейтинг: 0/5 — 0
голосов