Латунь - виды, характеристика и свойства сплава

Латунь – это сплав меди (Cu) и цинка (Zn). Она известна человечеству со времен Древнего мира, хотя секрет ее производства был открыт довольно поздно. Его регулярное производство началось в восточных провинциях Римской империи только в I веке до н. э. 

Было замечено, что медь при сплаве с определенной рудой становится более прочной, а по цвету выглядит как золото. Поэтому латунь использовали для чеканки монет – ее промышленное изготовление освоили римляне на рубеже новой и старой эры. Древний и средневековый Восток делали украшения из этого золотистого металла. 

XVII-XIX века ознаменовались открытием металлического цинка, способом его производства, а также регистрацией патента на изготовление латуни (1781 г.).

Классификация латуней

Существует несколько критериев, по которым осуществляют классификацию этого сплава:

• по степени обработки;

• по количеству легирующего металла;

• по особенностям химического состава.

По первому критерию выделяют следующие виды:

• литейные, используемые для изготовления деталей приборов, подшипников;

• деформируемые (лист, труба, проволока);

• автоматные (болты, гайки, часовые механизмы). 

Легирующий элемент, который оказывает главное влияние на свойства сплава, дает название класса латуни: свинцовые, марганцевые, никелевые, алюминиевые. 

В таблице представлена классификация латуни по химсоставу:

Цвет сплавов зависит от процентного содержания Zn:

• желтый – от 20% до 36%;

• красный (или томпак) – от 5% до 20%.

Здесь используются два критерия – цветовой и химического состава.

Физические и химические свойства

Латунь не имеет формулы, так как это сплав. Она обладает высокой температурой плавления (порядка 900^оС), но повышение количества цинка способно снизить ее. 

Плотность составляет 8,6 г/см³, что чуть ниже удельного веса меди – основного компонента латунного сплава. Имеет самую высокую теплопроводность.

Значение удельной теплоемкости меньше, чем у меди (0,377 Дж/(кг*K)), поэтому способность к трещиноватости снижается.

Характеризуется способностью к полировке, обработке давлением, сварке, сопротивлению агрессивной атмосферной среды, устойчивостью при очень низких температурах.

Если сравнивать с бронзой, то у медно-цинкового металла хуже антикоррозионность и прочность, но относительно меди они лучше.

Выделяют две фазы: α (с кубической ячейкой в кристаллической структуре) и β.

Влияние легирующих элементов на свойства латуней

Цинк обусловливает высокую прочность и одновременно пластичность сплава (если добавить до 30% этого элемента). 

Однако характеристики латуни обусловлены не только главными (Cu, Zn), но и легирующими элементами. Последние в небольших количествах добавляются к металлам, чтобы получить дополнительные свойства.

Если добавить:

• свинец и висмут - металл будет лучше резаться;

• никель, олово – получат антикоррозийные свойства (оловянные используют в условиях соленой морской среды);

• кремний – повысится твердость;

• марганец – сплав станет высокопрочным;

• алюминий – уменьшится летучесть Zn;

• мышьяк, никель, железо – позволят эксплуатировать в кислых, щелочных средах.

Указанные элементы используются для изготовления сплавов разных марок по ГОСТУ. Кроме буквенного обозначения, есть цифровое, показывающее содержание процентов главных металлов.

Способы получения

Процесс производства латуни требует наличия специального сырья – медных, цинковых, а также других металлических заготовок (свинцовых, алюминиевых, кремниевых, никелевых), которые служат как присадки для легирования.

Компоненты помещаются в плавильную печь с вытяжкой. Медь должна быть предварительно раскалена докрасна, к ней добавляют куски цинка, потом присадки. 

Жидкий металл разливают по формам, получая литейные сплавы. Если их подвергнуть деформации, то на выходе будут деформируемые латуни.

Применение латуней

Отличные свойства латуни обусловливают ее широкое применение. Выделяют несколько главных направлений.

Строительство

Распространенные латунные изделия – элементы сантехнического оборудования. Краны-буксы, смесители присутствуют практически повсеместно. 

В домах и квартирах премиум-класса устанавливают латунные трубы, которые могут прослужить полвека, так как им не страшна коррозия. Метизы, отличающиеся прочностью, используют при креплении металлоконструкций.

Декоративные направления

Латунь применяют для декорирования помещений: это лепнина, скульптуры, светильники, кованые изделия, ободки зеркал – иногда их «оформляют» под бронзу. 

Из сплава делают утварь для церковных обрядов. Дешевая бижутерия в «латунном» исполнении смотрится очень эффектно, прекрасно имитируя золото.

Часы

Часовая промышленность прошлого широко использовала сплав меди и цинка, однако из-за его мягкости перешла на сталь. Но и сейчас делают латунные корпуса недорогих часов. 

Машиностроение, судостроение, приборостроение также нуждаются в штампованных латунных деталях.

Похожие сплавы и материалы

От чистой меди легко отличить по цвету черты. Для этого нужна обычная фарфоровая тарелка. На ее нижней стороне есть неглазированный, то есть шершавый, не покрытый глазурью «ободок» - на нем тарелка стоит на столе, не позволяя скользить.

Если потереть медное изделие об этот участок, то он окрасится в медно-красноватый цвет. Латунь оставит серовато-желтоватый след. У золота цвет черты светлый золотистый.

Сходные стальные изделия магнитятся, серебряные имеют серовато-белый цвет черты.

Бронза получается сплавлением меди с оловом. Ее окраска сходна с латунной (кроме томпака), но визуально можно уловить еле заметный красноватый оттенок. 

Если есть доступ к мощной горелке (но этот способ небезопасен), то металл следует прогреть до 600 градусов: латунь покроется сероватым налетом окислившегося цинка, будет гнуться (бронза сломается). Однако надежные отличия этих двух сплавов получают только путем спектрального анализа.