Багато людей часто помічали блискучі ручки на міжкімнатних дверях, золотисті люстри чи підсвічник. Всі ці елементи виготовлені зі сплаву, який називається латунь. У цій статті детальніше розглянемо його властивості і характеристики, звертаючи особливу увагу на марку Л63.
Що таке латунь?
Латунь – це один з двох відомих мідних сплавів (другий – бронза). Його основою є мідь, у якій розчиняється різне кількості цинку. Як відомо, мідь має гранецентрованої кубічну кристалічну решітку (ГЦК). У свою чергу, чистий цинк утворює гексагональну плотноупакованную структуру (ГПУ). Обидві решітки є несумісними, тому в разі рівних атомних концентрацій цинку та міді можуть утворитися так звані подвійні латуні. Вони характеризуються одночасним існуванням двох фаз (ГЦК і ГПУ твердих розчинів).
Якщо звернути увагу на таблицю Менделєєва Д. І., то можна помітити, що цинк в ній знаходиться під номером 30, а мідь – під номером 29. Така близькість позицій елементів періодичної таблиці говорить про те, що вони мають близькі атомні радіуси. Цей факт дозволяє, незважаючи на різні кристалічні решітки, утворювати однофазні тверді розчини, коли вміст міді в сплаві перевищує 13,5 %, що видно з представленої фазової діаграми Zn-Cu.
Таким чином, якщо мідь є основним компонентом, то при рівноважних умовах існує всього одна фаза – твердий розчин цинку в ГЦК міді.
Марка латуні Л63
Це один з найпоширеніших сплавів, який відливається в нашій країні. Зрозуміти, що означають буква і цифри в назві марки нескладно: “Л” – це власне латунь, цифра 63 вказує на процентний вміст основного компонента, тобто міді. Насправді реальність може дещо відрізнятися від зазначеної цифри. Так, у складі латуні Л63 кількість міді коливається від 62 % до 65 %, а цинку в сплаві міститься від 34,2 % до 37,5 %.
Практично всі латуні добре механічно обробляються при низьких (кімнатних) температурах. Розглянута марка не є винятком. Завдяки чудовим механічним властивостям з неї виготовляють широкий асортимент деталей, включаючи тонкі листи, труби і прути різної товщини.
Слід також згадати, що продукт даної марки легко полірується, тому багато вироби біжутерії, виготовлені з нього, мають золотистий колір і блискучий відтінок.
Одним з важливих переваг латуні Л63 є її відносна дешевизна порівняно з іншими сплавами, що містять більшу кількість міді.
Характеристики Л63
Як відомо, чиста мідь є досить м’яким матеріалом. Її межа міцності на зріз становить 210 МПа. Заміна однієї третини атомів міді в ГЦК-решітки на атоми цинку, а також певна термічна обробка латуні призводять до підвищення її механічної міцності на зріз до 240 МПа.
Ще однією перевагою характеристик латуні Л63 перед властивостями міді є її більш висока твердість при збереженні пластичності. Зазначимо, що в разі неправильної обробки, наприклад при недостатньому відпалу в продукті розглянутої марки можуть з’являтися другі фази на основі цинку. Двофазна латунь призводить до значного погіршення механічних і технологічних властивостей. Зокрема, сплав стає крихким і практично втрачає свої пластичні характеристики.
Відмінністю латуні від інших металів є відсутність іскроутворення при механічних ударах. Ця властивість дозволяє використовувати Л63 у виробництві тар для зберігання і транспортування легкозаймистих речовин.
Якщо говорити про недоліки даної марки в порівнянні з чистою міддю, то слід згадати невелике зниження ударної в’язкості. Крім того, латунь Л63 є поганим провідником електрики і тепла.
Питома вага сплаву
Нагадаємо, що щільністю називається величина, що дорівнює відношенню маси тіла до об’єму, який вона займає в просторі. Обчислюється щільність по наступній формулі:
ρ = m/V.
У випадку багатокомпонентних сплавів, в яких відбувається просте змішування хімічних елементів з низькою ентальпією утворення, можна використовувати наступну формулу для визначення їх щільності:
ρ = ∑imi/∑i(mi/ρi).
Де mi і ρi – маса і щільність i-го компонента в суміші.
З використанням записаної формули можна розрахувати питому вагу латуні Л63. Якщо вираз для ρ записати для двох компонентів, то ми отримаємо наступне рівняння:
ρ = ρzn*ρcu/(ρzn + x*(ρcu-ρzn)), де x = mzn/(mzn+mcu).
Параметр x відображає масову частку цинку в сплаві. Оскільки маси атомів компонентів латуні близькі, то можна вважати, що масова частка дорівнює атомної. Якщо для прикладу взяти складу 63 % Cu і 37 % Zn і врахувати, що ρcu = 8960 кг/м3 і ρzn = 7140 кг/м3, то отримуємо значення ρ = 8188 кг/м3.
Звертаючись до експериментального значення щільності латуні Л63, бачимо, що вона відповідає 8440 кг/м3 при кімнатній температурі. Розбіжність з теоретичним результатом пов’язано з двома основними чинниками:
- при утворенні сплаву існує деяка негативна ентальпія змішування компонентів;
- у ньому містяться домішки важких металів.
Особливості термічної обробки і корозійна стійкість
Розглянутий продукт плавиться при температурі 906oC. В інтервалі від 750 o c до 880оС він все ще виявляє хорошу пластичність, тому може бути оброблений механічно. Важливим етапом виробництва сплаву Л63 є відпал, який виконується в інтервалі 550-650 o c. В результаті цієї обробки відбуваються два основних процеси:
- знімаються механічні напруги;
- розчиняються метастабільні фази з утворенням однофазної структури.
Наявність механічних напружень є вкрай небажаним для Л63. Відомо, що добавка цинку до міді призводить до значного поліпшення її корозійної стійкості, тому всі латуні є достатньо хімічно пасивними сплавами. Руйнуються вони з часом тільки в агресивних середовищах, наприклад в хлорних і азотної кислотах. Однак наявність напружень в структурах з латуні значно погіршує їх корозійну стійкість.
З причини утворення вищезазначених напруги не рекомендується піддавати вироби з Л63 швидкої різанні.
Області застосування
Розглянута марка латуні широко застосовується для виготовлення стрічок, прутків, листів та труб. З сплаву виготовляють також дріт, яку використовують для заклепок.
Підводячи підсумок, слід сказати, що Л63 застосовується скрізь, де необхідно проводити значні холодні деформації при виробництві деталей. З неї виготовляють муфти, цистерни і різні декоративні елементи.
