Ювелирные латуни и томпаки

Лекция № 10

Куниали (алюмоникелевые бронзы).

Куниали (алюмоникелевые бронзы) - сплавы тройной системы Сu -Ni - Аi. Алюминий растворяется в меди до 8%. С понижением темпе­ратуры растворимость алюминия резко уменьшается, поэтому сплавы меди с алюминием можно подвергать упрочняющей термообработке: закалке и старению.

Сплавы под закалку нагревают до 900 - 1000°С, охлаждение - в воде. Затем подвергают старению при 500 - 600°С. Упрочнение при старении происходит за счет выделения дисперсных фаз NiAl и NiAl2.

В промышленности применяют, в основном, куниаль А (МНА13-3) и куниаль Б (МНАб-1,5). (Встречаются также обозначения БрНА13-3 и БрНАб-1,5 соответственно.) У куниали А при комнатной температуре временное сопротивление 630 - 640 МПа при относительном удлинении 5 - 10%.

Нагартовка между закалкой и старением еще сильнее повышает прочностные свойства куниалей. Так, после закалки с 900°С, после­дующей холодной деформации на 25% и старения при 550°С в тече­ние 2-3 часов временное сопротивление достигает 800 - 900 МПа при относительном удлинении 5 - 10%.

Технические сплавы меди с цинком называются латунями. Латунь с содержанием цинка 10%, остальное медь, называют томпак и сплавы меди с 14 - 20% Zn - полутомпак.

Различают латуни простые - двойные сплавы меди с цинком и с некоторыми примесями, не имеющими существенного значения, и сложные - легированные, которые содержат в своем составе ряд элементов, оказывающих существенное влияние на свойства сплава.

Диаграмма состояния системы Сu - Zn показана на рис. 5-2. В этой системе практический интерес представляет область одного твердого раствора а (Zn в Сu) и следующая за ней область, в которой встречают­ся две фазы (α + β) или β’. Поэтому латуни по химическому составу и структуре разделяют на однофазные (α-латуни) и двухфазные (α + β').

Граница между ними - предел растворимости 2п в Си - 39%.

β-фаза представляет собой твердый раствор на базе электронного соединения СuZn и имеет решетку объемно центрированного куба (отличную от Си и 2п).

При температуре выше 453 - 470°С β-фаза является неупорядоченным твердым раствором. При 453 - 470°С происходит упорядочение расположения атомов меди и цинка в кристаллической ре­шетке центрированного куба (на каждый атом Сu приходится атом Zn). Упорядоченный твердый раствор обозначен β'.

β-фаза распространяется на область содержания 2п от 46 до 50%. Си2п может растворять в себе и Си, и 2п.

γ -фаза - твердый раствор на базе электронного соединения Сu₅Zn₈. Он хрупок, поэтому сплавы меди с цинком, содержащие γ-фазу, применения не находят.

Диаграмма состояния Сu - Zn

Практическое применение находят латуни с содержанием Zn не более 45 - 47%. Таким образом, применение имеют только два типа латуней: α-латуни с содержанием Zn до 39% и (α+ β')-латуни с содержанием Zn от 39 до 47%. При содержании цинка более 50% в сплавах может быть є-фаза - твердый раствор на базе электронного соединения СuZn₃; η-фаза - твердый раствор меди в цинке.

В ювелирном деле латуни используют для изготовления украшений и посуды. Например, сплавы золота 585-й пробы имитируют латунью ЛАМц66-4-3. В ряде остальных случаев используют многокомпонентные латуни.

В состав многокомпонентной латуни вводят такие элементы как олово, кремний, алюминий, никель и др. Основная цель - повысить литейные свойства латуни.

Олово. При содержании олова до 2,0 - 2,5% оно не оказывает влияния на жидкотекучесть. Улучшает механические свойства в области твердого раствора, повышает коррозионную стойкость.

Кремний. Увеличивает жидкотекучесть уменьшает испарение цинка при плавке и литье. Улучшает обрабатываемость резанием, паяемость. Увеличивает прочностные свойства, твердость.

Алюминий. Повышает жидкотекучесть, качество поверхности отливок, увеличивает коррозионную стойкость. Улучшает механические свойства. Сильно уменьшает растворимость цинка. Уменьшает испарение цинка при плавке и литье.

Марганец. Несколько снижает жидкотекучесть, повышает коррозионную стойкость и механические свойства.

Никель. Добавки 1,0 - 1,5% Ni улучшают жидкотекучесть, измельчают зерно; при содержании 2% жидкотекучесть ухудшается. Увеличивает коррозионную стойкость. В группу латуней входит томпак (90% меди, цинк - остальное); если сплавы содержат от 79 до 86% меди, то их называют полутомпаками. Они имеют желтоватый цвет и по свойствам близки к меди.

Томпак используют для изготовления различных ювелирных изделий с соответствующим защитным и декоративным покрытием.

В таблице приведен химический и фазовый состав латуней с высокими декоративными свойствами.