Многие люди часто замечали блестящие ручки на межкомнатных дверях, золотистые люстры или подсвечники. Все эти элементы изготовлены из сплава, который называется латунь. В этой статье подробнее рассмотрим его свойства и характеристики, обращая особое внимание на марку Л63.
Что такое латунь?
Латунь - это один из двух известных медных сплавов (второй - бронза). Его основой является медь, в которой растворяется разное количества цинка. Как известно, медь имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую решетку (ГЦК). В свою очередь, чистый цинк образует гексагональную плотноупакованную структуру (ГПУ). Обе решетки являются несовместимыми, поэтому в случае равных атомных концентраций цинка и меди могут образоваться так называемые двойные латуни. Они характеризуются одновременным существованием двух фаз (ГЦК и ГПУ твердых растворов).
Вам будет интересно:Изделия из нержавейки: производство, безопасность, преимущества
Если обратить внимание на таблицу Д. И. Менделеева, то можно заметить, что цинк в ней находится под номером 30, а медь - под номером 29. Такая близость позиций элементов в периодической таблице говорит о том, что они имеют близкие атомные радиусы. Этот факт позволяет, несмотря на различные кристаллические решетки, образовывать однофазные твердые растворы, когда содержание меди в сплаве превышает 13,5 %, что видно из представленной фазовой диаграммы Zn-Cu.
Вам будет интересно:Визуальный контроль сварных швов: суть проведения и поэтапный порядок
Таким образом, если медь является основным компонентом, то при равновесных условиях существует всего одна фаза - твердый раствор цинка в ГЦК меди.
Марка латуни Л63
Это один из самых распространенных сплавов, который отливается в нашей стране. Понять, что означают буква и цифры в названии марки, несложно: "Л" - это собственно латунь, цифра 63 указывает на процентное содержание основного компонента, то есть меди. На самом деле реальность может немного отличаться от указанной цифры. Так, в составе латуни Л63 количество меди колеблется от 62 % до 65 %, а цинка в сплаве содержится от 34,2 % до 37,5 %.
Практически все латуни хорошо механически обрабатываются при низких (комнатных) температурах. Рассматриваемая марка не является исключением. Благодаря отличным механическим свойствам из нее изготавливают широкий ассортимент деталей, включая тонкие листы, трубы и пруты различной толщины.
Следует также упомянуть, что продукт рассматриваемой марки легко полируется, поэтому многие изделия бижутерии, изготовленные из него, имеют золотистый цвет и блестящий оттенок.
Одним из важных преимуществ латуни Л63 является ее относительная дешевизна по сравнению с другими сплавами, содержащими большее количество меди.
Характеристики Л63
Как известно, чистая медь является достаточно мягким материалом. Ее предел прочности на срез составляет 210 МПа. Замена одной трети атомов меди в ГЦК-решетке на атомы цинка, а также определенная термическая обработка латуни приводят к повышению ее механической прочности на срез до 240 МПа.
Еще одним преимуществом характеристик латуни Л63 перед свойствами меди является ее более высокая твердость при сохранении пластичности. Отметим, что в случае неправильной обработки, например при недостаточном отжиге, в продукте рассматриваемой марки могут появляться вторые фазы на основе цинка. Двухфазная латунь приводит к значительному ухудшению механических и технологических свойств. В частности, сплав становится хрупким и практически теряет свои пластические характеристики.
Отличием латуни от других металлов является отсутствие искрообразования при механических ударах. Это свойство позволяет использовать Л63 в производстве тар для хранения и транспортировки легковоспламеняющихся веществ.
Если говорить о недостатках данной марки по сравнению с чистой медью, то следует упомянуть небольшое снижение ударной вязкости. Кроме того, латунь Л63 является плохим проводником электричества и тепла.
Удельный вес сплава
Напомним, что плотностью называется величина, равная отношению массы тела к объему, который оно занимает в пространстве. Вычисляется плотность по следующей формуле:
ρ = m/V.
В случае многокомпонентных сплавов, в которых происходит простое смешение химических элементов с низкой энтальпией образования, можно использовать следующую формулу для определения их плотности:
ρ = ∑imi/∑i(mi/ρi).
Где mi и ρi - масса и плотность i-го компонента в смеси.
С использованием записанной формулы можно рассчитать удельный вес латуни Л63. Если выражение для ρ записать для двух компонентов, то мы получим следующее равенство:
ρ = ρzn*ρcu/(ρzn + x*(ρcu-ρzn)), где x = mzn/(mzn+mcu).
Параметр x отражает массовую долю цинка в сплаве. Поскольку массы атомов компонентов латуни близки, то можно считать, что массовая доля равна атомной. Если для примера взять состав 63 % Cu и 37 % Zn и учесть, что ρcu = 8960 кг/м3 и ρzn = 7140 кг/м3, то получаем значение ρ = 8188 кг/м3.
Обращаясь к экспериментальному значению плотности латуни Л63, видим, что она соответствует 8440 кг/м3 при комнатной температуре. Расхождение с теоретическим результатом связано с двумя основными факторами:
- при образовании сплава существует некоторая отрицательная энтальпия смешения компонентов;
- в нем содержатся примеси более тяжелых металлов.
Особенности термической обработки и коррозионная стойкость
Рассматриваемый продукт плавится при температуре 906oC. В интервале от 750oC до 880oС он все еще проявляет хорошую пластичность, поэтому может быть обработан механически. Важным этапом производства сплава Л63 является отжиг, который выполняется в интервале 550-650oC. В результате этой обработки происходят два основных процесса:
- снимаются механические напряжения;
- растворяются метастабильные фазы с образованием однофазной структуры.
Наличие механических напряжений является крайне нежелательным для Л63. Известно, что добавка цинка к меди приводит к значительному улучшению ее коррозионной стойкости, поэтому все латуни являются достаточно химически пассивными сплавами. Разрушаются они со временем только в агрессивных средах, например в хлорных и азотных кислотах. Однако наличие напряжений в структурах из латуни значительно ухудшает их коррозионную стойкость.
По причине образования вышеупомянутых напряжений не рекомендуется подвергать изделия из Л63 быстрой резке.
Области применения
Рассмотренная марка латуни широко применяется для изготовления лент, прутов, листов и труб. Из сплава изготавливают также проволоку, которую используют для заклепок.
Подводя итог, следует сказать, что Л63 применяется везде, где необходимо проводить значительные холодные деформации при производстве деталей. Из нее изготавливают муфты, цистерны и разные декоративные элементы.