Сплави кольорових металів

Латунь - сплав міді із цинком (від 5 до 45%). Латунь із вмістом від 5 до 20% цинку називається червоною (томпаком), зі вмістом 20–36% Zn – жовтою. На практиці рідко використовують латуні, у яких концентрація цинку перевищує 45%.

Цинк більш дешевий матеріал у порівнянні з міддю, тому його введення в сплав одночасно з підвищенням механічних, технологічних і антифрикційних властивостей, приводить до зниження вартості - латунь дешевше від міді. Електропровідність і теплопровідність латуні нижче, ніж у міді.

Латунь - подвійний і багатокомпонентний мідний сплав, з основним легуючим елементом - цинком. У порівнянні з міддю мають більше високу міцність і корозійну стійкість. Прості латуні позначають буквою Л и цифрою, що показує вміст міді у відсотках. У спеціальних латунях після букви Л пишуть заголовну букву додаткових легуючих елементів і через тире після вмісту міді вказують вміст легуючих елементів у відсотках. Латуні розділяють на ливарні й деформуючі. Латуні, за винятком свинцевомістких, легко піддаються обробці тиском у холодному й гарячому стані. Всі латуні добре паяються твердими й м'якими припоями.

Корозійна стійкість латуней в атмосферних умовах виявляється середньою між стійкістю елементів, що утворюють сплав, тобто цинку й міді. Латунь, що містить більше 20% цинку, схильна до розтріскування при вилежуванні у вологій атмосфері (особливо, якщо присутні сліди аміаку). Цей ефект часто називають «сезонне розтріскування». Найбільш помітний він у деформованих виробах, оскільки корозія поширюється по границях зерен. Для усунення цього явища після деформації латунь піддають відпалу при 240 - 260 (°C).

Латуні мають високі технологічні властивості й застосовуються у виробництві різних дрібних деталей, особливо там, де потрібні гарна оброблюваність і формувальність. З них одержують гарні виливки, тому що латуні мають гарну плинність і малу схильність до ліквації. Латуні легко піддаються пластичній деформації - основна їхня кількість іде на виготовлення катаних напівфабрикатів - листів, смуг, стрічок, дроту й різних профілів.

Звичайно латуні ділять на:

а) двохкомпонентні латуні («Прості»), що складаються тільки з міді, цинку й, у незначних кількостях, домішок.

Для двохкомпонентної латуні особливе значення має фазовий склад сплаву. Межа розчинності цинку в міді при кімнатній температурі дорівнює 39%. При підвищенні температури він знижується й при 905 °C стає рівним 32%. Із цієї причини латуні, що містять цинку менше 39%, мають однофазну структуру (α -фаза) твердого розчину цинку в міді. Їх називають α -латунями. Якщо в розплав увести більше цинку, то він не зможе повністю розчинитися в міді, і після затвердіння виникне друга фаза - (β -фаза). β - фаза дуже тендітна й тверда, тому двофазні латуні мають більш високу міцність і меншу пластичність, ніж однофазні.

При збільшенні концентрації цинку до 30% зростають одночасно й міцність, і пластичність. Потім пластичність зменшується, спочатку за рахунок ускладнення твердого розчину, потім відбувається різке її зниження, тому що в структурі сплаву з'являється тендітна β -фаза. Міцність збільшується до концентрації цинку близько 45%, а потім зменшується так само різко, як і пластичність.

Більшість латуней добре обробляється тиском. Особливо пластичні однофазні латуні. Вони деформуються при низьких і при високих температурах. Однак в інтервалі 300 - 700 (°C) існує зона крихкості, тому при таких температурах латуні не деформують.

Особливістю обробки латуней тиском є те, що для обробки в холодному стані (тонкі аркуші, дріт, калібровані профілі) використовують α -латунь із вмістом цинку до 32%, тому що вона при кімнатній температурі має високу пластичність і малу міцність. При підвищенні температури до 300-700 °C її пластичність зменшується, тому в гарячому стані її не обробляють. Для цієї мети використовують або β -латунь із більшим вмістом цинку (до 39%), здатну переходити при нагріванні у двофазний стан α + β, або (α + β)-латунь.

Марка латуні складається з букви «Л», що вказує тип сплаву - латунь, і двозначної цифри, що характеризує середній вміст міді. Наприклад, марка Л80 - латунь, що містить 80% Cu і 20% Zn.

б) багатокомпонентні – це латуні («Спеціальні») – в яких крім міді й цинку присутні додаткові легуючі елементи.

Кількість марок багатокомпонентних латуней більша, ніж двохкомпонентних. Найменування спеціальної латуні відображає її склад. Так, якщо вона легована залізом і марганцем, то її називають «Залізомарганцевою», якщо алюмінієм - «Алюмінієвою» і т.д.

Марку цих латуней встановлюють у такий спосіб: першою, як у простих латунях, ставиться буква Л, за нею - ряд букв, що вказують, які легуючі елементи, крім цинку, входять у цю латунь; потім через дефіси ставлять цифри, перша з яких характеризує середній вміст міді у відсотках, а наступні - кожного з легуючих елементів у тій же послідовності, як і в буквеній частині марки. Порядок букв і цифр установлюється по вмісту відповідного елемента: спочатку йде той елемент, якого більше, а далі по спаданню. Вміст цинку визначається за різницею від 100%. Основними легуючими елементами в багатокомпонентних латунях є алюміній, залізо, марганець, свинець, кремній, нікель. Вони по-різному впливають на властивості латуней.

Марганець підвищує міцність і корозійну стійкість, особливо в сполученні з алюмінієм, оловом і залізом.

Олово підвищує міцність і сильно підвищує опір корозії в морській воді. Латуні, що містять олово, часто називають морськими латунями.

Нікель підвищує міцність і корозійну стійкість у різних середовищах.

Свинець погіршує механічні властивості, але поліпшує оброблюваність різанням. Ними легують (1-2%) латуні, які піддаються механічній обробці на верстатах-автоматах. Тому ці латуні називають автоматними.

Кремній погіршує твердість, міцність. При спільному легуванні кремнієм і свинцем підвищуються антифрикційні властивості латуні й вона може служити замінником більш дорогих, наприклад олов'яних бронз, що застосовуються в підшипниках ковзання.

Латуні в порівнянні із бронзою мають меншу міцність, корозійну стійкість і антифрикційні властивості. Вони досить стійкі на повітрі, у морській воді, розчинах більшості органічних кислот, вуглекислих розчинах.

Латуні мають порівняно високі механічні властивості й задовільну корозійну стійкість і, будучи найбільш дешевими з мідних сплавів, мають широке застосування в багатьох галузях машинобудування.

Латунь підрозділяють на подвійні й багатокомпонентні. Подвійні мідно-цинкові сплави - прості або подвійні латуні, багатокомпонентні - спеціальні латуні. Подвійні латуні, що містять 88 - 97% міді, називають томпаком, а ті, що містять 79 - 80% міді - напівтомпаком. Назва спеціальних латуней дається по додатковому легуючому елементу (крім цинку), наприклад, латунь, що містить, крім цинку, алюміній, називають алюмінієвою латунню й т.п. За технологічним принципом розрізняють деформуючі й ливарні латуні.

Напівфабрикати з деформуючих латуней виготовляють у наступних станах: м'який (відпалені), напівтвердий (обтиснення 10-30%), тверде (обтиснення більше 30%) і надтвердий (обтиснення більще 50%). Ливарні латуні виплавляють як з первинних, так і із вторинних металів (вторинні латуні).

У якості додаткових легуючих добавок у спеціальні латуні вводять алюміній, кремній, олово, нікель, марганець, залізо й свинець. Зазначені добавки (крім свинцю) підвищують корозійну стійкість, міцність, подрібнюють зерно латуні; свинець сильно поліпшує оброблюваність різанням.

Латуні, що містять більше 20% цинку, у деформованому стані схильні до корозійного (спонтанного) розтікання при зберіганні. Для попередження розтікання, вироби, виготовлені з латуні, варто піддавати низькотемпературному відпалу при 250 - 300 °С.