Латунь – свойства, особенности и сферы применения сплава

Латунь двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим компонентом является цинк, иногда с добавлением олова (меньшим, чем цинка, иначе получится традиционная оловянная бронза), никеля, свинца, марганца, железа и других элементов. По металлургической классификации к бронзам не относится.

Латунь является одним из самых востребованных и широко применяемых материалов.

Сплав бывает разных оттенков – от темно-желтого до желто-красного, золотистого, белого, и даже зеленоватого. Какой цвет приобретет сплав зависит от процента добавок. Латунь характеризуется прочностью, пластичностью, хорошей жидкотекучестью, коррозийной стойкостью, незначительной усадкой, а также она хорошо поддается любым видам обработки.

Что представляет собой

Это один из самых узнаваемых материалов планеты. Как и бронза, латунь не металл, а сплав.

Бывает дву- либо поликомпонентным. Базовый компонент сплава – главный цветной металл планеты медь:

• В первом случае ее дополняет цинк (до 44%). На эту пару приходится основная доля по массе в сплаве.
• В многокомпонентных составах к цинку прибавляются олово, свинец, никель, железо, марганец, другие лигатуры.

Цинк улучшает потребительские свойства, попутно снижая цену конечного продукта.

Латунь не относится к металлам. Как и бронза, это конгломерат нескольких компонентов.

История

Документированная история латуни начинается за сто лет до нашей эры:

• В это время производство сплава освоили древние римляне.
• Спустя 900 лет с ним познакомились жители Ближнего и Среднего Востока. Источником сырья (медь, свинец) стали залежи на севере Персии (нынешний Иран).
• В этот же период по Шелковому пути его завезли на Кавказ.
• Первыми из европейцев сплав получили англичане в конце 18 века. Это был медно-цинковый материал.

Популярность материала на протяжении тысячелетий подкреплялась его сходством с золотом.

Особенности термической обработки и коррозионная стойкость

Рассматриваемый продукт плавится при температуре 906oC. В интервале от 750oC до 880oС он все еще проявляет хорошую пластичность, поэтому может быть обработан механически. Важным этапом производства сплава Л63 является отжиг, который выполняется в интервале 550-650oC. В результате этой обработки происходят два основных процесса:

• снимаются механические напряжения;
• растворяются метастабильные фазы с образованием однофазной структуры.

Наличие механических напряжений является крайне нежелательным для Л63. Известно, что добавка цинка к меди приводит к значительному улучшению ее коррозионной стойкости, поэтому все латуни являются достаточно химически пассивными сплавами. Разрушаются они со временем только в агрессивных средах, например в хлорных и азотных кислотах. Однако наличие напряжений в структурах из латуни значительно ухудшает их коррозионную стойкость.

По причине образования вышеупомянутых напряжений не рекомендуется подвергать изделия из Л63 быстрой резке.

Классификация

Многообразие сплавов породило необходимость их упорядочивания.

По составу

Основное деление латуней ведется по сложности состава:

1. Простые. Состоят из меди плюс цинк. Второе наименование – двукомпонентные.
2. Специальные (поликомпонентные) латуни. Кроме меди и цинка, включают алюминий, свинец, никель, железо, другие составляющие. Это легирующие добавки (лигатуры), добавляемые при плавке для улучшения утилитарных свойств конечного продукта.

Класс специальной латуни определяется лигатурой-доминантом: марганцевая, алюминиевая, оловянная, никелевая, другие.

Цинк в составе придает цвет сплаву:

• красный (4,9 – 19,9% цинка);
• жёлтый (20 – 35,9%);
• зелёный (36 – 39,9%).

Второе наименование красноватой латуни – томпак. Название восходит к малайскому tambaga (медь).

Простые сплавы с долей цинка 10-40% считаются ювелирными. Их цвета – желтый, зеленый, золотой.

По технологии производства

Латуни, полученные разными способами, бывают двух видов:

1. Деформируемые. Проволока, лента, труба, лист.
2. Литейные. Подшипники, начинка приборов, арматура.

Аналогично классифицируются бронзы.

Маркировка

Все латуни маркируются прописной буквой «Л». Далее порядок определяется составом:

• У простых латуней это одна цифра, сигнализирующая о проценте меди в сплаве. Например: Л65 – это сплав из 65% меди и 35% (100 – 65) цинка.
• Маркировка специальных латуней содержит также буквы и цифры, обозначающие вид и количество добавок-лигатур (кроме цинка). Например, клеймо ЛН64-5 присваивается материалу из 64% меди, 5% никеля и 31% (100 минус 64 минус 5%) цинка.

Поскольку маркировка содержит данные о количестве и качестве компонентов сплава, ее справедливо считать формулой данного материала.

Технология получения

В природе латунь не встречается.

Исходником-шихтой для ее производства служит сырье трех видов:

1. Первичное. Добыча медных, цинковых, других руд ведется на природных месторождениях.
2. Медный, цинковый, другой металлический лом, пригодный к переработке (вторсырье). Аккумулируется на пунктах приема.
3. Отходы собственного производственного цикла меткомбинатов.

Традиционные способы получения предусматривают использование печей для выплавки меди и ее сплавов. Обычно это электро-индукционные агрегаты, снабженные магнитопроводом и работающие на низких частотах.

Процесс получения сплава:

• Раскаленную медь помещают в печь.
• Следом загружают кусковой цинк.
• Плавка проходит при 875-945°С.
• В специальные латуни добавляют легирующие добавки.
• Массу перемешивают до однородности, разливают по формам.

На выходе получаются плоские либо круглые латунные слитки. У выплавленных изделий разная твердость, степень закалки и старения.

Продвинутые технологии предусматривают установку вентиляции для вытяжки во время плавки паров, опасных для человека.

Сплавы, марки

По составу латуни делят на двухкомпонентные (лигатура в них цинк) и многокомпонентные. В этих сплавах металлов могут присутствовать олово Sn, Pb (свинец), Al (алюминий), никель Ni, марганец Mn.

По формуле маркировки легко определить, какие металлы содержит сплав, в каких количествах.

Маркировка двухкомпонентных сплавов состоит из буквы Л, к которой добавляют число — процент меди. Пример: Л59, Л75.

В маркировке многокомпонентных латуней указаны первые буквы металла и его процентное содержание. Пример: ЛЦ16К4 — содержание цинка 16%, кремния 4%, остальное медь.

Микроструктура отшлифованного и протравленного латунного сплава под 400-кратным увеличением

Характеристики

Единых базовых параметров латунного сплава не существует. Однако материал без проблем обрабатывается прессованием и механическим воздействием, с хорошей сопротивляемостью коррозии.

Особенности

Единого значения плотности, температуры плавления, порога тепло-, электропроводности латуни не существует. Параметры определяются количеством и долей элементов.

Чем «богаче» состав, тем больше вариаций:

• По сравнению с бронзой, латуни быстрее истираются, менее прочны. Хуже пропускают ток и тепло.
• Не так устойчивы к коррозии и агрессивным средам (морская вода, растворенные органические кислоты). Хотя по этому признаку превосходят чистую медь.
• При взаимодействии с кислотой латунь бледнеет до обесцвечивания. В месте попадания капли агрессивного раствора пузырится.

По данному химическому свойству ее легко отличить от золота. С ним ничего не случается.

• В диапазоне 212-624°С структура латуни разрушается: материал рассыпается.

Скорость коррозии растет с увеличением температуры. Этот феномен нейтрализуется финальным этапом обработки: изделия обжигаются при низких температурах.

Влияние лигатур на свойства сплава

Недостатки материала сглаживаются добавлением лигатур. Попутно легирующие элементы усиливают достоинства:

• Олово, никель, марганец в разы повышают порог прочности и коррозионной сопротивляемости сплава.
• Кремний прочность и твердость снижает. Однако сварщику работать с таким материалом легче.
• Свинец также ухудшает утилитарные характеристики, но облегчает резку.
• Алюминий создает на расплаве защитную пленку-оксид, тормозя «улетание» цинка во время плавки.

Влияние лигатур отражают неофициальные названия сплавов металла. Так, оловянные латуни именуют морскими. Свинцовые – автоматными, поскольку обработка ведется на станках-автоматах.

Свинцовые сплавы – самые востребованные среди латуней.

Кремниево-свинцовый материал малоистираем. Ценится как дублер дорогостоящих бронз.

Физико-химические свойства

Латунь имеют желто-золотистый оттенок, за счет чего материал часто используется при изготовлении художественных украшений. Материал отличается высокой пластичностью, коррозионной устойчивостью и антифрикционными характеристиками. Физические свойства позволяют проводить полировку, ковку, газовую и дуговую сварку, пластическую деформацию металла.

Температура плавления зависит от процента содержания цинка: при его повышении, точка плавления снижается. В среднем она составляет 880-940 градусов Цельсия. На открытом воздухе поверхность латуни окисляется и темнеет, поэтому нередко ее обрабатывают специальным защитным лаком.

Изделия из латуни по своим химическим свойствам отличаются от предметов из других металлов. Устойчивость к окислению и коррозии значительно выше, чем у меди, зато последняя имеет лучшую электро- и теплопроводность. Латунные сплавы проще обрабатывать, но они проигрывают в прочности, например, изделиям из бронзы.

Где используется

Потребительские характеристики латуни сделали ее востребованным материалом в разных сегментах.

Промышленность

Латунные сплавы разной конфигурации закупают производители техники для промышленности, инфраструктуры, оборонпрома:

• Болты, гайки, втулки, переходники, пружины, другие мелкие аксессуары.
• Детали океанских и воздушных лайнеров; морских, речных судов.
• Трубы манометров и конденсаторов.
• Полиграфия. Матрицы.
• Детали, работающие при 300°С.
• Сантехника.

Другие сферы

Хорошо отполированная латунь подобна золоту:

• Жители Европы и России в позапрошлом веке нашли ей применение как бюджетному заменителю благородного металла.
• Ею декорируют дома и общественные пространства. Дверные ручки, замки, краны в ванной, декор стен, лестниц из золотистого томпака обходятся недешево. Но как красиво и статусно.
• Из нее чеканят медали, другие знаки отличия.
• Знатоки подбирают коллекции мелкой пластики.

Нумизматы вылавливают на аукционах монетки номиналом одна, две, три, пять копеек за 1958 год. Их поштучная цена измеряется десятками-сотнями тысяч рублей.

Стоимость обычного материала для промышленности на три-четыре порядка меньше.

Применение латуни

Латунь является универсальным материалом, поэтому нашла широкое применение во многих сферах. Материал, который обладает высокой стойкостью к коррозии, активно используют в машиностроении и судостроении. Также она служит материалом для изготовления сосудов, застежек, наугольников для украшения книг, нательных крестиков и воинских знаков отличия: орденов и медалей. Латунь востребована в производстве труб, кранов, муфт, арматур, и прочих деталей, которые востребованы в сантехнике. Даже при создании ювелирных изделий используют латунь.