Алюминий, латунь, бронза
«М-Комплект»

(044)490-04-88
(044)490-04-89


Марки и химический состав латуни

Состав простых латуней

диаграмми состояния медь-цинк
Диаграмма состояния системы Cu-Zn и температурные интервалы:1 - нагрева под обработку давлением; 2 - рекристаллизационного отжига; 3 - отжига для уменьшения остаточных напряжений

Двойные латуни - это сплав меди и цинка, в котором остальные элементы содержатся в качестве примесей. В составе латуни содержание цинка по массе не превышает 40 %, а минимальное его количество - 4 %. Двойные латуни - это преимущественно сплавы с α-структурой (Л96, Л90, Л85, Л68 и др.), которая имеет ГЦК решетку. Кроме α-твердого раствора, медь с цинком образуют ряд промежуточных фаз: β, γ и др. Ближайшая к меди промежуточная β-фаза — это твердый раствор на основе соединения CuZn с ОЦК решеткой. Высокотемпературная β-фаза достаточно пластична, поэтому многие марки латуней при горячей деформации нагревают в однофазную β-область. При понижении температуры до 454°—468°С и в зависимости от концентрации легирующего цинка происходит переход β-фазы в более хрупкую и твердую β'-фазу. γ-фаза представляет собой твердый раствор на основе соединения Cu5Zn8, отличается очень высокой хрупкостью и ее нахождение в конструкционных сплавах меди не допускается.

Фазовый состав двухкомпонентных (простых) латуней

В структуре однофазных латуней, в которых содержание цинка близко к пределу растворимости цинка в твердом растворе меди 39%, присутствует небольшое количество неравновесной β-фазы из-за медленно протекающих диффузионных процессов в медно-цинковых сплавах при низких температурах. Такое количество включения β-фазы не оказывают заметного влияния на свойства α-латуней. По механическим и технологическим свойствам двухфазные простые латуни относятся к однофазным α-латуням.

Влияние примесей на свойства

Примеси не являются основными легирующими элементами простых латуней, но они влияют на свойства сплавов. Получить сплав без примесных атомов практически невозможно, т. к. посторонние элементы содержатся в сырье для производства меди и цинка. Сверхчистые металлы имеют высокую стоимость и их применение узкоспециализированно и не оправдано для массового производства. Количество примесей контролируется стандартами, что гарантирует механические и технологические свойства марочных сплавов меди.

Отрицательно влияют на свойства латуней легкоплавкие примеси, которые ограниченно растворяются в медно-цинковых сплавах. Легкоплавкие включения в составе латуни выделяются по границам зерен и ухудшают пластические свойства при горячей деформации. Однофазные α-латуни наиболее чувствительны к таким примесям.

Примеси, которые не образуют самостоятельных фаз, не влияют отрицательно на механические и технологические свойства латуней.

  • Алюминий находится полностью в твердом растворе и как примесь не ухудшает свойства латуней. Малые добавки алюминия при плавке образуют на поверхности расплава защитную пленку из оксида алюминия. Это препятствует испарению и угару цинка.
  • Никель и марганец в малых концентрациях входят в твердый раствор и слабо влияют на физические, механические и технологические свойства латуней. Никель поднимает температуру рекристаллизации латуней.
  • Железо при комнатной температуре имеет низкую растворимость в медно-цинковом твердом растворе и образует в латунях самостоятельную γFe-фазу. Эта ферромагнитная фаза существенно изменяет магнитные свойства латуней. В составе антимагнитной латуни концентрация железа не превышает 0,03 %. Железо повышает прочностные и технологические качества сплавов, т. к. затрудняет рекристаллизацию и измельчает зерно.
  • Кремний — примесь, которая входит в твердый раствор. Кремний улучшает пайку и сварку латуней, повышает стойкость к коррозионнму растрескиванию.
  • Висмут требует особого контроля, он не растворяется в латунях сплавах в твердом состоянии и создает легкоплавкую эвтектику на границах зерен, которая состоит из чистого висмута. Висмут провоцирует горячеломкость латуней, оказыва более сильное влияние на однофазные. Его концентрация в латунях лимитировано 0,002—0,003%
  • Свинец слабо растворим в медно-цинковых сплавах в твердом состоянии и при затвердевании выделяется в элементарном виде на границах зерен в форме мелких частиц сферической формы. Примеси свинца ухудшают пластичность α-латуней при повышенных температурах. Свинец провоцирует горячеломкость, особенно однофазных латуней, поэтому содержание свинца в двойных α-сплавах не превышает 0,03 %. Добавки свинца в состав латуни улучшают обрабатываемость резанием.
  • Сурьма — вредная примесь в медно-цинковых сплавах. Она ухудшает технологическую пластичность при горячей и холодной обработках давлением. Концентрации сурьмы до 0,1% в двухфазных латунях препятствуют обесцинкованию.
  • Мышьяк растворяется в твердой меди до 5%по массе при температуре 25°С, но в медно-цинковом твердом растворе его растворимость не более 0,1%. Хрупкая промежуточная фаза As2Zn образуется при концентрация мышьяка более 0,5%, Эта фаза выделяется в виде прослоек на границах зерен, что приводит к ломкости латуней. Мышьяк в малых количествах 0,025—0,06 % при микродобавках защищает латуни от коррозионного растрескивания и обесцинкования в морской воде.
  • Фосфор малорастворим в медно-цинковых сплавах при затвердевании. В твердом растворе фосфор образует промежуточную фазу, которая повышает твердость и сильно снижает пластические свойства латуней. Небольшие количества фосфора повышают механические свойства латуней и уменьшают диаметр зерен отливок. Скорость роста зерен в деформированных латунях увеличивается из-за фосфора во время рекристаллизацонного отжига. Медно-цинковые сплавы не нуждаются в раскислении фосфором, т. к. цинк — более сильный раскислитель, чем фосфор В промышленных марках латуней содержание фосфора не превышает 0,0050,01 %
Химический состав простых (двойных) латуней
Марка Массовая доля, % Плот­ность,
г/см3
Фазовый
состав
Пример применения
Элемент Сумма
прочих
элементов
Сu
медь
РЬ
свинец
Fe
железо
Sb
сурьма
Bi
висмут
Р
фосфор
Zn
цинк
  1. Ост. - Ост. цинк Zn
  2. В латуни марки Л68, предназначенной для изготовления изделий специального назначения, массовая доля элементов не должна быть более: железа – 0,07%, сурьмы – 0,002%, фосфора – 0,005%, мышьяка – 0,005%, серы – 0,002% (сумма прочих элементов – 0,2%).
  3. В латунях марок Л96, Л90, Л80, Л70, Л68, Л63, Л60 допускается массовая доля никеля до 0,3% за счет массовой доли меди, которую не учитывают в сумме прочих элементов.
  4. В латунях всех марок по согласованию с потребителем можно определять массовую долю олова, алюминия, марганца и кремния, значения которых учитывают в сумме прочих элементов.
  5. В латуни марки Л70, применяемой для производства конденсаторных труб и теплообменников, допускается массовая доля мышьяка до 0,06 % за счет массовой доли меди, которую не учитывают в сумме прочих элементов.
  6. В латуни марки Л63, применяемой в пищевой промышленности, массовая доля свинца не должна быть более 0,05%.
  7. Для антимагнитных сплавов массовая доля железа не должна быть более 0,03%.
  8. Расчетная плотность указана для расчета справочной теоретической массы изделий.
  9. Знак «–» обозначает, что данный элемент не нормируется и входит в сумму прочих элементов.
  10. Примеси не должны превышать концентрации, указанные в таблице
  11. Примеси, не указанные в таблице, учитывают в сумме прочих элементов, перечень которых определяют согласованием между потребителем и изготовителем.
Л96 95,0–97,0 0,03 0,1 0.005 0,002 0,01 Ост. 0,2 8,9 α
Листы, ленты, полосы, трубы, прутки, проволока для деталей в электротехнике, для медалей и значков
Л90 88,0–91,0 0,03 0,1 0,005 0,002 0,01 Ост. 0,2 8,7 α
Л85 84,0–86,0 0,03 0,1 0,005 0,002 0,01 Ост. 0,3 8,7 α
Л80 79,0–81,0 0,03 0,1 0,005 0,002 0,01 Ост. 0,3 8,7 α
Листы, ленты, полосы, проволока, художественные изделия, сильфоны, манометрические трубки, гибкие шланги, музыкальные инструменты
Л70 69,0–
71,0
0,05 0,07 0,002 0,002 Ост. 0,2 8,5 α
Радиаторные ленты, полосы, трубы, теплообменники, музыкальные инструменты, детали, получаемые глубокой вытяжкой
Л68 67,0–70,0 0,03 0,1 0,005 0,002 0,01 Ост. 0,3 8,5 α
Проволочные сетки, радиаторные ленты, трубы для теплообменников, детали, получаемые глубокой вытяжкой
Л63 62,0–65,0 0,07 0,2 0,005 0,002 0,01 Ост. 0,5 8,5 α+β
Листы, ленты, полосы, трубы, прутки, фольга, проволока, детали, получаемые глубокой вытяжкой
Л60 59,0–62,0 0,3 0,2 0,01 0,003 0,01 Ост. 1,0 8,4 α+β
Трубные доски в холодильных установках, штампованные детали, фурнитура

Состав специальных латуней

В специальные, многокомпонентные латуни к основному легирующему элементу цинку для улучшения свойств сплава добавляют алюминий, марганец, железо, никель, кремний, Ni, Si, Sn, Pb, As. В состав сплава вводят один или несколько перечисленных элементов совместно. Содержание каждого элемента не превышает 1—3 %.

Для чего в медно-цинковые сплавы — латуни вводят помимо цинка другие легирующие элементы:

  1. повышение механических (прочностных) свойств;
  2. улучшение коррозионной стойкости;
  3. повышение стойкости при кавитации, антифрикционных свойств, обрабатываемости резанием

Легирующие элементы Al, Sn, Si, Mn, Ni растворяются в α и β фазах латуней, повышают прочность и твердость латуни, но уменьшают пластичность и вязкость. Алюминий и олово сильнее упрочняют латуни, чем кремний и марганец. Свинец снижает прочность латуней. Комплексное легирование несколькими элементами наибольше упрочняет медно-цинковые сплавы, но уменьшает относительное удлинение по сравнению с двойными сплавами системы Cu-Zn. Добавки железа и марганца до 2—3 %, которые повышают пластичность специальных латуней. Комплексное легирование латуней сохраняет хорошую обрабатываемость давлением при высоких температурах и несколько худшую при низких. Легирующие элементы Al, Mn, Si, Ni увеличивают коррозионную стойкость латуней, а никель повышает стойкость к коррозионному растрескиванию.

Ферромагнитная фаза с железом γFe кристализируется в специальных латунях ЛАЖ-1-1 и ЛЖМц59-1-1 и создает дополнительные центры кристаллизации. Такие сплавы образуют мелкозернистую литую структуру. Частицы γFe-фазы препятствуют росту зерна при рекристаллизационном отжиге после пластической деформаци. Это свойство используют для получения мелкозернистой структуры деформированных полуфабрикатов.

Свинец практически не растворяется в медной основе латуней и располагается в виде дисперсных частиц в объеме и на границах зерен . Свинцовые латуни ЛС74-3, ЛС63-3, ЛС59-1 и др. отлично обрабатываются резанием и образуют сыпучую стружку. Свинец улучшает антифрикционные свойства многокомпонентных латуней.

Влияние легирующих элементов на фазовые границы. Коэффициенты Гийе

Легирующие элементы в многокомпонентных латунях смещают границы между фазовыми областями α и α+β (39 % Zn) при темперетурах от 450°С и ниже в двойной системе Cu-Zn . Границы двухфазной области α+β' в системе Cu-Zn почти на меняют полжения при понижении температуры. Положение границы α/(α+β') при 450°С соответствует 39% концентрация Zn, а межфазной границы (α+β')/ β' — 46% Zn. По положению этих границ оценивают фазовый состава многокомпонентных латуней. Для этого вводят коэффициент Гийе замены цинка в формулу латуни. Гийе установил, что влияние легирующих элементов на фазовый состав аналогично увеличению или уменьшению концентрации цинка. Коэффициент Гийе показывает, какому содержанию цинка соответствует 1%по массе легирующего элемента степени изменения на фазового состава латуни.

Коэффициенты Гийе
Si Al Sn Pb Fe Mn Ni
10...12 >4...6 2 1 0,9 0,5 -1,4

Формула для определения кажущегося по структуре содержания цинка X:

[(A+Σkici)/(A+B+Σkici)]100%
  • А - содержание цинка в сплаве
  • В - содержание меди
  • ci — концентрация i-го элемента, вводимого в латунь
  • ki — коэффициент Гийе для i-го легирующего элемента.

Изотермы растворимости легирующих элементов в латуни
Изотерма растворимости легирующих элементов в α-латуни при температуре 450°C

Только никель повышает растворимость цинка в меди. Увеличении содержания никеля в (α + β)-лaтyни уменьшает количество β-фазы, при достаточно высоком содержании Ni сплав становится однофазной α-латунью. Отальные легирующие элементы снижают растворимость цинка в меди и сдвигают границу между фазовыми областями в сторону более низкого содержания цинка. Кремний и алюминий силнее всего снижают растворимость цинка в меди и увеличивают количество β-фазы в специальных латунях. Когда концентрация расчетного цинка в составе латуни 46 % и больше, специальная латунь приобретает однофазную β'-структуру . Железо и свинец не растворимы в медно-цинковых сплавах в твердом состоянии, поэтому коэффициенты Гийе для этих металлов близки к единице, а линии, разделяющие фазовые области , соответствуют границе раздела двухфазных областей с трехфазными: α+γFe/α+β+γFe и α+Pb/α+β+Pb

Химический состав свинцовых латуней
Марка Массовая доля, % Расчетная
плотность,
г/см3
Пример применения
Элемент Сумма
прочих
элементов
Сu Рb Fe Sn Ni Al Si Sb Bi P Zn
  1. Ост. - Ост. цинк Zn
  2. В свинцовых латунях допускается массовая доля никеля не более 0,5 %, в латунях марок ЛС59–1, ЛС59–1В, ЛС58–2 и ЛС58–3 – не более 1% за счет массовой доли меди, которую не учитывают в общей сумме прочих элементов.
  3. В латуни марки ЛС59–1 сумма элементов олова и кремния должна быть не более 0,5%.
  4. В латунях всех марок можно определять массовую долю олова, алюминия, марганца и кремния.
  5. В латуни марки ЛС58–2 массовая доля сурьмы при изготовлении прутков допускается не более 0,1%.
  6. Расчетная плотность указана для расчета справочной теоретической массы изделий.
  7. Знак «–» обозначает, что данный элемент не нормируется и входит в сумму прочих элементов.
  8. Примеси не должны превышать концентрации, указанные в таблице
  9. Примеси, не указанные в таблице, учитывают в сумме прочих элементов, перечень которых определяют согласованием между потребителем и изготовителем.
ЛС74–3 72,0–75,0 2,4–3,0 0,1 0,005 0,002 0,01 Ост. 0,25 8,5 Ленты, полосы, прутки
ЛС64–2 63,0–66,0 1,5–2,0 0,1 0,005 0,002 0,01 Ост. 0,3
ЛС63–3 62,0–65,0 2,4–3,0 0,1 0,10 0,005 0,002 0,01 Ост. 0,25 8,5 Ленты, полосы, прутки, проволока
ЛС59–1В 57,0–61,0 0,8–1,9 0,5 0,01 0,003 0,02 Ост. 1,5 8,4 Прутки
ЛС59–1 57,0–60,0 0,8–1,9 0,5 0,3 0,01 0,003 0,02 Ост. 0,75 8,4 Листы, ленты, полосы, прутки, профили, трубы, проволока, поковки
ЛС58–2 57,0–60,0 1,0–3,0 0,7 1,0 0,6 0,3 0,3 0,01 Ост. 0,3 8,4 Полосы, прутки, проволока
ЛС58–3 57,0–59,0 2,5–3,5 0,5 0,4 0,5 0,1 Ост. 0,2 8,45 Прутки
ЛС59–2 57,0–59,0 1,5–2,5 0,4 0,3 0,4 0,1 Ост. 0,2 8,4 Прутки
ЛЖС58–1–1 56,0–58,0 0,7–1,3 0,7–1,3 0,01 0,003 0,02 Ост. 0,5 8,4 Прутки

Химический состав сложнолегированных латуней ГОСТ 15527
Марка Массовая доля, % Плот­ность
г/см3
Элемент Сумма
прочих
Сu
Аl As Fe
Мn Ni Si Sn Р
B
РЬ
Sb Bi
Zn
  1. Ост. - Ост. цинк Zn
  2. В сложно легированных латунях, кроме марок ЛАН59‑3‑2, Л75мк, ЛА77‑2у, допускается массовая доля никеля до 0,5%, которая не входит в общую сумму прочих элементов, а засчитывается в счет массовой доли меди.
  3. В латуни марки ЛМц58‑2 по требованию потребителя массовую долю марганца устанавливают в пределах 3,0%—4,0%.
  4. В латунях всех марок по согласованию с потребителем можно определять содержание олова, алюминия и марганца.
  5. В латуни марки ЛА77‑2у массовая доля железа менее 0,03 % не является браковочным признаком.
  6. В латуни марки ЛАМш77‑2‑0,04 суммарная массовая доля фосфора и мышьяка не должна быть более 0,04 %.
  7. Изготовление латуни марки ЛОМш70‑1‑0,04 допускается без массовой доли мышьяка.
  8. Расчетная плотность указана для расчета справочной теоретической массы изделий по ГОСТи может отличаться в других справочниках.
  9. Знак «—» обозначает, что данный элемент не нормируется и входит в сумму прочих элементов.
  10. Примеси не должны превышать концентрации, указанные в таблице
  11. Примеси, не  указанные в таблице, учитывают в общей сумме прочих элементов, перечень которых определяют согласованием между потребителем и изготовителем
ЛО90‑1 88,0‑91,0 0,1 0,2‑0,7 0,01 0,03 0,005 0,002 Ост. 0,2 8,4
ЛО70‑1 69,0‑71,0 0,07 1,0‑1,5 0,01 0,07 0,005 0,002 Ост. 0,3 8,4
ЛОМш
70‑1‑0,05
69,0‑71,0 0,02‑
0,06
0,1 1,0‑1,5 0,01 0,07 0,005 0,002 Ост. 0,3 8,4
ЛОМш
70‑1‑0,04
69,0‑71,0 0,02‑0,04 0,07 1,0‑1,5 0,01 0,07 0,005 0,002 Ост. 0,3 8,4
Л062‑1 61,0‑63,0 0,10 0,7‑1,1 0,01 0,10 0,005 0,002 Ост. 0,3 8,4
ЛКБ062‑
0,2‑0,04‑0,5
60,5‑63,5 0,05 0,15 0,1‑0,3 0,3‑0,7 0,03
‑0,10
0,08 Ост. 0,5 8,4
ЛО60‑1 59,0‑61,0 0,1 1,0‑1,5 0,01 0,03 0,005 0,002 Ост. 1,0 8,4
ЛОК
59‑1‑0,3
58,0‑60,0 0,01 0,15 0,2‑0,4 0,7‑1,1 0,01 0,1 0,01 0,003 Ост. 0,3 8,4
ЛАМш 77‑2‑0,05 76,0‑79,0 1,7‑
2,5
0,020‑
0,06
0,1 0,01 0,07 0,005 0,002 Ост. 0,3 8,4
ЛАМш 77‑2‑0,04 76,0‑79,0 1,7‑2,5 0,02‑0,04 0,1 0,01 0,07 0,005 0,002 Ост. 0,3 8,4
ЛА77‑2 76,0‑79,0 1,7‑2,5 0,07 0,01 0,07 0,005 0,002 Ост. 0,3 8,3
ЛА77‑2у 76,0‑79,0 1,7‑2,5 0,03‑0,10 0,03‑0,3 0,3–1,0 0,03‑0,2 0,005‑
0,02
0,07 0,005 0,002 Ост. 0,1 8,3
ЛАНКМц
75‑2‑2,5
‑0,5‑0,5
73,0‑76,0 1,6‑2,2 0,1 0,3‑0,7 2,0‑3,0 0,3‑0,7 0,01 0,05 0,005 0,002 Ост. 0,5 8,3
ЛК75В 71,0‑78,0 0,25‑0,5 0,05 0,07 Ост. 1,4 8,4
Л75мк 70,0‑76,0 0,03‑0,06 0,05‑0,15 0,1‑0,25 0,25‑0,5 0,005‑
0,02
0,07 0,005 0,002 Ост. 0,1 8,4
ЛМш 68‑0,05 67,0‑70,0 0,02‑0,06 0,1 0,01 0,03 0,005 0,002 Ост. 0,3 8,4
ЛК62‑0,5 60,5‑63,5 0,15 0,3‑0,7 0,08 0,005 0,002 Ост. 0,5 8,4
ЛАЖ
60‑1‑1
58,0‑61,0 0,7‑1,5 0,75‑1,50 0,1‑0,6 0,01 0,40 0,005 0,002 Ост. 0,7 8,3
ЛАН
59‑3‑2
57,0‑60,0 2,5‑3,5 0,5 2,0‑3,0 0,01 0,1 0,005 0,003 Ост. 0,9 8,2
ЛЖМц
59‑1‑1
57,0‑60,0 0,1‑0,4 0,6‑1,2 0,5‑0,8 0,3‑0,7 0,01 0,2 0,01 0,003 Ост. 0,3 8,3
ЛМц58‑2 57,0‑60,0 0,5 1,0‑2,0 0,01 0,1 0,005 0,002 Ост. 1,2 8,3

Связанные страницы: