Латунь – что входит в состав?

Латунь – это дуэт цинка и меди. Впервые метал был открыт в Англии, эту комбинацию 13 июля в далеком 1781 году решил запатентовать Джеймс Эмерсон.

1 Состав латуни в процентах

Главные составляющие – медь и цинк – используются в пропорциях 70 % и 30 % соответственно.

Свыше 50 % цинка, который используется в производстве латуни, происходит от вторичной переработки мусора. Технические латуни состоят на 48–50 % из цинка. По составу разделяют на альфа и альфа+бета-латуни:

  • Однофазные альфа-латуни состоят на 35 % из цинка.
  • Двухфазные на 47–50 % из цинка и содержат не более 4 % свинца.

На фото - латунь

Латунь (желтая медь) – это многокомпонентный состав на основе сплава меди. Один из самых употребляемых и наиболее полезных сплавов. По классификации металлургов к разряду бронзовых не относится.

Фото сплава меди

Второй основной компонент – это цинк, иногда добавляют олово (намного реже, чем цинк, иначе это уже получится классическая оловянная бронза). Иногда в состав травления латуни входят марганец, свинец, никель, железо и прочие элементы.

На фото - цинк

Если поверхность латуни не покрыта лаком, она быстро темнеет на открытом воздухе, но в своей массе сопротивляется действию атмосферы. Имеет красивый желтый оттенок и легко поддается полировке. Легко или сложно поддается ковке зависит от состава материала и температурного режима обработки. Некоторые виды материала поддаются переработке исключительно в холодном состоянии, прочие материалы в нагретом или вообще не хотят обрабатываться.

Фото поверхности латуни

2 Химический состав латуни

Латунь состоит из цинка и меди. Ее часто сравнивают с бронзой, потому что состав бронзы и латуни объединяет один и тот же компонент – медь. Хотя латунь, состав которой отличается от бронзы, включает в качестве второго элемента цинк, а не олово.

Цинк – это составляющий элемент побочной подгруппы 2-ой группы IV периода периодической системы хим. элементов Менделеева. Атомный номер – 30. Производство зародилось в Индии около XII в. Краткое обозначение символом – Zn (Zincum). В нормальных условиях очень хрупкий переходный металл светло-голубого цвета (темнеет на открытом воздухе и покрывается тонким слоем цинкового оксида). В природе цинк как самостоятельный металл не встречается.

Медь – это составляющий элемент 11 группы IV периода периодической системы хим. элементов Менделеева. Атомный номер – 29. Сокращенное обозначение – Cu (Cuprum). Это эластичный переходный металл светло-золотисто цвета (при наличии оксидной пленки медь становится желтовато-красного цвета). Одни из первых изделий из меди обнаружены при археологических раскопках древнего поселения Чатал-Гююк (7 500 г. до н. э.)

На фото - прутки из латуни, vostokmc.ru

Благодаря цинку и меди (помимо основного α-раствора) образуется целый ряд стадий электронного вида β, γ, ε. Обычно структура латуни состоит из α- или α+β’- фаз:

  • α-фаза – стабильный раствор из цинка и меди с кристаллической гранецентрированной кубической решеткой меди (ГЦК).
  • β’-фаза – структурный стабильный раствор на основе химической комбинации CuZn с концентрацией 3/2 и простой элементарной ячейкой.

Зависимость от температурного режима обработки:

  • Когда температура высокая, β-фаза имеет хаотический порядок атомов и большой объем однородной смеси. В таком состоянии она (фаза) становится очень эластичной, если температура меньше 454–468 °C, структура атомов цинка и меди обретает порядок и обозначается β’.
  • Фаза β’ принципиально отличается от β-фазы и является более жесткой и хрупкой, γ-фаза состоит из электронной комбинации Cu5Zn8.

Однофазные латуни отличаются высокой эластичностью; β’-фаза более прочная и менее эластичная.

Фото листа латуни, mxt22.ru

Разделение в зависимости от количества цинка в сплаве:

  • Если сплав содержит до 30 % цинка, возрастают одновременно и твердость, и эластичность. После чего эластичность понижается, сначала за счет уплотнения α – жесткого раствора. Затем происходит мгновенное ее понижение, это связано с обнаружением в структуре ломкой β’-фазы. Далее твердость возрастает до момента содержания цинка не более 45 %. Затем резко понижается.
  • Большинство латуней очень хорошо поддается обработке давлением. Однофазная категория особенно отличается эластичностью. Латуни изменяют структуру при низких и высоких температурах. Хотя в температурных условиях 300–700 °C возникает "хрупкая зона". В таком температурном режиме деформация не происходит.
  • Двухфазные латуни очень пластичны при нагревании выше температурных условий β’-превращения (особенно более 700 °C). Для роста технических показателей и химической устойчивости в них часто подмешивают дополнительные элементы, например: алюминий (Al), марганец (Mn), никель (Ni), кремний (Si) и другие.

3 Процесс изготовления латуни

Латунь очень легко поддается ковке, очень вязка и поддатливо деформируется и принимает различные формы под ударом молота, растягивается в проволоку или просто штампуется в самые разнообразные детали. Относительно поддатливо плавится и отливается в температурных условиях ниже плавления меди.

Стандартная процедура изготовления происходит:

  • В тиглях которые изготовлены из огнеустойчивой глины. Тигли нагреваются в шахтных или пламенных печах.
  • Непосредственно в отражательных печах (без использования тиглей).

На фото - изготовление латуни, nfmetall.ru

В момент смешивания меди и цинка сплав отливают в подготовленные формы из песка. Определенная часть цинка всегда испарается, что нужно обязательно помнить при формировании состава метала.

4 Применение латуни

Томпа́к – деформируемая разновидность латуни. Состоит из меди и цинка на 88–97 % и 10 % соответственно. Томпак характеризуется:

  • высокой пластичностью;
  • устойчивостью к ржавчине;
  • низкой силой трения.

На фото - томпак

Сплавы меди, которые состоят на 10–20 % из цинка, называют полутомпаками.

Томпак легко поддается сварке со сталью и другими благородными металлами. Его используют для изготовления комбинации стали и латуни. За счет золотистого оттенка из томпака изготавливают художественные изделия, всевозможные медали и фурнитуры. Томпак легко поддается золочению, эмалированию и обработке давлением в низких и высоких температурных условиях.

Фото художественных изделий из томпака

Известный шотландский ученый Эндрю Юр в XIX веке привел несколько примеров содержания томпака. Всего есть три варианта сплава меди, цинка, свинца и олова в пропорциях:

  • 82/18/1,5/3;
  • 82/18/3/1;
  • 82,3/17,5/0/0,2.

Литейная латунь – предназначена для производства полуфабрикатов и фасонных изделий способом литья. Содержит 50–81 % меди. В качестве разбавляющих элементов используют: кремний, алюминий, железо, марганец, олово и свинец. Основные характеристики:

  • не ржавеет;
  • устойчива к трению с другими материалами;
  • отличные механические свойства;
  • удобная в обращении благодаря жидкому состоянию;
  • низкая склонность к распаду материала.

Литейную латунь часто используют для массового производства:

  • элементов арматуры (например литых);
  • больших червячных винтов;
  • гаек нажимных винтов;
  • деталей, устойчивых к ржавчине;
  • втулок;
  • сепараторов;
  • подшипников;
  • деталей, работающих при температуре не более 300 °C;
  • штуцеров (гидросистема автомобилей).

5 Автоматная латунь

Автоматная латунь – свинцовый вид сплава. Состав:

  • 0,3–0,8 % – свинец;
  • 57–75 % – медь;
  • 24,2–42,7 % – цинк.

Добавка свинца во время механической обработки способствует образованию короткой и сыпучей стружки, чем снижает изнашивание разделяющего механизма и позволяет использовать скоростную обработку деталей (отсюда и название).

Фото автоматной латуни, severstalneva.com

Механические свойства автоматной латуни зависят от ее компонентов и агрегатного состояния:

  • мягкое;
  • нагартованное.

Автоматная латунь выпускается в виде:

  • лент;
  • полос;
  • прутков;
  • листов.

На фото - изделия из автоматной латуни, nfmetall.ru

В свою очередь из листов изготавливают:

  • гайки;
  • болты;
  • детали для часов и других изделий массового производства.

Итак, мы выяснили, что латунь состоит из цинка и меди. Выяснили, как ее правильно изготавливать. Разобрались, какие есть виды латуни и для чего лучше использовать каждый вид.