Характеристики и применение латуни – сплава меди с цинком

Для сплава меди с цинком характерны такие свойства, как устойчивость к коррозии и высокая прочность. Уровень коррозионной устойчивости латуни находится посередине значений данного параметра у меди и второго металла – цинка.

Применение сплава меди с цинком в производстве изделий сложных форм, но с небольшими геометрическими размерами оправдано его технологическими свойствами. Такой материал (как медь и ее сплавы другого типа) хорошо формуется, а готовые изделия из него легко поддаются обработке различными методами.

Виды латуни в зависимости от содержания цинка

Латунь отличается высокой текучестью и незначительной склонностью к ликвации, что делает ее идеальным материалом для производства различных деталей методом литья. Кроме того, латунь хорошо поддается обработке методом пластической деформации, что дает возможность производить из нее различные изделия методом прокатывания (проволока, ленты, листы, прокат различного профиля).

Цинк может содержаться в латуни в количестве 5–45%, сплав по такому параметру может относиться к различным категориям. Первая категория – это желтые латуни (цинка в них содержится 20–36%), вторая – красные (в них содержание цинка составляет от 5 до 20%). Вид сплава, который называется томпак, содержит до 10% цинка. Есть латуни, цинка в которых больше 45%, но их использование очень ограничено.

Для сплавов меди (в том числе и с цинком) характерна меньшая тепло- и электропроводность, если сравнивать их с основным металлом, но и стоимость их значительно меньше. Учитывая этот факт, а также то, что по основным характеристикам – механическим, технологическим, а также антифрикционным – такие материалы мало чем отличаются от основного металла, использовать их экономически целесообразнее.

Цилиндр из латуни

Медные сплавы, их свойства, характеристики, марки

Изготовление медных сплавов позволяет улучшить свойства меди, не теряя основных преимуществ данного металла, а также получить дополнительные полезные свойства.

К медным сплавам относят: бронзу, латунь и медно-никелевые сплавы.

Бронза

Сплав меди с оловом. Однако, с развитием технологий появились также бронзы, в которых вместо олова в состав сплава вводятся алюминий, кремний, бериллий и свинец.

Бронзы твёрже меди. У них более высокие показатели прочности. Они лучше поддаются обработке металла давлением, прежде всего, ковке.

Маркировка бронз производится буквенно-цифровыми кодами, где первыми стоят буквы Бр, означающими собственно бронзу. Добавочные буквы означают легирующие элементы, а цифры после букв показывают процентное содержание таких элементов в сплаве.

Буквенные обозначения легирующих элементов бронз:

• А – алюминий,
• Б – бериллий,
• Ж – железо,
• К – кремний,
• Мц – марганец,
• Н – никель,
• О – олово,
• С – свинец,
• Ц – цинк,
• Ф – фосфор.

Пример маркировки оловянистой бронзы: БрО10С12Н3. Расшифровывается как «бронза оловянистая с содержанием олова до 10%, свинца – до 12%, никеля – до 3%».

Пример расшифровки алюминиевой бронзы: БрАЖ9-4. Расшифровывается как «бронза алюминиевая с содержанием алюминия до 9% и железа до 4%».

Латунь

Это сплав меди с цинком. Кроме цинка содержит и иные легирующие добавки, также и олово.

Латуни – коррозионно устойчивые сплавы. Обладают антифрикционными свойствами, позволяющими противостоять вибрациям. У них высокие показатели жидкотекучести, что даёт изделиям из них высокую степень устойчивости к тяжёлым нагрузкам. В отливках латуни практически не образуются ликвационные области, поэтому изделия обладают равномерной структурой и плотностью.

Маркируются латуни набором буквенно-цифровых кодов, где первой всегда стоит буква Л, означающая собственно латунь. Далее следует цифровой указатель процентного содержания меди в латуни. Остальные буквы и цифры показывают содержание легирующих элементов в процентном соотношении. В латунях используются те же буквенные обозначения легирующих элементов, что и в бронзах.

Пример маркировки латуни двойной: Л85. Расшифровывается как «латунь с содержанием меди до 85%, остальное – цинк».

Пример маркировки латуни многокомпонентной: ЛМцА57-3-1. Расшифровывается как «латунь с содержанием меди до 57%, марганца – до 3%, алюминия – до 1%, остальное – цинк».

Медно-никелевые сплавы

• Мельхиор — сплав меди и никеля. В качестве добавок в сплаве могут присутствовать железо и марганец. Частные случаи технических сплавов на основе меди и никеля:
• Нейзильбер – дополнительно содержит цинк,
• Константан – дополнительно содержит марганец.

У мельхиора высокая коррозионная устойчивость. Он хорошо поддаётся любым видам механической обработки. Немагнитен. Имеет приятный серебристый цвет.

Благодаря своим свойствам мельхиор является, прежде всего, декоративно-прикладным материалом. Из него изготавливают украшения и сувениры. В декоративных целях является отличным заменителем серебра.

Выпускается 2 марки мельхиора:

• МНЖМц – сплав меди с никелем, железом и марганцем;
• МН19 – сплав меди и никеля.

Физические свойства

• 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 [9] .

Латунь

При введении в расплав меди цинка, получают сплав под названием латунь. Существует двухкомпонентная латунь, в нем содержаться только медь и цинк. Кроме нее промышленность выпускает специальные сплавы, в состав которых входят многочисленные легирующие элементы.

Применение цинка, как компонента сплава существенно повышает прочностные параметры меди. Максимальной пластичности достигает латунь, в состав которой входит порядка 40% цинка.

Большая часть произведенной латуни, используют для производства катаных изделий – труб, листа, проволоки и многих других.

При маркировке латуни используют набор букв и цифр. Буква Л, говорит о том, что это латунь. Затем следует набор символов, показывающий какие материалы, входят в состав этого сплава. Надо отметить, то, что содержание цинка не показывается. Для того, что бы его узнать, надо из 100% отнять, входящее в медный сплав количество основного материала и других элементов. Например, латунь Л90, содержит в себе 90% меди, а остальное составляет цинк.

Если сравнивать характеристики латуни и меди, то надо отметить, что у латуни более высокие прочностные параметры, она отличается стойкостью к воздействию коррозии.

По технологическому предназначению из разделяют на литейные и те, которые обрабатывают под давлением. Последние называют деформируемыми.

Виды цинковых сплавов по назначению

По назначению сплавы цинка могут быть нескольких видов:

• Деформируемые.15% – алюминий, 5%- медь, более 1% – магний. Изготавливается в виде листов или прутьев. По свойствам схожи с латунью.
• Литейные. Их изготавливают путем добавления в цинк 3-4% меди и алюминия, а также 0,05% магния. Имеют хорошую текучесть. Поэтому их изготавливают посредством литья под давлением или литья в формы.
• Антифрикционные. В их состав входит 10% алюминия, 5% меди и 0,1% магния. Изготавливаются посредством литья под давлением. Имеют низкий коэффициент трения и используются в автомобилестроении.
• Припои. Их используют для пайки алюминиевых деталей. Обычно включают в себя примеси – металлы. От этого повышается их прочность.
• Типографические. В их состав входит 7,5% алюминия, 2% магния и примерно 4% меди. Такие сплавы очень прочные, отлично льются в формы.
• Протекторные. В их состав входит не более 1% алюминия и мизерное количество кремния и магния. Устойчивы к коррозии даже во влажной среде. Поэтому такие сплавы применяются в качестве защитных материалов.

Элементи, сплавливаемые с медной основой

Существует много легирующих присадок к главному веществу, посредством которых сплавам меди с другими металлами придаются требуемые для производства свойства. Чтобы довести до пользователей состав многокомпонентного материала, принято обозначать наименования входящих в новый металл элементов по первым буквам их названий: цинк — Ц, никель — Н, олово — О, марганец — Мц, магний — Мг. Аналогичным образом шифруют хром, железо, свинец, кремний, алюминий, фосфор и бериллий.

Примеры маркировки

Медь входит в состав многих сплавов, и для определения содержания Cu в предмете надо разбираться в маркировках, представлять, в каких пределах изменяется доля основного металла. Наибольшую известность приобрели:

• латунь (Cu + Zn);
• бронза (Cu + Sn);
• мельхиор — сплав с никелем; из него чеканили советские монеты от 10 копеек, изготавливали подарочные наборы столовых ножей, вилок и ложек.

Больше распространены изделия из бронзы и латуни — жёлтой меди, как её именуют в сантехнике. По химическому составу сплав с цинком бывает двойным и многокомпонентным. В последнем случае в него входят другие легирующие добавки, например, марганец. Соотношение основного металла и вторичных компонентов варьирует в широких пределах.

Если двойная латунь содержит Zn до 20%, её называют томпак. В маркировке после буквенного обозначения указывают количество меди: Л60 — 60%. Многокомпонентный сплав с участием 2% марганца шифруется как ЛМц58−2, цинка в нём — 40%.

Сбор легированного красного металла

Оценивая с точки зрения прибыльности доход от сдачи 1 кг лома меди и её сплавов, приходят к выводу о предпочтительности поиска чистого металла: в этом случае рентабельность оказывается выше в 1,5―2 раза. Найти Cu без добавления легирующих элементов — большая удача и случается редко. Медные сплавы часто встречаются в отслуживших свой век бытовых приборах:

• в сантехнике — душевые шланги и трубки, смесители, краны и вентили, регистры отопления;
• в мебели и элементах квартиры — фурнитура шкафов, окон и дверей;
• в светильниках старого года выпуска.

Практически во всех применяемых сегодня медных сплавах, кроме латуни, количество легирующих элементов не превышает 10%. Свойства сплавов меди и их применение зависят от добавок: кремний и алюминий придают пластичность, свинец — улучшает антифрикционные качества и упрощает обработку резанием. Стойкость против коррозии усиливается за счёт цинка, олова и марганца.

Латунь используется преимущественно в приборо- и машиностроении — запорные устройства и вкладыши скольжения, из неё изготавливают гильзы для боеприпасов. Детали оборудования также делают на основе сплавов. В известном материале дюраль меди содержится 4,4%. Соединения Cu + Au применяют в ювелирном деле для придания золоту большей стойкости к истиранию.

3 Как маркируется латунь?

Разобраться с маркировкой описываемых сплавов несложно. В простых (двухкомпонентных) латунях на первом месте их марки стоит литера «Л», а затем идет двузначное число. Это число указывает на то, сколько меди содержится в сплаве (данные приводятся в процентах). Таким образом, если мы видим перед собой маркировку Л70, сразу становится понятным, что в данной композиции имеется 70 % меди и 30 % цинка.

Многокомпонентные сплавы имеют чуть более сложную маркировку. После литеры «Л», говорящей потребителю о том, что перед ним именно латунь, а не какой-либо иной состав, ставятся и другие литеры. Под ними зашифрованы легирующие добавки, введенные в сплав. А после этих «буквенных шифров» идут цифры (друг от друга они отделяются дефисами):

• первая (двузначная) определяет содержание в сплаве меди;
• остальные говорят о количестве легирующих компонентов.

Для примера давайте посмотрим на латунь ЛАЖМц66-6-3-2. В ней имеется 66 % меди (первое число после букв), 6 % алюминия (вторая цифра), 3 % железа (третья цифра) и 2 % марганца (четвертая цифра). Сложив друг с другом эти числа, мы получим сумму 77. Это означает, что второго главного компонента в данном сплаве (цинка) содержится 23 % (от 100 отнимаем 77).

Добавим, что литейные латуни, о которых мы расскажем чуть ниже, маркируются иначе. В них после литеры, указывающей на легирующий компонент, сразу ставят цифру, определяющую процентное содержание этого самого компонента в сплаве. То есть, состав сплава, допустим, ЛЦ40Мц1,5 расшифровывается следующим образом:

• цинка – 40 %;
• марганца – 1,5 %;
• остальное – медь.

Медь и ее сплавы, как источник цветного вторичного металла

Взвешивая «чистый» металл и его сплавы на весах прибыльности при сдаче металлолома, можно сказать, что стоимость первого в полтора – два раза выше. Однако весовое содержание меди в металлических конструкциях часто уступает на выходе ее сплавам.

Так, медные сплавы можно обнаружить среди пришедших в негодность изделий сантехники: водопроводные краны, вентили, душевые шланги и трубки. Многие старые светильники, дверная фурнитура также изготовлены из медных сплавов, однако верх пьедестала, по весовому содержанию, занимают радиаторы отопления.

Непосредственно медь стоит искать среди бытовых приборов, желательно уже выработавших свой эксплуатационный ресурс:

• ламповый телевизор – 1,5 кг;

Ламповый телевизор с медью

• полупроводниковый ТВ приемник – 0,5 кг;

• компрессионный холодильник – около килограмма в двигателе, еще столько же могут содержать трубки радиатора;

• электродвигатели – в среднем килограмм на киловатт мощности;

Незаслуженно обходят вниманием магнитные пускатели, хотя оборудование помимо обмотки содержит медь в шинах. Небольшое содержание металла, менее килограмма принесут автомобильные стартеры и генераторы, дроссели люминесцентных ламп, трансформаторы, реле, компрессоры холодильников.

Медистые ферросплавы

В отличие от других случаев соединения металлов, основой для легирования является не медь, а железо. Сплав Cu + Fe обладает высокой пористостью.

С точки зрения заготовки медного лома, медистые стали интереса не представляют — содержание Cu находится в пределах 0,2―0,5%. Но для переплавки чугуна и чёрного металлолома сплав железа и меди играет роль легирующей присадки при термическом переделе. За счёт добавления Cu антикоррозийные свойства стали улучшаются в 1,5―3 раза против обычной углеродистой. В порошковой металлургии в отношении медистой стали отмечаются следующие явления:

1. Медь повышает прочность при одновременном введении 5―6% Cu и углерода 0,3―0,6%. При этом ухудшаются пластические свойства сплава.
2. Улучшается обрабатываемость стали.
3. Возрастает стойкость к атмосферной коррозии.

Малоуглеродистая сталь с медью используется для обшивки ж/д вагонов, изготовления резервуаров. Краска на изделиях из такого металла удерживается дольше.