1.1 Латуні

Латуні - це подвійні або багатокомпонентні сплави на основі міді, в яких головним легуючим елементом є цинк. Латуні мають ви­сокі механічні та технологічні властивості.

Структура та властивості латуней визначаються діаграмою стану Си-2п (рис.1.2).

За діаграмою стану в системі існують п'ять перетворень перитек-тичного типу при температурах 905°С, 834°С, 697°С, 594°С, 424°С. Внаслідок цих перетворень утворюються наступні фази: Д У, є, П Розчинність цинку в міді є значною: а-фаза - твердий розчин заміщен­ня атомів цинку в ГЦК-гратці міді - містить 32,5% 2п при температурі 905°С, 39% 2п при температурі 454°С, 36%2п при кімнатній температу­рі. Основу в-фази складає електронна сполука Си2п зі співвідношенням 3/2 ((кількість електронів)/(кількість атомів)), тип гратки - ОЦК. Нижчетемператури 454-468°С в р-фазі відбувається впорядкування з утворен­ням впорядкованої Р'-фази з високою твердістю. Це перетворення су­проводжується зростанням крихкості та зменшенням пластичності в сплавах, що містять Р'-фазу. Основу у-фази та є-фази складають елек­тронні сполуки Си52п8 (складна кубічна гратка) та Си2п3 (гексагона­льна щільно пакована гратка) з електронними концентраціями 21/13 та 7/4, відповідно.

 

Си    10    20    ЗО    40    50    60   70    80    90 Іп % (мас)

Рисунок 1.2 - Діаграма стану системи Си-7п

В промисловості використовують латуні зі структурою а або а+Р, вміст цинку не перевищує 40-45%. Максимальна пластичність відповідає сплавам з 30% цинку. Міцність інтенсивно зростає при по­яві в структурі Р'-фази. При досягненні концентрації 48%2п при кім­натній температурі структура складається з однієї Р'-фази, через її ви­соку крихкість різко зменшується міцність сплавів (рис.1.3).

В залежності від структури латуні поділяють на однофазні а-латуні та двофазні а+р-латуні (рис. 1.4).

70 60 50 ю 40 ЗО 20 10

 

 

 

 

 

 

 

 

5 -/

 

 

 

 

*

/

1

1

 

 

 

 

 

л

 

/

/

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

1

1

\

 

 

 

 

1

ч

Л

 

 

*

 

 

 

 

 

/

\

 

 

 

/

/

 

 

 

 

 

 

У

> \

\

 

___

 

<*«>

 

\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10   20   ЗО  40   50 60

гп, %

а

10   20   ЗО  40 50

гп, %

б

700 600

500;

400 е*

300

200

100

0

а - лита латунь; б - латунь після деформації та віддалення Рисунок 1.3 - Механічні властивості латуней в залежності від вмісту цинку.

За способом виготовлення деталей розрізняють ливарні та де-формовні латуні. Ливарні властивості латуней визначаються взаємним розміщенням ліній солідусу та ліквідусу. Оскільки інтервал кристалі­зації а- та Р-фаз вузький, латуні мало схильні до ліквації, мають добру рідкотекучість.

Латуні добре піддаються деформуванню, широко застосовують­ся при виготовленні катаного напівфабрикату (стрічка, дріт, профіль). Обробка тиском при кімнатній температурі двофазних латуней ускла­днена наявністю крихкої складової (Р'-фази), тому найчастіше їх де­формують при підвищених температурах (вище 454-468°С), коли існує більш пластична Р-фаза (не впорядкована).

Недоліком латуней є схильність до корозійного розтріскування у вологій атмосфері („сезонне розтріскування"), якщо в металі після де­формації збереглися залишкові напруження. Найчастіше це явище спо­стерігається в латунях, що містять понад 20% 2и. Запобігає появі цього недоліку відпалення напівфабрикатів при 270-300°С.

Для поліпшення властивостей латуні додатково легують алюмі­нієм, марганцем, залізом, нікелем, оловом, свинцем, кремнієм, вміст яких коливається від 1 до 4%. Всі легуючі елементи, окрім нікелю, зменшують розчинність цинку в міді та сприяють збільшенню кілько­сті р-фази. При введенні нікелю розчинність цинку в міді збільшуєть­ся, частка р-фази зменшується. Для прогнозування властивостей лего­ваних латуней необхідно розрізняти а- та а+р-латуні, враховуючи вплив легуючих елементів на граничну розчинність цинку. Гійє запро­понував розраховувати для легованих латуней вміст еквівалентного цинку (Х), що враховує розчиннність легуючих елементів: Х=[(А+2с К)/(А+Б+Іс К)] 100%,

де А - дійсний вміст цинку в сплаві, В - вміст міді,

с - кількість елемента, що додається в латунь, К - коефіцієнт Гійє.

Таблиця 1.1 - Коефіцієнти Гійє

 

Al

Sn

Pb

Fe

Мп

т

10-12

4-6

2

1

0,9

0,5

-1,4

Коефіцієнти Гійє вказують, якій кількості цинку відповідає вве­дення в мідь 1% легуючого елемента.

Приклад: латунь ЛМцА57-3-1

Х=[(39+0,5 -3+6-1)/(39+57+0,5 -3+6-1) ]-100%=45%,

отже така латунь є двофазною, зі значною кількістю Р-фази, хо­ча сплав з 39% цинку в двокомпонентній системі знаходиться поблизу граничної розчинності цинку в а-фазі.

Алюміній, олово, марганець підвищують границю міцності ла-туней. Свинець зменшує значення границю міцності. Залізо та марга­нець (до 2-3%) підвищують відносне подовження, решта - зменшує. Залізо сприяє подрібненню структури, є центром кристалізації та при­скорює рекристалізацію.

Алюміній, марганець, олово, нікель підвищують корозійну стій­кість, утворюючи стійку щільну окисну плівку на поверхні латуні.

Латуні поділяють на подвійні - тільки з цинком та спеціальні, багатокомпонентні, що додатково леговані іншими елементами. Спе­ціальні латуні називають за основним додатковим елементом: алюмі­нієві, кремнієві, марганцеві, нікелеві, олов'яні, свинцеві.

Маркування. Деформовні латуні: Л96 - (96% Си, 4% 2п), Л80 -(80% Си, 20% 2п), ЛО90-1 - (90% Си, 1% Бп, 9% 2п) - однофазні а-латуні. Латунь з високим вмістом міді - томпак. Застосовують при виготовленні стрічок, дроту, трубок, штампованих деталей.

Двофазні деформовні латуні: ЛО60-1 - характеризується висо­ким рівнем корозійної стійкості в морській воді ("морська латунь"). ЛЖМц59-1-1 - має високий рівень міцності, в'язкості (дрібнозерниста структура), антифрикційних властивостей, стійка в морській воді та атмосферних умовах. Легування свинцем ЛС59-1 застосовується для поліпшення обробки різанням ("автоматна латунь").

З метою підвищення міцності для деформовних латуней засто­совують нагартовку - холодну деформацію на 50-60%. Така обробка дозволяє збільшити границю міцності латуні на 250-300 МПа (вдвічі). Але обробка має враховувати схильність деяких латуней до сезонного розтріскування, і використовується з певними обмеженнями.

Термічна обробка латуней. Основна операція - відпалення. Мета обробки - пом' якшення матеріалу перед подальшою обробкою тиском, отримання в напівфабрикатах певного рівня властивостей, за­побігання сезонному розтріскуванню. Рекристалізаційне відпалення проводять при 600-700°С (легуючі елементи підвищують температуру рекристалізації латуней).

Ливарні латуні мають невелику схильність до газонасичення, ліквація незначна, для спеціальних латуней характерний високий рі­вень механічних властивостей. Ливарні латуні мають високі антифри­кційні властивості. До недоліків належать великі об' єми усадочної по­рожнини, тобто значна частина металу втрачається після видалення приливів, та схильність ливарних латуней зі значною кількістю р-фази до сезонного розтріскування. Латуні для фасонного лиття маркірують подібно до деформовних, після складу зазначають спосіб виготовлен­ня деталі - Л (ЛА67-2,5Л, ЛМцЖ55-3-1 Л) або вміст елементів вказу­ють безпосередньо після букви, що означає відповідний елемент, вцьому випадку вміст цинку в латуні позначається, а вміст міді розра­ховується.

Для виготовлення гвинтів, гайок використовують ЛАЖМц66-6-3-2 Л (ав=600-650 МПа, 5=7%). При виготовленні підшипників викори­стовують ЛЖМц52-4-1Л (ав=500 МПа, 5=15%). Для відливок складної форми (шестерні, деталі насосів, деталі вузлів тертя) використовують ЛК80-3Л.