Разновидности латуни и температура ее плавления
Говоря о популярности сплавов цветных металлов, латунь по праву занимает лидирующие позиции уже не первый год. История производства материала уходит корнями в древний Рим, но патент и первые промышленные потуги датируются только в конце 1800 годов.
В сегодняшней статье мы расскажем какова температура плавления латуни, можно ли производить сплав дома, и каков он из себя вообще.
Что такое латунь?
Медь и цинк – оговоренные 2 химических элемента в чистом виде мало чем похожи, но в совокупности они образовывают один из популярнейших сплавов в мире – латунь. В базовом веществе доля меди порядка 70%, а 28%+ — это цинк. Остальные 2% — разнообразные примеси, коими может выступать свинец, кремний и даже олово.
Интересные факты о латуни:
- римляне именовали латунь орихалком «златомедью» из-за характерного золотистого оттенка;
- западные страны предпочитают гильзы оружия делать из высококачественной латуни – это снижает количество механических повреждений ствола в процессе эксплуатации;
- зипповские зажигалки состоят из гальванизированной латуни;
- на Руси латунь была незаменимым материалом в производстве самоваров;
- латунь не обошла стороной и страны Африки. Местные аборигены делают из нее ритуальные маски;
- корпусы магнитов и компасов практично делать из латуни, ибо данный сплав не имеет магнитных свойств;
- Л68 и Л62 – две марки декоративной латуни, используемые новичками в ювелирном деле с целью обучения механической обработки золотых предметов.
Существует особый рецепт латуни из сплава никеля с медью, где в качестве легирующей добавки используется 2.4% алюминия. Оговоренный материал крайне популярен у изготовителей бижутерии, ибо отличить его от золота 583-й пробы крайне сложно. Не редко данное свойство сплава используется с целью махинации, потому, приобретать украшения лучше всего в сертифицированных местах, где за качество товара имеются ответственные лица и выдается сопутствующая документация.
1) Классификация латуни + ее достоинства/недостатки
Латунь – это яркий и практичный материал, нашедший себя в решении многих бытовых и промышленных вопросах. Желтоватый оттенок, и простота полировки поверхности металла, в совокупности со слабым окислением на внешней среде, делает сплав объективно лучшим для решения ряда задач, связанных со строительством транспортных систем и в изготовлении некоторых деталей аппаратуры. Детальнее о плюсах и минусах латуни расскажет таблица ниже.
| Небольшой вес латуни делает материал незаменимым в авиационном и ракетном строительстве. | Теплопроводимость – это обоюдоострый меч. Из-за низкого показателя у латуни имеется ряд ограничений по использованию для систем, требующих высоких показателей теплоотдачи. |
| Декоративность сплава. Вариативность в цветовой гамме дает возможность творить из материала качественные и презентабельные элементы декора интерьера и не только. | Латунь не отличается высокой прочностью. Та же бронза может дать ей фору. |
| Низкая теплопроводимость, что важно в строительных конструкциях, где сохранение тепла ставится на первое место. | Падение значения коррозийной стойкости по мере повышения температуры окружающей среды. |
На практике, вариативность долевого вхождения компонентов в сплав латуни куда выше. К примеру, если в сплаве имеется 50% цинка, то получаемый материал считается низкокачественным, а его технология производства базируется на вторичных отходах. Детальнее о классификации латуни расскажет таблица ниже.
| Компетентность | Двухкомпонентные | В составе сплава находится только 2 компонента. Доля прочих примесей допустима, но только в пределах, которые не затронут физические/химические свойства полученного материала. Свойства определяются по фазовому составу - α –фаза или β-фаза. Детальнее по ним ниже. |
| Многокомпонентные | Помимо двух базовых компонентов – медь + цинк, в состав включены вспомогательные примеси, при чем, добавляться могут даже неметаллы. | |
| Обработка | Деформируемые | Разновидности сплавов латуни, которые можно деформировать механическим воздействием в холодном состоянии вещества. Форма выпуска материала – листовой и прутковый. |
| Литейные | Сплавы латуни, которые можно деформировать только с использованием высоких температур + давления из вне. Сплав используется для производства деталей, требуемых высоких показателей прочности. К примеру, те же подшипники. | |
| Вхождение цинка | Томпак | Высококачественный сплав латуни с долевым содержанием цинка на уровне 6%-21%. Отличительные характеристики материала – антифрикционные и антикоррозийные свойства, что дает возможность его использования в изготовлении биметаллического сплава латунь-сталь. |
| Желтая | Долевое содержание цинка находится в пределах 22%-35%. Материал все еще крайне пластичен. | |
| Техническая | Здесь уже доля цинка достигает показателя в 50%. Сплав используется для массового производства частей аппаратуры и фитингов. |
Анализируя данные выше легко заменить закономерность смены свойств сплава по мере увеличения/уменьшения дозировки цинка и прочих легирующих добавок. В химическом плане, латунь – это смесь цинка, меди и α-раствора. Структура материала обычно состоит из 2 фаз — α- или α+β’. В первом случае получаем медную ГЦК структуру, а во втором – CuZn раствор, концентрация которого 1.5, а форма ячеек максимально простая.
Важно: большая эластичность латуни наблюдается в α -фазе, но повышенная прочность – это β’-фаза.
Следовательно, при покупке материала с ориентацией на дальнейшую переплавку, обращайте внимание на маркировку. Среднее значение по прочности и пластичности достигается благодаря 30% цинка в сплаве.
2) Свойства латуни + области ее применения и маркировка
Предоставить четкую сборку у химических свойств материала проблематично, ибо параметры меняются в зависимости от долевого содержания цинка и легирующих добавок. У каждого нового сплава собственные особенности, которые делают материал в своем роде уникальным. Максимум – это предоставление обобщенных характеристик для эталонных % цинка/меди в сплаве латуни (30% на 70%).
Свойства латуни:
- плотность варьируется в пределах 8 400 – 8 800 килограмм на метр кубический;
- обладает немагнетичностью при отсутствии внешнего магнитного поля, то бишь не ферромагнетик;
- при нормальном температурном режиме, удельная теплоемкость латуни составляет 0.4 килоджоуля на килограмм в -1 на кельвин в -1 степени;
- тепловая проводимость латуни растет по мере увеличения доли чистой меди внутри сплава. Нижний предел составляет 0.3 кал. на сантиметр* секунду на Цельсии, а верхняя граница – 0.6;
- легко поддается полировке.
Классическая плавильная сварка для латуни не подходит. Оптимальным считается вариант использования контактной сварки. Свойства выше подаются для двухкомпонентной латуни. Для многокомпонентных сплавов работают другие правила. Ниже предоставлены роли основных легирующих компонентов внутри сплавов латуни.
| Олово | Значительно увеличивает сопротивление коррозии в соленой воде. Благодаря такому свойству, латунь с большим долевым содержанием олова часто называют «морской» - про области применения материала. |
| Марганец | Еще один металл, способный положительно отобразится на антикоррозийных свойствах латуни. Дополнительное преимущество – увеличение прочности получаемого сплава, пусть оно и не является сильно значительным (в 1.5-2 раза от базового значения двухкомпонентной латуни). |
| Никель | Увеличение прочности и противостояния коррозии в различных агрессивных средах. |
| Кремний | Используется для создания сплавов латуни с антифрикционными свойствами, что позволяет заменять более дорогие материалы, к примеру, бронзу. Параллельно уменьшается показатель прочности материала, что дает возможность проще сваривать детали из получаемого сплава латуни. |
| Свинец | Работает в две стороны. Из минусов – снижение механических свойств латуни. Из плюсов – упрощение в обработке резаками, из-за чего сплав часто называют автоматным. |
| Алюминий | Понижение летучих свойств цинка благодаря возникновению на поверхности материала плёнки из оксида алюминия. |
Свинцовый легирующий сплав латуни является самым распространённым из всех рассматриваемых. В отношении маркировки, латунь обозначают буквой «Л». После нее идет в шаблоне процентное содержание меди и легирующих компонентов.
Двухкомпонентные латуни используются для производства деталей автомобильных средств, приборов в химической/теплохимической промышленности, при штамповке изделий (гаек, болтов, конденсаторов труб толстостенных патрубков и тому подобного).
Многокомпонентных разновидностей латуни куда больше. Вы и сами можете об этом судить из масштабности таблицы выше. К основным областям применения материала относят – производство деталей в судостроительстве, разработка конденсаторов в теплохимической аппаратуре, различные мелкие детали часов, полиграфических сборок для различных ежедневников, папок с креплениями и прочих мелких изделий.
В отдельную категорию по ГОСТам выделяют латуни литейного типа. Базовые свойства материала – коррозийная стойкость, качественные антифрикционные показатели, жидкотекучесть и незначительная склонность к ликвидации. В отношении области применения – это детали арматуры литого типа и другие мелочи с необходимостью в противостоянии к коррозии.
Последняя категория латунных сплавов – это ювелирка. Здесь поставки сырья происходят только в гранулах желтого или золотистого цвета, для дальнейшей обработки высокими температурами и переплавки в «ювелирные изделия» низкого качества. Почитателям бижутерии будет чем поживиться.
Применение по типу проката
| Прут |  | Прямоугольное длинномерное изделие из сплава, служащее промежуточной заготовкой для производства других деталей. Сечение прутков может быть любое – овальное, квадратное, прямоугольное или даже треугольное. |
| Плитка |  | Полуфабрикат из сплава латуни плоского типа, сечение которого по высоте не больше 3 сантиметров. Изготовление латунной плитки происходит посредством проката + литья. Основная область применения материала – декорирование отделки зданий. |
| Проволока |  | Профиль вытянутого типа с небольшим диаметром по сечению. Имеет широкую область применения – авиастроение, судостроение, приборостроение, как основа для сварки и даже в обувной промышленности. |
| Труба |  | Трубопроводные изделия из высококачественной латуни 0 дорогое удовольствие, но спрос на товар в быту среди богатеньких потребителей все же имеется. Базовые физические свойства латунных труб –пластичность и повышенное противостояние к коррозии. |
| Круг |  | По сути, — это те же прутки, но только с большим диаметром в сечении, имеющий только круглую плоскость на срезе. Область применения – автомобильное и судовое строение, основа для механизмов высокоточных приборов и станочные детали. |
| Лист |  | Подобие плитки, но с меньшим значением толщины. Материал обладает высокими показателями стойкости к коррозии, прочности и противостояние кислотам/морской воде. Области применения – электроэнергетика, автомобилестроение, полиграфия и прочие направления промышленности/быта. |
Латунь присуща везде, пусть и не в большом количестве (в отличие от той же стали). Если хотите больше узнать о классификациях, типизациях и маркировках латунных сплавов, советуем изучить ГОСТ 1019-47. Далее нами будут рассмотрены тепловые характеристики латуни и ее наиболее распространенных сплавов.
Латунь: температура плавления + плавка материала в домашних условиях
Единственный способ добычи латуни – плавка. В зависимости от химического состава сплава, определяется температурный режим, при котором достигается точка плавкости материала. Параметры текучести, плавкости и теплопроводимости будут описаны далее.
1) Какова температура плавления латуни: точное значение + таблицы
Латунь – сплав на основе меди. Тепловая проводимость в процессе нагрева постепенно увеличивается. При комнатной температуре, максимальный показатель наблюдается у марки латуни Л96. При 27 градусах Цельсия, теплопроводимость металла составляет 245 Вт/(м*град.).
Таблица выше предоставляет исчерпывающую информацию теплопроводимости в отношении популярных марок латуни. Первый столбец отвечает за маркировку, второй – температурное значение в Кельвинах, а третий – показатель теплопроводимости в Вт/(м*град.).
Высокая вариативность наблюдается и в отношении показателя плавления металлического сплава. По ГОСТам, температура плавления латуни изменяется в пределах 865-1055 градусов Цельсия. Столь значительный разброс обусловлен обилием легирующих добавок в многокомпонентных марках материала.
По краевым значениям выделим несколько марок:
- ЛМц58-2 – марганцовистая латунь имеет минимальный показатель по температуре плавления в 865 градусов;
- Л96 – томпак волоченый считается самым тугоплавким и всех марок латуни по ГОСТам. Его температура плавления составляет пиковые 1055 градусов Цельсия.
К другим легкоплавким латуням относят 59, Л62, ЛАН59-3-2, ЛКС65-1,5-3 и прочие, а к тугоплавким — Л90, ЛА85-0,5 и томпак оловянистый ЛТО90-1.
2) Как плавить латунь в домашних условиях?
В отличие от олова и свинца, который можно успешно расплавить в металлической емкости на обычной горелке или печке, для работы с латунью потребуется использование специализированного оборудования, а точнее печи для плавки.
А) Какие инструменты понадобятся?
Первостепенный инструмент к покупке – специализированная индукционная печь. Для плавки латуни будет достаточно пикового значения в 1 300 градусов Цельсия. Использование более мощного оборудования нежелательно, ибо может привести к выгоранию цинка в составе сплава. Детальная модель устройства описана на рисунке ниже.
Печь либо покупается, либо делается собственноручно. Если выбрали второй вариант, то горн собираем из огнеупорного кирпича и глины. Стягиваем это все металлом и сверху организовываем огнеупорную крышку. Внутри – электроспираль прикрепленная по периметру конструкции на керамические трубки, а тигель (куда производится закладка металла) из графита или шамотного кирпича. Спираль печи можно делать также собственноручно. Расчёт идет на 20 000 Ватт, потому, в качестве сырья используется нихромовая нить с высоким запасом термоустойчивости.
Дополнительное оборудование для плавки латуни дома:
-
- специальные щипцы, которыми будет выниматься раскаленный тигель со сплавом из печки;
-
- ложку из стали, посредством которой будет удаляться шлак и пленка с расплава;
-
- литейный ковш для переливки жидкой латуни перед тем, как та попадет в формы для плавки;
-
- огнетушитель для ликвидации неприятных последствий, если таковы будут иметь место быть в рамках домашнего производства сплава латуни;
-
- индивидуализированные средства для защиты органов дыхания, зрения и кожного покрова. Наличие специального костюма не обязательное условие, но респиратор и защитные очки будут незаменимы.
Часть инструментов приобретается, а часть находится дома. Если в процессе плавки используется новый тигель, его предварительно требуется закалить. Для этого нагреваем печь до температуры в 100 градусов и помещаем туда плавильную емкость. Оставляем так на 18-25 минут, а после даем остыть естественным путем.
Б) Подготовка + процесс плавки латуни
В качестве исходных материалов используется медь + цинк, либо лом – второй вариант в приоритете. При потребности производства многокомпонентного сплава, потребуется позаботиться о легирующих добавках – олово, свинец, марганец, алюминий и прочие металлы.
Как подготовить вторсырье к плавке:
- чистка от мусора с поверхности, что актуально для вторичного сырья;
- промыть металл с мылом под водой- удаляем масляные пятна и прочие места с загрязнениями;
- при наличии на поверхности лома латуни лака, его снимают специальным химическим составом. Например – разбавитель лака. Делать это рекомендуется в помещении с хорошей вентиляцией.
Подготовки требует и помещение для плавки латуни – минимальное количество легковоспламеняющихся объектов + качественная вентиляционная система. Идеальный вариант – вынести печь на улицу под навес и расположить вдали от хозпостроек. Беспрепятственный доступ кислорода позволяет эффективнее производить плавку металла, и снижает риск получения ожогов.
Алгоритм плавки латуни:
- Нагрев форм внутри печки до 100 градусов по Цельсию. То, что нужно закалить и ложку с ёмкостью для плавки мы уже оговаривали. Для форм процедура требуется с целью удаления влаги, которая может спровоцировать разбрызгивание расплавленной латуни.
- Укладываем латунь в тигель.
- Доводим температуру внутри печи до половины от точки плавления – 440-500 градусов Цельсия.
- Ставим тигель внутрь печи и увеличиваем температурный режим до предельного в 900-980 градусов. Для каждого из типов латуни обязан соблюдаться собственный режим плавления, потому, узнать о легирующих добавках лома необходимо заранее. Можно повысить температуру за пределы точки плавления, но это несет опасность окисления сплава, что способно испортить сырье.
- После расплавления латуни, с поверхности ложкой снимаем слой окисления. Мешать сплав запрещено. Действуйте аккуратно + избегайте пузырьков воздуха, которые могут повлиять на итоговое качество латуни в форме.
- Готовый сплав вытаскиваем из печи (щипцами за тигель) и заливаем в форму. Повторяем алгоритм необходимое количество раз.
При плавке латуни не рекомендуется использовать тигель из-под других цветных металлов – это снизит качество итогового сплава латуни + повлияет на ее физические/химические свойства.
Описание процесса производства латуни в домашних условиях:
В) Техника безопасности при плавке латуни в домашних условиях
Расплавление латуни или создание сплава с нуля – трудоемкий и опасный процесс, которым не советуется заниматься личностям без опыта в металлургийной промышленности. Новичкам советуется начинать путь освоения ниши с небольших порций плавления, постепенно увеличивая объемы до требуемых.
Требования по технике безопасности:
- рабочее место с вентиляцией. Можно на улице под навесом;
- вблизи печи не должны находиться легковоспламеняющиеся предметы, газовые баллоны или взрывоопасные жидкости;
- рядом с рабочим местом обязан находится огнетушитель и ведро с водой. Второе потребуется для снижения болевых ощущений во время получения ожогов от расплавленной латуни;
- уплотнённая одежда из хлопчатобумажной ткани, а обувь из натуральной кожи с большим параметром уплотнения;
- для легких – респиратор, для глаз – защитные очки;
- в месте работы должны отсутствовать провода и прочие мелочи, за которые человек может зацепиться ногами;
- избегайте брызг при заливке латуни в формы.
То, что в месте производства обязана располагаться аптечка – не обсуждается. Хоть температура плавления латуни в промышленном масштабе считается маленькой, одной тысячи градусов вполне хватит, чтобы изничтожить огнем все и вся в радиусе 10-30 метров. Соблюдайте технику безопасности, и плавка цветных металлов станет для вас не рисковым делом, а рядовым явлением с качественным результатом. Удачи!
