Что изготавливают из латуни

Из сплава меди и цинка производят сплав, который получил название латунь. При этом от процентного соотношения этих чистых металлов изменяются многие свойства сплава, например, плотность латуни, ее пластичность, электропроводность и другие. Помимо основных металлов, в состав сплава входят другие элементы, влияющие на получение специальных свойств латуни, необходимых для конкретного применения.

Что изготавливают из латуни

Историческая справка

Согласно историческим сведениям, первыми металлами, которые использовал человек, были медь и золото. Оба металла являются очень мягкими в чистом состоянии, поэтому их использование в жизнедеятельности человека является достаточно ограниченным. В частности, медь использовалась древними людьми с момента начала использования ими огня, а со времен Римской империи этот металл стал более интенсивно применяться в изготовлении труб, военного оружия, украшений для статуй и для других целей.

Для улучшения характеристик чистых металлов, например, большей твердости и прочности, со временем человеку пришла мысль смешивать их. Так, приблизительно в 3500 году до нашей эры в Месопотамии получили бронзу — сплав меди с оловом, который обладал высокой сопротивляемостью к коррозии и был более прочной, чем каждый чистый металл по отдельности. Благодаря этим свойствам бронзу стали использовать для производства оружия и орудий труда.

Что изготавливают из латуни

Около 1400 года до нашей эры была открыта латунь — сплав цинка и меди, который демонстрировал великолепную устойчивость против деформации, обладал высокой пластичностью при низких и высоких температурах и имел высокую устойчивость к коррозии и механическому износу. Однако ее использование приобрело массовый характер только в 250 году до нашей эры с началом производства монет в Римской империи.

С этого времени применение латуни стало осуществляться в самых различных областях человеческой деятельности начиная от вооружения и заканчивая ювелирными украшениями. В XV веке она стала использоваться для производства астрономических инструментов, а с появлением печати сплав стал активно применяться в типографии. С середины XVI века в Европе болты и гайки изготавливались главным образом из латуни, меди и бронзы. Этот сплав использовали для изготовления шестерен часовых механизмов, а в XVII веке в Голландии латунь использовали для изготовления оптического телескопа.

Состав и свойства сплава

Пропорции металлов в сплаве могу широко варьироваться, что влияет на создание материала с нужными свойствами. В индустриальных сплавах процентное содержание цинка всегда ниже 50%. Состав определяет следующие свойства материала:

  • плавкость;
  • способность к формовке;
  • ковкость;
  • способность к штамповке;
  • способность к механической обработке.

При низких температурах из латуни можно делать листы различной толщины либо вытягивать проволоку. Плотность латуни и температура плавления также зависят от состава. В общем случае удельный вес латуни меняется от 8,4 г/см3 до 8,7 г/см3, а точка плавления находится между температурами 900 °C и 940 °C.

Что изготавливают из латуни

Чистая медь имеет плотность 8,96 г/см3 и температуру плавления 1084 °C, а чистый цинк обладает плотностью 7,14 г/см3 и температурой плавления 420 °C, то есть эти два свойства латуни близки к свойствам меди, ввиду ее большего относительного количества в сплаве в сравнении с цинком.

Главным образом изделия из латуни используются в качестве декоративных украшений благодаря их внешнему виду и блеску, похожему на золото. Также используют этот сплав в устройствах, в которых требуется небольшое трение между рабочими деталями, например, в замках и различных вентилях. Находит сплав и свое применение в электрических приборах, а также благодаря своим акустическим свойствам он применяется в изготовлении некоторых музыкальных инструментов таких, как трубы и колокольчики.

Человечество знакомо с латунью с доисторических времен, еще до открытия самого цинка. Изначально этот сплав получали путем смешивания меди и минерала гемиморфита, который является естественным источником цинка. Шахта по добыче гемиморфита была открыта в одной из деревень современной Германии. Эта шахта функционировала во времена Римской империи. В процессе смешивания меди и гемиморфита при высокой температуре цинк выделяется из этого минерала и сплавляется с медью.

Физические свойства латуни включают в себя следующие характеристики:

  • Что изготавливают из латуниспособность подвергаться механической обработке как при низких, так и при высоких температурах;
  • высокая сопротивляемость процессам окисления и коррозии, даже в условиях агрессивных сред;
  • высокая износоустойчивость;
  • высокая электропроводность;
  • пригодность для многоразовой переработки;
  • способность сохранять свои свойства при воздействии высоких температур.

Виды латуни

Виды латуни отличаются друг от друга различным содержанием цинка в составе. В зависимости от процентного содержания цинка в сплаве различают три основные группы:

  • Первая группа с процентным содержанием цинка меньше 34%.
  • Вторая группа с процентным содержанием цинка от 33 до 44%.
  • Сплавы третьей группы содержат больше 42% цинка и имеют ограниченное применение.

Классификация сплавов

Согласно такому делению на группы в зависимости от содержания цинка, вводят следующую классификацию обычных латуней:

  • Красные сплавы. В основном они используются в ювелирной промышленности благодаря внешнему виду (латунь может выглядеть как золото). Материал с 10% цинка подобен бронзе, поэтому используется в качестве ее имитации; 15% цинка придает материалу красноватый цвет, этот сплав используется в радиаторах автомобилей; сплав с 20% цинка обладает хорошей вытяжкой, поэтому используется для изготовления труб.
  • Желтые материалы. Цинка в них содержится от 25% до 35%. Применяются в основном для гильз и рессор.
  • Альфа-бета латуни с соотношением цинка от 36 до 42%. Они менее податливы, чем красные и желтые латуни, поэтому их не используют для изготовления пластин при низких температурах. Механическую обработку альфа-бета сплавы проходят при высоких температурах, поэтому в XIX использовались для некоторых корабельных конструкций.

Некоторые сплавы получили название специальных, например, сплав «симилор». Симилор состоит из 80% меди и 20% цинка. Другими специальными материалами являются «металл принца Альберта» (меди 86%, цинка 14%), «крисокола» (82% меди, 6% цинка, 6% олова).

Помимо основных элементов, в состав латуней входят другие элементы в минимальных количествах, поэтому эти сплавы являются податливыми и пластичными при низких температурах, а некоторые материалы не являются пластичными ни при каких температурах. Все типы этого материала становятся хрупкими вблизи температуры плавления.

Читайте также:  Какую дрель шуруповерт с аккумулятором выбрать

Что изготавливают из латуни

Благодаря входящему в состав цинку, латунь является более твердой, чем чистая медь. В то же время сплав легче обрабатывать на различных механических станках, легче чеканить и выплавлять изделия. Также сплав устойчив к процессу окисления в условиях солевой среды, а его пластичность позволяет изготавливать тонкие металлические листы. Пластичность зависит от трех факторов: температуры, структуры и состава, причем даже минимальные количества других элементов могут значительно изменить это физическое свойство сплава.

Способность к механической обработке латуни значительно повышается, если в нее добавить небольшое количество свинца. Этот элемент практически не растворяется в ней и образует глобулярные частицы, которые значительно облегчают процесс механической обработки. Кроме того, свинец является хорошей смазкой из-за низкой температуры плавления, этот факт значительно снижает износ режущего инструмента при обработке материала. Латунь практически не подвергается термической обработке, для нее используют лишь процессы рекристаллизации и гомогенизационного отжига.

Специальные материалы

Специальными латунями считаются материалы, в которые, помимо меди и цинка, добавляют другие элементы в небольшом количестве с целью придания им соответствующих свойств. Самыми распространенными специальными латунями являются следующие:

  • с добавкой алюминия;
  • добавка железа увеличивает твердость и жесткость сплава по сравнению со стандартной латунью;
  • добавка свинца придает материалу механическую сопротивляемость и увеличивает способность к обработке;
  • добавка марганца увеличивает прочность материала и снижает его ковкость и тягучесть;
  • добавка олова придает прочность материалу при вытяжке, одновременно повышая его коррозионную стойкость. В данном случае существует два известных сплава: «металл адмирал», который обладает высокой стойкостью к коррозии, поэтому используется в качестве труб конденсаторов; «морская латунь» — содержит в своем составе 40% цинка и широко используется в сладкой и соленой воде;
  • добавка кремния (так называемый бронсил) повышает коррозионную стойкость и используется при изготовлении вентилей, насосов и шестерен;
  • сложная латунь с добавлением различных элементов, что придает ей высокую стойкость к окислению и кавитации, поэтому она входит в состав винтов кораблей.

Области применения

Использование латуни охватывает самые разнообразные сферы человеческой деятельности. Так, золотистый цвет сплава обусловил его использование в бижутерии и в различных декоративных элементах. Также его используют в котельном деле, при производстве военного снаряжения и амуниции, при изготовлении проволок и труб конденсаторов, электрических терминалов и денежных монет.

Что изготавливают из латуни

Благодаря устойчивости к разрушению в соленой воде металл используется при изготовлении снаряжения различных морских судов, а его акустические свойства позволяют делать духовые инструменты: трубы и аккордеоны. Благодаря бактерицидным свойствам, сплав используется для изготовления дверных ручек в больницах и госпиталях.

Если говорить о применении в качестве декора, то следует выделить производство ламп, светильников, карнизов и некоторых ювелирных изделий. Такого рода вещи производятся в основном в странах восточной Европы, на территории стран СНГ, а также во многих арабских и некоторых государствах Азии.

Что изготавливают из латуни

Одно из интересных свойств латуни, которое является необычным для металлов, заключается в отсутствии искр при механическом воздействии на изделие. Эта уникальная характеристика дает возможность использовать материал в качестве сосудов для хранения и транспортировки легковоспламеняющихся жидкостей.

Благодаря легкости механической обработки, высокой износостойкости и невысокой цене, материал используется для изготовления разнообразных вентилей. Из-за высокой сопротивляемости коррозии и кавитации используется латунь для изготовления винтов судов. Также материал использует при производстве некоторых деталей современных компьютеров.

Что изготавливают из латуни

Что изготавливают из латуни

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 575 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.

Читайте также:  Распиновка усб микро усб

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 ]

Что изготавливают из латуни

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).

Что изготавливают из латуниЛатунь — это сплав из цинка и меди, о существовании которого люди знали еще в период античности. Его начали производить еще древние римляне. И хотя в тот далекий период еще не знали о существовании цинка, цинкосодержащее сырье в металлургической сфере научились применять очень даже успешно.

В настоящее время различные сплавы латуни применяются во множестве хозяйственных сфер. Потому будет полезно знать о характеристиках, свойствах и особенностях применения этого уникального материала.

Это разновидность материала, главными элементами которого является медь и цинк. Помимо этого, в составе латуни могут присутствовать и дополнительные составляющие вроде кремния, олова и свинца.

Характеристика сплава

Латунь представляет собой макроскопический материал с однородной структурой. В его состав, как правило, включены металлические составляющие. От самого вещества он отличается своими свойствами, которые обеспечивает структурой фаз (микроструктурой или кристаллической структурой). Так, тепло- и электропроводность, которая характерна для металлов, в любом случае является также и свойством металлического сплава. Однако наряду с этим физические параметры могут меняться, если определенная фаза становится преобладающей.

Что изготавливают из латуниНапример, если рассматривать латунь, то повышение содержания цинка оказывает нелинейное воздействие на свойства этого материала и его марку. В меди цинк может растворяться до 39 процентов. Если эта величина достигнута, то состав обретает особую структуру и пластичность, но его прочность заметно снижается. Если же долю цинка увеличить, то возникает иная кристаллическая фаза, характеризующаяся увеличением прочностных характеристик и снижением пластичности.

Читайте также:  Сварка угольным электродом инвертором

Такой особенностью обладает любой металлический сплав. В общем, все сплавы на основе меди делятся на бронзы, латуни и припои. Бронзы собой представляют составы из олова и меди, алюминия и бериллия. У припоев может быть очень непростой состав. Однако если рассматриваемый материал можно с легкостью отличить от припоя, то с бронзой все несколько сложнее.

Они имеют очень сходный внешний вид, но совершенно разные свойства:

  • Что изготавливают из латуниВо-первых, бронза имеет крупнозернистую структуру, характеризуется долговечностью и высокой стойкостью к воздействию коррозии: детали из этого сплава можно использовать даже на улице. Ковкость этой разновидности сплава гораздо ниже, нежели у латуни.
  • Во-вторых, это сочетание цинка и меди является более пластичным материалом, его можно обрабатывать с помощью холодной ковки. Но именно высокая степень пластичности обуславливает быстрый износ этого сплава, потому изделия из латуни можно применять лишь в качестве декоративных элементов.

В основном материал применяется в ювелирном деле. Для производства крупных деталей декора — предметы интерьера, украшения для лестниц (кованые) — рекомендуется применять бронзу.

Достоинства и недостатки

Что изготавливают из латуниВсякий металл имеет особые свойства, которые можно отнести и к достоинствам, и к недостаткам. Тут все зависит от ситуации. В строительстве латунь используется крайне редко, что больше свидетельствует об актуальности иных материалов, а отнюдь не о минусах сплава.

Главное преимущество латуни — небольшая масса, которая обуславливает популярность материала в ракето- и самолетостроении. В бытовых условиях это нужно лишь в тех ситуациях, если нужна, к примеру, легкая система водоснабжения.

Также сплав отличается прекрасными декоративными свойствами. Он имеет очень разнообразную и привлекательную цветовую палитру. Аксессуары и фурнитура, предметы обихода и декора, сделанные с применением латуни, всегда будут красивыми, подчеркивая роскошность и элегантность интерьера. При этом цвет латуни сохраняется очень долго.

Материал отличается и небольшой теплопроводностью, чем часто пользуются для изготовления систем и предметов, для которых сохранность тепла очень важна. Речь идет о производстве ванн или мебели.

Что изготавливают из латуниЛатунь является металлом-диамагнетиком, то есть он выталкивается из любого магнитного поля. Этот сплав с давних времени использовался для производства оправ компасов. Сейчас же этим качеством активно пользуются в приборостроении.

Стойкость к коррозии материала даже больше, чем у обыкновенной меди, но она сильно снижается по мере увеличения температурных показателей. Потому очень выгодно пользоваться латунными трубами для водоснабжения. Для отопительной системы все-таки лучше брать трубопровод из меди.

Состав и структура

Существует два типа латунных сплавов:

Что изготавливают из латуниЛатуни многокомпонентного типа, помимо цинка и меди, могут в себя включать другие неметаллы и металлы. Они оказывают существенное влияние на итоговые свойства сплава. Так, внесение в состав олова повышает устойчивость материала к воздействию морской воды. А добавка, к примеру, никеля, повышает прочность латунного изделия.

Двухкомпонентные сплавы, как правило, включают в себя цинк и медь в различных пропорциях.

Иной способ классификации относится к методикам обработки:

  • Деформируемые латуни можно изгибать, сворачивать, придавать различную форму даже в бытовых условиях. Эти сплавы выпускаются в виде проволоки, прутьев и листов, которые впоследствии применяются, например, в производстве труб.
  • Литейные сплавы могут деформироваться лишь при воздействии высоких температурных показателей и существенном давлении. С помощью этой технологии делают автомобильные детали, подшипники и т. д.

Производство латуни

Что изготавливают из латуниПолучение этого металлического сплава — очень сложная процедура. Суть в том, что медь, цинк и иные элементы обладают разной температурой плавления, и латунь потому производится в несколько этапов. Аналогичное относится и к добавкам для легирования: вещества необходимо добавлять в строгой последовательности, при этом некоторые из их числа нуждаются в применении флюса.

Производственный алгоритм находится в прямой зависимости от разновидности и структуры латуни. Литейные материалы в форме слитков используются для отливки самых разнообразных деталей. Сплавы деформируемого типа отправляются прямиком в прокатный цех, где их отжигают, обрабатывают и протравливают.

Общая схема производства выглядит следующим образом:

  1. Что изготавливают из латуниЗаготовка сырьевого материала — применяется несколько технологий, которые позволяют извлекать цинк и медь из имеющейся руды.
  2. Плавление. Сначала расплавляется медь, после этого и другие компоненты. Последовательность зависит от типа ожидаемого результата.
  3. Помещение в формы — производство компактных слитков.
  4. Деформация слитков — как минимум три стадии.
  5. Протравливание и отжиг — к примеру, для производства листов.
  6. Финальный этап обработки.

Сфера использования

Область применения материалов находится в прямой зависимости от их характеристик и свойств.

Латунь с давних пор использовалась профессиональными ювелирами. Например, желтый сплав практически не имеет каких-либо внешних отличий от настоящего золота 583 пробы. Этот сплав считался своего рода «тренажером» для ювелиров-новичков, потому что и его физические свойства очень близки с характеристиками золота. Сейчас же из латуни нередко делают украшения.

Эта разновидность сплава используется и в мебельном производстве. Латунь легко ковать, что дает возможность сделать на мебели самые оригинальные декоративные элементы. Такое же свойство позволяет делать из материала посуду, статуэтки, бра и подставки.

Что изготавливают из латуниПомимо этого, из латуни делаются элементы химических и теплотехнических устройств: капиллярные трубки, змеевики и т. д.

Из сплава литьевого типа делаются фасонные элементы, например, фитинги.

Латунь используется в большом количестве отраслей, что совершенно неудивительно, ведь она обладает высокой антикоррозийной устойчивостью, небольшой массой и эстетическим внешним видом.