Разновидности латуни и температура ее плавления
Автор: Волков Семён
Дата публикации: 06 Сентября 2024
Температура плавления латуни: предельные значения + таблица температур для различных марок по ГОСТу + 3 способа классификации + 5 ключевых свойств + влияние легирующих элементов + применение в 6 видах проката + метод плавки в домашних условиях. температура плавления латуни
Когда речь идет о популярности цветных металлов, латунь заслуженно удерживает ведущие позиции в течение многих лет. История производства этого материала начинается еще в древнем Риме, однако патент и первые промышленные попытки относятся только к концу 1800-х годов.
В данной статье мы обсудим, какова температура плавления латуни, возможно ли изготовление этого сплава в домашних условиях и каковы его основные характеристики.
Что такое латунь?
Интересные факты о латуни:
- римляне называли латунь орихалком, или «златомедью», из-за ее золотистого оттенка;
- в западных странах для изготовления оружейных гильз предпочитают использовать высококачественную латунь, так как это уменьшает количество механических повреждений ствола при эксплуатации;
- зажигалки Zippo производятся из гальванизированной латуни;
- в России латунь была незаменимым материалом при производстве самоваров;
- Африканские страны также используют латунь. Тамошние аборигены создают из этого материала ритуальные маски;
- Для магнитов и компасов корпуса зачастую изготавливаются из латуни, так как этот сплав не проявляет магнитных свойств;
- Л68 и Л62 – марки декоративной латуни, которые новички в ювелирном деле используют для обучения механической обработке золотых изделий.
Существует специальный состав латуни, включающий никель и медь, дополненные 2.4% алюминия в качестве легирующей добавки. Этот материал очень популярен среди производителей бижутерии, так как визуально его трудно отличить от золота 583-й пробы. Нередко данное свойство сплава используется для мошенничества, поэтому покупать украшения рекомендуется в сертифицированных местах, где за качество продукции отвечают конкретные лица и предоставляется сопутствующая документация.
1) Классификация латуни и ее преимущества/недостатки
| Преимущества латуни | Недостатки материала |
|---|---|
| Небольшой вес латуни делает ее незаменимой в авиационной и ракетной индустрии. | Теплопроводность – палка о двух концах. Из-за ее низкого уровня у латуни есть ограничения при использовании в системах, нуждающихся в высокой теплоотдаче. |
| Эстетичность сплава. Широкая цветовая палитра позволяет создавать из латуни качественные и эффектные декоративные элементы для интерьера и не только. | Латунь не отличается высокой прочностью. В этом плане она уступает бронзе. |
| Низкая теплопроводимость важна в строительных конструкциях, когда первостепенной задачей является сохранение тепла. | Снижение коррозийной стойкости с ростом температуры окружающей среды. |
На практике разнообразие содержания компонентов в сплавах латуни заметно выше. Например, если сплав содержит 50% цинка, то такой материал считается низкокачественным и его производство основано на вторичных отходах. Более подробно о классификации латуни расскажет таблица ниже.
| Тип классификации | Составляющие | Описание |
|---|---|---|
| Компетентность | Двухкомпонентные | Состав латуни состоит из 2 основных компонентов. Примеси допустимы, но только в тех количествах, которые не влияют на физические или химические свойства материала. Свойства определяются фазовым составом - α-фаза или β-фаза. Подробности следующие. |
| Многокомпонентные | Кроме основных компонентов - меди и цинка, включают вспомогательные примеси, включая неметаллы. | |
| Обработка | Деформируемые | Сплавы латуни, которые можно деформировать механически в холодном состоянии. Выпускаются в виде листов и прутков. |
| Литейные | Сплавы латуни, деформируемые только при высоких температурах и под давлением. Используются для изготовления деталей, требующих высокой прочности, например, подшипников. | |
| Вхождение цинка | Томпак | Высококачественный латунный сплав с содержанием цинка 6%-21%. Основные характеристики - антифрикционные и антикоррозийные свойства, что позволяет использовать его для производства биметаллических сплавов латунь-сталь. |
| Желтая | Содержание цинка 22%-35%. Материал остается высокопластичным. | |
| Техническая | Содержание цинка достигает 50%. Используется для массового производства элементов аппаратуры и фитингов. |
Проанализировав приведённые выше данные, легко заметить закономерность изменения свойств сплава при увеличении или уменьшении содержания цинка и других легирующих компонентов. В химическом отношении латунь представляет собой смесь цинка, меди и α-раствора. Обычно структура этого материала состоит из двух фаз — α- или α+β’. В первом варианте мы получаем медную ГЦК структуру, а во втором — раствор CuZn с концентрацией 1.5, причём клетки имеют максимально простую форму.
Важно: наибольшая эластичность латуни наблюдается в α-фазе, тогда как повышенная прочность характерна для β’-фазы.
Таким образом, при выборе материала, предназначенного для последующей переплавки, обращайте внимание на маркировку. Оптимальные показатели прочности и пластичности достигаются при содержании цинка в сплаве на уровне 30%.
2) Свойства латуни, её области применения и маркировка
- плотность находится в пределах от 8 400 до 8 800 килограмм на кубический метр;
- не является магнитным при отсутствии внешнего магнитного поля, то есть не является ферромагнетиком;
- при обычных температурных условиях, удельная теплоемкость латуни равна 0.4 килоджоулей на килограмм на кельвин;
- теплопроводность латуни увеличивается по мере роста содержания меди. Минимальное значение – 0.3 кал. на сантиметр* секунда на градус Цельсия, максимальное – 0.6;
- легко поддается полировке.
Классическая плавильная сварка для латуни не подходит. Рекомендуется использовать контактную сварку. Указанные свойства относятся к двухкомпонентной латуни. Для многокомпонентных сплавов применяются другие правила. Ниже приведены роли основных легирующих элементов в латунных сплавах.
| Элемент | Влияние |
|---|---|
| Олово | Значительно увеличивает коррозионную стойкость в соленой воде. Благодаря этому, латунь с высоким содержанием олова часто называют "морской" — для применения в соответствующих условиях. |
| Марганец | Повышает антикоррозионные свойства латуни и, пусть и незначительно, увеличивает ее прочность (в 1.5-2 раза от базового уровня двухкомпонентной латуни). |
| Никель | Увеличивает прочность и коррозионную стойкость в агрессивных средах. |
| Кремний | Создает антифрикционные свойства, позволяющие заменить более дорогие материалы, такие как бронза. Параллельно снижается прочность материала, что упрощает сварку деталей из такого сплава. |
| Свинец | Понижает механические свойства латуни, но облегчает её обработку резанием, что делает сплав востребованным для автоматной обработки. |
| Алюминий | Снижает летучесть цинка благодаря формированию на поверхности материала оксидной плёнки алюминия. |
Наиболее часто употребляемым свинцовым легирующим сплавом латуни является самый популярный из всех описанных. Маркировка латуни осуществляется с использованием буквы «Л». Далее в шаблоне указывается процентное содержание меди и добавленных легирующих веществ.
Бинарные латунные сплавы применяются для создания компонентов транспортных средств, устройств в химической и теплохимической отраслях, а также в процессе штамповки продукции (нефтяных патрубков, гаек, болтов, конденсаторов труб с толстыми стенками и подобных предметов).
Многокомпонентные виды латуни значительно многочисленнее. Судить об этом можно хотя бы по объёмности представленной выше таблицы. Основные сферы использования материала включают – изготовление деталей в судостроении, производство конденсаторов для теплохимического оборудования, различные мелкие часовые детали, полиграфические сборки для разных ежедневников, папок с креплениями и прочих небольших изделий.
По ГОСТам отдельно классифицируют латуни для литья. Основные характеристики материала включают устойчивость к коррозии, хорошие антифрикционные свойства, способность плавно течь и низкую склонность к образованию усадочных пор. Что касается применения, то это литые детали арматуры и различные мелкие компоненты, нуждающиеся в защите от коррозии.
Заключительная группа латунных сплавов – ювелирные материалы. В данном случае поставки сырья осуществляются исключительно в виде гранул желтого или золотистого оттенка для последующей обработки высокими температурами и переплавки в низкокачественные «ювелирные изделия». Любители бижутерии найдут здесь много интересного.
Использование по типу проката
| Тип проката | Вид | Описание + применение |
|---|---|---|
| Прут | Прямоугольное длинное изделие из сплава, служащее промежуточной заготовкой для изготовления других деталей. Сечение прутков может быть любым – овальным, квадратным, прямоугольным или даже треугольным. | |
| Плитка | Плоский полуфабрикат из латунного сплава, сечение которого по высоте не превышает 3 сантиметров. Производство латунной плитки осуществляется прокатом и литьем. Основное применение – декорирование отделки зданий. | |
| Проволока | Вытянутый профиль с небольшим диаметром сечения. Обладает широкой областью применения – авиастроение, судостроение, приборостроение, основа для сварки и даже обувная промышленность. | |
| Труба | Трубопроводные изделия из высококачественной латуни представляют собой дорогое удовольствие, однако спрос на них в быту среди состоятельных потребителей все же существует. Основные физические свойства латунных труб – пластичность и повышенная устойчивость к коррозии. | |
| Круг | Фактически, это те же прутки, но с большим сечением и круглой плоскостью на срезе. Область применения – автомобилестроение и судостроение, основа для механизмов высокоточных приборов и станочные детали. | |
| Лист | Похож на плитку, но с меньшей толщиной. Материал обладает высокими показателями стойкости к коррозии, прочности и устойчивости к кислотам и морской воде. Применение – электроэнергетика, автомобилестроение, полиграфия и другие отрасли промышленности и быта. |
Латунь встречается повсеместно, пусть и в небольших объемах (в отличие от стали). Если желаете подробнее ознакомиться с классификациями, типами и маркировками латунных сплавов, рекомендуем ознакомиться с ГОСТ 1019-47. Далее мы рассмотрим тепловые свойства латуни и её наиболее распространенных сплавов.
Латунь: температура плавления и плавка материала в домашних условиях
1) Какая температура плавления у латуни: точные значения и таблицы
Латунь представляет собой сплав на основе меди. Теплотехнические характеристики при нагреве постепенно повышаются. При комнатной температуре максимальная теплопроводность наблюдается у марки Л96. При температуре в 27 градусов Цельсия теплопроводимость этого металла составляет 245 Вт/(м*град.).
Вышеуказанная таблица содержит подробные сведения о теплопроводимости различных популярных марок латуни. В первом столбце указана маркировка, во втором – температура в Кельвинах, а в третьем – коэффициент теплопроводности, измеренный в Вт/(м*град.).
Существуют значительные колебания показателя плавления металлического сплава. Согласно ГОСТу, температура плавления латуни варьируется от 865 до 1055 градусов Цельсия. Такой диапазон обусловлен наличием большого количества легирующих добавок в многокомпонентных сплавах.
Рассмотрим несколько марок по их крайним показателям:
- ЛМц58-2 – марганцевистая латунь, которая имеет минимальную температуру плавления — 865 градусов;
- Л96 – томпак волоченый, который считается самым тугоплавким среди всех марок латуни по ГОСТу, его температура плавления достигает 1055 градусов Цельсия.
К другим легкоплавким латуням относятся Л59, Л62, ЛАН59-3-2, ЛКС65-1,5-3 и другие, а к тугоплавким — Л90, ЛА85-0,5 и томпак оловянистый ЛТО90-1.
2) Как плавить латунь в домашних условиях?
А) Какие инструменты понадобятся?
Основное оборудование, которое следует приобрести – это индукционная печь специального назначения. Для плавки латуни достаточно пикового показателя температуры в 1 300 градусов Цельсия. Применение более мощных установок не рекомендуется, так как это может вызвать выгорание цинка в сплаве. Подробная модель устройства показана на иллюстрации ниже.
Печь можно либо приобрести, либо изготовить самостоятельно. При выборе второго пути, горн монтируют из огнеупорного кирпича и глины. Для фиксации конструкции используют металл, а сверху устанавливают огнеупорную крышку. Внутри закрепляются электроспирали по всему периметру с помощью керамических трубок, а тигель для закладки металла выполняется из графита или шамотного кирпича. Спираль для печи можно сделать также своими руками. Рассчитана она на 20 000 Ватт, поэтому для её изготовления применяют нихромовую нить с высокой термостойкостью.
Дополнительное оборудование для домашнего плавления латуни:
- специальные щипцы для извлечения раскаленного тигля со сплавом из печи
- стальная ложка, с помощью которой будет осуществляться удаление шлака и пленки с расплавленной массы;
- ковш литейщика для переливания жидкой латуни перед заливкой в формы для плавки;
- огнетушитель для устранения возможных негативных последствий, которые могут возникнуть при домашнем производстве латунного сплава;
- персональные средства защиты для органов дыхания, глаз и кожи. Специализированный костюм не всегда требуется, но респиратор и очки — обязательные элементы.
Некоторые инструменты покупаются, а другие можно найти у себя дома. Если вы используете новый тигель для плавки, его нужно предварительно закалить. Для этого разогреваем печь до 100 градусов и помещаем туда плавильную емкость. Оставляем на 18-25 минут, затем даем остыть естественным образом.
Б) Подготовка и процесс плавки латуни
Инструкция по подготовке вторсырья к плавке:
- очищение поверхности от мусора, особенно важно для вторичного сырья;
- промываем металл с мылом под водой, чтобы удалить масляные пятна и прочие загрязнения;
- если на ломе латуни есть лак, его удаляют с помощью специального химического состава, например, разбавителя лака. Выполняйте это в хорошо проветриваемом помещении.
Необходимо также подготовить помещение для плавки латуни: минимизировать наличие легковоспламеняющихся предметов и обеспечить качественную вентиляцию. Оптимальным решением будет разместить печь на улице под навесом, подальше от хозяйственных построек. Открытый доступ к кислороду способствует более эффективной плавке металла и снижает риск ожогов.
Алгоритм плавки латуни:
- Нагреваем формы внутри печи до 100 градусов по Цельсию. То, что необходимо закалить, и ложку с ёмкостью для плавки, мы уже упоминали. Формы нагреваются для удаления влаги, которая может вызвать разбрызгивание расплавленной латуни.
- Помещаем латунь в тигель.
- Повышаем температуру внутри печи до половины от точки плавления – 440-500 градусов Цельсия.
- Помещаем тигель в печь и устанавливаем температурный режим на максимум — 900-980 градусов. Для каждого вида латуни рекомендуется соблюдать определенный режим плавления, поэтому важно заранее узнать о легирующих добавках лома. Хотя допустимо повышение температуры выше точки плавления, это может привести к окислению сплава, что испортит сырье.
- Когда латунь полностью расплавилась, снимаем окисленный слой с поверхности с помощью ложки. Перемешивать сплав нельзя. Действуйте осторожно, избегая появления пузырьков воздуха, которые могут повлиять на качество получаемой латуни.
- Вынимаем готовый сплав из печи с использованием щипцов за тигель и заливаем его в подготовленную форму. Повторяем процесс требуемое количество раз.
Не рекомендуется применять тигель, который ранее использовался с другими цветными металлами, при плавке латуни – это приводит к снижению качества конечного сплава и изменению его физических и химических характеристик.
Процесс изготовления латуни в домашних условиях:
В) Меры безопасности при плавке латуни в домашних условиях
Процесс плавления латуни или создания сплава с нуля – это сложное и рискованное занятие, которое не рекомендуется лицам без опыта в металлургии. Новичкам целесообразно начинать с небольших порций плавления, постепенно наращивая объемы.
Правила техники безопасности:
- оборудованное рабочее место с хорошей вентиляцией. Можно проводить работы на улице под навесом;
- рядом с печью не должны находиться легковоспламеняющиеся предметы, газовые баллоны или взрывоопасные жидкости;
- У рабочего места обязательно должен быть огнетушитель, а также ведро с водой, которое можно использовать для снятия болевых ощущений при ожогах расплавленной латунью;
- необходима плотная одежда из хлопчатобумажной ткани и обувь из натуральной кожи с высокой степенью утолщения;
- для защиты легких используйте респиратор, для глаз – защитные очки;
- рабочее пространство должно быть освобождено от проводов и мелочи, которые могут спровоцировать спотыкание;
- в процессе заливки латуни в формы следует избегать разбрызгивания.
