Латуни

Согласно диаграмме состояния системы медь – цинк (рис.2.1,а) цинк в значительных концентрациях растворяется в меди (предельная растворимость 39 %). При 1175 К (902 С) между жидкостью и альфатвёрдым раствором на основе меди (гранецентрированная кубическая решётка (ГЦК)) проходит перетектическая реакция с образованием более богатой цинком фазы (β - твёрдого раствора) на основе электронного соединения CuZn (объёмноцентрированная кубическая решётка (ОЦК)). При температурах выше 496С образующаяся β - фаза представляет собой неупорядоченный твёрдый раствор с хаотическим расположением атомов меди и цинка в узлах решётки ОЦК. При температурах 727-741 К (штриховая линия на диаграмме состояния) происходит упорядочивание (образование β - фазы, при котором атомы меди располагаются в узлах решётки ОЦК, а цинка в центре решётки ОЦК) и которое сопровождается значительным повышением твёрдости и хрупкости.

В соответствии с изменением кристаллической структуры материала изменяются и механические свойства латуней (рис.2.1.б). Когда латунь имеет структуру α - твёрдого раствора, увеличение содержания цинка вызывает повышение её прочности и пластичности. Появление β - фазы сопровождается резким снижением пластичности., но прочность продолжает возрастать при увеличении концентрации цинка, когда латунь находится в двухфазном состоянии. Переход латуни в однофазное состояние со структурой β - фазы (содержание цинка более 45%) вызывает резкое снижение прочности, поэтому на практике нашли применение латуни с содержанием цинка до 43 %.

Таким образом, по структуре можно выделить две группы латуней – однофазные (с структурой α - твёрдого раствора) и двухфазные (с α +β структурой). Вследствие хорошей пластичности однофазные латуни (α - латуни) используются для изготовления деталей пластической деформации при температуре выше 500 С. Для улучшения обработки материала резанием в состав латуни вводят небольшие количества свинца (так получаются марки латуней ЛС59-1, ЛС63-3).

Латуни имеют хорошую коррозийную стойкость, которая дополнительно повышается при добавлении небольшого количества олова (ЛО 70-1, так называемая «морская латунь»).

Из двухфазных α +β латуней можно изготавливать детали также методом литья. Наилучшей жидкотекучестью (способностью расплава заполнять объем) обладает литейная латунь марки ЛК80-3Л.

Небольшие добавки кремния в этом случае позволяют получить отливки (арматура и детали приборов в машиностроении) сложной конфигурации.

Свойствами латуней определяются также и способом их обработки, поскольку микроструктура литой латуни имеет дендритное (древовидное) строение твердого раствора, а после пластической деформации и отжига –состоит из сравнительно одинаковых по форме зёрен (полиэдров). Различие в микроструктуре приводит к более высокой пластичности латуней после деформации и отжига.

Поскольку латуни обладают достаточно высоким относительным удлинением при повышенном пределе прочности по сравнению с чистой медью, это обеспечивает им технологические преимущества при обработке давлением (штамповкой, вытяжкой и т.п.). Поэтому латунь применяют для изготовления различных токопроводящих деталей, изготовленных путём обработки давлением.