Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки

Малые добавки мышьяка, фосфора и сурьмы повышают устойчивость латуней к этому виду коррозии.

«Сезонное» или межкристаллитное рас­ трескивание в латунях наблюдается при нали­ чии в металле растягивающих напряжений и воздействия соответствующей коррозионной среды (присутствие в атмосфере следов аммиа­ ка, сернистого газа, различных аминов, влаж­ ного диоксида углерода и других коррозион­ ных агентов). Склонность к коррозионному межкристаллитному растрескиванию усилива­ ется с увеличением содержания цинка. Латуни, содержащие менее 7 % Zn, нечувствительны к «сезонному» коррозионному растрескиванию. В латунях, содержащих от 10 до 20 % Zn, меж­ кристаллитное растрескивание не наблюдается, если внутренние растягивающие напряжения не превышают 60 МПа [31, 92].

Наиболее чувствительны к коррозионно­ му растрескиванию латуни с концентрацией цинка, близкой к пределу насыщения в а-раст- воре, и двухфазные а+Р-латуни. Они устойчи­ вы против «сезонного» растрескивания в слу­ чае, когда растягивающие напряжения не пре­ вышают 10 МПа [92]. Для предотвращения коррозионного растрескивания полуфабрикаты и изделия из латуней указанных составов под­ вергают низкотемпературному дорекристаллизационному отжигу (см. рис. 2.1). При этом внутренние напряжения в значительной степе­ ни снимаются без заметного снижения прочно­ стных свойств.

2.3.СПЕЦИАЛЬНЫЕ ЛАТУНИ

Вспециальные. многокомпонентные ла­ туни, кроме цинка, для улучшения свойств вводят Al, Mn, Fe, Ni, Si, Sn, Pb, As. Причем в состав сплава вводят один или несколько пере­ численных элементов совместно. Содержание

каждого элемента обычно не превышает 1...3 % (табл. 2.7). Основные сведения о свой­ ствах специальных латуней и видах получае­ мых из них полуфабрикатов приведены в табл.

2.8 - 2.12.

Комплексное легирование латуней пре­ следует следующие цели:

1 ) повышение механических (прочност­ ных) свойств;

2 ) улучшение коррозионной стойкости;

3) повышение кавитационной стойко­ сти, антифрикционных свойств, обрабатывае­ мости резанием и т. д.

Легирующие элементы (Al, Sn, Si, Mn, Ni), растворяясь в основных фазах латуней (а- и P-твердых растворах, см. табл. 2.7) увеличи­ вают прочность (твердость), но уменьшают пластичность и вязкость (см. табл. 2.8). Наибо­ лее эффективно упрочняют латуни алюминий и олово, в меньшей степени - кремний и марга­ нец. Введение свинца приводит к снижению прочности латуней. Однако наибольшее уп­ рочнение достигается при комплексном леги­ ровании несколькими элементами. Относи­ тельное удлинение при введении легирующих элементов несколько уменьшается по сравне­ нию с двойными сплавами системы Cu-Zn. Исключение составляют небольшие добавки железа и марганца (до 2...3 %), которые повы­ шают пластичность специальных латуней. Вместе с тем при комплексном легировании удается сохранить достаточно хорошую обра­ батываемость давлением при высоких темпера­ турах и несколько худшую при низких. Многие легирующие элементы (Al, Mn, Si, Ni) повы­ шают коррозионную стойкость латуней, а ни­ кель, кроме того, повышает устойчивость про­ тив коррозионного растрескивания.

Железо практически не растворяется в латунях в твердом состоянии и образует само­ стоятельную фазу yFe - твердый раствор на основе железа. Фаза yFe кристаллизуется в ла­ тунях, содержащих железо (ЛАЖ60-1-1, ЛЖМц59-1-1), в виде первичных кристаллов и увеличивает число центров кристаллизации, что в конечном итоге приводит к получению мелкозернистой литой структуры. Кроме того частицы уРс-фазы тормозят рост рекристаллизованных зерен при горячей пластической де­ формации и отжиге и способствуют получению мелкозернистой структуры деформированных полуфабрикатов [47, 44, 32].

Свинец практически не растворяется в медной основе латуней и располагается в виде дисперсных частиц в объеме зерен и по их гра­ ницам. Свинцовые латуни (ЛС74-3, ЛС63-3, ЛС59-1 и др.) из-за присутствия в структуре изолированных включений свинца отлично обрабатываются резанием с образованием сы­ пучей стружки. Изготовление деталей можно производить на станках-автоматах при высоких скоростях резания. Свинец также улучшает антифрикционные свойства. Поэтому свинцо­ вистые латуни применяются и для деталей, работающих на трение.

ЛОМш70-1-0,05 69,0...71,0

—l,0...1,5Sn 0,3Pb; 0,1Fe; 0,2Sn; 0,005Sb;

aЛисты, ленты, проволока, детали конденсаторных труб, детали теплотехнической аппаратуры

aЛисты, ленты. Прутки для приборостроения, тру­ бы для конденсаторов и теплообменников в мор­ ском судостроении. Трубы для коррозионноактив­ ных жидкостей

aТрубы, морское судостроение, детали теплотехни­ ческой аппаратуры

aПрутки. Листы, полосы для приборостоения, трубы для конденсаторов и теплообменников и др. деталей в морском судостроении, детали, контак­ тирующие с бензином

a+P+Pb Ленты, полосы, прутки, трубы, проволока, поков­ ки, гайки, болты, шестеренки, зубчатые колеса, втулки

a+p+Pb Листы, проволока, ленты, трубы, полосы, гайки, кольца, прокладки, ниппеля, тяги, втулки

a+P+Pb Листы, проволока, ленты, трубы, полосы, гайки, кольца, прокладки, ниппеля, тяги, втулки (для изделий неответственного назначения)

aТрубные доски для конденсаторов и теплообмен­ ников, стойких в морской воде и другие детали морских судов

ДАВЛЕНИЕМ ОБРАБАТЫВАЕМЫЕ ЛАТУНИ,

ЛАТУНИ СПЕЦИАЛЬНЫЕ

10289

*4 Термическая обработка: закалка с 780 °С и старение при 500 °С; закалка, деформация на 10 % и старение при 450 °С; закалка, деформация на 50 % и старе­ ние при 350 °С.

ЛАТУНИ СПЕЦИАЛЬНЫЕ

о о 00 о

(3...195)

(3...195)

1,00... 10,00

(10...160)

245...304

340

470...550

314...370

568...735

310...375

670...690

400

350

400

Специальные латуни хорошо паяются мягкими и твердыми припоями и легче свари­ ваются, чем медь, благодаря меньшей электро­ проводности. Специфика сварки и пайки лату­ ней твердыми припоями связана с высокой упругостью паров цинка в этих сплавах. Мно­ гокомпонентные латуни, содержащие более

15 % Zn, в холоднодеформированном состоя­ нии, как и двойные латуни с высоким содержа­ нием цинка, склонны к самопроизвольному коррозионному растрескиванию, особенно во влажной атмосфере. Для предотвращения рас­ трескивания латунные полуфабрикаты и изде­ лия подвергают низкотемпературному отжигу

(250...300 °С), при котором уменьшаются ос­ таточные напряжения, но не снижается их прочность [32, 31].

Легирующие элементы в многокомпо­ нентных латунях, растворясь в а- и Р-фазах, изменяют положение границы между фазовы­ ми областями а и а + р (39 % Zn) при 450 °С и ниже в двойной системе Cu-Zn (рис. 2.5). С понижением температуры положение грани­ цы двухфазной области а + Р' в системе Cu-Zn изменяется мало. Поэтому концентрации цинка 39 и 46 %, отвечающие положению границ сс/(а + р') и (а + Р')/р' при 400...450 °С соот­ ветственно, используют для оценки фазового состава многокомпонентных (специальных) латуней.

Для этих целей используют коэффициент замены цинка (коэффициент Гийе). Гийе уста­ новил, что введение в специальную латунь рассмотренных выше легирующих элементов (кроме никеля) по воздействию на фазовый состав равноценно увеличению содержания в них цинка. Коэффициент Гийе показывает, какому содержанию цинка соответствует 1 % (по массе) легирующего элемента по его воз­ действию на фазовый состав специальной ла­ туни. Для важнейших легирующих элементов, вводимых в специальные латуни, он имеет следующие значения [32]:

Для определения кажущегося по структу­ ре содержания цинка (X) пользуются форму­ лой:

x=[ ( ^ Z ^ c0/('4+s+S A'c')],oo%-

(8)

где А - содержание цинка в сплаве; В - содер­ жание меди; с, - концентрация /-го элемента, вводимого в латунь; к, - коэффициент Гийе для /-го легирующего элемента.

На рис. 2.5 показано влияние различных легирующих элементов на положение границы между фазовыми областями а и а + Р в районе температур 400...450 °С в системе Cu-Zn. Только один элемент - никель увеличивает растворимость цинка в меди. При увеличении содержания никеля в (а + Р)-латуни количест­ во p-фазы уменьшается и при достаточно вы­ соком его содержании она исчезает совсем: сплав становится однофазной а-латунью. Это

1П

Рис. 2.5. Изотермы растворимости легирующих элементов ва-латуни при температуре 450 °С [32,69,25]

соответствует содержанию 39 % кажущегося количества цинка в сплаве, вычисленного по формуле (8).

Все остальные легирующие элементы уменьшают растворимость цинка в меди и сдвигают границу между фазовыми областями в сторону более низкого содержания цинка. Наиболее сильно уменьшают растворимость цинка в меди и способствуют появлению P-фазы в специальных латунях кремний и алюминий (см. рис. 2.5). При содержании ка­ жущегося количества цинка 46 % и более спе­ циальная латунь становится однофазной со структурой Р'. Железо и свинец практически не растворимы в медно-цинковых сплавах в твер­ дом состоянии, поэтому коэффициенты Гийе для этих металлов близки к единице, а линии, разделяющие фазовые области на рис. 2.5, со­ ответствуют границе раздела двухфазных об­ ластей с трехфазными: а+ yFe/a + Р + уРе и а + + Pb/а + Р + РЬ.

2.3.1. Алюминиевые латуни

Алюминиевые латуни - это медно­ цинковые сплавы, в которых основным леги­ рующим элементом является алюминий. Они характеризуются высокими прочностными свойствами, что обусловлено сильным упроч­ няющим действием алюминия. Добавки алю­ миния несколько понижают пластичность ла­ туней, однако их деформационные возможно­ сти достаточно высоки. Высокая коррозионная стойкость этих латуней связана с образованием на поверхности изделий плотной защитной оксидной пленки. На рис. 2.6 показаны изотер­ мические разрезы диаграммы состояния Cu-Zn-Al в области составов сплавов, богатых медью и цинком. Из анализа диаграммы со­ стояния следует, что алюминий достаточно резко уменьшает растворимость цинка в меди: область существования a -твердого раствора

сужается, а граница насыщения твердого рас­ твора под влиянием алюминия резко сдвигает­ ся в сторону медного угла.

Для практического использования алю­ миниевых латуней крайне важно, что при вы­ соком содержании алюминия в структуре мед­ но-цинковых сплавов появляются твердые и хрупкие кристаллы у (С ^г^ -ф азы 1, которые повышают твердость, снижают пластичность и резко понижают деформационные возможно­ сти латуней, поэтому содержание алюминия в латунях регламентируется. В латунях, обраба­ тываемых давлением, содержание его не долж­ но превышать 4 %, в литейных высокопрочных латунях - 7 %.

Алюминиевые латуни - это, как правило, многокомпонентные сплавы, в которые, кроме алюминия, вводят другие элементы (см. табл. 2.7). Однако в промышленности нашли приме­ нение и трехкомпонентные сплавы системы Cu-Zn-AI. Наибольшее распространение полу­ чили богатые медью а-латуни ЛА85-0,5 и ЛА77-2. Эти однофазные сплавы хорошо об­ рабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

1Фаза у (CujZn*) - это электронное соединение (электронная концентрация 21/13) с кубической решеткой. Она изоморфна промежуточной фазе у2 (Си9А14) из системы Cu-AI. В тройной системе Cu-Zn-AI фазы у (Си^п8) и у2 (Си9А14) образуют непрерывные ряды твердых растворов.

Латунь ЛА85-0,5 отличается красивым золотистым цветом, высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, обладает хорошими механическими свойствами. Хими­ ческий состав этого сплава регламентируется ТУ 48-08-495 и ТУ 48-21-28. Высокая техно­ логическая пластичность позволяет из латуни ЛА85-0,5 изготовлять листы, полосы, ленту и тончайшим волочением проволоку малых се­ чений. Этот сплав является важнейшим заме­ нителем золота при изготовлении знаков отли­ чая, фурнитуры и других художественных из­ делий.

Латунь ЛА77-2 отличается более высо­ кими механическими свойствами, чем латунь ЛА85-0,5, она также хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии. Применяется главным образом в морском су­ достроении для изготовления конденсаторных труб. Латунь ЛА77-2 коррозионно-стойка в атмосферных условиях, но проявляет склон­ ность к обесцинкованию и коррозионному растрескиванию в нагартованном состоянии, поэтому изделия из нее должны подвергаться низкотемпературному отжигу для снятия внут­ ренних напряжений. Для повышения коррози­ онной стойкости в однофазные алюминиевые латуни, содержащие более 15 % Zn, вводят в

(~ 0,04 %) повышает стойкость против корро­ зионного растрескивания в морской воде и уменьшает обесцинкование.