Свинцовые латуни

Фазовый и химические состав

Свинцовые латуни - это медно-цинковые сплавы, в которых добавлен третий легирующий элемент — свинец. В латуни ЛЖС добавлен четвертый элемент — железо. В остальных свинцовых латунях элементы кроме меди, цинка и свинца — это примесные атомы, количество которых не должно превышать проценты по стандарту качества. Свинец в латуни улучшают обрабатываемость резанием. Обрабатываемость сплава Л63-3 принято эталонной за 100%. Высокие антифрикционные свойства свинцовых латуней используют для изготовления деталей, работающих в условиях трения.

Cистема Cu-Zn-Pb определяет фазовый состав свинцовых латуней. В твердом состоянии свинец не растворяется в меди, медно-цинковом α и β-твердых растворах и в любых промежуточных фазах системы Cu-Zn. Добавки свинца к медно-цинковым сплавам не сдвигают границы двухфазной области α + β. Количество α и β-фаз будет определять процентное содержание цинка как в простых латунях. Даже малые количестве свинца выделяются в отдельную фазу, которая состоит из чистого Pb и превращает однофазную область α-твердого раствора системы Cu-Zn в двухфазную область α + Pb, а двухфазную область α + β — в трехфазную область α + β + Pb тройной системы Cu-Zn-Pb. Температуры плавления эвтектики α + Pb составляет ∼327°С. При превышении эвтектической температуры, свинец переходит в жидкую фазу чистого свинца в двухфазных и трехфазных областях тройной системы Cu-Zn-Pb.

Количество цинка в составе латуни ЛС74-3 определяет её в область первичной кристаллизации α-твердого раствора тройной системы Cu-Zn-Pb. После кристаллизации латунь ЛС74-3 состоит из двух фаз α + Pb. Двухфазную структуру α + Pb твердого раствора образуется в латунях ЛС64-2 и ЛС63-3. По аналогии с однфазными простыми латунями ( например Л63), свинцовые латуни ЛС74-3, ЛС64-2 и ЛС63-3 классифицируют как α-сплавы с включениями нерастворимого свинца. Химические составы латуней ЛС60-1, ЛС59-1 и ЛС59-3 находятся при температуре 20°С в трехфазной области α + β + Pb, и их классифицируют как двухфазные α + β-латуни с включениями нерастворимого свинца в обоих фазах.

диаграмма Cu-Zn-Pb
Химический состав свинцовых латуней
Марка Массовая доля, % Расчетная
плотность,
г/см3
Сортамент
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
ЛС60-1 59,0 - 60,0 0,6 - 1,0 0,15 0,2 - - - 0,005 0,002 0,01 Ост. 0,5 8,4 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
ЛЖС
58 - 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

Влияние свинца на технологические свойства

Свинец практически не растворяется в меди. Он выделяется в виде дисперсных частиц в объеме и по границам зерен. Частицы свинца создают ломкость стружки при механической обработке. При обработке резанием свинцовых латуней образуется сыпучая стружка без завитков. Детали из этих латуней изготовливают на станках-автоматах при высоких скоростях резания. Второе народное название свинцовых латуней - сыпучка.

При изготовлении мелких деталей в микротехнике и приборостроении важно получить в заготовках размер зерна α-фазы от 10 до 50 мкм при среднем диаметре частиц свинца 1—5 мкм. Для этого применяют латуни с высоким содержанием свинца (ЛС63-3, ЛС58-3), которые удовлетворяют требованиям по однородности химического состава и внутренней структуре: размерам и распределению частиц свинца, количеству и распределению β-фазы, размерам зерна α-фазы

В α-латунях ЛС74-3, ЛС64-2, ЛС63-3 горячая прокатка не производится из-за включения свинца. Горячую деформацию латуней проводят при температурах выше эвтектической температуры плавления свинца в медно-цинковом растворе, поэтому существует опасность оплавления свинца по границам α-зерен и получения дефектной конечной структуры. В холодном состоянии обрабатываемость давлением у них хорошая.

Двухфазные α + β-латуни ЛС60-1, ЛС59-1 и ЛС59-3 хорошо прокатываются в горячем состоянии. При нагреве проходит перекристаллизации α → β и свинцовые включения оказываются внутри β-зерен, а не на границах, как в α-латунях. Двухфазная латунь ЛС59-1 «сыпучка» — наиболее распространенный сплав из-за комбинации технологических м механических свойств: она отлично переносит горячую обработку давлением, удовлетворительно - холодную, отлично обрабатывается резанием.

Физические свойства оловянных латуней
Латунь Плотность
г/см3
Темпе­ратура
плавления,
°С
Теплопрo-
водность,
кал/(см·c·°С)
ρ,
Ом·мм2
E,
кгс/мм2
ЛС63 - 3 8,5 905 0,28 20,5 9 800
ЛС74 - 3 8,7 965 0,29 17,5 10 500
ЛС64 - 2 8,5 910 0,28 20,3 10 500
ЛС60 - 1 8,5 900 0,25 20,8 10 500
ЛС59 - 1 8,5 900 0,25 20,6 11 500
ЛС59 - 1В 8,5 900 0,25 20,6 10 500
ЛЖС58 - 1 - 1 8,4 895 0,26 20,4 10 600
Механические свойства оловянных латуней
Латунь E,
кгс/мм2
σв, кгс/мм2 δ, % HB, кгс/мм2 Обрабаты-
ваемость
резанием,
%
твердая мягкая твердая мягкая твердая мягкая
ЛС63 - 3 9 800 55 - 65 30 - 40 3 - 6 40 - 50 135 - 145 45 - 55 100
ЛС74 - 3 10 500 60 - 70 30 - 40 2 - 5 40 - 55 130 - 140 40 - 50 80
ЛС64 - 2 10 500 58 - 67 32 - 38 4 - 6 55 - 65 140 - 150 50 - 60 90
ЛС60 - 1 10 500 60 - 70 30 - 40 4 - 6 45 - 55 150 - 160 60 - 70 75
ЛС59 - 1 11 500 60 - 70 30 - 40 4 - 6 40 - 50 150 - 160 70 - 80 80
ЛС59 - 1В 10 500 60 - 70 30 - 40 4 - 6 40-50 150 - 160 70 - 80 80
ЛЖС58 - 1 - 1 10 600 65 - 75 35 - 45 2 - 5 35 - 45 160 - 170 75 - 85 70
Технологические свойства и режимы обработки оловянных 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.
ЛС74-3 1120 - 1160 - 5) 600 - 650 - 80 - 2,2 - -
ЛС64-2 1060 - 1110 - 5) 620 - 670 - 90 - 2,2 - -
ЛС63-2 1060 - 1100 760 - 8202 620 - 650 - 100 - 2,0 - -
ЛС60-1 1040 - 1080 780 - 820 600 - 650 - 75 - 2,0 - -
ЛС59-1 1030 - 1080 640 - 780 600 - 650 285 80 51 2,23 0,0135 0,17
ЛС59-1В 1030 - 1080 640 - 780 600 - 650 - 80 51 2,23 0,0135 0,17
ЛЖС58-1-1 - - 600 - 650 - 70 - - - -