Металлопрокат на складе «М-Комплект» (044)490-04-88 (044)490-04-89

Алюминиевая латунь

Фазовый состав и общие свойства

Алюминиевая латунь — это сплав меди с цинком , в котором алюминий введен как легирующий элемент. Они характеризуются высокими прочностными свойствами, что обусловлено сильным упрочняющим действием алюминия. Легирование алюминием уменьшают пластичность латуней, но показатель пластичности достаточный для обработки таких латуней давлением. На поверхности алюминиевой латуни образуется плотная защитная пленка оксида, которая обеспечивает высокую коррозионную стойкость. Алюминий резко уменьшает растворимость цинка в меди: область существования β-твердого раствора сужается и смещает границу насыщения цинком в твердого растворе меди сторону медного угла.

При высоком содержании алюминия в структуре медно-цинковых сплавов появляются твердые и хрупкие кристаллы γ (Cu5Zn8)-фазы которые повышают твердость, снижают пластичность и резко понижают деформационные возможности латуней, поэтому содержание алюминия в латунях регламентируется. В латунях, обрабатываемых давлением, содержание его не должно превышать 4 %, в литейных высокопрочных латунях — 7 %.

Фаза γ (Cu5Zn8) — это электронное соединение с кубической решеткой. Она изоморфна промежуточной фазе γ2 (Cu9Al4) из систем Cu-Al. В тройной системе Cu-Zn-Al фазы γ (Cu5Zn8) и γ2 (Cu9Al4) образуют непрерывные ряды твердых растворов.

Химический состав алюминиевых латуней
Марка Массовая доля, %
Элемент Сумма
прочих
Сu
Аl As Fe
Мn Ni Si Р
РЬ
Sb Bi
Zn
  1. Ост. - остальное цинк Zn
  2. В сложно легированных латунях, кроме марок ЛАН59‑3‑2, 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 латунях всех марок по согласованию с потребителем можно определять содержание олова, алюминия и марганца.
  4. В латуни марки ЛА77‑2у массовая доля железа менее 0,03 % не является браковочным признаком.
  5. В латуни марки ЛАМш77‑2‑0,04 суммарная массовая доля фосфора и мышьяка не должна быть более 0,04 %.
  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 общей сумме прочих элементов, перечень которых определяют согласованием между потребителем и изготовителем
ЛА 85‑0,5 84,0‑85,6 0,4‑0,7 0,03 0,003 0,002 Ост. 0,3
ЛАМш
77‑2‑0,05
76,0‑79,0 1,7‑2,5 0,02‑
0,06
0,1 0,01 0,07 0,005 0,002 Ост. 0,3
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
ЛА77‑2 76,0‑79,0 1,7‑2,5 0,07 0,01 0,07 0,005 0,002 Ост. 0,3
ЛА77‑2у 76,0‑79,0 1,7‑2,5 0,03‑0,1 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
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
ЛАЖ
60‑1‑1
58,0‑61,0 0,7‑1,5 0,75‑1,5 0,1‑0,6 0,01 0,40 0,005 0,002 Ост. 0,7
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

Трехкомпонентные сплавы

Алюминиевые латуни классифицируются как многокомпонентные сплавы. Кроме меди, цинка и алюминия в алюминиевые латуни могут входить и другие элементы для придания специальных свойств: никель, железо, мышьяк, но трехкомпонентные сплавы системы Cu-Zn-Al с высокой концентрацией меди ЛА85-0,5 и ЛА77-2 наиболле востребованы промышленностью. Эти β-однофазные сплавы обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

Латунь ЛА85-0,5 имеет оттенок близкий к цвету золота, высокую коррозионной стойкостью в атмосферных условиях. Химический состав этого сплава определяют ТУ 48-08-495 и ТУ 48-21-28. ЛА85-0,5 имеет высокую технологическую пластичность. Технологические свойства этой латуни позволяют изготовлять прокат с малым сечением и диаметром: листы, полосы, ленту и проволоку, что важно для производства ювелирных украшений и произведений искусства. Сплав ЛА85-0,5 имитирует золото на знаках отличия, фурнитуре и художественных изделиях.

Более высокими механические свойства у латуни ЛА77-2. Она хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии. Из латуни ЛА77-2 изготовливают конденсаторные трубы на морских судах. Она коррозионностойка в атмосферных условиях, но имеет склонность к обесцинкованию и коррозионному растрескиванию в нагартованном состоянии. Низкотемпературный отжиг снимает внутренние напряжения для уменьшения коррозии. Добавка небольшоого количества мышьяка ( латунь ЛАМш77-2-0,05 содержит 0,02 — 0,06% As) увеличивает коррозионную стойкость в однофазных алюминиевых латуней. Устойчивость к коррозионному растрескиванию в морской воде и обесцинкованию достигается легированием малым процентом мышьяка (0,04 %).

Алюминием с железом и никелем легируют двухфазные α + β-латуни (ЛАЖ60-1-1 и ЛАН59-3-2). Железо не растворяется в медно-цинковом твердом растворе и выделяется в сплаве в виде γFe-фазы. Железо придает латуни пластичность при горячей обработке давлением, так как дисперсные частицы γFe-фазы тормозят рост зерен при горячей деформации и отжиге и способствуют получению в полуфабрикатах мелкозернистой структуры. Никель повышает коррозионную стойкость алюминиевых латуней, но понижает их пластичность. Добавки алюминия и никеля в латуни ЛАН59-3-2 растворяются в α- и β-фазах и образуют твердую и хрупкую интерметаллидную фазу NiAl. Снижение пластичности латуни ЛАН59-3-2 связано с присутствием в структуре дисперсных частиц этой интерметаллидной фазы.

Механические и физические свойства алюминиевых латуней
Латунь Плотность
г/см3
Температура
плавления,
°С
Теплопрo-
водность,
кал/(см·c·°С)
Коэффициент
линейного
расширения
α·10-6
ρ,
Ом·мм2
E,
кгс/мм2
σв, кгс/мм2 δ, % HB, кгс/мм2 Обрабаты-
ваемость
резанием,
%
тв. мяг. тв. мяг. тв. мяг.
Свойства приведены по изданию Справочник металлиста. В 5-ти т./ Под ред. А. Н. Манилова. — М., «Машиностроение», 1977.
тв. — твердая, мяг. — мягкая
  1. После закалки и старения при 450 °С.
  2. После деформации с обжатием 50%  и старения при 350 °С.
  3. Термическая обработка латуни марки ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5:   температура   закалки   780°С, старение при 500°С, закалка, деформация 10% и старение при 450° С; то же, но после деформации на 50% старение при 350°С.
  4. Для отливок
ЛА85‑0,5 8,6 1020 0,26 18,6 0,076 10 200 50‑70 30‑40 3‑10 60 149 544) 30
ЛА77‑2 8,6 1000 0,27 18,3 0,075 10 200 55‑65 35‑45 7‑11 45‑52 150‑160 45‑55 30
ЛАЖ
60‑1‑1
8,2 904 0,18 21,6 0,09 10 500 70‑75 40‑45 7‑10 45‑55 165‑175 45‑55 25
ЛАН
59‑3‑3
8,4 956 0,20 19,0 0,078 10 800 65‑75 45‑55 7‑11 40‑50 175‑185 110‑120 15
ЛМцА
57‑3‑1
8,1 870 0,16 20,1 0,121 10 400 70‑75  40‑50 4‑8 40‑50 175‑185 85‑95 25
ЛАМш
77‑2‑0,05
8,7 985 0,32 19,2 0,068 10 200 50‑60 25‑35 3‑5 40‑55 160‑170 60‑70 25
ЛАНКМц
75‑2‑2,5
‑0,5‑0,5
8,6 1000 0,301) 18,3 0,1051) 11 500 85‑95 50‑60 6,0‑10,0 45‑55 290‑3002) - 20

Термоупрочняемый сплав ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5

Специальные многокомпонентные латуни не упрочняются термической обработкой, кроме дисперсионно твердеющего сплава ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5.

Кажущееся содержание цинка (∼30 %), определенное с помощью коэффициента Гийе, показывает, что матричной фазой этой латуни является β-твердый раствор. Закаленная с 850°С латунь имеет однофазную структуру α-твердого раствора. Добавки алюминия, никеля и кремния образуют фазы (NiAl, Ni2Si), которые имеют переменную растворимость в медно-цинковом твердом растворе.

распад твердого раствора латуни ЛАНКМц

Распад пересыщенного твердого раствора в латуни ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 зависит от температуры изотермической выдержки. Он носит сложный характер, обусловленный выделением нескольких фаз. Об этом свидетельствуют изотермическая и термокинетическая диаграммы распада твердого раствора. На диаграммах четко выявляются два минимума устойчивости переохлажденного α-твердого раствора. Первый минимум соответствует температурам 600—700°С; второй — 350—400° С. Состав выделяющихся фаз и их дисперсность зависят от температуры распада. При высокотемпературном распаде (∼600°С) формируются крупные стержневидные частицы фазы Ni16Mn6Si7 с ГЦК решеткой и периодом а = 1,115 нм. Выделение таких частиц нежелательно. При низкотемпературном распаде (400°С) в объеме зерен образуется большое количество дисперсных частиц дискообразной формы диаметром 10 нм и толщиной 2—3 нм. Низкотемпературный распад совпадает с температурой старения этой латуни. Он характеризуется многостадийными фазовыми переходами, связанными с образованием различных метастабильных фаз, в состав которых входит Ni, AI, Мn и Si. Максимум упрочнения латуни ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 достигается на стадии низкотемпературного старения с выделением дисперсных частиц метастабильных фаз, когерентных матрице.

Способы получения высокопрочной латуни:
- закалки и старения ;
- механическая деформация и отжиг при низких температурах (НТМО).

В закаленном состоянии сплав ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 отличается высокой пластичностью (σв =540 МПа; σ0,2 = 220 МПа; δ = 48 %; ψ = 60 %), а после старения (500 °С в течение 2 ч) приобретает высокую прочность (σв = 700 МПа; σ0,2 = 470 МПа; δ = 25 %; ψ = 40 %). Еще более высокие прочностные и упругие свойства достигаются после деформации в закаленном состоянии с последующим старением (НТМО): σв = 1030 МПа; σ0,2= 1010 МПа; δ = 3,5 %; ψ = 11 %.

Технологические свойства и режимы обработки алюминиевых латуней
Марка Температура,°С Обрабаты-
ваемость
резанием1),
%
Жидкоте-
кучесть,
см
Линейная
усадка,
%
Коэффициент
трения
литья горячей
деформации
полного
отжига
отжига для
уменьшения
остаточных
напряжений
со смазкой без смазки
  1. В % по отношению к обрабатываемости латуни ЛС63-3.
  2. Температура прессования, другим видам горячей обработки латунь ЛС63-3 не подвергается
  3. Температура прокатки, температypa прессования составляет 750–800°С.
  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 старение при 350°С.
  5. Не подвергается
ЛА77-2 1100–1150 720–770 600–650 300 30 - 2,0 - -
ЛАМш
77-2-0,05
1100–1150 720–770 600–650 300 30 - 2,0 - -
ЛАН59-3-2 1080–1120 700–750 600–650 350 15 47 1,55 0,01 0,32
ЛМцА57-3-1 - 650–750 600–650 - 25 - 1,7 - -
ЛАЖ60-1-1 - 600–800 600–650 - 30 - 1,7 - -
ЛАНКМц
75-2-2,5
-0,5-0,5
1140–1200 800–850 800–8504 20 52 1,68 - -

Связанные страницы: