Хим элемент латунь: Сплавы латуни. Химический состав. Применение

Химические свойства латуни зависят от содержания цинка и определяют сферу применения сплава

Латунь – это металлический сплав из меди и цинка. Химические свойства латуни зависят от процентного содержания цинка в смеси, которое может колебаться от 5% до 45%. Введение в сплав данного химического элемента снижает коэффициент трения материала, улучшает его технологические свойства, а также снижает себестоимость готового изделия.

Химические свойства латуни

Латунь широко используется во многих отраслях промышленности благодаря механической прочности, долговечности и следующим химическим свойствам сплавов:

• Хорошо поддается упрочнению методом наклепа.
• Свойства латуни кардинально меняются после процедуры низкотемпературного обжига – материал становится устойчивым против образования коррозии в химически агрессивной среде.
• Кристаллическая решетка сплава не теряет свою эластичность при охлаждении до экстремальных значений, из-за чего готовые изделия могут применяться для уличных работ.
• Цинковая составляющая повышает тугоплавкость металла, и при нагревании его ползучесть в несколько раз ниже, чем у чистой меди.
• При повышении температуры до 400оС металл становится ковким, возрастают показатели ударной вязкости.

Латунь никогда не применяется при изготовлении кабелей, так как ее электрическая проводимость значительно ниже, чем у меди или алюминия.

Зависимость химических свойств латуни от состава

Как было сказано выше, латунь – это сплав цинка и меди в разном процентном соотношении. При смешении этих двух элементов достигаются несколько электронных стадий готового материала. Процентное содержание цинка влияет на конечные химические свойства латуни, кратко описанные ниже:

• При введении в сплав цинка в количестве до 35% возрастает твердость готового материала с сохранением пластических свойств на первых этапах. Со временем происходит уплотнение кристаллической решетки сплава, из-за чего пластичность снижается.
• При нагревании сплава до 500-700оС цинк теряет пластичность, и материал перестает деформироваться под ударным воздействием в связи с образованием хрупкой зоны.
• При необходимости эксплуатации латуни в условиях повышенных температур (свыше 700оС) для сохранения пластических свойств в сплав вводятся дополнительные добавки – алюминий, никель или марганец.

В нормальных условиях при стандартных температурах окружающей среды материал хорошо поддается штамповке и ковке – ударная вязкость позволяет принимать сложные формы от грубого механического воздействия.

Сферы применения латуни в зависимости от химических свойств

В связи с изменением химических свойств сплавов в промышленном производстве выделяют следующие типы материалов на основе латуни:

• Томпак – латунный сплав с содержанием цинка не более 13%, который отличается повышенной эластичностью и коррозионной стойкостью. Если процент цинка увеличивается до 14-22%, такой материал называется полутомпаком. Сплав имеет благородный золотистый оттенок, из-за чего широко используется при изготовлении декоративных изделий.
• Фасонные детали инженерных коммуникаций, крепежи, сепараторы, втулки и другие детали изготавливаются из литейной латуни. Материал имеет в своем составе от 51% до 80% чистой меди. Для улучшения качественных свойств в сплав добавляются такие элементы как олово, железо, марганец и др.
• При добавлении в сплав свинца в количестве от 0,5% до 1% получается автоматная латунь. Материал используется в технических целях для изготовления листов, проволоки, лент и других элементов.

По внешнему виду и механическим свойствам латунь сильно напоминает бронзу – смесь меди и олова, и отличить эти два сплава друг от друга без использования лабораторного оборудования практически невозможно.

Латунь — состав, характеристики, марки сплава: tvin270584 — LiveJournal

В настоящее время различные сплавы латуни применяются во множестве хозяйственных сфер. В статье мастер сантехник расскажет о характеристиках, свойствах и особенностях применения этого уникального материала.

История и происхождение названия

Несмотря на то, что цинк как химический элемент был открыт только в XVI веке, латунь была известна ещё до нашей эры. Моссинойки получали её, сплавляя медь с галмеем, то есть с цинковой рудой. В Англии латунь была впервые получена путём сплавления меди с металлическим цинком, этот метод 13 июля 1781 года запатентовал Джеймс Эмерсон (британский патент № 1297). В XIX веке в Западной Европе и России латунь использовали в качестве поддельного золота.

Во времена Августа в Риме латунь называлась орихалк (лат. aurichalcum — буквально «златомедь»), из неё чеканились сестерции и дупондии. Орихалк получил название от цвета сплава, похожего на цвет золота.

Структура и химический состав латуни

Для латуни свойственна мягкость и податливость при механической обработке. В то же время сплавы характеризует прочность. Традиционный состав латуни – 70% меди и 30% цинка. Цинк повышает механические и технологические качества сплава, и при этом удешевляет его, поскольку является металлом более доступным по стоимости. На практике применение растворов с долей цинка большей чем 50% встречается редко.

Физические свойства:

• Плотность — 8500—8700 кг/м³.
• Удельная теплоёмкость при 20 °C — 0,377 кДж·кг−1·K−1.
• Удельное электрическое сопротивление — (0,07-0,08)⋅10−6 Ом·м.
• Не является ферромагнетиком.
• Температура плавления латуни в зависимости от состава достигает 880—950 °C.

Латунь отличается очень красивым золотистым цветом. Однако без защитного слоя – лака, например, довольно быстро темнеет. В довольно большом количестве случаев это свойство недостатком не считают.

Маркируется сплав в зависимости от состава. Обозначается латунь буквой «Л», затем следует цифра, указывающая на долю меди – 70.

Например, если сплав легировался, то все добавки указываются по уменьшению их доли, а затем указывается и состав. Например, ЛАЖ60-1-1 означает, что в латуни 60% меди, и что сплав легирован алюминием – 1% , и железом – 1%.

Классификации по доле цинка

Классифицируют составы по доле цинка:

• Если его содержание составляет 5–20%, латунь называют красной – томпак;
• Если доля цинка колеблется в диапазоне 20–36%, сплав носит название желтая латунь;
• Сплав с долей цинка в 48–50% называют техническим.

При производстве латуни более 50% цинка получают из переработки вторичного сырья, поэтому сплав можно отнести к довольно экологичной продукции.

Разделение по качеству дополнительных ингредиентов

Сплавы разделяют и по количеству, и качеству дополнительных ингредиентов.

Двухкомпонентные

Двухкомпонентные включают в себя только медь и цинк. Здесь на свойства сплава сильно влияет фазовый состав. Медь способна растворить не более 39% цинка. Причем при увеличении температуры растворимость уменьшается, образуется при этом только однофазный раствор – α-фаза. Такие сплавы называют α-латунями, они отличаются высокой пластичностью и достаточно прочны, если доля цинка достигает 30%.

При увеличении доли цинка часть металла уже не растворяется и формируется двухфазный раствор – α+β’-латунь. β’– фаза более твердая, но и более хрупкая, поэтому такой сплав прочнее, но пластичность теряет.

Эта особенность обуславливает и не совсем обычный метод обработки. Так, для холодной обработки – фигурные профили, проволока, используется только α-латунь, поскольку ее пластичность высока при низкой температуре, а в температурном диапазоне от +300 до +700 С резко падает, так что при нагреве деформировать латунь бесполезно. А вот α+β’-растворы обрабатывают именно при высокой температуре.

Многокомпонентные

Многокомпонентные в качестве добавок могут содержать:

• Алюминий. Наличие алюминия в сплаве снижает показатель летучести. В результате взаимодействия с кислородом, на поверхности изделия образуется слой оксида алюминия, который исключает летучесть материала.
• Магний. Эта добавка, чаще всего, вводится в комплексе с железом и алюминием. Таким образом, меняется структура, сплав становится более крепким, износостойким, устойчивым к коррозии.
• Никель. Данный тип добавок вводится для нейтрализации последствий окислительных процессов.
• Свинец. Наличие в составе этого легирующего элемента обеспечиваем материалу пластичность. Он становится более ковким, легче поддается механическим воздействиям, резке, в том числе. Применяется для изделий, не предполагающих несущую функцию при эксплуатации.
• Кремний. Добавка вводится для повышения прочности металла, и его жесткости. Если параллельно добавляется свинец, то произойдет улучшение антифрикционных качеств. Опять же конкурирующими становятся сплавы меди, цинка, кремния со свинцом и бронзы с оловом. Себестоимость последнего выше.
• Олово. Этот металл добавляют, чтобы свести на нет опасность возникновения очагов коррозии. Это особенно важно в судостроении. С добавлением олова, соленая вода металлу не страшна.

Далее мы рассмотрим технологию производства латуни.

Производство металла

Поскольку основным компонентом латуни является медь, то материал относят к медным сплавам. Схема производства достаточно проста. Однако с технологической точки зрения процесс оказывается сложным, поскольку требует очень четкого соблюдения температурных режимов и обработки сырья и заготовки.

Суть в том, что медь, цинк и иные элементы обладают разной температурой плавления, и латунь потому производится в несколько этапов. Аналогичное относится и к добавкам для легирования: вещества необходимо добавлять в строгой последовательности, при этом некоторые из их числа нуждаются в применении флюса.

Производственный алгоритм находится в прямой зависимости от разновидности и структуры латуни. Литейные материалы в форме слитков используются для отливки самых разнообразных деталей. Сплавы деформируемого типа отправляются прямиком в прокатный цех, где их отжигают, обрабатывают и протравливают.

Общая схема производства выглядит следующим образом:

• Заготовка сырьевого материала — применяется несколько технологий, которые позволяют извлекать цинк и медь из имеющейся руды.
• Плавление. Сначала расплавляется медь, после этого и другие компоненты. Последовательность зависит от типа ожидаемого результата.
• Помещение в формы — производство компактных слитков.
• Деформация слитков — как минимум три стадии.
• Протравливание и отжиг — к примеру, для производства листов.
• Финальный этап обработки.

Применение

Из латуни производят охлаждающие системы для моторов, разнообразные втулки, переходники. Сплав используется в строительной сфере. Например, для изготовления сантехнического оборудования и элементов дизайна. Элементы для крепежа, такие как болты и гайки, также производят из латуни. Этот сплав применяется в судостроении и при изготовлении боеприпасов.

Различают несколько видов латунного проката:

• Латунный пруток – это длинномерное металлическое изделие, которое является заготовкой для различных деталей. Пруток имеет различную форму сечения: круглую, овальную, прямоугольную, квадратную, шестигранную, трапециевидную.
• Латунная плита – это плоский полуфабрикат с прямоугольным сечением толщиной более 25 мм, который изготавливается прокаткой или литьём. Плиты бывают мягкими, твёрдыми, полутвёрдыми и особо твёрдыми. Латунные плиты используются в промышленности, для декоративной отделки зданий.
• Латунная проволока – это вытянутый профиль небольшого диаметра. Применяется проволока в производстве электротехники и декоративных элементов, а также в машиностроении, авиастроении, при сварке и в обувной промышленности.
• Латунная труба – обладает высокой пластичностью, устойчивостью к коррозии, износу. Трубы применяются в жилищно-коммунальном хозяйстве, машиностроении, приборостроении, электроэнергетике.
• Латунный круг – это сплошной профиль круглого сечения. Применяется изделие в автомобилестроении, приборостроении, при изготовлении станков и механизмов.
• Латунный лист — незаменим в полиграфии, автомобилестроении, электроэнергетике, приборостроении, электротехнической, строительной и химической промышленностях.

Видео

В сюжете — Производство латуни

В сюжете — Как сделать латунь в домашних условиях

В продолжение темы посмотрите также наш обзор Силумин — характеристики, маркировка, применение

Источник

https://santekhnik-moskva.blogspot.com/2022/03/Latun.html

Металлы и их свойства: Латунь

Опубликовано 15 ноября 2018 г. 21 декабря 2021 г. Автор: morecambemetals

Металлы и их свойства: ЛАТУНЬ

В этом разделе «Металлы и их свойства» мы пытаемся найти латунь. Медный сплав имеет то же название, что и группа духовых инструментов, но мы будем рассматривать не только его инструментальную ценность. В этом посте мы расскажем об истории использования латуни, в том числе о ее месте в переработке цветных металлов.

ЧТО ТАКОЕ ЛАТУНЬ?

Латунь — это не химический элемент, а сплав меди и цинка желтого цвета. Если латунь довольно желтого цвета, это будет потому, что в ней много цинка. Латунь с меньшим содержанием цинка сохранит больше свойств меди и в результате будет более красной.

Латунь иногда путают с бронзой – еще одним медным сплавом – но вместо меди, сплавленной с цинком, бронза представляет собой смесь меди и олова.

ИСТОРИЯ ЛАТУНИ

Бронзовый век последовал за медным веком, но хотя и бронза, и латунь состоят из медных сплавов, Латунный век так и не наступил, потому что латунь, как правило, довольно сложно изготовить без правильных инструментов. Это связано с температурой плавления цинка 420 ºC, что затрудняло получение сплава цинка до 18 ^го века. Первоначально латунь производилась путем смешивания измельченной цинковой руды (каламина) в тигле с медью. В тигле пары цинка проникали в медь, в результате чего образовывалась латунь.

В Древнем мире латунь использовалась разными цивилизациями по-разному. Римляне, в частности, любили латунь за ее красивый бело-золотой цвет и часто использовали ее в производстве шлемов. Римский сплав латуни, как правило, состоял из 20% цинка и 80% меди, что является той же комбинацией, которая до сих пор пользуется большим спросом.

СВОЙСТВА ЛАТУНИ

Латунь имеет сравнительно низкую температуру плавления от 900 до 940 °C. Его довольно легко отливать, поэтому его часто используют для изготовления замысловатых украшений, а путем изменения соотношения меди и цинка или температуры можно изменить свойства латуни, чтобы получить твердую или мягкую латунь. Существует три основных типа латуни:

Alpha Brass

Этот тип латуни содержит менее 37% цинка, расплавленного в медь. Латуни Alpha мягкие и пластичные, что делает их пригодными для сварки, прокатки, волочения, гибки и пайки.

Латунь Alpha используется в обычных изделиях, таких как:

• Штифты
• Болты
• Винты
• Гильзы для боеприпасов

Бета-латунь

Бета-латунь используется не так часто, как другие виды латуни. Бета-латунь содержит более 45% цинка и тверже и прочнее, чем другие категории. В результате бета-латунь может подвергаться только горячей обработке или литью.

Бета-латунь используется в таких обычных изделиях, как:

• Метчики
• Разбрызгиватели
• Оконная фурнитура
• Дверная фурнитура

Латунь Alpha-Beta

Эти латуни также иногда называют «дуплексными латунями» или «латунями для горячей обработки». Латунь Альфа-бета содержит от 37% до 45% цинка, она тверже и прочнее латуни Альфа, но в меньшей степени, чем латунь Бета. Он также подходит для работы при высоких температурах, поскольку устойчив к растрескиванию и обычно подвергается горячей обработке путем экструзии, штамповки или литья под давлением.

Латунь Alpha-beta используется в обычных изделиях, таких как:

• Таблички с выгравированными именами
• Отделка прибора
• Компоненты часов
• Измерители шестерен
• Строительные принадлежности

Латунь подвержена коррозии; контакт с амином (полученным из аммиака) может вызвать децинкификацию, в результате чего цинк выщелачивается из сплава, вызывая слабость и пористость металла. Для борьбы с этим в латунь можно добавлять легирующие добавки.

ЛАТУННЫЕ СПЛАВЫ

Хотя латунь уже является сплавом, другие металлы иногда используются в качестве «легирующих добавок» для улучшения обрабатываемости латуни, коррозионной стойкости или цвета. Эти легирующие добавки могут включать алюминий, свинец, мышьяк, марганец и никель.

• Свинец : Делает латунь более мягкой и ковкой
• Алюминий : Увеличивает прочность и твердость, защищает от коррозии
• Марганец : 1% окрашивает латунь в коричневый цвет
• Никель : Добавление никеля превратит латунь в серебро
• Мышьяк : Снижает вероятность коррозии

ДЛЯ ЧЕГО ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ЛАТУНЬ

Латунь используется для изготовления многочисленных предметов повседневного обихода, включая декоративные и практические изделия, такие как дверные ручки, светильники, вентиляторы и украшения. Благодаря своей пластичности латунь также широко используется для изготовления вышеупомянутых духовых инструментов.

Особенно важно использовать латунь для дверной фурнитуры, так как доказано, что она снижает распространение устойчивости бактерий к антибиотикам. Обычно, когда бактерия умирает, ее ДНК все еще может выживать и передаваться другим бактериям. Это очень опасно, когда речь идет о бактериях, повышающих устойчивость к антибиотикам. Однако латунь и другие медные сплавы обладают способностью убивать бактерии и разрушать эту важную ДНК. Более широкое использование латунных фитингов по всей стране может снизить вероятность появления супербактерий.

ПЕРЕРАБОТКА ЛАТУНИ

Латунь является частью нашей обработки цветных металлов. Цветные металлы имеют довольно широкое применение, поскольку их свойства, как правило, весьма желательны: малый вес, высокая проводимость, немагнитность и коррозионная стойкость. Из цветных металлов наиболее широко перерабатывается медь, за которой следует переработка цинка.

Учитывая высокий спрос на переработку цинка и меди, неудивительно, что латунь также пользуется большим спросом на заводах по переработке. Латунь также особенно хороша в процессе переработки, так как не теряет своих химических или физических свойств. Процесс переработки не такой энергоемкий, как для других металлов, поэтому переработка латуни является одновременно экономичным и экологически чистым процессом.

Если вас интересуют свойства других металлов, пригодных для повторного использования, то вам будет приятно узнать, что мы также рассмотрели медь, железо, алюминий и сталь. Латунь является важным металлом в современной экономике, поэтому не менее важно обеспечить переработку латуни. Перерабатывая латунь, мы можем продолжать использовать латунные дверные ручки и часы в течение десятилетий.

РубрикиБлог, Металлы и их свойства

Молекулярная латунь | исследования | Chemistry World

Древний сплав становится нано

Источник: Королевское химическое общество

Это первое сообщение о молекулярном соединении со связью Cu-Zn без носителя.

Латунь известна человеку с доисторических времен; теперь ученые в Германии выделили первый молекулярный пример медно-цинкового сплава. ¹

Химия твердотельных сплавов хорошо известна, однако понимание того, почему разные сплавы обладают определенными свойствами, является более сложной задачей. Используя подход «снизу вверх», ученые стремятся создавать интерметаллические материалы из мельчайших доступных компонентов и определять границы, в которых молекулярные свойства соответствуют свойствам объемного материала. Создание молекулярных кластеров, имитирующих такие материалы, является шагом в этом направлении, обеспечивающим фундаментальное понимание химической связи целевых материалов.

Задача синтеза таких материалов заключается в поиске подходящих исходных компонентов, объясняет Роланд Фишер: «С термодинамической точки зрения все это должно быть возможно, но как мы это делаем? Искусство заключается в том, чтобы найти правильную входную дверь на правильном пути». Комплексы, несущие связи металл-металл между переходными металлами первого ряда, остаются исключительно редкими из-за слабых взаимодействий связей в результате плохого перекрытия орбит d между малыми металлами. центры. Использование низковалентного металлоорганического соединения цинка, ² в сочетании с тщательно подобранным медным комплексом, функционализированным изонитрилом, Фишер и его коллеги из Рурского университета в Бохуме, Германия, теперь сообщают о беспрецедентном выделении защищенного лигандом медно-цинкового кластера. Более того, этот комплекс Cu ₄ Zn ₄ представляет собой первый молекулярный пример ковалентной связи кластера медь-цинк без носителя.

Кластер представляет собой тетраэдрическое расположение четырех атомов меди, где каждая грань тетраэдра закрыта атомом цинка, образуя внешний тетраэдр цинка. На самом деле, обратная сторона этого Cu ₄ Zn ₄ тетраэдрическая звезда находится в ядре известной фазы сплава, γ-латуни, где внешний тетраэдр Cu ₄ окружает внутренний тетраэдр Zn ₄ . «Наибольший интерес представляет то, что ядро ​​напоминает четко очерченный вырез из структуры γ-латуни, или, проще говоря, кусок латуни, покрытый лигандами», — говорит Кэмерон Джонс, эксперт по металлоорганическим соединениям из Университета Монаша в Мельбурне. Австралия.

«Мы так счастливы, что можем показать, что существует структурная связь между нашей молекулой и структурными принципами интерметаллидов», — говорит Фишер. «Теперь наша гора Эверест состоит в том, чтобы найти правильные компоненты для имитации систем, которые, как известно, обладают выгодными каталитическими свойствами, и исследовать целую область нетронутой земли в отношении реакционной способности таких соединений».