Латунь. Легированные стали

Латунь. Легированные стали

Металлы находят широкое применение в современной технике благодаря как химическим, так, в особенности, и физическим их свойствам. Общность физических свойств металлов (высокая электрическая проводимость, теплопроводность, ковкость, пластичность) объясняется общностью строения их кристаллических решеток.

Латуни благодаря своим качествам нашли широкое применение в ма­шиностроении, химической промыш­ленности, в производстве бытовых товаров.

В конструкционных сталях легирование осуществляется с целью улучшения механических свойств (прочности, пластичности). Кроме того меняются физические, химические, эксплуатационные свойства.

Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование должно быть строго обоснованно.

Сплавы меди с цинком с содер­жанием цинка до 50% носят наз­вание латунь. Латунь «60» содержит, например, 60 весовых частей меди и 40 весовых частей цинка. Для литья цинка под давлением применяют сплав, содер­жащий около 94% цинка, 4% алюминия и 2% меди. Это дешевые сплавы, обладают хорошими механическими свойствами, легко обрабатываются. Латуни благодаря своим качествам нашли широкое применение в ма­шиностроении, химической промыш­ленности, в производстве бытовых товаров. Для придания латуням особых свойств в них часто добав­ляют алюминий, никель, кремний, марганец и другие металлы. Из латуней изготавливают тру­бы для радиаторов автомашин, тру­бопроводы, патронные гильзы, па­мятные медали, а также части технологических аппаратов для полу­чения различных веществ.

По химическому составу различают латуни простые и сложные, а по структуре — однофазные и двухфазные. Простые латуни легируются одним компонентом: цинком.

Однофазные простые латуни имеют высокую пластичность; она наибольшая у латуней с 30-32% цинка (латуни Л70 , Л67). Латуни с более низким содержанием цинка (томпаки и полутомпаки) уступают латуням Л68 и Л70 в пластичности, но превосходят их в электро- и теплопроводности. Они поставляются в прокате и поковках.

Двухфазные простые латуни имеют хорошие ковкость (но главным образом при нагреве) и повышенные литейные свойства и используются не только в виде проката, но и в отливках. Пластичность их ниже чем у однофазных латуней, а прочность и износостойкость выше за счет влияния более твердых частиц второй фазы.

Прочность простых латуней 30-35 кгс/мм^2 при однофазной структуре и 40-45 кгс/мм^2 при двухфазной. Прочность однофазной латуни может быть значительно повышена холодной пластической деформацией. Эти латуни имеют достаточную стойкость в атмосфере воды и пара (при условии снятия напряжений, создаваемых холодной деформацией).

Когда требуется высокая пластичность, повышенная теплоотводность применяют латуни с высоким содержанием меди (Л06 и Л90). Латуни Л62, Л60,Л59 с большим содержанием цинка обладают более высокой прочностью, лучше обрабатываются резанием, дешевле, но хуже сопротивляются коррозии.

Латунь ЛЦ40С — sв=215МПа, d=12%, 70НВ.

2. Легированные стали

Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами, а стали – легированными.

Cодержание легируюшихх элементов может изменяться в очень широких пределах: хром или никель – 1% и более процентов; ванадий, молибден, титан, ниобий – 0,1… 0,5%; также кремний и марганец – более 1 %. При содержании легирующих элементов до 0,1 % – микролегирование.

В конструкционных сталях легирование осуществляется с целью улучшения механических свойств (прочности, пластичности). Кроме того меняются физические, химические, эксплуатационные свойства.

Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование должно быть строго обоснованно.

Достоинства легированных сталей:

1. особенности обнаруживаются в термически обработанном состоянии, поэтому изготовляются детали, подвергаемые термической обработке;

2. улучшенные легированные стали обнаруживают более высокие показатели сопротивления пластическим деформациям ;

3. легирующие элементы стабилизируют аустенит, поэтому прокаливаемость легированных сталей выше;

4. возможно использование более «мягких» охладителей (снижается брак по закалочным трещинам и короблению), так как тормозится распад аустенита;

5. повышаются запас вязкости и сопротивление хладоломкости, что приводит к повышению надежности деталей машин.

1. подвержены обратимой отпускной хрупкости II рода;

2. в высоколегированных сталях после закалки остается аустенит остаточный, который снижает твердость и сопротивляемость усталости, поэтому требуется дополнительная обработка;

3. склонны к дендритной ликвации, так как скорость диффузии легирующих элементов в железе мала. Дендриты обедняются, а границы – междендритный материал – обогащаются легирующим элементом. Образуется строчечная структура после ковки и прокатки, неоднородность свойств вдоль и поперек деформирования, поэтому необходим диффузионный отжиг.

Вид примеси и влияние на свойства латуни

Железо -Fe. Способствует измельчению зерна. Повышает механические и технологические свойства. В кремнистых латунях снижает антифрикционные свойства, уменьшает коррозионную стойкость.
Алюминий -Al. Повышает твердость и прочность, коррозионную стойкость. Снижает пластичность.
Марганец -Mn. Повышает механические свойства.
Олово -Sn. Повышает твердость, прочность и коррозионную стойкость. Снижает пластичность. Придает хрупкость в холодном состоянии.
Никель -Ni. Повышает растворимость цинка в меди до полного исчезновения bў- фазы. Повышает коррозионную стойкость.
Свинец -Pb. Улучшает податливость латуни токарной обработке.
Кремний-Si. Повышает антикоррозийные и литейные свойства.
Мышьяк -As. Предохраняет латунь от вымывания цинка в пресной воде и при высоких температурах
Фосфор -P. Повышает твердость, снижает пластичность. Ускоряет рост зерна.
Сурьма -Sb. Приводит к разрушению латуни при горячей и холодной обработке давлением.
Сера -S. Ухудшает все свойства латуни.

Точка максимальной пластичности характеризует латунь с содержанием цинка 33%. Точка максимальной прочности соответствует латуни с содержанием цинка 47%. Дальнейшее повышение количества цинка в сплаве на каждый 1% снижает прочность латуни на 20%. В России принято следующее обозначение латуней: простые латуни обозначаются буквой Л и цифрой, показывающей содержание меди в процентах. В специальных латунях после буквы Л пишут заглавную букву дополнительных легирующих элементов и через тире после содержания меди указывают содержание легирующих элементов в процентах. Обрабатываемость резанием медных сплавов оценивается в процентах по отношению к обрабатываемости латуни марки ЛС 63-3, которая принимается за 100%. Латунь содержащую 90 и 80 % Cu, называют томпаком; латунь, содержащую 70 — 68 % Cu, патронной ( или гильзовой ), так как в артиллерийском производстве ее с давних пор применяют для изготовления гильз. Латунь ЛА77-2 применяют для конденсаторных трубок, она обладает повышенной стойкостью в морской воде. Латунь ЛМц 58-2 имеет повышенную прочность. Никелевую латунь ЛН 65-5, обладающую повышенной коррозионной стойкостью, используют для конденсаторных и манометрических трубок. Свинцовые латуни ЛС 60-1 и ЛС 59-1 применяют для деталей, изготавливаемых горячим прессованием. Они хорошо обрабатываются резанием. Отрицательным свойством латуней, содержащих более 20 % Zn и особенно более 30 % Zn, является их склонность к растрескиванию при вылеживании во влажной атмосфере и особенно в атмосфере, содержащей следы аммиака ( так называемое «сезонное растрескивание» ). Оно наблюдается в деформированных изделиях. Сущность такого явления заключается в предпочтительной коррозии по границам зерен. Для устранения этого явления после деформации латунь подвергают отжигу при 240 — 260 (°C), при котором уменьшаются остаточные напряжения, но не снижается их прочность.

Химический состав сплава латуни, свойства, маркировка и применение

Латунь — это сплав меди с цинком. Золотистый оттенок придает ему схожесть с золотом, но такое соединение значительно дешевле. Чистая медь дороже латуни. Связано это с меньшей стоимостью цинка, входящим в состав латуни. В результате полученный сплав, обладает характеристиками, каких нет у меди при меньшей цене.

Сплав устойчив к воздействию внешней среды. Однако нуждается в нанесении на поверхность лака, поскольку с течением времени чернеет. Благодаря своей пластичности и твердости используется как на промышленном производстве, так и для изготовления бижутерии в качестве украшений.

Фитинги из латуни

Из глубины веков

История латуни удивительна. Один из ее составляющих (цинк) открыт в XVI веке, но «союз металлов» использовали до наступления нашей эры.

Платон писал о легендарной Атлантиде:

«самородный орихалк, извлекавшийся из недр земли в различных местах острова по ценности своей уступавший … только золоту».

Римская Империя чеканила деньги из орихалка. Правда, его получали при соединении меди с кальмией (окисью цинка), добываемой в Британии. Истощились месторождения, перестали плавить орихалк.

История

Документированная история латуни начинается за сто лет до нашей эры:

• В это время производство сплава освоили древние римляне.
• Спустя 900 лет с ним познакомились жители Ближнего и Среднего Востока. Источником сырья (медь, свинец) стали залежи на севере Персии (нынешний Иран).
• В этот же период по Шелковому пути его завезли на Кавказ.
• Первыми из европейцев сплав получили англичане в конце 18 века. Это был медно-цинковый материал.

Популярность материала на протяжении тысячелетий подкреплялась его сходством с золотом.

Свойства

Латунь — соединение цветных металлов.

Сплавы по содержанию Zn делят на альфа-латуни и альфа+бета-латуни (однофазные и двухфазная).

Часто структура латуни состоит из обеих фаз.

1. Тепло- и электропроводность металлического «союза» уступают меди.
2. Устойчивость к коррозии средняя между этим показателем у составляющих твердого расплава.
3. Имеет высокие технологические свойства.
4. Латуни довольно дешевы, потому и спрос велик.

Химический состав определяет свойства:

1. Поверхность изделий покрываются оксидной пленкой (темнеет).
2. Однофазные сплавы отличает высокая эластичность.
3. Двухфазные славятся прочностью.

Важно: латунь — это не бронза.

Разновидности латунного металлопроката

Основные разновидности латунного металлопроката сводятся к следующему:

• латунные прутки – длинные детали с круглым, квадратным, прямоугольным сечением;
• латунные плиты – плоские заготовки толщиной 2,5 см и больше;
• латунная проволока для электротехники и прочих отраслей промышленности;
• латунная труба для проведения линий коммуникаций;
• латунные круги для изготовления станков, приборостроения и пр.;
• латунные листы для разных отраслей промышленности и пр.

Для каждого типа латунного металлопроката необходим металл определенной марки со строго регламентированным химическим составом.

Не добыть в природе латуни

Познавательно: самородную латунь нашли в конце XX века, это «цинкистая медь».

В природе латунь практически не встречается. Месторождения цинкистой меди редки и не представляют промышленного интереса. Люди сами сплавляют медь и цинк в нужных пропорциях.

Рекомендуем: БЕРИЛЛИЙ — металл настоящего и будущего

Добычу составляющих сплава металлов производят на соответствующих месторождениях.

Интересно: более половины цинка для производства золотистого сплава получено путем вторичной переработки.

Сплавы, марки

По составу латуни делят на двухкомпонентные (лигатура в них цинк) и многокомпонентные. В этих сплавах металлов могут присутствовать олово Sn, Pb (свинец), Al (алюминий), никель Ni, марганец Mn.

По формуле маркировки легко определить, какие металлы содержит сплав, в каких количествах.

Маркировка двухкомпонентных сплавов состоит из буквы Л, к которой добавляют число — процент меди. Пример: Л59, Л75.

В маркировке многокомпонентных латуней указаны первые буквы металла и его процентное содержание. Пример: ЛЦ16К4 — содержание цинка 16%, кремния 4%, остальное медь.

Микроструктура отшлифованного и протравленного латунного сплава под 400-кратным увеличением

Производство металла

Поскольку основным компонентом латуни является медь, то материал относят к медным сплавам. Схема производства достаточно проста. Однако с технологической точки зрения процесс оказывается сложным, поскольку требует очень четкого соблюдения температурных режимов и обработки сырья и заготовки.

В общем виде получение сплава выглядит так:

• расплавление меди в специальных тиглях;
• введение цинка;
• введение дополнительных компонентов – железа, никеля;
• разливка в формы;
• закалка – штампованием или вытягиваем.

Дело осложняется еще и тем, что условия получения сплавов во многом зависит от состава сплава и его назначения.

Ниже дано видео о плавке латуни в домашних условиях.

В видео ниже рассказывается, как произвести и расплавить латунь в домашних условиях:

Технологии

Производство латуни следует начать с получения меди из медной руды. На деле это сложное полиметаллическое сырье, в котором доля меди как раз невелика. Главными компонентами являются пустая руда, железо и медь, и первый этап получения латуни сводится к тому, чтобы отделить медь от других составляющих.

Получение сырья

Процесс это исключительно сложный, так как его целью является перевод сырья из единой многокомпонентной смеси в гетерогенную систему, состоящую из нескольких фаз с разным составом и разными свойствами. Только после этого фазы можно отделить друг от друга и получить пригодные для дальнейшего использования составы. Применяют для этого самые разные методики: в некоторых случаях извлекаемая фаза дополнительно обогащается «главным» металлом, в других, наоборот – обедняется, в третьих прибегают к механическим методам отделения, когда фазы, например, отличаются растворимостью и так далее.

Чаще всего используют следующие два способа.

• Пирометаллургическая технология предполагает переработку медной руды с последующим рафинированием черновой меди. Включает плавку, конвертирование медного штейна, огневое рафинирование – по сути, очистка от крупных примесей, и электролитическое. Последнее позволяет не только провести глубокую очистку меди, но и извлечь какие-либо сопутствующие компоненты, если они представляют ценность.
• Гидрометаллургический метод применяется при использовании бедной медной руды. Суть его сводится к выщелачиванию – воздействию серной кислоты, сернокислого железа. Для этого руду измельчают и растворяют в растворителях, а затем добывают медь либо методом цементации – осаждению чистой меди на железе, для чего используют обычные обрезки листа и проволоки, либо электролизом.

Таким образом удается полностью извлечь медь даже из самой бедной руды.

Получение цинка тоже имеет свои особенности, но, в общем, является более простым процессом.

О том, можно ли сварить латунь в домашних условиях и как ее производят на заводе, расскажем ниже.

Метод получения сплава

Выплавка латуни зависит от состава сплава. Здесь необходимо учитывать и разную температуру кипения металлов, и разную способность к окислению.

• Плавка с чистым металлом – при использовании оборотных металлов шихта может загружаться в любом порядке. Если же в шихте наличествует чистый металл, то сначала расплавляют медь, а потом оборотные металлы. Цинк и свинец, если он есть, вводят в расплав в последнюю очередь, предварительно, нагретыми до 100–120 С. Плавка производится под слоем древесного угля, который загружается с первой порцией шихты.
• Плавка кремнистой латуни – такой состав склонен поглощать восстановительные газы, поэтому здесь древесный уголь не применяется. Плавку проводят под покровным флюсом – стеклом или бурой, чтобы предупредить взаимодействие с кислородом. Первой в печь загружают медь, затем отходы и меднокремнистую лигатуру. Цинк загружают в расплав последним, после того как будет удален шлак.
• Плавка марганцовой латуни – проводится под древесным углем или флюсом из стекла. В этом случае последним вводится марганец вместе с лигатурами, после того как расплавляются все остальные ингредиенты.

Что дает лигатура

Содержание в твердом расплаве более 20% цинка приводит к деформации и коррозионному растеканию. Этот недостаток исправляют, отжигая изделия при температуре 250-300 градусов.

Важно: чем больше цинка в сплаве, тем он дешевле.

Применение

Хорошие механические свойства, относительная дешевизна — эти достоинства обеспечили бывшему орихалку постоянный спрос.

Латунные сплавы используют в деталях, для которых важны:

• пластичность;
• деформируемость;
• текучесть;
• способность к обработке.

У современного орихалка приятный золотистый цвет. Ее используют в производстве фурнитуры, художественных изделий (кубков, значков, знаков отличия, орденов и медалей).

Рекомендуем: ДРАГОЦЕННЫЕ (БЛАГОРОДНЫЕ) МЕТАЛЛЫ — редкость, красота и уникальность

Металлы в дизайне интерьера: медь, латунь и бронза

Дизайн интерьера — это не только картины, ковры и мебель. Это ещё и декоративные элементы, которые сочетаясь между собой, создают единую концепцию. В современных интерьерах часто встречаются предметы декора из меди, латуни и бронзы. Они приковывают внимание и завораживают своей красотой.

Содержание:

•Как металлы могут преобразить интерьер

•Как отличить друг от друга медь, латунь и бронзу

•Медь в интерьере

•Латунь в интерьере

•Бронза в интерьере

Металлический декор на пике популярности — элементы из бронзы, латуни или меди часто встречаются в современных интерьерах. Модные дизайнеры виртуозно сочетают их с разными материалами, создавая гармоничную и стильную обстановку. Поделимся секретами, как сочетать трендовые металлы в любых интерьерах, чтобы это выглядело уместно и эстетично.

Как металлы могут преобразить интерьер

Металлический декор становится центральным акцентом в интерьере помещения. Он привлекает к себе внимание и привносит оригинальность. Практически для любой палитры подходят элементы из латуни, бронзы и меди, отличающиеся мягким тёплым блеском, в отличие от изделий из золота. Также их проще комбинировать с материалами отделки и мебелью.

Для того чтобы не перегрузить интерьер блестящим декором, начните с малого — купите несколько предметов из металла маленького и среднего размера. Стильно смотрятся барные стулья из латуни в сочетании с модными светильниками с металлическим декором. Если мебель уже куплена, то используйте отдельные предметы, которые преобразят пространство. Красивые фигурки и статуэтки, зеркала или картины, которые впишутся в любой интерьер.

Если вы обладатель двухэтажного дома или двухуровневой квартиры, вам можно позавидовать! Перед вами открывается прекрасная возможность оживить пространство с помощью благородных металлов. Лестничные перила из меди, латуни или бронзы привносят в интерьер особую роскошь и изящество. Такой приём часто используется при оформлении вестибюлей в элитных отелях и ресторанах.

Как отличить друг от друга медь, латунь и бронзу

Несмотря на визуальное сходство материалов, всё-таки они разные. Рассказываем, как научиться различать металлы:

•По звуку. Метод подойдёт тем, кто обладает музыкальным слухом. Если ударить по предмету из меди, вы услышите приглушённый звук, а если ударить по изделию из латуни — звонкий. Лучше всего метод сработает на массивных предметах декора и трубах.

•По цвету. Медь имеет красноватый оттенок, в то время как латунь может быть золотисто-жёлтого цвета. Бронза по цвету приближена к меди, но часто изделия красят в другие оттенки.

•По весу. Чистый металл, которым является медь, обладает большим весом, чем сплавы — бронза и латунь.

•По твёрдости. Медь является более пластичным материалом, поэтому изделия гнутся, но не ломаются, в отличие от сплавов. Латунь отличается большей твёрдостью и хрупкостью.

Также можно определить тип металла при помощи химических средств, но в домашних условиях не рекомендуется проводить проверку. К тому же декор из-за этого может утратить эстетическую привлекательность.

Медь в интерьере

Медь в интерьере — это красиво, стильно, дорого и модно. Декоративные элементы из меди визуально увеличивают пространство помещения за счёт светоотражающих свойств. С помощью грамотно подобранных аксессуаров можно привнести в интерьер теплоту и аристократичность. А вот переизбыток сделает комнату неуютной. Помните, медный интерьер прекрасен в своей лаконичности.

В гостиную достаточно поставить стильный журнальный столик из меди, поддержав его акцентным светильником и статуэткой.

Очень оригинально и эстетично смотрится сантехника из меди. Установите на кухне смеситель из меди и дополните интерьер модными рейлингами такого же цвета. Также красиво смотрятся медные ручки на фасадах кухни. Для ванной комнаты очень много вариантов использования металла. Эстетично выглядит раковина, смеситель и душевая система из меди.

Одним из недостатков меди в интерьере является высокая цена. Элементы из чистого металла обойдутся дорого. Но есть альтернатива — похожие сплавы.

Латунь в интерьере

Латунь в интерьере встречается всё чаще из-за прекрасных визуальных характеристик и доступной цены. Сплав можно использовать как отдельно (в виде акцентных элементов), так и в сочетании с мебелью или отделкой. Предметы из латуни гармонично сочетаются с разными цветами, но особенного контраста можно добиться при сочетании с серым цветом.

Серому интерьеру предметы из латуни приглушённого матового оттенка добавят уюта, а ещё они станут стильными акцентами. Если хочется больше яркости, можно подобрать блестящий декор.

Оригинально смотрится большой арт-декор из латуни, который привнесет в комнату роскошь, сделав её по-настоящему королевской. Декор может быть настенный или напольный, в зависимости от ваших пожеланий.

Латунный интерьер — это особый вид искусства, поскольку важно правильно сочетать сплав с другими материалами. Латунь прекрасно гармонирует с натуральным камнем и деревом. Это беспроигрышное трио превратит даже самый скучный интерьер в образец утончённого дизайна. Латунь можно сочетать со стеклом, керамогранитом, бархатом, флоком, нубуком и кожей. Поэтому материал часто используется в изготовлении мебели.

Бронза в интерьере

Еще один прекрасный металл в интерьере, который заслуживает отдельного внимания. Однако нужно понимать, что данный сплав будет уместен не в каждом интерьере. К примеру, в стиле Hi-Teck бронза будет смотреться неуместно. Зато сплав идеально впишется в скандинавский стиль, барокко, ампир, неоклассику, модерн, современный лофт, эклектику и любой этнический стиль.

Для того чтобы гармонично добавить бронзу в интерьер, следует подобрать подходящий оттенок. Обычно в дизайне используется бронза благородного желтовато-оловянного цвета. Если вы боитесь переусердствовать с бронзовым интерьером, начните с настольного декора, к которому относятся: часы, статуэтки, лампы, пепельницы, подсвечники. Их можно поставить на журнальный столик, расположить на тумбе или найти место на камине.

Для любителей более ярких акцентов подойдёт художественное настенное панно из бронзы, которые моментально привлечет к себе внимание. Для максимального эффекта панно можно подсветить красивым светильником.

Зеркала с бронзовыми рамами тоже активно используются дизайнерами. Во-первых, зеркала визуально увеличивают пространство, а во-вторых, становятся акцентом в интерьере. Поддержать бронзовый интерьер можно с помощью красивых ваз в таком же оттенке или журнального столика.

Дополнительно можно установить карнизы и держатели для штор из бронзы. Но не забывайте, применение любого металла в интерьере требует умеренности и чувства стиля.