Латунь: история, основные компоненты, свойства 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

Классификация латуней

В зависимости от химического состава различают:

• Простые (двухкомпонентные) латуни. В их составе только медь и цинк. Маркируются простые латуни буквой «Л» и цифрой, которая обозначает соотношение меди в процентах. Например: в состав Л85 входит 85% меди и 15% цинка.
• Специальные (многокомпонентные) латуни. Они содержат медь, цинк, свинец, алюминий, железо и другие элементы, улучшающие основные свойства материала. Такие элементы называются легирующими. Маркируются специальные латуни буквой «Л», а также буквами и цифрами, обозначающими легирующие дополнительные элементы и их количество в процентах. Например: ЛА77-2 содержит 77% меди, 2% алюминия и 21% цинка.

Специальные латуни подразделяются на классы, названные по главному легирующему элементу (марганцевые, алюминиевые, кремнистые, оловянные, никелевые, свинцовые).

По степени обработки латуни бывают:

• деформируемые (латунная лента, проволока, труба, латунный лист); • литейные (арматура, подшипник, детали приборов).

Подробнее о сплавах латуни

Латунь Л63, Латунь ЛС59-1

Существует также классификация по количеству цинка в сплаве:

• 5-20% цинка – красная латунь (томпак); • 20-36% цинка – желтая латунь.

Особая роль состава латуни

Латунь внешне может напоминать бронзу, если составы и пропорции подобраны верно, а поверхность латуни обработана. Сегодня, ввиду меньшей стоимости, сплавы меди с цинком начали выигрывать позиции на рынке. Некогда популярные бронзовые люстры, бра, предметы декора и смесители теперь все чаще делают латунные.

А чтобы внешне в сплавах нельзя было уловить отличий, поверхность латуни подвергается специальному химическому составу. Так делают сантехническую латунь.

Завоевание рынка декоративных металлов на этом не оканчивается. Сейчас латунь – это материал для спинок кроватей, подсвечников, кухонных вытяжек и утвари, прочих элементов интерьера. Сплавы не напрасно получили статус важнейших металлов мира. И даже типографские шрифты – это латунь.

Основные свойства латуни

Латуни хорошо поддаются обработке давлением. Механические свойства сравнительно высокие, коррозионная устойчивость удовлетворительная. Если сравнивать латуни с бронзой, то их прочность, устойчивость к коррозии и антифрикционные свойства меньше. Они не очень устойчивы на воздухе, в соленой морской воде, углекислых растворах и растворах многих органических кислот.

Латунь красивого цвета и в сравнении с медью обладает лучшей коррозионной стойкостью. Однако с увеличением температуры растёт и скорость коррозии. Наиболее заметен этот процесс в тонкостенных изделиях. Спровоцировать коррозию могут: влажность, следы аммиака и сернистого газа в воздухе. Для предупреждения этого явления латунные изделия подвергают низкотемпературному обжигу после обработки.

Практически все латуни при понижении температуры (до гелиевых температур) остаются пластичными и не становятся хрупкими, что даёт возможность использовать их в качестве хорошего конструкционного материала. За счёт более высокого показателя температуры рекристаллизации (300-370°С), чем у меди, при высокой температуре ползучесть латуней будет меньше. При средней температуре (200-600°С) возникает явление хрупкости, так как нерастворимые при невысоких температурах примеси (например: свинец, висмут) образуют хрупкие межкристаллические прослойки. При повышении температуры снижается ударная вязкость латуней. В сравнении с медью показатели электропроводности и теплопроводности латуней ниже.

Характеристики материала

Сплав из цинка и меди – крепкое соединение, которое используют при производстве катанных компонентов. Готовое сырье совмещает в себе лучшие параметры обоих веществ. В обзоре подробно разберем особенности металла.

Свойства латуни

Классический сплав состоит из меди и цинка, соединенных в соотношении 1 к 2. Современные технологии позволяют уменьшить количество цветмета. В сырье объем первого вещества может не превышать 30%. Исключение допускают для технических вариантов, в которых используют пропорцию 1 к

Цинк в чистом виде – хрупкий материал голубого цвета. На открытом воздухе темнеет и покрывается оксидной пленкой. При соединении с пластичной медью получают очень крепкий сплав, не боящийся трения и тягучий при плавлении. При температуре 880-950С сырье размягчается, что позволяет сваривать по газовой и дуговой технологии. На холоде не теряет своей прочности и пластичности, хотя электричество проводит хуже.

Если не знаете, ржавеет ли латунь от воды, стоит помнить об устойчивости вещества к коррозии. Незащищенный от атмосферных явлений металл чернеет, но не разрушается. Для сохранения декоративности сырье сверху покрывают защитным лаком. Соединение не любит углекислые растворы и морскую воду.

Свойства материала Источник panacheind.com

Рассмотрим, как легирующие элементы оказывают влияние на свойства латуней.

• Олово значительно увеличивает антикоррозийные свойства в морской воде, повышает прочность сплава. Латуни с оловом часто называют морскими.
• Марганец увеличивает прочность, сопротивление коррозии. Марганцевые латуни часто сочетают с оловом, железом и алюминием.
• Никель повышает коррозионные свойства и прочность в различных средах.
• Кремний понижает прочность и твердость, а также улучшает свариваемость. Латуни, содержащие кремний и свинец, обладают хорошими антифрикционными свойствами. Такими сплавами можно заменить более дорогостоящие, например оловянные бронзы.
• Свинец значительно улучшает обрабатываемость резанием, но в тоже время ухудшает механические свойства. Свинцовые латуни называют автоматными, так как они обрабатываются на станках-автоматах. Данный сплав является самым распространённым.
• Алюминий снижает летучесть цинка, за счёт образования на поверхности расплавленной латуни защитной плёнки (оксида алюминия).

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.

Способы получения

В технологии получения латуни задействованы процессы медной, цинковой промышленности, а также переработка вторсырья. Сырьём для производства сплавов являются заготовки меди, цинка и других металлов для получения многокомпонентных сплавов. Также используются собственные отходы производства и вторичное сырьё. Все заготовки изготовлены в соответствии с ГОСТ.

Для плавки латуни используют различные виды плавильных печей, применяющихся для плавки медных сплавов. Самыми эффективными являются электрические индукционные низкочастотные печи с магнитопроводом. Плавку проводят под вытяжной вентиляцией, поскольку некоторые элементы сплава интенсивно испаряются и могут навредить здоровью человека. Сплав нежелательно перегревать, из-за вероятности возгорания на воздухе некоторых компонентов. В качестве шихт для плавки латуни используют чистые и оборотные металлы.

Предварительно сырьё подготавливают, а печи очищают. Разогретую до красного каления медь помещают в печь, а затем добавляют кусковые заготовки цинка. Во время плавки медно-цинковых сплавов берут во внимание значительную окисляемость цинка. Для уменьшения окисляемости проводят ряд мероприятий. Для изготовления многокомпонентных сплавов в первую очередь добавляют медь, а затем с осторожностью остальные компоненты.

Однородную массу разливают в формы для получения литейной латуни. В результате получаются слитки плоской и круглой формы. Деформируемые сплавы после отливки подвергаются процедуре деформации. Полученные изделия различаются по степени закалки и старения, а также твёрдости материала. Предварительная термическая обработка заготовок значительно увеличивает прочность и коррозионную устойчивость латуни.

Как получают латунь в производстве

Изготовление латуни осузествляется по технологическим картам, разработанным в цинковой и медной промышленности. Нередко сплавы получают посредством вторичной переработки сырья: медных заготовок, цинковых отходов и пр. Особенно часто вторичное сырье используется во время литья латуни с дополнительными элементами.

Литье латуни — сложный процесс, обеспечиваемый наличием на производстве разных типов плавильных печей. Особым спросом среди технологов пользуются современные низкочастотные печи (индукционные), оснащенные дополнительно магнитопроводом.

Необходимо учитывать, что в процессе плавки металлов происходит их частичное испарение. Поэтому производить литье можно только при наличии мощной производственной вытяжной вентиляции. Существует также риск возгорания компонентов будущего сплава в процессе литья — необходимо постоянно следить за температурой в плавильной печи, чтобы исключить возможность перегревания.

Перед началом изготовления латуни определенного состава необходимо полностью очистить печь. Затем в ней будет разогреваться медь до состояния красного каления, после чего — добавляются цинковые заготовки. Чтобы предотвратить процесс окисляемости цинка, медь в сплавах всегда добавляется первой.

Для того, чтобы получить литейную латунь, расплавленный в печи сплав разливается в заранее подготовленные формы. В итоге сплав застывает и образует круглые, плоские слитки. После завершения процесса литья, можно производить со сплавом дальнейшие работы. К примеру, подвергать его термической обработке в целях увеличения показателей прочности, производить старение и закаливание сплава, деформировать слитки при необходимости.

Применение

Из латуни производят охлаждающие системы для моторов, разнообразные втулки, переходники. Сплав используется в строительной сфере. Например, для изготовления сантехнического оборудования и элементов дизайна. Элементы для крепежа, такие как болты и гайки, также производят из латуни. Этот сплав применяется в судостроении и при изготовлении боеприпасов.

Различают несколько видов латунного проката:

• Латунный пруток
  – это длинномерное металлическое изделие, которое является заготовкой для различных деталей. Пруток имеет различную форму сечения: круглую, овальную, прямоугольную, квадратную, шестигранную, трапециевидную.
• Латунная плита
  – это плоский полуфабрикат с прямоугольным сечением толщиной более 25 мм, который изготавливается прокаткой или литьём. Плиты бывают мягкими, твёрдыми, полутвёрдыми и особо твёрдыми. Латунные плиты используются в промышленности, для декоративной отделки зданий.
• Латунная проволока
  – это вытянутый профиль небольшого диаметра. Применяется проволока в производстве электротехники и декоративных элементов, а также в машиностроении, авиастроении, при сварке и в обувной промышленности.
• Латунная труба
  – обладает высокой пластичностью, устойчивостью к коррозии, износу. Трубы применяются в жилищно-коммунальном хозяйстве, машиностроении, приборостроении, электроэнергетике.
• Латунный круг
  – это сплошной профиль круглого сечения. Применяется изделие в автомобилестроении, приборостроении, при изготовлении станков и механизмов.
• Латунный лист
  — незаменим в полиграфии, автомобилестроении, электроэнергетике, приборостроении, электротехнической, строительной и химической промышленностях.

Основные сферы использования латунных сплавов

В машиностроении сплавы латуни применяются для производства переходников, втулок, охлаждающих систем для двигателей. В строительстве данный сплав нередко применяется в изготовлении трубной арматуры, отдельных элементов сантехнического оборудования.

Латунь нередко становится материалом, популярным в дизайнерской среде: ее презентабельный внешний вид позволяет изготавливать из сплавов многочисленный интерьерные компоненты.

16 апреля 2017

Поделиться с друзьями: