2. Латуни

Латуни — медные сплавы, в которых преобладающим легирующим компонентом является цинк. Кроме меди и цинка, латуни могут содержать наибольшие примеси других элементов. Цинк дешевле меди, поэтому латуни также дешевле чистой меди.

Диаграмма Cu-Zn

Медь с цинком образуют кроме основного α — раствора ряд фаз электронного типа β, γ, ε. Наиболее часто структура латуней состоит из: α -фаза — твёрдый раствор цинка в меди с кристаллическим решеткой меди ГЦК,с содержанием Zn до 39%; β фаза — с содержанием Zn 47 – 50%; α+ β двухвазный сплав, при содержании Zn 39-47%/

При температуре ниже 454—468 ^оС расположение атомов меди и цинка в этой фазе становится упорядоченным, и она обозначается β’. Фаза β’ в отличии от β-фазы является более твёрдой и хрупкой; γ — фаза представляет собой электронное соединение Cu₅Zn₈.

При содержании цинка до 30 % возрастают одновременно и прочность, и пластичность. Затем пластичность уменьшается, вначале за счет усложнения a — твердого раствора, а затем происходит резкое ее понижение в связи с появлением в структуре хрупкой β — фазы. Прочность увеличивается до содержания цинка около 45 % , а затем уменьшается так же резко, как и прочность. Большинство латуней хорошо обрабатывается давлением. Двух фазные латуни пластичны при нагреве выше температуры β — превращения, особенно выше 700 (°C), когда их структура становится однофазной (β — фаза). Для повышения механических свойств и химической стойкости латуней в них часто вводят легирующие элементы: алюминий, никель, марганец, кремний и т. д.

Микроструктура α-латуни, β – лутани, α+ β – латуни.

Латуни в основном используются для изготовления лент [ Л90, Л85, Л80, JI68, Л63 (ГОСТ 1066—80)], листов и полос [Л90, Л85, Л68, Л062-1, ЛС59-1, ЛМц58-2 (ГОСТ 931—78), труб теплообменников [Л63, Л68, Л60, ЛС59-1 (ГОСТ 494—76)] в различных силовых установках, применяющих для охлаждения морскую или речную вод. Потенциалы коррозии латуней в этих водах отрицательны, т. е. потенциал выделения водорода не достигается.

Для латуней наиболее харак­терны два вида разрушения. Это обесцинкование (избирательная коррозия, при которой из латуни преимущественно удаляется цинк, а медь сохраняется) и корро­зионное растрескивание.

2.1. Обесцинкование латуни

Со стороны охлаждающей воды латунные трубки могут подвергаться общему и местному («пробочному») обесцинкованию, а также ударной коррозии. В некоторых случаях возможна и коррозионная усталость трубок.

Обесцинкование латуни — основная форма разрушения конденсаторных трубок, которая представляет собой компонентно-избирательную коррозию цинка, сопровождающуюся вторичным выделением меди в виде рыхлых образований. Вследствие обесцинкования разрушение может носить сплошной характер. При этом металл приобретает хрупкость, трубки легко разрушаются при малейшем механическом воздействии.

Растворение латуней, как и любых сплавов, образованных компонентами с разными электрохимическими свойствами, начинается с преимущественной ионизации наиболее электроотрицательной составляющей цинка. В случае α -латуней избирательное растворение цинка из объема сплава быстро затухает и затем сплавы растворяются равномерно. β -латуни имеют более высокую концентрацию цинка, поэтому избирательное растворение его создает высокую концентрацию дефектов в поверхностном слое. В определенных условиях за счет поверхностной диффузии на электроде происходит образование мелкодисперсной меди в собственной фазе. Такое избирательное растворение с фазовым превращением протекает частично. Некоторая доля медной составляющей ионизируется и переходит в раствор электролита.

Твердый раствор, содержащий больше меди (α -латунь), обычно является катодом по отношению к твердому раствору, содержащему меньше меди (β -латунь). В результате этого в смешанных латунях преимущественно растворяется β фаза. Часто этот процесс связан с вторичным выделением меди на корродирующей поверхности, т. е. приводит к обесцинкованию. Смешанные α+ β -латуни, а также чистые β -латуни более склонны к обесцинкованию, чем латуни с повышенным содержанием меди.

Иногда обесцинкование протекает равномерно по всей внутренней поверхности трубок (внутри труб конденсатора турбины протекает охлаждающая вода, снаружи они омываются паром). Внутри находится рыхлый слой губчатой меди. Цинк перешел в раствор в воде. Пластические свойства и сплошность сохранил тонкий еще подвергнувшийся обесцинкованию слой с наружной поверхности. Латунь ЛО70-1 несколько лучше сопротивляется растворению цинка, чем латунь Л63. Поэтому трубки из латуни ЛО70-1 ставят на конденсаторы, охлаждаемые морской водой. Латунь ЛО70-1 содержит около одного процента дорогого и дефицитного олова. Сильно ускоряют процесс обесцинкования угольная кислота и аммиак, растворенный в охлаждающей воде.

Коррозионная стойкость латуни определяется главным образом защитными свойствами оксидной пленки, образующейся на поверхности латуни. Такая пленка не эластична и обладает незначительной прочностью, на ее создание требуется время.

Поэтому рекомендуется перед установкой новых труб для конденсаторов, работающих в морской воде, помещать их на 7—8суток в ванну, заполненную непроточной морской водой, подогретой до 40° С. Затем их следует просушить в течение 14— 15 суток на открытом воздухе. Созданная таким способом пленка позволяет увеличить срок службы конденсаторных трубок в 2—4 раза.

В процессе эксплуатации желательно не разрушать защитную пленку. Для этого необходимо обеспечить свободу термического расширения трубок, не повреждать их поверхность при чистке жесткими приспособлениями (применять капроновые ерши и щетки). Высокие скорости воды и наличие в ней абразивных частиц способствуют разрушению окисной пленки и быстро приводят трубки в негодность.

Коррозионная стойкость латуни повышается при дополнительном легировании Ni, Sn, Al. Латунь с содержанием 1% Sn называется адмиралтейской латунью, она обладает высокой коррозионной стойкостью в морской воде.