4.5.2 Латуни
Медь с цинком образует a-твердый раствор с предельной концентрацией цинка 39% (рис. 22). При большем содержании цинка образуется электронное соединение CuZn (β-фаза) с кристаллической решеткой ОЦК. При 454…468°С (штриховая линия на диаграмме) наступает упорядочение β-фазы, а упорядоченный β-твердый раствор обозначается как β'-фаза.
Рисунок 22 - Диаграмма состояния Cu-Zn
При наличии в структуре латуни только α-твердого раствора увеличение содержания цинка вызывает повышение ее прочности и пластичности. Появление β'-фазы сопровождается резким снижением пластичности, повышением твердости и хрупкости. Прочность продолжает повышаться при увеличении содержания цинка до 45 %, пока латунь находится в двухфазном состоянии. При дальнейшем повышении процентного содержания цинка происходит переход латуни в однофазное состояние со структурой β'-фазы, что вызывает резкое снижение прочности. Практическое значение имеют латуни, содержащие до 45% Zn. Сплавы с большим содержанием цинка отличаются высокой хрупкостью.
Двойные латуни (содержащие только медь и цинк) подразделяются на однофазные (со структурой α-твердого раствора) и двухфазные(со структурой α и β-фаз).
Однофазные латуни обладают высокой пластичностью и хорошо поддаются холодной пластической деформации, которая значительно повышает их прочность и твердость. Для повышения пластичности проводят рекристаллизационный отжиг при 600…700°С.
Детали, которые изготовлены из деформируемых латуней при содержании более 20% цинка, могут подвергаться "сезонному " растрескиванию во влажном воздухе при наличии в атмосфере серных газов. Для предотвращения растрескивания детали отжигают при температурах, ниже температуры рекристаллизации (в большинстве случаев при 250…270оС).
Повышение содержания цинка удешевляет латуни, улучшает их обрабатываемость резанием, способность противостоять износу, но при этом уменьшаются теплопроводность и электрическая проводимость.
Примеси повышают твердость и снижают пластичность латуней. Особенно неблагоприятно действуют свинец и висмут, которые в однофазных латунях вызывают красноломкость. Поэтому однофазные латуни не подвергают горячему деформированию, а выпускают в виде холоднокатаных полос, лент, проволоки, листов. Из проката изготавливают детали методом глубокой вытяжки (радиаторные трубки, снарядные гильзы, сильфоны, трубопроводы), а также детали, требующие по условиям эксплуатации низкую твердость (шайбы, втулки, уплотнительные кольца и др.).
Вследствие небольшого температурного интервала кристаллизации двойные латуни обладают низкой склонностью к дендритной ликвации, высокой жидкотекучестью, малой рассеянной усадочной пористостью и хорошей герметичностью. Но, несмотря на это, они практически не применяются для фасонных отливок, так как имеют довольно большую концентрированную усадочную раковину.
Для повышения обрабатываемости в латунь вводят свинец. Латунь ЛС59-1 («автоматная») поставляется в прутках и предназначается для изготовления деталей на станках-автоматах.
Для легирования латуней используют Al, Fe, Ni, Sn, Si. Эти элементы повышают прочность и коррозионную стойкость латуней. Поэтому легированные латуни широко применяют в речном и морском судостроении(ЛАЖ60-1-1). Латуни, легированные оловом (ЛО70-1, ЛО62-1) обладают высокой коррозионной стойкостью в морской воде и поэтому имеют название «морские латуни».
Практическое применение находят латуни с добавлением алюминия до 4 % (ЛА77-2), которые, благодаря однофазной структуре, хорошо обрабатываются давлением.
Алюминиевые латуни дополнительно легируют никелем, железом, марганцем, кремнием, обладающими переменной растворимостью в α-твердом растворе, что позволяет упрочнять эти латуни с помощью закалки и старения.
Латунь ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 является единственным сплавом на основе системы Cu-Zn, который упрочняется дисперсионным твердением. Температура закалки составляет 800оС, после проведения которой латунь имеет высокую пластичность, а после старения приобретает и высокую прочность (sв = 700 МПа, d = 25%). Хорошая пластичность в закаленном состоянии позволяет дополнительно упрочнять сплавы с помощью пластического деформирования перед старением, что обеспечивает повышение временного сопротивления до 1000 МПа.
Кремнистые латуни характеризуются высокой прочностью, пластичностью, вязкостью как при обычных, так и при низких температурах (до -183°С). При легировании латуней для получения однофазной структуры используют небольшие добавки кремния (ЛК80-3). Такие латуни применяют для изготовления арматуры, деталей приборов, в судо- и машиностроении.