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 |
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
/ |
\ |
|
|
|
|
/ / |
|
|
)с |
|
|
|
|
|
У |
> \ \ |
|
|
___ |
|
<*«> |
|
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
'І
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.