Структура литой однофазной латуни

Рис.1. Диаграмма состояния Cu-Zn

Сплавы, содержащие от 39 до 46% Zn, - двухфазные, причем количество

β'-фазы от ноля (39% Zn) до 100% (46% Zn). Избыточная β'-фаза является твердой и хрупкой составляющей. Ввиду этого практическое использование находят латуни, содержащие не более 43% Zn.

По составу латуни делят на простые и специальные: простые состоят только из меди и цинка; специальные, кроме меди и цинка, содержат элементы, которые вводятся с целью изменения в нужном направлении свойств сплава. Механические свойства латуней изменяются при увеличении содержания цинка (рис.1,б). Увеличение содержания цинка более 43% ведет к резкому ввиду значительного содержания в сплаве твердой и хрупкой β'- фазы и снижению пластичности.

Рис.1,б. Влияние содержания цинка на механические свойства латуни.

Латуни легко поддаются обработке давлением (за исключением свинцовосодержащих), поэтому детали из нее часто изготовляют методом глубокой вытяжки. Однофазные α-латуни высокопластичны и хорошо деформируются в холодном состоянии. Двухфазные (α+ β)-латуни лучше деформируются при нагреве выше температуры (β↔ β')-превращения. Обычно их деформируют при температуре несколько выше 700 ºC. Все латуни хорошо паяются, легко обрабатываются режущим инструментом, хорошо полируются.

Плотность латуней 8,20-8,60; температура плавления 900-1045 ºC. В сухом помещении латунь долго сохраняет цвет и блеск. На открытом воздухе латуни неустойчивы, быстро теряют блеск и темнеют. По назначению латуни делят на деформируемые и литейные. α-Латуни редко легируют дополнительно другими элементами; они представляют собой двойные сплавы меди с цинком. В марках этих латуней Л62, Л68. Л80, Л90 цифры показывают содержание меди. Цинк дешевле меди. Чем больше цинка в латуни, тем ниже ее стоимость. Из однофазных α-латуней холодным деформированием изготовляют ленты, проволоку, трубки теплообменников.

(a+b)-Латуни используются для изготовления деталей деформированием при температуре выше 500°С. Из двухфазных латуней изготовляют листы, прутки и другие заготовки, из которых последующей механической обработкой изготавливаются детали. Обрабатываемость резанием латуней улучшается присадкой в состав латуни небольшого количества свинца, например, латунь марки ЛС59-1 называют “автоматной латунью”.

Двухфазные (α+ β)-латуни легируют дополнительно алюминием, железом, никелем для увеличения прочности. Наибольшей прочностью обладают латуни, дополнительно легированные алюминием, железом, марганцем. Если предел прочности при растяжении простой латуни марки Л60 (60% меди и 40% цинка) в кованом состоянии 350-400 МПа, то у специальных латуней предел прочности может достигать 800 МПа, т.е. вдвое выше предела прочности обыкновенной углеродистой стали.

Структура однофазной α-латуни и двухфазной (α+ β)-латуни показана на рис.2.

Рис.2. Микроструктура латуни

а –α-латунь; б – α+β латунь

Структура литой однофазной латуни

Из латуни можно изготовлять также детали методом литья. Наилучшей жидкотекучестью обладает литейная латунь марки ЛЦ20К3 (старое обозначение ЛК80-3Л). Ввиду узкого интервала температур кристаллизации литейные латуни не склонны к ликвации. При кристаллизации имеют значительную сосредоточенную усадку. Поэтому латунные отливки могут быть получены с высокой плотностью.

Литейные латуни отливают в землю, в кокиль, под давлением.

Детали, изготовленные из латуней деформированием, при содержании более 20% Zn подвержены “сезонному” растрескиванию во влажном воздухе при наличии в атмосфере следов сернистых газов. Саморастрескивание происходит из-за предпочтительной коррозии латуней по границам зерен в зоне неравномерного распределения напряжений. Для предотвращения растрескивания детали отжигают при температуре ниже температуры рекристаллизации (в большинстве случаев при 175 - 300°С).

Двойные деформируемые латуни маркируют буквой Л (латунь), за которой следует число, показывающее содержание меди в процентах; например, в сплаве Л62 имеется 62% Сu и 38% Zn.

В марках легированных латуней кроме цифры, показывающей содержание меди, даются буквы и цифры, обозначающие название и количество в процентах легирующих элементов. Для их обозначения ставятся буквы, являющиеся начальной буквой названия элементов (О - олово, С - свинец, Ж – железо, Ф – фосфор, Ц – цинк, Мц – марганец, К - кремний). Количество этих элементов обозначается соответствующими цифрами после числа, показывающего количество меди в латуни; например сплав ЛАЖ60-1-1 содержит 60% Cu, 1% Al, 1% Fe, 38% Zn.

В марках литейных латуней указывается содержание цинка, а количество каждого легирующего элемента ставится непосредственно за буквой,

обозначающей его название. Например, ЛЦ40Мц3А содержит 40% Zn, 3% Mn, 1% Al.

Латуни широко используются в промышленности как конструкционный

материал там, где требуется высокая прочность и коррозионная стойкость: в трубопроводной арматуре (в химическом машиностроении и судостроении).

К бронзам относят сплавы меди с любым элементом, кроме цинка. Наиболее широко используются оловянистые и алюминиевые бронзы.

Олово растворяется в кристаллической решетке меди, образуя твердый раствор α с предельной растворимостью 14 % (рис.3,а).

Рис.3а. Структура литой оловянистой бронзы с 10% олова

Следовательно, оловянистые бронзы, содержащие до 14% Sn, являются однофазными. Увеличение количества олова более 14% приводит к появлению в структуре сплава эвтектики (α+δ), который благодаря фазе δ (Cu3Sn8) является твердой и хрупкой составляющей (рис.4).

Однако, ввиду склонности оловянистых бронз к дендритной ликвации, участки эвтектоида в структуре литого сплава наблюдаются уже при содержании олова 6%.

Характер изменения механических свойств бронзы с увеличением содержания олова аналогичен изменению свойств латуней с увеличением количества цинка (рис.3,б).

-4-

Рис.3б Диаграмма равновесных состояний системы сплавов Cu-Al

Оловянистые бронзы обладают высокими литейными свойствами. Введение в оловянистую бронзу цинка и никеля приводит к увеличению количества эвтектоида. Эти элементы новых фаз не образуют, так как находятся в твердом растворе.

Алюминиевые бронзы, как и оловянистые, бывают однофазные и двухфазные. Предельная растворимость алюминия в меди составляет 9,8% (рис.5).

Рис.5 Структура литой алюминиевой бронзы с содержанием 10% алюминия

При содержании алюминия более 9,8% появляется эвтектоид (α+δ) (рис.8). Практическое применение имеют бронзы, содержащие до 11 % алюминия.

С целью улучшения механических свойств в алюминиевые бронзы вводят Fe, Mn и Ni. В судостроении алюминиевые бронзы используются для изготовления деталей, работающих в морской воде (например, для гребных винтов - БРАЖН-9-4-7 и др).

В деформируемых бронзах не указывается содержание меди, ее концентрация определяется по разности. Например, БрОФ6,5-0,15 – бронза: 6,5% Sn, 0,15% P, остальное – медь. Содержание меди в литейных бронзах определяется по разности от 100%. Например, Бр05Ц5С5 – литейная бронза, содержащая 5% Sn, 5% Zn, 5% Pb,

остальное – медь.