З сплаву міді та цинку виробляють сплав, який отримав назву латунь. При цьому від процентного співвідношення цих чистих металів змінюються багато властивостей сплаву, наприклад, щільність латуні, її пластичність, електропровідність та інші. Крім основних металів, до складу сплаву входять інші елементи, що впливають на отримання спеціальних властивостей латуні, необхідних для конкретного застосування.

Історична довідка

Згідно з історичними відомостями, першими металами, які використовував людина, були мідь і золото. Обидва металу є дуже м'якими в чистому стані, тому їх використання в життєдіяльності людини є досить обмеженим. Зокрема, мідь використовувалася стародавніми людьми з моменту початку використання ними вогню, а з часів Римської імперії цей метал став більш інтенсивно застосовуватися у виготовленні труб, військової зброї, прикрас для статуй і для інших цілей.

Для поліпшення характеристик чистих металів, наприклад, більшої твердості і міцності, з часом людині спало на думку змішувати їх. Так, приблизно в 3500 році до нашої ери в Месопотамії отримали бронзу - сплав міді з оловом, який мав високу опірність до корозії і був більш міцною, ніж кожен чистий метал окремо. Завдяки цим властивостям бронзу стали використовувати для виробництва зброї і знарядь праці.

Близько 1400 року до нашої ери була відкрита латунь - сплав цинку і міді, який демонстрував чудову стійкість проти деформації, володів високою пластичністю при низьких і високих температурах і мав високу стійкість до корозії і механічного зносу. Однак її використання набуло масового характеру тільки в 250 році до нашої ери з початком виробництва монет в Римській імперії.

З цього часу застосування латуні стало здійснюватися в самих різних областях людської діяльності починаючи від озброєння і закінчуючи ювелірними прикрасами. У XV столітті вона стала використовуватися для виробництва астрономічних інструментів, а з появою друку сплав став активно застосовуватися в друкарні. З середини XVI століття в Європі болти і гайки виготовлялися головним чином з латуні, міді та бронзи. Цей сплав використовували для виготовлення шестерень годинникових механізмів, а в XVII столітті в Голландії латунь використовували для виготовлення оптичного телескопа.

Склад і властивості сплаву

Пропорції металів в сплаві можу широко варіюватися, що впливає на створення матеріалу з потрібними властивостями. В індустріальних сплавах процентний вміст цинку завжди нижче 50%. Склад визначає такі властивості матеріалу:

  • плавкість;
  • здатність до формування;
  • гнучкість;
  • здатність до штампування;
  • здатність до механічної обробки.

При низьких температурах з латуні можна робити листи різної товщини або витягати дріт. Щільність латуні і температура плавлення також залежать від складу. У загальному випадку питома вага латуні змінюється від 8, 4 г / см3 до 8, 7 г / см3, а точка плавлення знаходиться між температурами 900 ° C і 940 ° C.

Чиста мідь має щільність 8, 96 г / см3 і температуру плавлення тисяча вісімдесят чотири ° C, а чистий цинк має густину 7, 14 г / см3 і температурою плавлення 420 ° C, тобто ці дві властивості латуні близькі до властивостей міді, з огляду на її більшого відносного кількості в сплаві в порівнянні з цинком.

Головним чином вироби з латуні використовуються в якості декоративних прикрас завдяки їх зовнішньому вигляду і блиску, схожим на золото. Також використовують цей сплав в пристроях, в яких потрібне невелике тертя між робочими деталями, наприклад, в замках і різних вентилях. Знаходить сплав і своє застосування в електричних приладах, а також завдяки своїми акустичними властивостями він застосовується у виготовленні деяких музичних інструментів таких, як труби і дзвіночки.

Людство знайоме з латунню з доісторичних часів, ще до відкриття самого цинку. Спочатку цей сплав отримували шляхом змішування міді і мінералу геміморфіта, який є природним джерелом цинку. Шахта з видобутку геміморфіта була відкрита в одному з сіл сучасної Німеччини. Ця шахта функціонувала за часів Римської імперії. У процесі змішування міді і геміморфіта при високій температурі цинк виділяється з цього мінералу і сплавляється з міддю.

Фізичні властивості латуні включають в себе наступні характеристики:

  • здатність піддаватися механічній обробці як при низьких, так і при високих температурах;
  • висока опірність процесам окислення і корозії, навіть в умовах агресивних середовищ;
  • висока зносостійкість;
  • висока електропровідність;
  • придатність для багаторазової переробки;
  • здатність зберігати свої властивості під дією високих температур.

види латуні

Види латуні відрізняються один від одного різним вмістом цинку в складі. Залежно від процентного вмісту цинку в сплаві розрізняють три основні групи:

  • Перша група з відсотковим вмістом цинку менше 34%.
  • Друга група з відсотковим вмістом цинку від 33 до 44%.
  • Сплави третьої групи містять більше 42% цинку і мають обмежене застосування.

Класифікація сплавів

Відповідно до такого поділу на групи в залежності від вмісту цинку, вводять таку класифікацію звичайних латуней:

  • Червоні сплави. В основному вони використовуються в ювелірній промисловості завдяки зовнішнім виглядом (латунь може виглядати як золото). Матеріал з 10% цинку подібний бронзі, тому використовується в якості її імітації; 15% цинку додає матеріалу червонуватий колір, цей сплав використовується в радіаторах автомобілів; сплав з 20% цинку має гарну витяжкою, тому використовується для виготовлення труб.
  • Жовті матеріали. Цинку в них міститься від 25% до 35%. Застосовуються в основному для гільз і ресор.
  • Альфа-бета латуні з співвідношенням цинку від 36 до 42%. Вони менш податливі, ніж червоні і жовті латуні, тому їх не використовують для виготовлення пластин при низьких температурах. Механічну обробку альфа-бета сплави проходять при високих температурах, тому в XIX використовувалися для деяких корабельних конструкцій.

Деякі сплави отримали назву спеціальних, наприклад, сплав «сімілор». Сімілор складається з 80% міді і 20% цинку. Іншими спеціальними матеріалами є «метал принца Альберта» (міді 86%, цинку 14%), «крісокола» (82% міді, 6% цинку, 6% олова).

Крім основних елементів, до складу латуней входять інші елементи в мінімальних кількостях, тому ці сплави є податливими і пластичними при низьких температурах, а деякі матеріали не є пластичними ні при яких температурах. Всі типи цього матеріалу стають крихкими поблизу температури плавлення.

Завдяки входить до складу цинку, латунь є більш твердої, ніж чиста мідь. У той же час сплав легше обробляти на різних механічних верстатах, легше карбувати і виплавляти вироби. Також сплав стійкий до процесу окислення в умовах сольовий середовища, а його пластичність дозволяє виготовляти тонкі металеві листи. Пластичність залежить від трьох чинників: температури, структури і складу, причому навіть мінімальні кількості інших елементів можуть значно змінити це фізична властивість сплаву.

Здатність до механічної обробки латуні значно підвищується, якщо в неї додати невелику кількість свинцю. Цей елемент практично не розчиняється в ній і утворює глобулярні частинки, які значно полегшують процес механічної обробки. Крім того, свинець є хорошою мастилом через низьку температури плавлення, цей факт значно знижує знос ріжучого інструменту при обробці матеріалу. Латунь практично не піддається термічній обробці, для неї використовують лише процеси рекристалізації і гомогенізаціонного відпалу.

спеціальні матеріали

Спеціальними латунями вважаються матеріали, в які, крім міді і цинку, додають інші елементи в невеликій кількості з метою надання їм відповідних властивостей. Найпоширенішими спеціальними латунями є наступні:

  • з добавкою алюмінію;
  • добавка заліза збільшує твердість і жорсткість сплаву в порівнянні зі стандартною латунню;
  • добавка свинцю надає матеріалу механічну опірність і збільшує здатність до обробки;
  • добавка марганцю збільшує міцність матеріалу і знижує його гнучкість і тягучість;
  • добавка олова додає міцність матеріалу при витяжці, одночасно підвищуючи його корозійну стійкість. В даному випадку існує два відомих сплаву: «метал адмірал», який має високу стійкість до корозії, тому використовується в якості труб конденсаторів; «Морська латунь» - містить в своєму складі 40% цинку і широко використовується в солодкої і солоної воді;
  • добавка кремнію (так званий Бронс) підвищує корозійну стійкість і використовується при виготовленні вентилів, насосів і шестерень;
  • складна латунь з додаванням різних елементів, що надає їй високу стійкість до окислення і кавітації, тому вона входить до складу гвинтів кораблів.

Області застосування

Використання латуні охоплює найрізноманітніші сфери людської діяльності. Так, золотистий колір сплаву зумовив його використання в біжутерії і в різних декоративних елементах. Також його використовують в котельному справі, при виробництві військового спорядження та амуніції, при виготовленні дротів і труб конденсаторів, електричних терміналів і грошових монет.

Завдяки стійкості до руйнування в солоній воді метал використовується при виготовленні спорядження різних морських судів, а його акустичні властивості дозволяють робити духові інструменти: труби і акордеони. Завдяки бактерицидним властивостям, сплав використовується для виготовлення дверних ручок в лікарнях і госпіталях.

Якщо говорити про застосування в якості декору, то слід виділити виробництво ламп, світильників, карнизів і деяких ювелірних виробів. Такого роду речі виробляються в основному в країнах східної Європи, на території країн СНД, а також у багатьох арабських та деяких державах Азії.

Одне з цікавих властивостей латуні, яке є незвичайним для металів, полягає у відсутності іскор при механічному впливі на виріб. Ця унікальна характеристика дає можливість використовувати матеріал в якості судин для зберігання і транспортування легкозаймистих рідин.

Завдяки легкості механічної обробки, високої зносостійкості і невисокій ціні, матеріал використовується для виготовлення різноманітних вентилів. Через високу опірності корозії і кавітації використовується латунь для виготовлення гвинтів суден. Також матеріал використовує при виробництві деяких деталей сучасних комп'ютерів.

Категорія:

Технології