Формула латуни в химии

Маркировка латуни

Формула латуни в химииФормула латуни в химии

Марка

Все двухкомпонентные латуни хорошо обрабатываются давлением. Их поставляют в виде труб и трубок разной формы сечения, листов, полос, ленты, проволоки и прутков различного профиля.
Латунные изделия с большим внутренним напряжением (например, нагартованные) подвержены растрескиванию. При длительном хранении на воздухе на них образуются продольные и поперечные трещины. Чтобы избежать этого, перед длительным хранением необходимо снять внутреннее напряжение, проведя низкотемпературный отжиг при 200-300 C.

Количество марок многокомпонентных латуней больше, чем двухкомпонентных.

Марку этих латуней составляют следующим образом:

— первой, как в простых латунях, ставится буква Л;

— вслед за ней — ряд букв, указывающих, какие легирующие элементы, кроме цинка, входят в эту латунь;

— затем через дефисы следуют цифры, первая из которых характеризует среднее содержание меди в процентах, а последующие — каждого из легирующих элементов в той же последовательности, как и в буквенной части марки.

Порядок букв и цифр устанавливается по содержанию соответствующего элемента: сначала идет тот элемент, которого больше, а далее по нисходящей. Содержание цинка определяется по разности от 100%.

Например: марка ЛАЖМц66-6-3-2 расшифровывается так: латунь, в которой содержится 66 % Cu, 6 %Al, 3 % Fe и 2 % Mn. Цинка в ней 100-(66+6+3+2)=23 %.

Основными легирующими элементами в многокомпонентных латунях являются алюминий, железо, марганец, свинец, кремний, никель. Они по-разному влияют на свойства латуней:

Марганец повышает прочность и коррозионную стойкость, особенно в сочетании с алюминием, оловом и железом.

Олово повышает прочность и сильно повышает сопротивление коррозии в морской воде. Латуни, содержащие олово, часто называют морскими латунями.

Никель повышает прочность и коррозионную стойкость в различных средах.

Свинец ухудшает механические свойства, но улучшает обрабатываемость резанием. Им легируют (1-2 %) латуни, которые подвергаются механической обработке на станках-автоматах. Поэтому эти латуни называют автоматными.

Кремний ухудшает твердость, прочность. При совместном легировании кремнием и свинцом повышаются антифрикционные свойства латуни и она может служить заменителем более дорогих, например оловянных бронз, применяющихся в подшипниках скольжения.

Применение специальных латуней:

ЛАЖ60-1-1 — Трубы, прутки

ЛЖМц59-1-1 — Полосы, прутки, трубы, проволока

ЛЦ40С — Арматура, втулки, сепараторы шариковых и роликовых подшипников и др.

ЛЦ40Мц3Ж — Сложные по конфигурации детали, арматура, гребные винты и их лопасти и др.

Состав простых латуней

Двойные латуни — это сплав меди и цинка, в котором остальные элементы содержатся в качестве примесей. В составе латуни содержание цинка по массе не превышает 40 %, а минимальное его количество — 4 %. Двойные латуни — это преимущественно сплавы с α-структурой (Л96, Л90, Л85, Л68 и др.), которая имеет ГЦК решетку. Кроме α-твердого раствора, медь с цинком образуют ряд промежуточных фаз: β, γ и др. Ближайшая к меди промежуточная β-фаза — это твердый раствор на основе соединения CuZn с ОЦК решеткой. Высокотемпературная β-фаза достаточно пластична, поэтому многие марки латуней при горячей деформации нагревают в однофазную β-область. При понижении температуры до 454°—468°С и в зависимости от концентрации легирующего цинка происходит переход β-фазы в более хрупкую и твердую β’-фазу. γ-фаза представляет собой твердый раствор на основе соединения Cu5Zn8, отличается очень высокой хрупкостью и ее нахождение в конструкционных сплавах меди не допускается.

Химический состав простых (двойных) латуней

МаркаМассовая доля, %Плот­ность,
г/см 3
Фазовый
состав
Пример
применения
ЭлементСумма
прочих
элементов
Сu
медь
РЬ
свинец
Fe
железо
Sb
сурьма
Bi
висмут
Р
фосфор
Zn
цинк
  1. Ост. — Ост. цинк Zn
  2. В латуни марки Л68, предназначенной для изготовления изделий специального назначения, массовая доля элементов не должна быть более: железа – 0,07%, сурьмы – 0,002%, фосфора – 0,005%, мышьяка – 0,005%, серы – 0,002% (сумма прочих элементов – 0,2%).
  3. В латунях марок Л96, Л90, Л80, Л70, Л68, Л63, Л60 допускается массовая доля никеля до 0,3% за счет массовой доли меди, которую не учитывают в сумме прочих элементов.
  4. В латунях всех марок по согласованию с потребителем можно определять массовую долю олова, алюминия, марганца и кремния, значения которых учитывают в сумме прочих элементов.
  5. В латуни марки Л70, применяемой для производства конденсаторных труб и теплообменников, допускается массовая доля мышьяка до 0,06 % за счет массовой доли меди, которую не учитывают в сумме прочих элементов.
  6. В латуни марки Л63, применяемой в пищевой промышленности, массовая доля свинца не должна быть более 0,05%.
  7. Для антимагнитных сплавов массовая доля железа не должна быть более 0,03%.
  8. Расчетная плотность указана для расчета справочной теоретической массы изделий.
  9. Знак «–» обозначает, что данный элемент не нормируется и входит в сумму прочих элементов.
  10. Примеси не должны превышать концентрации, указанные в таблице
  11. Примеси, не указанные в таблице, учитывают в сумме прочих элементов, перечень которых определяют согласованием между потребителем и изготовителем.
Л9695,0 — 97,00,030,10.0050,0020,01Ост.0,28,9α
Л9088,0–91,00,030,10,0050,0020,01Ост.0,28,7α
Л8584,0–86,00,030,10,0050,0020,01Ост.0,38,7α
Л8079,0–81,00,030,10,0050,0020,01Ост.0,38,7α
Л7069,0–
71,0
0,050,070,0020,002Ост.0,28,5α
Л6867,0–70,00,030,10,0050,0020,01Ост.0,38,5α
Л6362,0–65,00,070,20,0050,0020,01Ост.0,58,5α+β
Л6059,0–62,00,30,20,010,0030,01Ост.1,08,4α+β

Фазовый состав двухкомпонентных (простых) латуней

В структуре однофазных латуней, в которых содержание цинка близко к пределу растворимости цинка в твердом растворе меди 39%, присутствует небольшое количество неравновесной β-фазы из-за медленно протекающих диффузионных процессов в медно-цинковых сплавах при низких температурах. Такое количество включения β-фазы не оказывают заметного влияния на свойства α-латуней. По механическим и технологическим свойствам двухфазные простые латуни относятся к однофазным α-латуням.

Влияние примесей на свойства

Примеси не являются основными легирующими элементами простых латуней, но они влияют на свойства сплавов. Получить сплав без примесных атомов практически невозможно, т. к. посторонние элементы содержатся в сырье для производства меди и цинка. Сверхчистые металлы имеют высокую стоимость и их применение узкоспециализированно и не оправдано для массового производства. Количество примесей контролируется стандартами, что гарантирует механические и технологические свойства марочных сплавов меди.

Отрицательно влияют на свойства латуней легкоплавкие примеси, которые ограниченно растворяются в медно-цинковых сплавах. Легкоплавкие включения в составе латуни выделяются по границам зерен и ухудшают пластические свойства при горячей деформации. Однофазные α-латуни наиболее чувствительны к таким примесям.

Примеси, которые не образуют самостоятельных фаз, не влияют отрицательно на механические и технологические свойства латуней.

  • Алюминий находится полностью в твердом растворе и как примесь не ухудшает свойства латуней. Малые добавки алюминия при плавке образуют на поверхности расплава защитную пленку из оксида алюминия. Это препятствует испарению и угару цинка.
  • Никель и марганец в малых концентрациях входят в твердый раствор и слабо влияют на физические, механические и технологические свойства латуней. Никель поднимает температуру рекристаллизации латуней.
  • Железо при комнатной температуре имеет низкую растворимость в медно-цинковом твердом растворе и образует в латунях самостоятельную γ Fe -фазу. Эта ферромагнитная фаза существенно изменяет магнитные свойства латуней. В составе антимагнитной латуни концентрация железа не превышает 0,03 %. Железо повышает прочностные и технологические качества сплавов, т. к. затрудняет рекристаллизацию и измельчает зерно.
  • Кремний — примесь, которая входит в твердый раствор. Кремний улучшает пайку и сварку латуней, повышает стойкость к коррозионнму растрескиванию.
  • Висмут требует особого контроля, он не растворяется в латунях сплавах в твердом состоянии и создает легкоплавкую эвтектику на границах зерен, которая состоит из чистого висмута. Висмут провоцирует горячеломкость латуней, оказыва более сильное влияние на однофазные. Его концентрация в латунях лимитировано 0,002—0,003%
  • Свинец слабо растворим в медно-цинковых сплавах в твердом состоянии и при затвердевании выделяется в элементарном виде на границах зерен в форме мелких частиц сферической формы. Примеси свинца ухудшают пластичность α-латуней при повышенных температурах. Свинец провоцирует горячеломкость, особенно однофазных латуней, поэтому содержание свинца в двойных α-сплавах не превышает 0,03 %. Добавки свинца в состав латуни улучшают обрабатываемость резанием.
  • Сурьма — вредная примесь в медно-цинковых сплавах. Она ухудшает технологическую пластичность при горячей и холодной обработках давлением. Концентрации сурьмы до 0,1% в двухфазных латунях препятствуют обесцинкованию.
  • Мышьяк растворяется в твердой меди до 5%по массе при температуре 25°С, но в медно-цинковом твердом растворе его растворимость не более 0,1%. Хрупкая промежуточная фаза As2Zn образуется при концентрация мышьяка более 0,5%, Эта фаза выделяется в виде прослоек на границах зерен, что приводит к ломкости латуней. Мышьяк в малых количествах 0,025—0,06 % при микродобавках защищает латуни от коррозионного растрескивания и обесцинкования в морской воде.
  • Фосфор малорастворим в медно-цинковых сплавах при затвердевании. В твердом растворе фосфор образует промежуточную фазу, которая повышает твердость и сильно снижает пластические свойства латуней. Небольшие количества фосфора повышают механические свойства латуней и уменьшают диаметр зерен отливок. Скорость роста зерен в деформированных латунях увеличивается из-за фосфора во время рекристаллизацонного отжига. Медно-цинковые сплавы не нуждаются в раскислении фосфором, т. к. цинк — более сильный раскислитель, чем фосфор В промышленных марках латуней содержание фосфора не превышает 0,005 — 0,01 %

Состав специальных латуней

В специальные, многокомпонентные латуни к основному легирующему элементу цинку для улучшения свойств сплава добавляют алюминий, марганец, железо, никель, кремний, Ni, Si, Sn, Pb, As. В состав сплава вводят один или несколько перечисленных элементов совместно. Содержание каждого элемента не превышает 1—3 %.

Для чего в медно-цинковые сплавы — латуни вводят помимо цинка другие легирующие элементы:

  1. повышение механических (прочностных) свойств;
  2. улучшение коррозионной стойкости;
  3. повышение стойкости при кавитации, антифрикционных свойств, обрабатываемости резанием

Легирующие элементы Al, Sn, Si, Mn, Ni растворяются в α и β фазах латуней, повышают прочность и твердость латуни, но уменьшают пластичность и вязкость. Алюминий и олово сильнее упрочняют латуни, чем кремний и марганец. Свинец снижает прочность латуней. Комплексное легирование несколькими элементами наибольше упрочняет медно-цинковые сплавы, но уменьшает относительное удлинение по сравнению с двойными сплавами системы Cu-Zn. Добавки железа и марганца до 2—3 %, которые повышают пластичность специальных латуней. Комплексное легирование латуней сохраняет хорошую обрабатываемость давлением при высоких температурах и несколько худшую при низких. Легирующие элементы Al, Mn, Si, Ni увеличивают коррозионную стойкость латуней, а никель повышает стойкость к коррозионному растрескиванию.

Ферромагнитная фаза с железом γ Fe кристализируется в специальных латунях ЛАЖ-1-1 и ЛЖМц59-1-1 и создает дополнительные центры кристаллизации. Такие сплавы образуют мелкозернистую литую структуру. Частицы γ Fe -фазы препятствуют росту зерна при рекристаллизационном отжиге после пластической деформаци. Это свойство используют для получения мелкозернистой структуры деформированных полуфабрикатов.

Свинец практически не растворяется в медной основе латуней и располагается в виде дисперсных частиц в объеме и на границах зерен . Свинцовые латуни ЛС74-3, ЛС63-3, ЛС59-1 и др. отлично обрабатываются резанием и образуют сыпучую стружку. Свинец улучшает антифрикционные свойства многокомпонентных латуней.

Влияние легирующих элементов на фазовые границы. Коэффициенты Гийе

Легирующие элементы в многокомпонентных латунях смещают границы между фазовыми областями α и α+β (39 % Zn) при темперетурах от 450°С и ниже в двойной системе Cu-Zn . Границы двухфазной области α+β’ в системе Cu-Zn почти на меняют полжения при понижении температуры. Положение границы α/(α+β’) при 450°С соответствует 39% концентрация Zn, а межфазной границы (α+β’)/ β’ — 46% Zn. По положению этих границ оценивают фазовый состава многокомпонентных латуней. Для этого вводят коэффициент Гийе замены цинка в формулу латуни. Гийе установил, что влияние легирующих элементов на фазовый состав аналогично увеличению или уменьшению концентрации цинка. Коэффициент Гийе показывает, какому содержанию цинка соответствует 1%по массе легирующего элемента степени изменения на фазового состава латуни.

Читайте также:  Перестала греть микроволновка самсунг
Коэффициенты Гийе

SiAlSnPbFeMnNi
10. 12>4. 6210,90,5-1,4

Формула для определения кажущегося по структуре содержания цинка X:

  • А — содержание цинка в сплаве
  • В — содержание меди
  • c i — концентрация i -го элемента, вводимого в латунь
  • k i — коэффициент Гийе для i -го легирующего элемента.

Только никель повышает растворимость цинка в меди. Увеличении содержания никеля в (α + β)-лaтyни уменьшает количество β-фазы, при достаточно высоком содержании Ni сплав становится однофазной α-латунью. Отальные легирующие элементы снижают растворимость цинка в меди и сдвигают границу между фазовыми областями в сторону более низкого содержания цинка. Кремний и алюминий силнее всего снижают растворимость цинка в меди и увеличивают количество β-фазы в специальных латунях. Когда концентрация расчетного цинка в составе латуни 46 % и больше, специальная латунь приобретает однофазную β’-структуру . Железо и свинец не растворимы в медно-цинковых сплавах в твердом состоянии, поэтому коэффициенты Гийе для этих металлов близки к единице, а линии, разделяющие фазовые области , соответствуют границе раздела двухфазных областей с трехфазными: α+γ Fe /α+β+γ Fe и α+Pb/α+β+Pb

Формула латуни в химииЛатунь – это сплав на основе цинка и меди. Процентное содержание цинка в сплаве может быть 5 — 45%. Цинк, в отличие от меди, дешевле, именно поэтому введение его в состав не только повышает технологические, антифрикционные и механические свойства сплава, но еще и снижает ее стоимость.

Свойства латуни

Сплавы латуни отлично поддаются обработке давлением. Механические показатели довольно высокие, но вот стойкость к коррозии удовлетворительная. Если сравнивать отличительные особенности латуни с бронзой, то ее антифрикционные свойства, устойчивость к коррозии и прочность ниже. Сплавы не очень устойчивы в соленой воде, на воздухе, растворах большинства органических кислот и углекислых растворах.

Читайте также:  Бош угловая шлифовальная машина

Латунь в отличие от меди имеет лучшую стойкость к коррозии. Но с повышением температуры увеличивается и скорость коррозии. Тем боле, заметен такой процесс в изделиях с тонкими стенками. Вызвать коррозию могут: высокая влажность, следы сернистого газа и аммиака в воздухе. Для предотвращения такого явления изделия из этого состава после обработки подвергают низкотемпературному обжигу.

Формула латуни в химииПочти все сплавы при снижении температуры не становятся хрупкими и остаются эластичными, что позволяет применять их в качестве отличного конструкционного материала. Благодаря более высокому показателю температуры рекристаллизации, в отличие от меди, при повышенной температуре ползучесть латуни ниже. При температуре 300-600 С появляется свойство хрупкости из-за того, что нерастворимые при низких температурах добавления (к примеру: висмут, свинец) создают хрупкие прослойки между кристаллами. При увеличении температуры понижается ударная вязкость. В отличие от меди свойства теплопроводности и электропроводности латуни хуже.

Состав латуни в процентном соотношении

Основные компоненты – цинк и медь, – используются в соотношениях 30% и 70% соответственно.

Более 50% цинка, который применяется при изготовлении латуни, делается из вторичной переработки мусора. Технические сплавы латуни выполнены на 47–50% из цинка. По составу различают альфа и бета-латуни:

  • Двухфазные составы состоят на 48–50% из цинка и содержат менее 5% свинца.
  • Однофазные альфа-составы имеют около 30 % из цинка.

Химический состав

Латунь изготавливают из меди и цинка. Зачастую ее сравнивают с бронзой, так как сплав латуни и бронзы объединяет одинаковый компонент – медь. Латунь, по составу отличающаяся от бронзы, имеет в качестве второго компонента не олово, а цинк.

Формула латуни в химииЦинк – это химический составляющий элемент второстепенной подгруппы второй группы четвертого периода периодической системы Менделеева. При нормальных условиях довольно хрупкий переходный материал ярко-голубого цвета (на открытом воздухе покрывается небольшим слоем оксида цинка и темнеет). В природе, как отдельный металл, цинк не существует.

Медь – это химический составляющий элемент одиннадцатой группы четвертого периода периодической системы Менделеева. Это пластичный переходный материал ярко-золотистого цвета (при появлении оксидного слоя медь становится красно-желтого цвета).

За счет цинка и меди (кроме главного α-раствора) появляется целый перечень электронных стадий типа β, γ, ε. Как правило, состав латуни имеет α- или α+β’ фазы:

  • α-фаза – стабильный материал из меди и цинка с гранецентрированной кристаллической медной кубической решеткой.
  • β’-фаза – структурный материал на основе химического сочетания CuZn с соотношением 3/2 и элементарной и простейшей ячейкой.
Читайте также:  Алюминиевая смазка для суппортов

Зависимость от термообработки:

  • Если температура высокая, то β-фаза имеет хаотичное расположение атомов и увеличенный объем однородного состава. В этом состоянии фаза становится довольно пластичной, если температура менее 453–469 C, то атомная структура меди и цинка обретает упорядоченность и указывается, как β’.
  • β’ является более хрупкой и жесткой, γ-фаза имеет в составе электронное сочетание Cu5Zn8.

Составы с одной фазой отличаются повышенной пластичностью; β’-фаза менее пластичная и более прочная.

Разделение с учетом содержания в сплаве цинка:

  • Формула латуни в химииКогда сплав латуни имеет в составе до 35% цинка, одновременно увеличиваются и пластичность, и твердость. Затем пластичность снижается, в начале из-за уплотнения α – жесткого состава. После происходит моментальное ее снижение, это объясняется нахождением в составе хрупкой β’-фазы. Затем твердость повышается до уровня количества цинка не больше 40%. Потом резко снижается.
  • Многие составы отлично поддаются обработке под давлением. Однофазный состав особенно характеризуется своей пластичностью. Латуни меняют структуру при пониженных и повышенных температурах. Хотя в условиях температуры 400-700 C появляется «хрупкая зона». Деформация при этих температурных условиях не происходит.
  • Двухфазные сплавы довольно эластичны при нагревании больше температуры фазы β’-превращения (выше 700 C). Для увеличения химической стойкости и технических характеристик в них зачастую добавляют дополнительные компоненты, к примеру: марганец, алюминий, кремний, никель и так далее.

Производство латуни

Латунь отлично поддается ковке, податливо деформируется, довольно вязка, принимает разные формы под ударом молотка, штампуется в различные детали или растягивается в проволоку. Сплав относительно податливо отливается и плавится в условиях температуры меньше плавления меди.

Процесс изготовления выполняется:

  • В тиглях, сделанных из огнеустойчивой глины. Тигли разогреваются в пламенных или шахтных печах.
  • В отражательных печах.

Во время смешивания цинка и меди состав отливают в заранее приготовленные песочные формы. Некоторая часть цинка испаряется, что необходимо помнить во время формирования сплава металла.

Производные латуни

Формула латуни в химииТомпак – вид деформируемого сплава. Имеет в составе цинк и медь на 2%-13% и 87–98% соответственно.

  • пониженной силой трения;
  • стойкостью к ржавчине;
  • высокой эластичностью.

Составы меди, состоящие на 11-22% из цинка, называются полутомпаками.

Томпак отлично поддается сварке с нержавейкой и иными благородными металлами. Томпак применяют для изготовления комбинированного состава латуни и стали. Благодаря золотистому цвету из томпака делают фурнитуры, различные медали и художественные изделия. Томпак отлично поддается эмалированию, золочению и обработке давлением в пониженных и повышенных режимах температуры.

Литейная латунь – используется для изготовления фасонных изделий и полуфабрикатов с помощью литья. Имеет 51–80% меди. В роли дополнительных элементов применяют: алюминий, кремний, марганец, железо, свинец и олово. Основные отличия:

  • имеет устойчивость к трению с другими элементами;
  • пониженная склонность к распаду элементов;
  • не ржавеет;
  • проста в обращении за счет жидкой консистенции;
  • великолепные механические показатели.

Зачастую литейную латунь применяют для массового изготовления:

  • червячных винтов;
  • Формула латуни в химииштуцеров;
  • элементов арматуры;
  • деталей, устойчивых к коррозии;
  • гаек зажимных болтов;
  • сепараторов;
  • втулок;
  • деталей, которые эксплуатируются при температуре выше 250C;
  • подшипников.

Автоматная латунь — это свинцовая разновидность сплава. Имеет такой состав:

Добавление свинца при механической обработке способствует появлению сыпучей и короткой стружки, что снижает износ разделяющего механизма и дает возможность применять скоростную обработку деталей.

Механические характеристики автоматной латуни напрямую зависят от ее агрегатного состояния и компонентов:

Этот вид сплава изготавливается в форме:

Формула латуни в химии

При этом из листов делают:

  • детали для часов;
  • болты;
  • гайки и другие предметы массового производства.

Как можно отличить сплав латуни от бронзы

Отличить латунь от бронзы и, помимо этого, узнать точный состав можно лишь в химической лаборатории (к примеру, с помощью спектроскопического анализа). Увы, в домашних условиях (тем более, если нельзя делать царапины либо как-то еще деформировать изделие) спектр возможностей довольно ограничен. Однако существует алгоритм, который показывает пусть и не очень точные, но все же результаты.

Вам будут необходимы:

  • калькулятор;
  • точные весы;
  • прозрачная емкость с водой;
  • образцы латуни и бронзы со сколами;
  • микроскоп или сильная лупа.

Формула латуни в химииНачните со зрительного анализа. Нужно тщательно почистить изделие и поместить под солнечное освещение. Обычно бронза темней латуни, при этом, если рассматривать цвет, то бронза переходит в «красный» спектр (от рыжего до бурого), а латунь в «желтый», иногда даже до белого. Но данный способ не очень неточен, потому переходите ко второму шагу.

Сделайте анализ состава на плотность. Будет необходима прозрачная емкость с водой и точные весы. Опустив изделие в воду, узнаем объем, потом определяем массу. Плотность — это соотношение массы предмета к его объему, переводим в кг/ куб. м. Чаще всего бронза плотней латуни, при этом линия деления находится на показателях 8700 кг/куб. м. Итак, 8400-8700 кг/куб.м – скорей всего, латунь. 8750-8900 – скорей всего, бронза.

И в конце, структура состава. Нужно сказать, что тут нужны образцы – предметы, где в составе можно точно определить и латунь, и бронзу, причем образцы обязаны иметь сколы.

Для анализа будут необходимы сильная лупа или микроскоп. Анализ происходит размещением в поле видимости одновременно образца и предмета анализа. На что нужно обратить внимание? На структуру состава – а именно, его зерно. Обычно бронза имеет более грубое и крупное зерно, в отличие от латуни.