Литературный обзор по латуни

1 Литературный  обзор

 

1.1 Латунь

 

Латунь - это двойной  или многокомпонентный сплав на основе меди, в котором главным легирующим элементом является цинк. Двойные медноцинковые  сплавы называется простыми латунями, а многокомпонентные специальными. По технологическую принципу эти сплавы делятся на латуни деформируемые и латуни литейные. Латуни, содержащие 88—97% Сu, называется томпаком, а 79—86% Си — полутомпаком.

Латуни  обладают сравнительно высокими механическими  свойствами и хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, а специальные латуни — и в морской воде. Являясь наиболее дешевыми из медных сплавов, латуни широко используются в различных областях народная хозяйства. Простые латуни применяют для всевозможных изделий, изготовляемых штамповкой и др. видами пластичные деформации, для теплообменной аппаратуры, фурнитуры, знаков отличия, сильфонов, гибких шлангов, сеток бумагоделательных машин,, гильз и др. спец. изделий. Спец. латуни, обладающие более высокой коррозионной стойкостью и прочностью, используют для деталей морских судов, самолетов, приборов и химические аппаратуры. Из латуни, содержащих свинец и поэтому хорошо обрабатываемых резанием, изготовляют детали часов и др. точных механизмов, а также антифрикционные. детали. Литые изделия получают из литейных латуни. Из латуней обрабатываемых давлением, изготовляют листы, ленты, полосы, трубы, прутки и проволоку, поковки.

 

1.2 Диаграмма состояния Cu — Zn

 

Медь  с цинком образуют кроме основного  α-раствора ряд фаз электронного типа β, γ, ε. Наиболее часто структура  латуней состоит из α- или α+β’- фаз: α-фаза — твёрдый раствор  цинка в меди с кристаллической  решёткой меди ГЦК, а β’-фаза — упорядоченный твёрдый раствор на базе химического соединения CuZn с электронной концентрацией 3/2 и примитивной элементарной ячейкой.

При высоких  температурах β-фаза имеет неупорядоченное  расположение ([ОЦК]) атомов и широкую  область гомогенности. В этом состоянии β-фаза пластична. При температуре ниже 454—468 °C расположение атомов меди и цинка в этой фазе становится упорядоченным, и она обозначается β’. Фаза β’ в отличие от β-фазы является более твёрдой и хрупкой; γ-фаза представляет собой электронное соединение Cu₅Zn₈.

Однофазные  латуни характеризуются высокой  пластичностью; β’-фаза очень хрупкая  и твёрдая, поэтому двухфазные латуни имеют более высокую прочность  и меньшую пластичность, чем однофазные.

 

Рисунок 1. Диаграмма состояния Cu — Zn

Большинство латуней хорошо обрабатывается давлением. Особенно пластичны однофазные латуни. Они деформируются при низких и при высоких температурах. Однако в интервале 300—700 °C существует зона хрупкости, поэтому при таких  температурах латуни не деформируют.

Двухфазные  латуни пластичны при нагреве  выше температуры β’-превращения, особенно выше 700 °C, когда их структура становится однофазной (β-фаза).

 

1.3 Производство латуни

 

Деформируемые латуни ЛАЖ60-1-1 и ЛЖМц59-1-1 обладают высокими коррозионными свойствами в атмосферных условиях, пресной и морской воде. Из них изготовляют детали для судостроения. Более высокой устойчивостью к морской воде обладают латуни, легированные оловом, например ЛО70-1 и л062-1, получившие название морской латуни. Латунь ЛС59 (автоматную латунь) поставляют в прутках. Она предназначена для изделий, изготовляемых резанием на станках-автоматах (часовая промышленность). Латуни, предназначенные для фасонного литья, содержат большое количество специальных присадок, улучшающих их литейные свойства. Эти латуни отличаются повышенной прочностью и лучшей коррозионной стойкостью. На первый взгляд, стоимость стальных изделий ниже стоимости аналогичных изделий из латуни. Однако, если принять во внимание стоимость механической обработки, износ режущего инструмента, отсутствие искрения при работе, производительность труда и, в ряде случаев, срок эксплуатации изделия, экономический эффект от использования латуни может достигать 65%. Заметим также, что при работе с латунью существенно снижаются расходы на эмульсию. Таким образом, латунь является современным материалом, нашедшим широкое применение в промышленности благодаря своей коррозионной стойкости, сочетающейся с относительно высокой прочностью и пластичностью.

На заводах  по обработке цветных металлов не хватает современного оборудования: станов прецизионной обработки латунных лент для автомобильных радиаторов, печей для безокислительного  отжига латуни, линий отделки и  упаковки готовой продукции - латунных прутков и труб. Следует также  отметить, что практически ни один российский завод, производящий прутки, не имеет оборудования, позволяющего достигать высокой точности при  изготовлении полированных прутков. И  это при том, что в мире давно  уже используются прогрессивные  технологии производства высококачественных прутков и их отделки на линиях типа шумах. Такие линии, как правило, включают в себя калибровочное волочение, правку, резку, полировку и неразрушающий контроль. К сожалению, отечественное машиностроение не в состоянии воспроизвести подобное оборудование. Еще один важный вопрос, стоящий перед отечественными производителями латуни, - это решение проблемы отжига. На российских заводах отжиг латунных полуфабрикатов производится в печах устаревших конструкций. Такие печи не имеют защитной атмосферы, в результате чего поверхность латуни подвергается окислению и теряет цинк. В то же время мировой опыт показывает, что для решения данной проблемы можно использовать печи типа эбнер, которые обеспечивают так называемый светлый отжиг, то есть отсутствие окисления и обесцинкования поверхности.

 

1.4 Литье латуни

 

Литьем  называют получение разнообразных  металлических изделий при помощи заливки расплавленного металла  в специальную форму. При остывании  материал затвердевает и приобретает  необходимые контуры и размеры.

Технология  производства литья латуни:

Сначала создается мастер-модель, то есть прототип будущего сувенира или деталей. Для этого применяются удобные в обработке пластичные материалы (гипс, воск, пластилин, дерево и т. д.).

С полученной модели снимается форма – резиновая  полость, в которую затем заливается расплавленный воск. Он занимает всю  форму и постепенно застывает. Так  получается восковка – копия готового изделия.

Восковку  заливают формовочной массой (специальным  гипсом). После прокаливания масса  высыхает, а воск топится и выплавляется из оболочки.

Литейная  форма, как правило, состоит из опок – двух полуформ. Они удерживают массу при ее уплотнении. В полость, образовавшуюся внутри формы, льют расплавленный металл. Он остывает и образует отливку.

После остывания  металла гипс разбивают и достают  готовый декоративный предмет интерьера.

Дополнительная  обработка:

После выбивки  на отливке могут быть обнаружены заливы, выпоры, прибыли, литники и  т. д. Их удаляют, а также проводят очистку от пригоревшей формовочной  массы. Затем могут понадобиться шлифовка, полирование, художественное покрытие (чернение и гальваника).

Преимущества  и недостатки:

К преимуществам  данной технологии относятся:

глубокий  рельеф;

большие художественные возможности;

качественное  изготовление интерьерных аксессуаров;

Среди недостатков  литья выделяют:

долгую  подготовку тиража;

высокую стоимость расходных материалов.

 

1.4 Вредные и полезные примеси в латуни

 

Наиболее  часто встречающиеся вредные  примеси в латуни — висмут, свинец, сурьма, мышьяк и фосфор — оказывают влияние на ее свойства и структуру.

В антимагнитных  латунях должно быть не более 0,03% Fe. Кислород может присутствовать в виде окиси цинка, легко всплывающей на поверхность расплавленной латуни и обычно не содержащейся в слитках, если температуpa литья достаточно высокая.

Примесь свинца в количестве более 0,03% приводит к растрескиванию слитков

при горячей  прокатке α- латуни; наличие β-фазы облегчает горячую обработку латуни, содержащих свинец. Висмут понижает пластичность латуни и в холодном состоянии. Сурьма ухудшает способность латуни к холодной деформации, т. к. концентрируется по границам зерен в виде хрупкой фазы. Растворимость этой фазы в твердом растворе меди существенно уменьшается с повышением содержания цинка и понижением температуры, поэтому для облегчения холодной обработки сурьмянистых латуней целесообразно применять закалку.

Для повышения  механических свойств и химической стойкости латуней в них часто  вводят легирующие полезные примеси : алюминий (Al), никель (Ni), марганец (Mn), кремний (Si) и т. д.

Все добавляемые  к латуни элементы обозначают русскими буквами:

Ц – цинк                                           С - свинец

А - алюминий                                   Мц – марганец

О – олово                                         Ж – железо

Н – никель                                        Ф – фосфор

К – кремний                                      Б – бериллий

 

Цифры, помещенные за буквами, указывают среднее процентное содержание элементов.

Например : ЛАЖМц66-6-3-2 – алюминиевожелезомарганцовистая латунь, содержащая 66% меди, 6% алюминия, 3% железа и 2% марганца, остальное составляет цинк.