Лату́нь — 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.
Содержание
История и происхождение названия [ править | править код ]
Несмотря на то, что цинк как химический элемент был открыт только в XVI веке, латунь была известна ещё до нашей эры [1] [2] . Моссинойки получали её, сплавляя медь с галмеем [3] , то есть с цинковой рудой. В Англии латунь была впервые получена путём сплавления меди с металлическим цинком, этот метод 13 июля 1781 года запатентовал Джеймс Эмерсон (британский патент № 1297) [4] [5] . В XIX веке в Западной Европе и России латунь использовали в качестве поддельного золота.
Во времена Августа в Риме латунь называлась орихалк (лат. aurichalcum — буквально «златомедь»), из неё чеканились сестерции и дупондии. Орихалк получил название от цвета сплава, похожего на цвет золота. Однако в самой Римской империи до завоевания Британии в I веке н. э. латунь не производилась, поскольку у римлян не было доступа к источникам цинка (которые появились и стали разрабатываться только после образования провинции Британия в составе империи), до этого цинк мог только ввозиться эллинскими и римскими торговцами, собственной его добычи в континентальной Европе и Средиземноморье не было [6] .
Общая мировая потребность в цинке для изготовления латуни составляет в настоящее время около 2,1 млн т. При этом в производстве используется 1 млн т первичного цинка, 600 тыс. т цинка, полученного из отходов собственного производства, и 0,5 млн т вторичного сырья [ источник не указан 655 дней ] . Таким образом, более 50 % цинка, используемого в производстве латуни, получают из отходов. Технические латуни содержат обычно до 48-50 % цинка. В зависимости от содержания цинка различают альфа-латуни и альфа+бета-латуни. Однофазные альфа-латуни (до 35 % цинка) хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях. В свою очередь двухфазные альфа+бета-латуни (до 47- 50 % цинка) малопластичны в холодном состоянии. Их обычно подвергают горячей обработке давлением при температурах, соответствующих области альфа- или альфа+бета-фаз. По сравнению с альфа-латунью двухфазные латуни обладают большей прочностью и износостойкостью при меньшей пластичности. Двойные латуни нередко легируют алюминием, железом, магнием, свинцом или другими элементами. Такие латуни называют специальными или многокомпонентными. Легирующие элементы (кроме свинца) увеличивают прочность (твёрдость), но уменьшают пластичность латуни. Содержание в латуни свинца (до 4 %) облегчает обработку резанием и улучшает антифрикционные свойства. Алюминий, цинк, кремний и никель увеличивают коррозионную стойкость латуни. Добавление в латунь железа, никеля и магния повышает её прочность.
Физические свойства [ править | править код ]
- Плотность — 8500—8700 кг/м³.
- Удельная теплоёмкость при 20 °C — 0,377 кДж·кг −1 ·K −1 .
- Удельное электрическое сопротивление — (0,07-0,08)⋅10 −6 Ом·м .
- Не является ферромагнетиком
- Температура плавления латуни в зависимости от состава достигает 880—950 °C. С увеличением содержания цинка температура плавления понижается. Латунь достаточно хорошо сваривается различными видами сварки, в том числе газовой и дуговой в среде защитных газов, и прокатывается. Технологии сварки латуни описаны в соответствующей литературе. Хотя поверхность латуни, если не покрыта лаком, чернеет на воздухе, но в массе она лучше сопротивляется действию атмосферы, чем медь. Имеет жёлтый цвет и отлично полируется.
- Висмут и свинец имеют вредное влияние на латунь, так как уменьшают способность к деформации в горячем состоянии. Тем не менее легирование свинцом применяют для получения сыпучей стружки, что облегчает её резку [7] .
Диаграмма состояния Cu — Zn [ править | править код ]
Медь с цинком образуют кроме основного α-раствора ряд фаз электронного типа β, γ, ε. Наиболее часто структура латуней состоит из α- или α+β’- фаз: α-фаза — твёрдый раствор цинка в меди с кристаллической решёткой меди ГЦК, а β’-фаза — упорядоченный твёрдый раствор на базе химического соединения CuZn с электронной концентрацией 3/2 и примитивной элементарной ячейкой.
При высоких температурах β-фаза имеет неупорядоченное расположение ([ОЦК]) атомов и широкую область гомогенности. В этом состоянии β-фаза пластична. При температуре ниже 454—468 °C расположение атомов меди и цинка в этой фазе становится упорядоченным, и она обозначается β’. Фаза β’ в отличие от β-фазы является более твёрдой и хрупкой; γ-фаза представляет собой электронное соединение Cu5Zn8.
Однофазные латуни характеризуются высокой пластичностью; β’-фаза очень хрупкая и твёрдая, поэтому двухфазные латуни имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные.
Содержание цинка в меди оказывает влияние на механические свойства отожжённых латуней.
При содержании цинка до 30 % возрастают одновременно и прочность, и пластичность. Затем пластичность уменьшается, вначале за счёт усложнения α — твёрдого раствора, а затем происходит резкое её понижение в связи с появлением в структуре хрупкой β’-фазы. Прочность увеличивается до содержания цинка около 45 % , а затем уменьшается так же резко, как и пластичность.
Большинство латуней хорошо обрабатывается давлением. Особенно пластичны однофазные латуни. Они деформируются при низких и при высоких температурах. Однако в интервале температур 300—700 °C существует зона хрупкости, поэтому при таких температурах латуни не деформируют.
Двухфазные латуни пластичны при нагреве выше температуры β’-превращения, особенно выше 700 °C, когда их структура становится однофазной (β-фаза). Для повышения механических свойств и химической стойкости латуней в них часто вводят легирующие элементы: алюминий (Al), никель (Ni), марганец (Mn), кремний (Si) и т. д.
Порядок маркировки [ править | править код ]
Принята следующая маркировка. Латунный сплав обозначают буквой «Л», после чего следуют буквы основных элементов, образующих сплав. В марках деформируемых латуней первые две цифры после буквы «Л» указывают среднее содержание меди в процентах. Например, Л70 — латунь, содержащая 70 % Cu. В случае легированных деформируемых латуней указывают ещё буквы и цифры, обозначающие название и количество легирующего элемента, ЛАЖ60-1-1 означает латунь с 60 % Cu, легированную алюминием (А) в количестве 1 % и железом (Ж) в количестве 1 %. Содержание Zn определяется по разности от 100 %. В литейных латунях среднее содержание компонентов сплава в процентах ставится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, латунь ЛЦ40Мц1,5 содержит 40 % цинка (Ц) и 1,5 % марганца (Мц).используеться в трубах
Свойства латуни
Доброго времени суток, уважаемый читатель! В данной статье речь пойдёт о латуни, о её применении и свойствах. 2 трети медь и 1 треть цинка, — таков классический состав латуни. Это сплав , который известен со времен древнего Рима.
Но ведь цинк открыли лишь в 16-ом веке, возразят некоторые. Официально, да. Но, неофициально этот элемент был известен и раньше. Только римляне звали его, вернее цинкосодержащую породу, галмеем.
Древние люди верили, что именно он окрашивает медь в желтый цвет. Теперь же известно, что цинк, всего лишь разбавляет белым, насыщенный красный цвет меди. В итоге, получается солнечный материал.
Видимо, в Риме изготавливали латунь в пропорциях 30% цинка, 70% меди. Есть и вариант с содержанием цинка от 5-ти до 20-ти процентов, но в этом случае сплав красный. У видов латуни даже есть обозначения. На материале ставится заглавная Л и проценты. Последние указывают содержание в сплаве меди.
Бывают также сплавы латуни не из двух, а большего числа компонентов. В этом случае, после буквы Л стоят еще заглавные буквы. Каждая из них обозначает добавленный металл.
Среди таковых бывают: — олово , свинец , никель . Их добавляют, чтобы увеличить антикоррозийные свойства материала. Иначе, латунь не могла бы быть «игроком», к примеру, на рынке судоходства. Сплав классического состава изнашивается от соленой воды.
Применение латуни
Латунь мягка, легко поддается ковке , при этом прочна. Поскольку, внешне металл напоминает золото, его широко применяют ювелиры . Сплав становится материалом для посуды, фурнитуры, украшений, орденов.
К слову, знаки отличия, покрывают сплавом с 15% цинка и 5% алюминия . Именно такая формула внешне максимально напоминает золото и, при этом, устойчива к коррозии. Всего же, в ювелирном деле используют 3 разновидности латуни: — желтую (М 67/33), золотистую (М 75/25), зеленую (М 60/40).
Украшения из сплава чистят щавелевой кислотой. Она отлично полирует поверхность. Приобрести «элексир» можно в обычных магазинах хозяйственных товаров. Правда, кислоту, необходимо разбавить. 200 граммов вещества размешивают в 10 литрах воды и, только потом, очищают изделия из латуни.
Мастера называют латунь «вечный металл». Изделия из нее не знают сносу. К драгоценным металл не относится, а посему серьги, браслеты, кольца из него, лишь бижутерия. Однако, некоторые изделия из сплава статусные и стоят приличных денег.
Так, корпуса знаменитых зажигалок Zippo в большинстве именно латунные. В городке Брэндфорд штата Пенсильвания, где расположен завод, выпускают более 60-ти тысяч зажигалок в день. Поскольку в их составе медь и цинк, изделия желтые. Стальной цвет им придают с помощью гальванизации, то есть напыления на поверхность других металлов серебристых оттенков.
Двусоставную латунь с максимальным содержанием меди пускают на змеевики, машинные запчасти, техническую аппаратуру. Болты, гайки, шурупы изготавливают из сплава со средним содержанием красного металла.
Многокомпонентные латуни пригождаются при производстве самолетов, водных судов, труб ( в том числе, и для холодильного оборудования), часов, пружин, арматуры, сепараторов. Пригождается сплав и в полиграфии. Там из латуни делают матрицы для печати.
А как же делают сам сплав? Сначала расплавляют медь. Металл помещают в резервуары из огнеупорной глины. Те, в свою очередь, — в специальные промышленные печи. В жидкую медь добавляют «по вкусу» цинк. Его закидывают прямо кусками.
Вот и вся технология. В качестве топлива, обычно, используют угль. Для форм, куда отливают латунь, закупают песок. Если необходимы тонкие листы сплава, смесь выливают в металлические емкости, которые называют изложницы.
Загвоздкой в изготовлении металла стала летучесть цинка. При плавке, он попросту испаряется. Приходится применять специальные аппараты, конденсирующие пары и возвращающие элемент в сплав.
Около трети полученного металла отправляют на повторную переплавку. Дело в том, что при литье в формы, латунь дает сильную усадку, образуются прогибы и полости (раковины).
Их срезают и отдают на переработку. Готовая латунь размягчается при температуре не меньше 800 градусов Цельсия. Минимальна планка при большом содержании в сплаве Zn. Чем его меньше, тем выше планка плавления. Такую латунь с высоким содержанием меди (около 90%) называют томпак.
В России на производстве латуни специализируются:
— красноярское предприятие КРАМЗ
— самарский завод вторичных сплавов
— Уралэлектромедь из Верхней Пышмы
— московские группы компаний Элекмед, Nermet, Дельта
— столичные предприятия Металлокоммерция и Интерметаллик
Внешне латунь напоминает бронзу. Последнюю, кстати, сплав с цинком вытесняет с интерьерного рынка. Бронзовые смесители и фурнитуру в магазинах, а значит, и домах заменяют латунные. Они легче поддаются полировке, проще в уходе. Сантехническую латунь часто делают с примесями или покрывают специальными составами. Это делается, чтобы окрасить металл в необычные цвета. Так, в тренде черные краны из латуни.
Из сплава взялись ковать изголовья для кроватей. Они смотрятся легко, воздушно, что на руку владельцам небольших спален. Немаловажна и эстетическая привлекательность кованой мебели. Латунь захватила и рынок светильников и кухонных вытяжек.
Метал латунь признан мировым сообществом, важнейшим из медных сплавов. Как видно, она нашла применение практически повсеместно. Разве, что печатное слово, пока, латуни не подвластно.
Хотя, буквы на станицах книг, документов – это тоже сплав, только сурьмы , свинца и олова. Именно из этого состава изготавливают шрифты в типографиях.
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.
