Сплав меди с цинком: как называется, характеристики, маркировка

Автор Екатерина Андреева November 24, 2023

Латунь - уникальный материал, широко используемый в промышленности и быту. Этот сплав меди с цинком отличается высокой коррозионной стойкостью, прочностью и технологичностью.

История открытия латуни

Первые упоминания о латуни относятся к Древнему Риму 1-го века до нашей эры. Тогда этот сплав меди и цинка называли "орихалк" и ценили наравне с золотом и серебром. Однако собственного производства латуни в империи не было, ее завозили торговцы.

В Англии латунь была впервые получена путем сплавления меди с металлическим цинком, этот метод 13 июля 1781 года запатентовал Джеймс Эмерсон.

Таким образом, промышленное производство латуни началось относительно недавно - в конце 18 века. С тех пор сплав меди и цинка получил широкое распространение.

Общая характеристика латуни

Сплав меди с цинком, или латунь, содержит от 5 до 45% цинка. Остальное - медь с небольшими добавками других элементов. Ключевую роль в этом сплаве играет именно цинк, придающий латуни особые свойства.

Для латуни характерны следующие отличительные особенности:

Повышенная прочность по сравнению с чистой медью
Высокая коррозионная стойкость
Хорошая технологичность и обрабатываемость давлением
Тепло- и электропроводность ниже, чем у меди

Благодаря этому уникальному сочетанию свойств сплав меди с цинком широко используется в промышленности, машиностроении, приборостроении, а также для художественных изделий и ювелирных украшений.

Классификация латуней

Различают несколько видов латуни в зависимости от содержания в ней цинка:

Красная латунь - содержит от 5 до 20% цинка
Желтая латунь - с 20 до 36% цинка
Томпак - до 10% цинка, обладает красноватым "золотистым" оттенком

Помимо этого, латуни делят на однофазные и двухфазные. В однофазных цинк растворен в меди, они более пластичные. Двухфазные содержат свыше 39% цинка, обладают меньшей пластичностью, зато большей прочностью.

Еще одна классификация - на двухкомпонентные (медь + цинк) и многокомпонентные латуни. Во вторых дополнительно присутствуют легирующие элементы:

Алюминий
Кремний
Марганец
Никель
Железо

Они придают латуни особые свойства - повышенную прочность, износостойкость, коррозионную стойкость.

Легирующие элементы в латуни

Как уже было сказано, в многокомпонентных латунях кроме основы (меди и цинка) присутствует ряд легирующих элементов, улучшающих свойства сплава.

Например, железо, никель и магний повышают прочность латуни. Алюминий, кремний и никель увеличивают коррозионную стойкость. Добавки свинца улучшают обрабатываемость.

Таким образом, варьируя состав легирующих элементов, можно получать разные марки латуни с заранее заданным комплексом свойств.

Маркировка латуней

Для обозначения разных марок латуни используется специальная буквенно-цифровая маркировка. Она позволяет определить основной состав сплава.

Например, для двухкомпонентной латуни марки Л68:

Л - обозначение латуни
68 - процентное содержание меди

Значит в этой латуни 68% меди и около 32% цинка.

Маркировка многокомпонентной латуни выглядит сложнее, например ЛАЖМц66-6-3-2. Здесь:

Л - латунь
А - алюминий
Ж - железо
М - марганец
66% - меди
6% - алюминия
3% - железа
2% - марганца

Основываясь на маркировке, можно легко определить качественный и количественный состав любой латуни.

Свойства и применение латуней

Деформируемые латуни отличаются высокой пластичностью, коррозионной стойкостью и прекрасно свариваются со сталью. Благодаря этому их часто используют для изготовления биметаллических деталей и конструкций. Кроме того, пластичный томпак с золотистым цветом широко применяют для художественных изделий и элементов декора.

Типичные области применения деформируемых латуней:

Трубы, прутки, проволока
Листы, полосы, профильные изделия
Фурнитура
Художественное литье
Медицинские изделия
Музыкальные инструменты
Ювелирные украшения

Литейные латуни благодаря отличной текучести, технологичности и стойкости к коррозии широко используются для изготовления отливок сложных геометрических форм. В частности, из них производят:

Корпусные детали
Втулки и подшипники
Клапаны и вентили
Фланцы
Теплообменники

Производство латуни

Сплав меди цинка ежегодно производится массой около 2 млн тонн из первичного и вторичного сырья. При этом более половины цинка для латуни получают из отходов и лома.

В технических латунях предельное содержание цинка составляет 48-50%. Это связано с особенностями фазового состава сплава.

Фазовый состав латуней

В зависимости от концентрации цинка в латуни различают однофазные (до 35% цинка) и двухфазные (до 47-50%) сплавы.

Однофазные альфа-латуни пластичны как в горячем, так и в холодном состоянии. Двухфазные сплавы при комнатной температуре хрупки из-за наличия бета-фазы.

Термическая обработка

Сплав состоит из меди, олова, цинка и требует особых температурных режимов деформации и термообработки с учетом фазового состава.

Однофазные латуни можно обрабатывать в широком интервале температур. Для двухфазных существуют ограничения из-за возможного появления хрупкости.

Перспективы применения латуней

Благодаря уникальному сочетанию свойств латунь и в будущем будет широко востребована во многих отраслях. Перспективно легирование новыми элементами и разработка композиционных латуней с улучшенными характеристиками.

Влияние легирующих элементов

Как уже отмечалось, легирование позволяет управлять свойствами латуни. Например, железо, никель и магний повышают прочностные характеристики сплава. Алюминий и кремний увеличивают коррозионную стойкость. Добавки свинца улучшают обрабатываемость резанием.

Оптимальная концентрация легирующих элементов подбирается экспериментально. Существуют рекомендованные пределы для каждого из них, превышение которых может ухудшить свойства латуни.

Термическая обработка разных типов латуней

Температурные режимы обработки латуни зависят от ее фазового состава. Однофазные α-латуни с высоким содержанием меди технологичны в широком диапазоне температур.

Обработка двухфазных латуней ограничена температурами выше 700°C, при которых структура становится однофазной. В противном случае возможно появление хрупкости.

Перспективные области применения латуни

Уникальное сочетание свойств обеспечивает широкое применение латуни в самых разных отраслях - от машиностроения до ювелирного дела. Помимо традиционных областей, перспективно использование легированных латуней в авиакосмической промышленности.

Ресурсосберегающие технологии производства латуни

Более 50% цинка для латуни производится из вторичного сырья и отходов. Это позволяет экономить ресурсы и снижать себестоимость. Перспективны технологии комплексной переработки латунного лома и стружки.

Инновационные разработки в области латуней

Ведутся работы по созданию наноструктурированных и композиционных латуней со специальными добавками. Цель - улучшение физико-механических и эксплуатационных характеристик сплава при сохранении технологичности.

Механические свойства различных видов латуни

На механические характеристики латуни значительное влияние оказывает содержание в ней цинка. С увеличением концентрации цинка до 30% одновременно возрастают прочность и пластичность сплава.

Дальнейшее увеличение цинка приводит к резкому снижению пластичности из-за появления хрупкой β-фазы в структуре. При этом максимальная прочность достигается при 45% цинка.

Технологические особенности обработки латуни

Большинство латуней хорошо поддаются обработке давлением, особенно пластичные однофазные разновидности. Однако существует температурный интервал 300-700°С, в котором возникает хрупкость.

Поэтому при выборе технологических режимов важно учитывать фазовый состав конкретной марки латуни.

Применение латуни в современной промышленности

Благодаря своим уникальным свойствам латунь широко используется в машиностроении, приборостроении, энергетике, транспорте, строительстве, медицине и других отраслях.

Перспективные направления - производство биметаллических, композиционных и наноструктурированных материалов на основе латуни.

Экономические аспекты производства латуни

Использование отходов и вторичного сырья позволяет существенно снизить себестоимость латуни по сравнению с чистой медью при сохранении технологичности.

Перспективно внедрение ресурсосберегающих технологий комплексной переработки латунного лома и стружки.

Добавить комментарий