Латунь формула химическая сплава

Латунь – высокотемпературное соединение расплавов меди и цинка. Для придания расплаву различных свойств, в зависимости от направленности применения латуни, при её выплавке добавляют различные присадки. Известно, что сплав меди и олова именуют бронзой, но олово может служить присадкой и при выплавке латуни. От количественного преобладания в медном сплаве цинка или олова и зависит его название: больше олова – бронза, больше цинка – латунь. Свойства последнего сплава определяются присадками, добавляемыми в расплав гораздо меньшими количествами – это такие вещества, как металлы: железо, свинец и никель, и неметаллы: кремний и фосфор.

Хотя цинк и был получен в виде металла только в шестнадцатом веке, но латунь получали ещё до начала современного летоисчисления, при плавлении добавляя в расплав меди богатую цинковую руду – галмей (смесь цинкового шпата с формулой ZnCO 3 и кремнекислого цинка). Запатентован же способ получения латуни был английским металлургом в конце семнадцатого века. А уже в девятнадцатом веке в Западной части России и Европе посредством латуни фальсифицировали золотые украшения.

Свойства

От меди латунь унаследовала значительный удельный вес, в зависимости от содержания основного компонента в латуни, её плотность колеблется от 8,3 до 8,7 тонны на кубический метр. Вообще, многие физические свойства латуни как сплава зависят от соотношения его компонентов не только основных, но и добавляемых в небольших количествах – легирующих.

Пожалуй, более или менее стабильной характеристикой является удельная теплоёмкость, её показатель при комнатной температуре 380 Дж/(кг*К), что означает – для нагрева металла весом один килограмм на один градус Кельвина потребуется 380 Джоулей теплоты. Удельное электрическое сопротивление меняется от 0,025 до 0,108 Ом*кв. мм/м. Температура плавления латуни также меняется в широких пределах, от 870 до 990 градусов Цельсия. Медь – более тугоплавкий металл, чем цинк, поэтому меньшие значения относятся к сплавам с более высоким содержанием цинка.

Латунь хорошо поддаётся контактной сварке, но не сваривается плавлением, её легко прокатывать. Для защиты металла от окисления на воздухе, его поверхность покрывают лаком, предотвращая почернение, хотя стойкость к воздействию атмосферы у латуни выше, чем у меди. У латуни золотистый цвет и она хорошо поддаётся полировке. Добавки в сплав висмута и свинца уменьшают его сминаемость в нагретом состоянии, но улучшают поведение сплава при обработке режущим инструментом.

Содержание в сплаве цинка определяет такие важные свойства, как прочность и пластичность – эти два, казалось бы, взаимоисключающие понятия. Если цинка добавляется до тридцати процентов, то вместе с этим растут характеристики прочности и пластичности. После этого порога пластичность начинает снижаться, а прочность продолжает расти до отметки 45%, затем снижается, как и пластичность.

Многие марки латуни хорошо поддаются обработке давлением как при низких температурах, так и в нагретом состоянии, за исключением температуры от 300 до 700 градусов, которая является зоной хрупкости и в этом интервале температур сплав не деформируют. Улучшение механических и химических характеристик латуней, в их состав дополнительно включают легирующие присадки.

Как влияют легирующие присадки

Легирующая – это присадка к сплаву, изменяющая его состав и, как следствие, придающая ему какие-то новые свойства, или повышающая или снижающая уже имеющиеся свойства. Для снижения потерь металла с поверхности расплава, в него добавляют алюминий образующаяся при этом оксидная плёнка, и выполняет защитную роль. Чтобы увеличить прочность и улучшить антикоррозионные качества, в сплав добавляют магний, отдельной позицией или вместе с алюминием и железом. Причём на плотность металла присадки практически не влияют.

Добавка в расплав никеля исключает проявления отрицательных моментов в части окислительных процессов. Улучшить пластичность, ковкость сплава и условия его резки удаётся введением в состав латуни такой присадки, как свинец. Кремний в сочетании со свинцом улучшает скольжение до такой степени, что легированный этой присадкой сплав вполне может использоваться на равных с оловянной бронзой. При этом кремний, добавленный без других присадок, конкретно повышает твёрдость и прочность латуни. Если металл планируют использовать на корабле, к нему присаживают олово, придающее стойкость к солёной воде.

Маркировка

В маркировке металла придерживаются определённых правил, изложенных в государственных стандартах – ГОСТ. Обозначается сплав начальной буквой – Л, затем идут начальные буквы присадок сплава с цифрами, указывающими на количество присадки. Маркированная деформируемая латунь за первой буквой включает цифры – сколько меди в составе: Л 70.

Если деформируемая латунь ещё и легированная, в обозначение вносятся начальная буква присадок, и число в процентах: ЛАН 60-1-1, это меди 60%, алюминия 1% и никеля 1%. Содержание цинка в таком сплаве вычисляют разницей, в этом 100 – (60+1+1) = 38%. Латуни для литья маркируются по-другому: количественные значения компонентов сплава вносятся сразу после их первых букв. Так, в изделии ЛЦ 40 Мц 1 цинка 40%, марганца 1%.

Сферы применения латуни

Во всём мире потребление цинка для производства этого сплава оценивается в два миллиона тонн, причём половина этого количества представлена ломом цинковых изделий. Латунь для технических целей получают, сплавливая примерно равные количества меди и цинка. Все латунные изделия можно подразделить на три основных вида, определяющих направления их применения:

• деформируемые – содержат цинка менее десяти процентов, их второе название томпак, он обладает хорошей пластичностью, не подвержен коррозии и хорошо скользит по металлу. У него прекрасная свариваемость со сталью и отличный цветовой оттенок – под золото;
• литейные – их название говорит об основном направлении применения, производство предметов способом литья, состоят они на 50–80% из меди. Сплав устойчив к коррозии, не деформируется при трении о другие металлы, очень прочный и нехрупкий. В расплаве его несложно заливать в формы любой конфигурации;
• автоматные – это сплавы с присадкой свинца, такое сочетание даёт возможность выходу из-под резца дискретной стружки, что очень важно при обработке изделий в автоматизированном положении – снижается износ деталей станка и возрастает скорость обработки.

Один из самых востребованных металлов во всём мире – это латунь. Применение этого сплава затрагивает практически все отрасли народного хозяйства. Простые сплавы с добавкой цинка в пределах 20% используют для изготовления деталей машин и механизмов, теплообменных аппаратов.

На изготовление штампованных предметов идут сплавы с включением цинка до 40%, а если такие сплавы легированы присадками, их применяют в судостроении и машиностроении, самолётостроении и строительстве, в часовой промышленности и т. д. Из томпака делают предметы художественного назначения, различную бижутерию и другие атрибуты, в том числе знаки воинского различия.

Литейная латунь является материалом для изготовления деталей, работающих в условиях агрессивной среды. Из автоматной изготавливают метизы – шурупы, в том числе и саморезные, гайки с болтами и шпильки. Сплав немагнитный, его используют там, где это свойство востребовано, например, для изготовления деталей компасов. Повышенная теплоёмкость обусловливает его применение в тепловых приборах, так самовары издавна изготавливали из латуни. Церковная утварь – это ещё одна сфера применения этого золотистого сплава.

В ювелирном деле латунь ценится не меньше, чем благородные металлы, которые ею имитируются при изготовлении украшений и бижутерии. Специалисты разделяют латунные изделия на три группы:

• со средним содержанием цинка, жёлтого цвета;
• золотистого цвета, с незначительным количеством цинка;
• зелёного цвета, с большим количеством цинка в составе сплава.

Наиболее приближенный к окраске золота цвет латунь имеет при пятнадцати процентах цинка и присадке алюминия в количестве 5%. Зачастую этим свойством пользуются нечестные люди, подделывая золотые украшения, хотя плотности золота и подделки несопоставимы. Чистят латунные изделия щавелевой кислотой.

Маркировка латуни

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.

Латунь является самым древним сплавом, так как её изготовление берёт корни ещё со времён Римской империи. В то время она была первым металлом по ценности после серебра и золота. Благодаря своему составу она обладает привлекательным внешним видом и в то же время высокой прочностью. Приятный глазу золотисто-желтоватый цвет даёт медь, а добавление цинка и других компонентов делает её крепким материалом.

Состав латуни

В формуле латуни всегда будут неизменными два компонента — это медь и цинк. Медь является природным ресурсом, цинк добывают путём вторичной переработки мусора. В готовом материале масса цинка держится в пределах от 5 до 50%.

Медь имеет номер 29 в таблице Менделеева, обладает высокой пластичностью, имеет красивый желтовато-золотистый цвет. При взаимодействии с открытым воздухом на металле появляется оксидная плёнка, из-за которой медь становится красной.

Цинк, находящийся под номером 30 в таблице Менделеева, является хрупким металлом и обладает светлым голубым цветом, при появлении оксидной плёнки — темнеет.

Медно-цинковый сплав разделяют на однофазный и двухфазный:

• Однофазный сплав имеет в составе около 30% цинка. Это обычный состав, который отличается пластичностью и в то же время твёрдостью. Если процент цинка увеличивается то пластичность снижается в то время, как твёрдость латуни возрастает. После достижения цинка отметки в 40% показатель твёрдости сразу падает. Однофазная латунь относится к пластичным сплавам и поддаётся обработке как при пониженных температурах, так и при повышенных, однако, при температуре 400С появляется хрупкая зона.
• Двухфазный сплав состоит на 30−50% из цинка и имеет примеси других металлов в пределах 10%. Это технический или специальный сплав. Не отличается пластичностью, лишь при нагревании свыше 700С приобретает пластичные свойства.

Виды латуни

Латунь бывает простая и специальная:

1. Простая — в составе имеет всего два компонента, медь и цинк. Маркируется буквой «Л» и цифрами. Цифры в маркировке говорят о процентном соотношении меди к общей массе сплава. Исходя из этого понятно, что сплав, маркированный «Л68», имеет в составе 68% меди и 32% цинка.
2. Специальная — состоит не только из меди и цинка, в неё добавлены и другие металлы, которые меняют свойства сплава в зависимости от своих характеристик. Маркировка этого материала несёт информацию о процентном соотношении меди к цинку и к другим элементам, которые называются легирующими. К примеру, маркировка «ЛА70−3» свидетельствует о том, что в составе использовано 70% меди, 3% алюминия и 27% цинка. В специальной латуни дополнительными металлами могут выступать:

• Олово.
• Свинец.
• Железо.
• Марганец.
• Никель.
• Кремний.
• Алюминий.

Производство латуни, виды и свойства

Латунь производят при высоких температурах в специальных глиняных ёмкостях. При изготовлении сплава необходимо учитывать, что часть цинка испаряется.

Сплав делится на несколько видов:

1. Томпак — это сплав, в составе которого присутствует не более 13% цинка. Томпак отличается повышенной эластичностью, высокой устойчивостью к ржавчине и стиранию. Используют этот вид латуни при сварке с нержавейкой для получения ценного сплава, из которого в дальнейшем изготовляют медали, фурнитуру, бижутерию, художественные изделия и инструменты.
2. Полутомпак — это сплав, в составе которого цинк варьируется в пределах 10−20%. Сфера применения полутомпака аналогична томпаку, но он является менее ценным сплавом.
3. Литейная латунь — это сплав, имеющий в составе 50−80% меди, а также примеси иных металлов. Благодаря текучим свойствам используется в изготовлении полуфабрикатов и фасонных изделий методом литья. Обладает низкими показателями распада материалов, устойчив к трению и ржавчине также обладает прекрасными механическими свойствами. Литейную латунь применяют в производстве втулок, фрагментов арматуры, гаек, подшипников и иных фитингов устойчивых к ржавчине.
4. Автоматная латунь — это сплав, имеющий в составе свинец, в процентном соотношении не превышающий отметки в 0,8%. Свинец позволяет увеличить скорость обработки изделий за счёт образования короткой стружки. Он выпускается в виде листов, лент и прутков, в дальнейшем из них вытачивают детали часовых механизмов, метизы и гайки.

Достаточно часто латунь путают с бронзой, а многие даже считают, что это один и тот же материал — это в корне неверно. Отличить эти два металла можно и в домашних условиях, для этого необходимо пройти следующий алгоритм действий:

1. Хорошо почистить оба материала и рассмотреть их на солнечном свете. Цвет бронзы будет уходить в красный цвет, а латунь в жёлтый, иногда даже в белый.
2. Поместив изделие в ёмкость с водой, можно провести анализ на плотность. Молярная масса латуни находится в диапазоне 8350−8750 кг/м.куб, если масса выше, то это бронза.

Применение латуни

Этот медно-цинковый материал податлив и вязок, благодаря этим качествам его активно используют в ковке, машиностроении и других сферах. Под ударами наковальни или молотка латунь принимает любую форму. В зависимости от сферы применения латуни состав сплава в процентном соотношении меняется в соответствии со следующей маркировкой:

1. Л80, Л85, Л90, Л96 — элементы приборов, химические и теплотехнические механизмы, змеевики и прочее.
2. Л68 — штампованные детали.
3. Л70 — пиноль для химической промышленности.
4. Л60 — штуцера толстостенные, датели машин и гайки.
5. Л63 — элементы для автомобильной промышленности, конденсаторные трубки.
6. ЛАЖ60−1−1 — запчасти для морских судов.
7. ЛА77−2 — конденсаторные приборы для морских судов.
8. ЛАН59−3−2 — элементы химической аппаратуры, морских судов и электромашин.
9. ЛН65−5 — трубы конденсаторные и манометрические.
10. ЛЖМа59−1−1 — запчасти для самолётов и морских судов, вкладыши подшипников.
11. ЛМц58−2 — метизы, гайки, арматура.
12. ЛО90−1, ЛО62−1, ЛО70−1, ЛО06−1 — конденсаторные трубы для теплотехнического оборудования.
13. ЛМцА57−1−1 — элементы и запчасти для речных и морских судов.
14. ЛС74−3, ЛС63−3 — втулки и часовые механизмы.
15. ЛК80−3 — коррозионностойкие изделия.
16. ЛАНКМц75−2−2,5−0,5−0,5 — пружины и манометрические трубы.
17. ЛМш68−0,05 — конденсаторные коллекторы.

Латунь остаётся наиболее востребованным и популярным сплавом, какой бы ни был её состав. При соблюдении технологии производства он не будет ржаветь, чернеть и окисляться.