Латунь Л63 и другие сплавы меди и цинка – особенности и характеристики

1 Что такое латунь – состав, свойства и применение

Когда-то в древности на заре металлургии человек открыл для себя бронзу, в которой смешались медь и олово, а позднее сплав обогатился цинком и другими металлами, несколько изменяющими его свойства. Латунь, в свою очередь, является соединением меди и цинка, куда в некоторых случаях добавляется олово. Собственно, в этом и состоит различие двух сплавов – если в составе до 65 % меди, от 25 до 35 % цинка и от 0,5 до 10 % олова, получится латунь, у которой мелкозернистая структура. Если же олова больше, чем цинка – это уже будет бронза, она отличается более крупным зерном.

Характеристики латуни

Различают простую латунь и многокомпонентную, первая является соединением меди и цинка в разных пропорциях, а вторая включает в состав небольшую долю других элементов, таких как олово, алюминий, железо, свинец, кремний, марганец или даже фосфор. Что касается структуры латуни – она неоднозначна, поскольку существуют одно- и двухфазные сплавы, а также многофазные. Простые сплавы в большинстве своем являются однофазными, то есть в любом интервале температур сохраняют пластичность. Некоторые соединения меди с цинком при наличии примесей бывают двухфазными, то есть могут менять фазу с твердой на хрупкую при определенных температурах. И, наконец, при увеличении содержания легирующих компонентов латунный сплав может быть многофазным, с дополнительными твердыми и хрупкими фазами.

Свинец никогда полностью не смешивается другими составляющими латуни и потому имеет собственную, свойственную только ему фазу, что дает сплаву хорошую обрабатываемость путем резания.

Латунь, в отличие от чистой меди, не так активно окисляется, в то же время она обладает отличной устойчивостью к коррозии, чем и обусловлено ее применение во многих сферах производства и строительства, а также в быту. Однако ее высокая пластичность не всегда удобна при обработке, в частности, сплавы Л63 и Л68 позволяют использовать для изготовления изделий такие методы, как прокат, волочение, вытяжка. При этом латунь Л68 в большей степени может быть подвергнута изгибам и вытяжке, поскольку ее пластичность выше. Температура плавления данного металла зависит от содержащихся элементов и имеет диапазон от 880 градусов до 950.

Что касается специальных сплавов, наибольшей популярностью пользуются содержащие свинец, в частности – очень распространена латунь марки ЛС59. Применяются детали из такого сплава в точной механике. Некоторые многокомпонентные составы приобретают, благодаря добавкам дополнительных элементов, различные полезные свойства. Например, у легированной латуни может быть повышенная устойчивость к морской воде, что свойственно для свинцовых, алюминиевых, кремниевых и марганцевых сплавов. Кроме того, последние имеют еще и высокую сопротивляемость перегретому пару, который все-таки может привести к коррозии простой латуни. Оловянные же сплавы называют морскими, поскольку используются в кораблестроении.

2 Особенности маркировки латуни – что означают буквы и цифры?

В первую очередь следует отметить, что основу любой марки сплава составляет буква Л, которая, собственно, означает первый символ наименования Латуни. Далее обычно следуют цифры, которые указывают на количество содержащейся в составе меди. К примеру, Л65 будет означать, что в сплаве присутствует 65 % Cu, а на цинк приходится 35 %, если нет дополнительных элементов. Впрочем, присутствие других добавок в составе латуни также обязательно будет отмечено в маркировке. В зависимости от того, какой компонент будет добавлен в наибольшем количестве, латунь будет называться по данному элементу. То есть, если в состав включили Pb, сплав называют свинцовым, если Al – алюминиевым, и так далее.

Многокомпонентные сплавы

Теперь рассмотрим маркировки многокомпонентных сплавов, которые в передней части имеют ряд букв и только затем соответствующее количество цифр. В частности, возьмем в качестве примера такой вариант, как ЛАЖМц66-6-3-2. Здесь все элементы перечислены по первым буквам в их названиях, и нетрудно догадаться, что в составе присутствуют кроме латуни алюминий, железо и марганец. Цифры указывают на их количество в процентах, то есть на 66 частей латуни приходится 6 % алюминия, 3 % железа и 2 % марганца. Таким образом, перед нами маркировка алюминиевой латуни. Далее можно высчитать и количество цинка, которого в сплаве содержится 23 %.

3 Как добавки изменяют свойства сплава – тонкости легирования

Латунь может иметь различные характеристики, в зависимости от того, какие элементы были добавлены в нее при выплавке. Причем каждый компонент вносит определенные свойства. Давайте рассмотрим, что получится при легировании латуни тем или иным элементом. Начнем с популярных, то есть свинцовых. По сути, Pb негативно влияет на прочностные качества медно-цинкового сплава, однако при этом повышается антифрикционное свойство латуни. Чтобы не сообщить слишком большую хрупкость латуни, свинец добавляют в количестве, не превышающем 3 %. Используются такие легированные сплавы для изготовления подшипников и различных втулок, подвергающихся трению.

Тонкости легирования

Добавление олова обеспечивает устойчивость к коррозии в самых агрессивных средах, спектр которых довольно широк. Причина – в изменении так называемой β-фазы металла, которая отвечает за хрупкость и уязвимость к коррозии. Как следствие, α-фаза, в которой сплав имеет высокую пластичность и прочность, получается более растянутой. Как уже было сказано, оловянная или, иначе, "морская" латунь применяется в судостроении, но также и для производства деталей, которые должны с высокой степенью надежности работать в агрессивных средах.

Железо – не особо подходящий элемент для легирования латуни и добавляется в нее только в комплексе с марганцем, зато такой состав в значительной степени повышает свои прочностные свойства. В итоге детали из этого сплава способны выдержать очень большие нагрузки, но детали из него изготавливают самых несложных форм (например, гребные винты и лопасти), поскольку обработке железисто-марганцевая латунь поддается плохо. Особенность отливок – их чаще всего делают массивными, для крупных конструкций. Также в СССР был разработан алюминиево-железистый сплав, легкий и очень прочный, из которого изготавливались детали для военной техники.

Алюминий, как несложно догадаться, увеличивает сопротивляемость латуни коррозии и в то же время делает сплав несколько более легким. Количество добавляемого Al зависит от того, какой способ обработки металла необходим. К примеру, при включении в сплав 4 % легирующего элемента он может подвергаться обработке давлением, а для отливок можно повысить содержание алюминия до 7 %. Как правило, из такой алюминиевой латуни выпускают трубы для судостроения, поскольку износостойкость ее очень высока в сравнении с медью, применяемой раньше в данной сфере. Если, помимо прочего, добавить никель, марганец и кремний, у сплава повысится показатель упругости.

Никель в значительной степени улучшает свойства латуни, в частности, ее электро- и теплопроводность, а также уменьшает зернистость структуры, повышая механические характеристики. Наличие этого элемента позволяет расширить α-фазу и даже полностью исключить β-фазу, благодаря чему устойчивость к коррозии становится чрезвычайно высокой. Из этого сплава производятся трубы, детали для морских судов, автомобилей, а также арматура, крепежи и всевозможные декоративные элементы.

Добавление марганца обусловлено, по большей части, повышением устойчивость латуни при помощи этого элемента в отношении хлорки, морской воды и перегретого пара. То есть выполненные из такого сплава детали способны противостоять многим агрессивным средам. Из чистой марганцевой латуни выпускают многие изделия, в том числе лопасти корабельных рулей, гребные винты, а также поршни. Нередко применяется этот сплав для производства болтов и гаек, которые в дальнейшем соединяют конструкции, предназначенные для эксплуатации в агрессивных средах.