ЛАТУНИ

Латуни – это сплав меди и цинка, который обладает высокой прочностью, коррозионной стойкостью и хорошей обрабатываемостью. Латуни часто используются в производстве различных изделий, таких как трубы, фитинги, клапаны, дверные ручки, украшения и т. д. Они широко применяются в различных отраслях, таких как строительство, судостроение, автомобильная промышленность, электротехника и даже в музыкальных инструментах.

Латуни являются самыми распространенными сплавами на основе меди. Сводный перечень стандартных латуней по ГОСТ 15527 и их зарубежных аналогов приведен в табл. 1.

Диаграмма состояния сплава системы медь-цинк приведена на рис. 1

Изменения температуры испарения, плавления и литья медно-цинковых сплавов в зависимости от содержания цинка — на рис. 2.

Изменение модуля нормальной упругости медно­цинковых сплавов в зависимости от содержания цинка — рис.  3.

Основные параметры интерметаллических фаз сплавов системы Cu-Zn приведены в табл. 2.

При переходе из неупорядоченной β-фазы в упо­рядоченную β’-фазу в указанном интервале темпе­ратур происходит уменьшение коэффициента взаимной диффузии и скорости роста фазы. Энергия активации взаимной диффузии β’-фазе возрастает, а в β-фазе уменьшается с ростом концентрации цин­ка, при этом она примерно в 1,5 раза больше в β’-фазе, чем в β-фазе. Парциальные коэффициенты диффузии ато­мов Zn в 2 раза больше, чем атомов Cu в разупорядоченной β-фазе, и почти совпадают с упорядоченной β’-фазой.

Практическое применение имеют простые латуни, имеющие фазовый состав α, α + β, β и β + γ.

Химический состав латуней, обрабатываемых давлением, по отечественным  приведен в прил.  1.

ПРОСТЫЕ ЛАТУНИ

Простые латуни в зависимости от фазового состава делятся на два типа: однофазные α (до 33 % Zn) и двухфазные α + β (свыше 33% Zn).

В однофазных латунях, содержание цинка в которых близко к пределу насыщения, иногда присутствуют небольшие количе­ства β-фазы в результате медленно протекающих диффузион­ных процессов. Однако включения /3-фазы, наблюдаемые в очень малых количествах, не оказывают заметного влияния на свойства α-латуней. Таким образом, хотя у этих латуней струк­тура и является двухфазной, но по своим физико-механическим и технологическим свойствам их целесообразно отнести к одно­фазным латуням.

Обработка давлением простых латуней

Однофазные (а) ла­туни при горячем деформировании очень чувствительны к со­держанию примесей, особенно легкоплавких (Bi, Pb). Висмут в сплаве может сегрегировать по границам, поэтому даже одно­атомный слой его может вызвать красноломкость в однофазных латунях с высоким содержанием цинка. Обрабатываемость α-латуней в горячем состоянии с повышением содержания цинка ухудшается. В холодном состоянии однофазные латуни обра­батываются хорошо.

Двухфазные α+β-латуни обрабатываются в горячем состо­янии лучше однофазных благодаря наличию высокопластич­ной при повышенных температурах β-фазы и менее чувствительны к примесям. Однако они чувствительны к тем­пературно-скоростным режимам охлаждения. По этой причи­не в горячепрессованных полуфабрикатах часто наблюдается неоднородная структура. Например, передний конец прутка (полосы или трубы) имеет преимущественно мелкую игольчатую структуру и высокие механические свойства, у за­днего конца прутка в результате захолаживания струк­тура зернистая и пониженные механические свойства.

В холодном состоянии двухфазные латуни обрабаты­ваются хуже однофазных. Пластичность их в холодном состоянии зависит от структуры. Если α-фаза располо­жена на основном фоне кристаллов β-фазы в виде тон­ких игл, то обрабатываемость двухфазных латуней в холодном состоянии улучшается.

Влияние содержания цинка в латунях на температур­ный интервал горячей обработки давлением приведено на рис. 4.

У латуней в температурном интервале 200- 600°С в зависимости от фазового состава и содержания цинка наблюдается зона пониженной пластичности.

При холодной прокатке, волочении и глубокой штамповке латуней независимо от их фазового состава предпочтительна структура с величиной зерна не более 0,05 мм.

Суммарная степень холодной деформации простых латуней обусловлена определенным пределом, выше которого пластичность резко падает. Этот предел допустимой суммарной холодной деформации, который уменьшается с повышением содержания цинка, устанавливают для каждой марки латуни.

Если принять наивысшую пластичность в горячем состоянии в гомогенной области β-фазы, а при комнатной температуре в области α-фазы за 100%, то обрабатываемость латуней давле­нием можно оценить количественно (табл. 3).

Такие оценки обрабатываемости металлов и сплавов давлением и других технологических характеристик часто применяются в зарубежной практике.

Термообработка простых латуней. Основным видом термической обработки простых латуней являются рекристаллизационный отжиг и отжиг для снятия внутренних напряжений. Процесс рекристаллизации латуней определяется содержанием цинка и фазовым составом.

Температура начала рекристаллизации α-латуней с увеличением содержания цинка снижа­ется. Рекристаллизация α-фазы в сильнодеформированной двухфазной латуни начинается при 300°С. В этих условиях β-фаза остается неизменной и ее рекристаллизация начинается при более высокой температуре. Поэтому при выборе температуры отжига для получения опти­мальной структуры необходимо учитывать эту особенность двухфазных латуней.

Размеры зерна однофазных латуней определяют по эталонам микроструктур (ГОСТ 5362).

При отжиге латунных полуфабрикатов в воздушной или окислительной атмосфере на поверхности их образуются пятна — продукты окисления, трудноудаляемые при травлении. Уменьшение парциального давления кислорода (отжиг в вакууме) предотвращает образование пятен, но вызывает опасность обесцинкования. Поэтому рекомендуется проводить отжиг при минимальной температуре и в защитной атмосфере. В условиях производства труднее всего избежать пятен в латунях, содержащих 37-40% цинка.

Обрабатываемость простых латуней резанием. Обрабатываемость латуней резанием (точе­ние, фрезерование, строгание, шлифование) зависит от фазового состава латуней. При обра­ботке резанием однофазных латуней стружка получается длинной. Двухфазные (а + β) латуни обрабатываются лучше однофазных α-латуней. С увеличением содержания /3-фазы стружка становится более хрупкой и короткой. Количественная оценка обрабатываемости резанием простых латуней определяется сравнением с латунью ЛС63-3, обрабатываемость которой принята за 100%. Однофазные α-латуни отлично полируются, двухфазные — несколько хуже. Обрабатываемость латуней резанием и полируемость приведены в табл. 4.

Пайка и сварка простых латуней. Простые латуни очень легко соединяются мягкими при­поями. Перед пайкой мягким припоем зачистку поверхности производят либо шлифовкой, либо травлением в кислоте. В качестве припоя предпочтительно применять сплавы, содержа­щие 60% олова. Содержание сурьмы в припое из-за ее сильного сродства к цинку должно быть не более 0,25-0,5%. Пайку мягким припоем предпочтительно выполнять с хлоридными флю­сами.

Однофазные α-латуни также легко соединяются пайкой твердыми припоями, в том числе серебряными, двухфазные а + β — несколько хуже.

Медно-фосфористые припои являются самофлюсующимися, поэтому пайку латуней этими припоями производят без флюсов. При пайке другими твердыми припоями необходимо при­менять соответствующие флюсы.

Содержание свинца в твердых припоях ограничивается 0,5%.

Количественная оценка способности простых латуней к пайке, %: однофазные α-латуни (мягкие припои) – 100%, однофазные α-латуни (тведые припои) – 100%, двухфазные α+ β -латуни (мягкие припои) – 100%, двухфазные α+ β -латуни (твердые припои) – 75%.

Свариваемость простых латуней несколько хуже, чем паяемость. Общая количественная оценка свариваемости латуней -75% по сравнению с бескислородной медью, принятой за 100%. Для соединения латуней применяют следующие виды сварки: дуговая с угольным элек­тродом, дуговая с расходуемым электродом, дуговая с вольфрамовым (нерасходуемым) элект­родом в среде защитного (инертнего газа), дуговая с расходуемым электродом в среде инертного газа, кислородно-ацетиленовая, электрическая контактная (точечная, роликовая, стыковая).

Латунь с содержанием 20% Zn плохо поддается электрической контактной сварке, легче — латунь с 40% Zn. Высокое содержание цинка в двухфазных латунях затрудняет дуговую сварку из-за его испарения. Поэтому присадочные материалы, применяемые при дуговой сварке, должны содержать относительно небольшое количество цинка. Латуни, содержащие более 0,5% РЬ, обычно плохо поддаются сварке. Для улучшения смачиваемости металла в процессе сварки необходим предварительный нагрев до температуры 260°С, особенно для латуней с высоким содержанием меди. Сварка угольным электродом латуней, содержащих 15-30%, Zn, лучше всего ведется с помощью присадочных прутков (проволоки) из сплава Си + 3% Si. Для однопроходных швов можно применять прутки (проволоку) медные, легирован­ные небольшим количеством олова; для многопроходных швов лучше применять прутки из сплава Cu + 3 % Si.

Латуни, содержащие более 30% Zn , можно сваривать угольным электродом с присадоч­ными прутками (проволокой) из латуни Cu + 40% Zn или Cu + 3% Si. Для улучшения качества сварки необходимо металл предварительно нагревать до температуры 210°С. В качестве расходуемых электродов применяют проволоку или прутки из оловянно-фосфористой бронзы или из алюминиевой бронзы.

Дуговая сварка латуней вольфрамовым электродом в среде инертного газа осложняется выделением паров оксида цинка, которые подавляют действие дуги. Поэтому сварку следует вести при больших скоростях.

Хорошие результаты дает кислородно-ацетиленовая сварка. Для сварки латуней с содержа­нием 15-30% Zn необходимо пользоваться присадочными прутками (проволокой) из сплава Cu + 1,5% Si. Если условия эксплуатации готовых изделий не вызывают локальной коррозии (обесцинкования), можно использовать латунь с 40% Zn (Л60). Для сварки латуней, содержа­щих более 30% Zn в качестве присадочного материала применяют сплав Cu + 3% Si.

Влияние примесей на свойства простых латуней. Примеси не оказывают существенного влияния на механические, физические (за исключением железа, которое при содержании > 3,0% изменяет магнитные свойства латуней) и химические свойства простых латуней, но заметно влияют на их технологические характеристики. При горячей обработке давлением однофазные латуни особенно чувствительны к легкоплавким примесям.

Качество изделий, получаемых из латуней глубокой штамповкой, зависит от чистоты сплава, поэтому в простых латунях, предназначенных для глубокой штамповки, содержание примесей должно быть минимальным.

Влияние примесей на качество полуфабрикатов из латуней:

алюминийухудшает качество литья, вызывая пенистость в отливках; висмут вызывает горячеломкость латуней, особенно однофазных; железо затрудняет процесс рекристаллизации;

кремний улучшает процессы пайки и сварки, повышает коррозионную стойкость; никель повышает температуру начала рекристаллизации;

свинец вызывает горячеломкость латуней, особенно однофазных, содержащих цинк в пределах 30-33 %;

сурьма отрицательно влияет на обрабатываемость латуней давлением. Микродобавки сурьмы (<0,1 %) к двухфазным латуням частично локализуют коррозию, связанную с обесцинкованием;

мышьяк ухудшает пластичность латуней в результате выделения хрупких фаз при концен­трации выше его предела растворимости: в латунях в твердом состоянии (>0,1%). Добавки мышьяка в малых количествах (< 0,04%) предохраняют латуни от коррозионного растрески­вания и обесцинкования при контакте с морской водой;

фосфоризмельчает структуру в литом состоянии и предотвращает растрескивание при нагревании, ускоряет рост зерен при рекристаллизации; уменьшает коррозию, связанную с обесцинкованием; не рекомендуется как раскислитель медно-цинковых сплавов;

олово понижает пластичность латуней и может вызвать растрескивание при нагревании, если содержание железа > 0,05%.

Модифицирование латуней осуществляется введением в расплав:

добавок элементов, образующих тугоплавкие соединения, которые при структурном соответствии будут служить центрами кристаллизации;

поверхностно активных металлов, которые, концентрируясь на гранях зарождающихся кристаллов, замедляют их рост.

В качестве модификаторов в латунях применяют такие элементы, как железо, никель, марганец, олово, иттрий, кальций, бор, а также мишметалл.

Коррозионные свойства латуней. Латуни обладают удовлетворительной устойчивостью против воздействия промышленной, морской и сельской атмосфер. На воздухе они тускнеют. Корродирующее воздействие на латуни, содержащие >15% цинка, оказывают угле­кислый газ и галогены.

Латуни, содержащие <15% Zn, по своей коррозионной стойкости близки к меди промыш­ленной чистоты.

Под воздействием окисляющих кислот латуни интенсивно корродируют. Предельная кон­центрация азотной кислоты, при которой не наблюдается заметной коррозии, составляет 0,1 % (по массе). Серная кислота действует на латуни менее агрессивно, однако при наличии окис­ляющих солей К₂СГ₂О₇ и Fe₂(S0₄)₃ скорость коррозии возрастает в 200-250 раз. Из неокис­ляющих кислот наиболее сильное корродирующее воздействие оказывает соляная кислота.

Коррозионная стойкость латуней по отношению к большинству кислот, не обладающих окислительной способностью, удовлетворительная. Латуни также стойки к воздействию раз­бавленных горячих и холодных щелочных растворов (за исключением растворов аммиака) и холодных концентрированных нейтральных растворов солей. Латуни инертны по отношению к речной и соленой воде. При контакте с речной водой, содержащей небольшое количество серной кислоты, и в морской воде простые латуни заметно корродируют. Скорость коррозии зависит от температуры, концентрации, степени загрязнения и скорости обтекания поверхно­сти металла. По отоношению к почве латуни обладают хорошей коррозионной стойкостью, к пищевым продуктам — нейтральны. Скорость коррозии латуни в почве составляет от 0,0005 мм/год (в суглинистой с pH 5,7) до 0,075 мм/год (в зольной с pH 7,6).

Сухие газы — фтор, бром, хлор, хлористый водород, фтористый водород, углекислый газ, оксиды углерода и азота при температуре 20°С и ниже на латуни практически не действуют, однако в присутствии влаги действие галогенов на латуни резко возрастает; сернистый ангидрид вызывает коррозию латуней при концентрации его в воздухе — 1 % и влажности воздуха > 70%; сероводород значительно действует на латуни при всех условиях, однако латуни с содержанием Zn > 30% более устойчивы, чем латуни с небольшим содержанием цинка.

Фторированные органические соединения, например, фреон, на латуни практически не действуют.

Во влажном насыщенном паре при больших скоростях (около 1000 м³/c) наблюдается питтинговая коррозия, поэтому для перегретого пара латуни не применяют.

Коррозионная стойкость латуней в различных средах приведена в табл. 5.

В рудничных водах, особенно при наличии Fe₂(SO₄)₃ латуни сильно корродируют. Присут­ствующие в воде фтористые соли действуют на латуни слабо, хлористые — сильнее, иодистые — очень сильно.

Латуни, кроме общей коррозии, подвержены также особым видам коррозии: ооесцинкованию и «сезонному» растрескиванию.

Обесцинкование — особая форма коррозии, при которой растворяется твердый раствор цинка в меди и в катодных местах электрохимически осаждается медь. Продукты коррозии цинка могут отводиться или задерживаться в виде оксидной пленки. Раствор, в котором латунь подвергается обесцинкованию, обычно содержит больше цинка, чем меди.

В результате обесцинкования латуни становятся пористыми, на поверхности появляются красноватые пятна, ухудшаются механические свойства. Обесцинкование наблюдается при контакте латуни с электропроводящими средами (кислые и щелочные растворы) и проявляется в двух формах: сплошной и локальной. Процесс обесцинкования усиливается с увеличением содержания цинка, а также с повышением температуры и аэрации. Однофазные латуни, содержащие >15% Zn, подвергаются обесцинкованию в кислых растворах (нитраты, сульфаты, хлориды, соли аммония и цианиды). В двухфазных латунях процесс обесцинкования заметно усиливается и может происходить даже в водных средах. Наиболее уязвимой является β-фаза.

Малые добавки мышьяка, фосфора и сурьмы частично локализуют коррозию, связанную с обесцинкованием. Мышьяк и сурьма защищают от обесцинкования главным образом α-фазу.

«Сезонное» или межкристаллитное растрескивание наблюдается в латунях в результате воздействия коррозионных агентов при наличии растягивающих напряжений. К коррозион­ным агентам относятся: пары или растворы аммиака, конденсаты с сернистыми газами, влаж­ный серный ангидрид, растворы солей ртути, различные амины, компоненты травильных растворов, влажный диоксид углерода. Если в атмосфере содержатся следы аммиака, влажного диоксида углерода, сернистого газа и др. коррозионных агентов, то «сезонное» растрескивание проявляется при колебаниях температуры, в результате кото­рых на поверхности деталей происходит конденсация коррози­онных агентов.

Латуни, содержащие до 7% цинка, мало чувствительны к «сезонному” растрескиванию. В латунях, содержащих от 10 до 20% цинка, межкристаллитное растрескивание не наблюдает­ся, если внутренние растягивающие напряжения не превышают 60 МПа. Латуни, содержащие 20-30% Zn, подвергаются корро­зионному растрескиванию только в холоднодеформированном состоянии в водном растворе аммиака. Наиболее склонны к коррозионному растрескиванию однофазные латуни с концен­трацией цинка, близкой к пределу насыщения, и двухфазные. Они устойчивы против «сезонного» растрескивания только при наличии растягивающих напряжений < 10 МПа.

Склонность к коррозионному растрескиванию медно-цинковых сплавов в парах аммиака приведена на рис. 5.

Для предотвращения коррозионного растрескивания латуней необходимо применять низкотемпературный отжиг и предо­хранять их от окисления при хранении. Для снятия внутренних напряжений производят дорекристаллизационный отжиг.

Для предохранения латуней от окисления рекомендуется пассивировать их в следующих средах: слабокислом водном рас­творе, содержащем около 6% ангидрида хромовой кислоты и 0,2% серной кислоты; водном растворе, содержащем 5% хромпика и 2% хромовых квасцов.

Защиту латуней производят также с помощью ингибиторов коррозии, например, бензотриазола или толуолтриазола. Бензотриазол образует на поверхности пленку (< 5 нм), которая предохраняет латуни от коррозии в водных средах, различных атмосферах и других агентах. Коррозионные ингибиторы могут быть введены в состав лаков и защитной оберточной бумаги.

В случае электрохимической коррозии латунь при контакте с различными металлами и сплавами проявляет себя двояко: в одних случаях анодом, в других — катодом (табл. 6).

При контакте латуни с серебром, никелем, мельхиором, медью, алюминиевой бронзой, оловом и свинцом электрохимическая коррозия не происходит.

При нагреве латуни окисляются. Скорость окисления латуней с повышением температуры возрастает по экспоненте, удваиваясь приблизительно через каждые 360К. При температуре свыше 770К наблюдается испарение цинка наиболее интенсивно, если его концентрация в сплавах превышает 20 %.

Изменение некоторых физических и механических свойств латуней в зависимости от содержания цинка показано на рис. 6-9.

Типичные физические, механические и технологические свойства латуней приведены в прил. 2, 3, 4.

Специальные латуни, обрабатываемые давлением

Специальные или многокомпонентные латуни — это медно-цинковые сплавы сложных ком­позиций, в которых основными легирующими элементами являются алюминий, железо, мар­ганец, никель, мар­ганец, никель, кремний, олово и свинец. Эти элементы, как правило, вводят в латуни в таких количествах, чтобы они полностью растворялись в α и β фазах. Кроме указанных элементов в латуни вводят малые добавки мышьяка, сурьмы и других элементов.

Влияние легирующих элементов проявляется двояко: изменяются свойства фаз (а и/3) и относительные их количества, т.е. граница фазовых превраще­ний.

Для определения границ фазовых превраще­ний в системе или «кажущегося» («фиктивного») содержания меди при добавлении легирующего элемента используют эмпирическое уравнение:

A’=A*100/(100+X*(Kэ-1)),

где А’ — кажущееся (фиктивное) содержание ме­ди, % (по массе); А — фактические содержание меди, % (по массе); X — содержание третьего ком­понента, % (по массе); Кэ — коэффициент Гинье, характеризующий влияние легирующего элемен­та на фазовый состав (при К_э > 1, увеличивается количество β’-фазы).

Значение Кэ для различных элементов: для Ni Kэ от -1,2 до -1,4, для Co Kэ=-1, для Mn Kэ=0,5, для Fe Kэ=0,9, для Pb Kэ=1, для Sn Kэ=2, для Al Kэ=6, для Si Kэ от 10 до 12.

Свинцовые латуни

Свинцовые латуни — медно-цинковые сплавы, легирован­ные свинцом. Диаграмма состояния системы Cu-Zn-Pb пред­ставлена на рис. 10.

 Растворимость свинца в сплавах в твердом состоянии ничтожно мала. В двухфазных медно-цин­ковых сплавах (с содержанием Zn 40 %) растворимость свинца при 750°С в β-фазе немногим более 0,2%; при комнатной температуре свинец практически не растворим. В двухфазных латунях (в равновесном состоянии) свинец располагается внутри α и β-фаз и частично на границах этих фаз. Свинец при выделении его по границам фаз или зерен заметно ухудшает деформируемость латуней в горячем состоянии.

Свинец в сплавах а + βвыполняет двоякую роль: с одной стороны он используется в качестве фазы, способствующей измельчению стружки, с другой — как смазка, снижающая коэффициент трения при обработке резанием. Эффективность добавок свинца определяется его количеством и структурой сплава, величиной и характером распределения частиц свинца, величиной зерна a-фазы, количеством и распределением β-фазы.

Улучшая обрабатываемость резанием свинец заметно снижает ударную вязкость латуней, ухудшает обрабатываемость давлением, пайку и сварку, полируемость и усложняет гальвани­ческую обработку поверхности изделий.

Прочностные характеристики свинцовых латуней с повышением температуры уменьшаются более интенсивно по сравнению с простыми латунями. Временное сопротивление разрыву латуней, содержащих около 2% свинца, при температуре 600°С составляет 10 МПа, при температуре 800°С — практически равно нулю.

В зависимости от обработки готовых деформированных полуфабрикатов свинцовые ла­туни классифицируют на три основных типа: для холодной обработки давлением, для горя­чей штамповки, для обработки на токарных автоматах.

Структура свинцовистых латуней. обрабатываемых давле­нием в холодном состоянии, состоит из  α-фазы и свинца, со­держание которого должно быть в таких пределах, чтобы обеспечить высокую обрабаты­ваемость резанием. К таким сплавам относятся латуни ма­рок ЛС74-3, ЛС64-2, JIC63-3 и ЛС63-2.

Свинцовые латуни, обрабатываемые давлением в горячем состоянии и предназначенные для горячей ковки и штамповки — двухфазные (α +β). Содержа­ние цинка в латунях должно быть таким, чтобы превраще­ние α + β в чистую β -фазу про­исходило полностью и при относительно низкой температуре.

Расчетное содержа­ние β-фазы состав­ляет около 20%. Содержание свинца от 1 до 3%. К та­ким латуням отно­сятся свинцовые латуни марок ЛС60-1, ЛС59-1 и ЛС59-3. Свинцовые латуни. применяемые для обработки на то­карных автоматах и в микротехнике (т.е. для изготовления деталей, которые очень малы по раз­мерам, порядка 1 мм) — двухфазные, с высоким содержанием свинца; ЛС63-3 (с малым содержанием/3-фазы) и ЛС58-3 (с высоким содержанием β-фазы).

К латуням, применяемым в микротехнике, предъявляются особые требования по однород­ности химического состава, допускам по основным компонентам и микроструктуре (размер и распределение частиц свинца, количество и распределение β-фазы, величина зерна α-фазы). Однородность химического состава (гомогенность сплава) необходимо обеспечивать на не­больших участках.

Границы оптимизации микроструктуры свинцовых латуней для «микродеталей» определя­ются содержанием β-фазы от 10 до 30%, величиной зерна α-фазы — от 10 до 50 мк при среднем диаметре частиц свинца 1-5 мк.

Обработка свинцовых латуней. Оксиды различных элементов ухудшают обрабатываемость свинцовых латуней резанием, поэтому при их плавке и литье необходим тщательный контроль за их содержанием. Из элементов-примесей наиболее отрицательное влияние на обрабатыва­емость резанием оказывает железо, поэтому на его содержание установлены особые ограни­чения. Литье осуществляется двумя способами: в изложницы и полунепрерывным (непрерывным) способом. Для достижения стабильности химического состава предпочтитель­но отливать свинцовые латуни непрерывным (полунепрерывным) способом.

Свинец не оказывает влияния на температуру и процесс кристаллизации медно-цинковых сплавов, он затвердевает при 326°С и в случае выделения по границам зерен (фаз) ухудшает деформируемость в горячем состоянии двухфазных сплавов.

Области составов стандартных свинцовых латуней, обрабатываемых в горячем и холодном состояниях, показаны на рис. 11.

При горячей штамповке свинцовых латуней, содержащих 56-60% Cu (ЛС59-1), склонность к образованию трещин определяется главным образом температурой деформации. Оптималь­ный интервал температур, при котором не образуются трещины, доволно узок и находится в области температур, со­ставляющих линии на диаграмме состояния Cu-Zn, разграничивающих двухфазную α+β и однофазную β-об­ласти.

Содержание свинца, а также легко­плавких примесей (висмута, сурьмы и других) не оказывает влияния на склонность к образованию трещин при горячей штамповке двухфазных свин­цовистых латуней (α+β).

Влияние химического состава на обрабатываемость резанием и давлением свинцовых лату­ней показано в табл. 7.

 Свинцовые α-латуни обрабатывают в холодном состоянии, однако при определенных режимах возможно и горячее прессование.

Основными видами термической обработки свинцовых латуней являются полный рекристаллизационный отжиг и низкотемпературный отжиг для снятия внутренних напряжений.

Свинцовые латуни хуже, чем простые латуни, соединяются припоями, свариваются и пол­ируются. Для соединения свинцовых латуней не рекомендуется применять кислородно-ацетиленовую сварку, дуговую в среде защитного газа и дуговую с расходуемым электродом.

Коррозионная стойкость свинцовых латуней. Свинцовые латуни обладают: отличной устой­чивостью против воздействия чистых гидрокарбонатов, фреона, фторированных гидрокарбо- натовых охладителей и лаков; хорошей устойчивостью против воздействия промышленной, морской, сельской атмосфер, спиртов, дизельного топлива и сухого диоксида углерода; средней устойчивостью против воздействия сырой нефти и водяного диоксида углерода; плохой устой­чивостью против воздействия гидроксида аммония, хлористоводородной и серной кислот.

Оловянные латуни

Олово незначительно влияет на изменение гра­ниц фазовых превращений, однако заметно изме­няет природу β-фазы. Диаграмма состояния сис­темы Cu-Zn-Sn приведена на рис. 12.

 Двухфазные оловянные латуни обладают высо­кой коррозионной стойкостью во многих средах. При повышенном содержании олова в латунях появляется новая фаза γ. Фаза γ — хрупкая состав­ляющая, которая заметно ухудшает обрабатыва­емость латуни давлением в холодном состоянии. Появление γ-фазы в двухфазной латуни (а + /3) наблюдается при содержании олова свыше 0,5% (если содержание олова превышает этот предел, то при превращении β выделяется δ-фаза, обво­лакивающая α-фазу. Появление хрупких фаз ог­раничивает легирование латуней оловом. Содержание олова более 2% в латунях ухудшает их обрабатываемость в горячем состоянии. Стан­дартные оловянные латуни можно разделить на два типа: однофазные (α — твердый раствор) и трехфазные (α + β + γ).

Алюминиевые латуни

Алюминиевые латуни — медно-цинковые сплавы, в которых основной легирующей добавкой является алюминий.

Алюминий благодаря высокому коэффициенту Гинье (Кэ = 6) и значительной растворимо­сти в твердом состоянии по сравнению с другими элементами (кроме кремния) оказывает даже в небольших количествах заметное влияние на свойства латуни. Добавки алюминия повышают механические свойства и коррозионную стойкость латуней, но несколько ухудшают их пластичность. Количество вводимого алюминия ог­раничивается пределами, выше которых появляется хрупкая γ-фаза (рис. 13).

 При содержании меди, % (по массе): 70; >^/J65; 60 предельные содер­жания алюминия, % (по массе): 6; 5 и 3 соответст­венно. В латунях, обраба­тываемых давлением, содержание алюминия не превышает 4%, в литейных высокопрочных ла­тунях 7%.

Легирование латуней производят одним алюминием или в определен­ных соотношениях с другими элементами (же­лезо, никель, марганец и др.).

Одним алюминием, как правило, легируют одно­фазные латуни (ЛА85-0,5, ЛА77-2). Для локализации обесцинкования и предотвращения коррозионного растрескивания при контакте с морской водой в однофазные алюминиевые латуни, содержащие более 15% Zn, вводят 0,02-0,04 As (ЛАМш77-2-0,05).

Избыток мышьяка (> 0,062%) ухудшает пластичность латуней. Алюминий совместно с железом (ЛАЖ60-1-1) и никелем (ЛАН59-3-2) вводят преимущественно в двухфазные лату­ни.

Железо улучшает пластичность латуней, содержащих свинец, в горячем состоянии измель­чает структуру и повышает их механические свойства; никель повышает коррозионную стойкость. Железо и никель несколько снижают пластичность латуней в холодном состоянии.

Легирование латуней алюминием, никелем и небольшими добавками марганца и кремния (ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5) делает их дисперсионно-твердеющими и существенно улучшает механические свойства, особенно упругие характеристики.

Однофазные алюминиевые латуни удовлетворительно обрабатываются давлением в горячем состоянии и хорошо — в холодном; двухфазные — хорошо в горячем состоянии и удовлетвори­тельно в холодном. Обрабатываемость резанием колеблется от 30 до 50% (по сравнению с латунью ЛС63-3).

Алюминиевые латуни по сравнению со свинцовыми хуже соединился припоями, но не­сколько лучше свариваются; по полируемости они близки к двухфазный простым латуням (табл. 8).

Железосодержащие латуни

Добавки железа значительно измельчают структуру латуней, благодаря чему улучшаются механические свойства и технологические характеристики. Однако’ сплавы системы Cu-Zn-Fe применяются редко. Распространение получили многокомпонентные латуни.

Марганцевые латуни                                       

Легирование латуней марганцем заметно повышает их коррозионную стойкость при контакте с морской во­дой, хлоридами и перегретым паром.

Диаграмма состояния сплава систе­мы Cu-Zn-Mn приведена на рис. 14.

Добавки марганца оказывают незна­чительное влияние на структуру лату­ней. Однако марганец уменьшает стабильность упорядоченной решетки фазы β. При содержании Мп > 4,7% (ат.) в сплаве наблюдается частично неупорядоченное состояние при тем­пературе закалки от 520°С.

Наиболее благоприятное влияние на свойства и технологи­ческие характеристики латуни марганец оказывает в сочетании с другими легирующими элементами (алюминий, железо, оло­во, никель).

Кремнистые латуни

Кремний в твердом состоянии растворим в латунях в значи­тельных количествах, однако растворимость его понижается с увеличением содержания цинка. Область твердого раствора а под влиянием кремния и цинка резко сдвигается в сторону медного угла (рис. 15).

 С увеличением содержания кремния в структуре сплавов Cu-Zn-Si появляется новая фаза к гекса­гональной сингинии, которая при повышенных температурах пластичная и в отличие от β-фазы поляризуется. С понижением температуры (ниже 545°С) происходит эвтектоидный распад к-фазы в α + γ’.

Кремнистые латуни, содержащие 20% Zn и 4% Si для обра­ботки давлением не пригодны из-за малой пластичности. Для получения деформированных полуфабрикатов применяются кремнистые латуни, содержащие <4% Si.

Небольшие добавки кремния улучшают технологические характеристики латуней при литье и горячей обработке давлением, повышают ме­ханические свойства и антифрикционносгь

Никелевые латуни

Легирование ла­туней никелем повышает        их механические свой­ства и коррозионную стойкость. Никеле­вые латуни более стойки по сравнению с другими латунями к обесцинкованию и коррозионному рас­трескиванию.

Как видно из диаграммы состояния сплава системы Cu-Zn-Ni (рис. 16), никель оказывает заметное влияние на структуру латуней, расширяя область твердого раствора α

При легировании никелем можно некоторые двухфазные латуни перевести в однофазные.

Легирование латуни Л62 никелем в количестве 2-3% (по массе) позволяет получить одно­фазный сплав с мелким зерном, высокими и однородными механическими свойствами и повышенной коррозионной стойкостью. Благодаря добавкам никеля при производстве дефор­мированных полуфабрикатов исключается появление такого отрицательного явления как строчечная структура.

Рекомендации по улучшению свойств медно-цинковых сплавов с учетом зарубежного опы­та. На свойства латуней наряду с чистотой исходных компонентов сплавов, способами и режимами плавки и литья большое влияние оказывают режимы их обработки и подготовка шихты.

Рекомендуется:

Для уменьшения образования пористости и пузырей в листах (полосах) и лентах из латуни марок Л70, Л68, Л63 и Л60: избегать загрязнения шихты фосфором; отходы в виде стружки, содержащей масло, эмульсию и др. перед плавкой подвергать окислительному обжигу; добав­лять в расплав оксид меди в количестве 0,1-1,0 кг на 100 кг шихты; обращать особое внимание на оптимальные режимы литья и горячей прокатки; отжигать горячекатаные полосы перед холодной прокаткой.

Для увеличения сопротивления латуней Л68 и Л70 коррозионному растрескиванию необходимо уделять большое внимание подбору режима холодной прокатки и отжига. Сум­марное обжатие при последней холодной прокатке должно быть более 50%, оптимальная температура отжига — 260-280°С.

Для повышения сопротивления двухфазных латуней обесцинкованию (а это возможно, если доля β-фазы в структуре сплава составляет около 30%) необходимо термообработку проводить в интервале температур 400-700°С (в зависимости от состава сплава).

Для предотвращения обесцинкования латуней Л63 и получения качественной поверхно­сти при светлом отжиге (в колпаковых и шахтных печах) температуру рекристаллизационного отжига выдерживают в пределах 450-470°С. При этой температуре в течение 1-4 ч получают полосу (ленту) с размером зерна 0,035- 0,045 мм, временным сопротивлением разрыву 33-35 кгс/мм² и относительным удлинением 50%.