4.5.2 Латунь
Мідь з цинком утворює - твердий розчин з граничною концентрацією цинку 39% (рис. 22). При більшому змісті цинку утворюється електронне з'єднання CuZn (β-фаза) з ОЦК гратами. При 454…468°С (штрихова лінія на діаграмі) наступає впорядкування β-фази, а впорядкований β-твердий розчин позначається як β'- фаза.
Рисунок 22 Діаграма стану Cu-Zn
За наявності в структурі латуні тільки α-твердого розчину збільшення змісту цинку викликає підвищення її міцності і пластичності. Поява β'-фази супроводжується різким зниженням пластичності, підвищенням твердості і крихкості. Міцність продовжує підвищуватися при збільшенні змісту цинку до 45 %, поки латунь знаходиться в двофазному стані. При подальшому підвищенні процентного змісту цинку відбувається перехід латуні в однофазний стан із структурою β'- фази, що викликає різке зниження міцності. Практичне значення мають латунь, що містить до 45% Zn. Сплави з великим змістом цинку відрізняються високою крихкістю.
Подвійна латунь (що містять тільки мідь і цинк) підрозділяється на однофазні (із структурою б-твердого розчину) і двофазні (із структурою α і β-фаз).
Однофазна латунь володіє високою пластичністю і добре піддається холодній пластичній деформації, яка значно підвищує їх міцність і твердість. Для підвищення пластичності проводять відпал рекристалізації при 600…700°С.
Деталі, які виготовлені з латуні, що деформується, при вмісті більше 20% цинку, можуть піддаватися "сезонному " розтріскуванню у вологому повітрі за наявності в атмосфері сірчаних газів. Для запобігання розтріскуванню деталі відпалюють при температурах, нижчі температури рекристалізації (в більшості випадків при 250…270оС).
Підвищення змісту цинку здешевлює латунь, покращує їх оброблювану різанням, здатність протистояти зносу, але при цьому зменшуються теплопровідність і електрична провідність.
Домішки підвищують твердість і знижують пластичність латуні. Особливо несприятливо діють свинець і вісмут, які в однофазній латуні викликають червоноламкість. Тому однофазну латунь не піддають гарячій деформації, а випускають у вигляді холоднокатаних смуг, стрічок, дроту, листів. З прокату виготовляють деталі методом глибокої витяжки (радіаторні трубки, снарядні гільзи, сильфони, трубопроводи), а також деталі, що вимагають за умов експлуатації низьку твердість (шайби, втулки, кільця ущільнювачів й ін.).
Унаслідок невеликого температурного інтервалу кристалізації подвійна латунь володіє низькою схильністю до дендритної ліквації, високої рідиноплинністю, малою розсіяною усадковою пористістю і хорошою герметичністю. Але, не дивлячись на це, вони практично не застосовуються для фасонних відливок, оскільки мають досить велику концентровану усадкову раковину.
Для підвищення оброблюваності в латунь вводять свинець. Латунь ЛС59-1 («автоматна») поставляється в прутках і призначається для виготовлення деталей на верстатах-автоматах.
Для легування латуней застосовують Al, Fe, Ni, Sn, Si. Ці елементи підвищують міцність і корозійну стійкість латуней. Тому леговані латуні широко застосовуються в річному та морському суднобудівництві (ЛАЖ60-1-1). Латуні, леговані оловом (ЛО70-1, ЛО62-1), мають високу корозійну стійкість в морській воді і тому називаються „морські латуні”.
Практичне застосування знаходять латуні з вмістом алюмінію до 4% (ЛА77-2), котрі мають однофазну структуру і тому добре обробляються тиском.
Алюмінієві латуні додатково легують нікелем, залізом, марганцем, кремнієм, які володіють перемінною розчинністю в α-твердому розчині, що дає можливість зміцнювати ці латуні гартуванням і наступним старінням.
Латунь ЛАНКМц75-2-2,5-0,5-0,5 є єдиним сплавом на основі системи Cu-Zn, котрий зміцнюється дисперсійним твердінням. Температура гартування складає 800оС, після чого латунь має високу пластичність, а після старіння набуває і високої міцності (в = 700 МПа, = 25%). Хороша пластичність в загартованому стані дозволяє додатково зміцнювати сплави пластичним деформуванням перед старінням, що забезпечує підвищення в до 1000 МПа.
Кремнисті латуні характеризуються високою міцністю, пластичністю, в'язкістю як при звичайних, так і при низьких температурах (до -183°С). При легуванні латуней для отримання однофазної структури застосовують невеликі домішки кремнію (ЛК80-3). Такі латуні застосовують для виготовлення арматури, деталей приладів, в судно - і машинобудуванні.