Латунь
Лату́нь (от нем. Latun), сплав меди (основа) с цинком (4–50 % по массе). При увеличении содержания цинка (Zn) цвет сплава изменяется от красноватого до светло-жёлтого.
Ещё до н. э. латунь получали cплавлением меди с цинковой рудой и углём.
В 19 в. этот способ был повсеместно вытеснен прямым сплавлением меди (Cu) с цинком (после получения в 18 в. металлического цинка, который в природе в металлическом виде не встречается).
По сравнению с медью латуни обладают более высокой прочностью, коррозионной стойкостью, хорошими литейными свойствами, обрабатываемостью давлением; хорошо свариваются и паяются.
Свойства латуни зависят от химического состава, природы фаз и структуры.
По химическому составу латуни делят на двойные, не содержащие легирующих добавок, и специальные (многокомпонентные), в которые для улучшения свойств вводят в небольших количествах (1–2 %, реже до 4 %) легирующие добавки алюминия (Al), марганца (Mn), железа (Fe), никеля (Ni), кремния (Si), свинца (Pb), мышьяка (As) и др.
Двойные латуни, содержащие до 10 % цинка, называют томпаками, от 10 до 20 % – полутомпаками, около 30 % цинка – патронными. В специальных латунях добавки (кроме свинца) повышают коррозионную стойкость, прочность, жидкотекучесть, измельчают зерно латуни.
Добавление свинца значительно улучшает обрабатываемость резанием и антифрикционные свойства.
В системе медь–цинк (область концентраций до 50 % цинка) существуют α-фаза (твёрдый раствор замещения цинка в медь) и промежуточная β-фаза (соединение переменного состава), образование которых определяется растворимостью цинка в меди в зависимости от температуры.
По структуре латунь разделяют на α-, (α+β)- и β-латунь.
Двойные латуни, содержащие до 34–36 % цинка, представляют собой α-латуни – пластичные и коррозионностойкие сплавы. С увеличением содержания цинка возрастают прочность и пластичность α-латуни.
Двухфазные (α+β)-латуни (37–46 % цинка) имеют бо́льшую прочность и износостойкость, но меньшую пластичность по сравнению с α-латунью. В β-фазе при температурах 454–468 °C происходит упорядочение в расположении атомов меди и цинка (β′-фаза), которое сопровождается резким понижением пластичности.
В промышленности применяются преимущественно α- и (α+β)-латуни, β-латуни (46–50 % цинка) представляют интерес как основа сплавов с эффектом памяти формы материалов с высоким пределом упругости («сверхупругостью»).
Прочность латуней после отжига (мягкое состояние) по мере увеличения содержания цинка возрастает от 250 до 450 Мпа. Прочность может быть существенно повышена (до 700 МПа) холодной пластичной деформацией (твёрдое состояние), однако при этом резко снижается пластичность латуней.
Латуни обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях. Однако латуни, содержащие более 20 % цинка, подвержены особым видам коррозии: обесцинкованию и межкристаллитному (или «сезонному») растрескиванию.
Обесцинкование проявляется при контакте латуни с электропроводящими средами (кислыми и щелочными растворами); сопровождается ухудшением свойств и качества поверхности латунных изделий (снижаются механические свойства, появляются красноватые пятна на поверхности).
Малые добавки мышьяка (As), фосфора (P), сурьмы (Sb) повышают устойчивость латуни к этому виду коррозии. Межкристаллитное растрескивание происходит при наличии в латуни растягивающих напряжений и воздействии коррозионной среды (присутствие в атмосфере следов аммиака, диоксида серы, влажного диоксида углерода и др.). Данный вид коррозии усиливается в месяцы с повышенной влажностью воздуха. Для предотвращения коррозионного растрескивания полуфабрикаты и изделия из латуни подвергают низкотемпературному отжигу (при 200–300 °С).
Обрабатываемость латуни резанием зависит от их фазового состава.
Свинцовые латуни обрабатываются резанием с образованием сыпучей стружки, поэтому детали из них можно изготавливать на станках-автоматах при высоких скоростях резания. Количественная оценка обрабатываемости резанием латуни и других медных сплавов определяется сравнением с латунью, содержащей 34 % цинка и 3 % свинца, обрабатываемость резанием которой принята за 100 %.
По технологии производства латуни делят на деформируемые (ленты, листы, полосы, профили, прутки, трубы, проволоку, поковки и другие полуфабрикаты) и литейные (фасонные отливки).
Благодаря сочетанию механический и технологических свойств, латуни широко применяются в промышленности. Из них изготавливают корпусные детали и арматуру, гребные винты, детали приборов и электроаппаратов, корпуса кранов, втулки, вкладыши, шестерни, детали узлов трения и т. п.
Латуни используются в качестве припоев для пайки сталей. Применяются также для латунирования – нанесения на поверхность металлических изделий слоя латуни толщиной в несколько мкм (обычно электролитическим способом) для защиты изделия от коррозии, создания промежуточного слоя (т. н. подслоя) при никелировании или лужении стальных деталей, что обеспечивает более прочное сцепление покрытия с основным металлом, и др.