2.5. Медные сплавы

В машиностроении чистая медь не используется вследствие малой прочности (250-300 МПа). Сплавы меди с цинком, оловом, алюминием, кремнием, бериллием имеют прочность 300-600 МПа и широко используются в различных областях промышленности.

Основные преимущества медных сплавов: низкий коэффициент трения, высокая пластичность, стойкость против коррозии, хорошая электропроводность.

Наибольшее распространение получили два вида медных сплавов.

1. Латунь

Латунью называют сплав меди с цинком (мас. доля Zn до 38 %). Латунь с массовой долей цинка от 5 до 20 % называется красной (томпаком), с массовой долей цинка 20-36 % – желтой. На практике редко используют латуни, в которых массовая доля цинка  превышает 45 %.

Цинк дешевле меди, поэтому его введение в сплав одновременно с повышением механических, технологических и антифрикционных свойств, приводит к снижению стоимости – латунь дешевле меди. Электропроводность и теплопроводность латуни ниже, чем меди.

Коррозионная стойкость латуни в атмосферных условиях оказывается средней между стойкостью элементов, образующих сплав, т.е. цинка и меди. Латунь, с массовой долей цинка более 20 %, склонна к растрескиванию при вылеживании во влажной атмосфере (особенно, если присутствуют следы аммиака). Этот эффект часто называют «сезонное растрескивание». Наиболее заметен он в деформированных изделиях, поскольку коррозия распространяется по границам зерен. Для устранения этого явления после деформации латунь подвергают отжигу при температуре 240-260 °C.

Латунь имеет хорошую жидкотекучесть, т.е. способность свободно растекаться в литейной форме, заполняя и точно воспроизводя все ее контуры.

Латунь пластична, коррозионно-стойкая, хорошо обрабатывается давлением и резанием, обладает следующими механическими свойствами: предел прочности _В до 750 МПа, относительное удлинение δ до 50 %, модуль упругости Е = 0,110⁵ МПа.

Латунь поставляется в прокате и поковках (по ГОСТ 15527-2004). Этот материал обладает высокими технологическими свойствами и применяется в производстве различных мелких деталей, особенно там, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Латунь легко поддается пластической деформации: основное ее количество идет на изготовление катаных полуфабрикатов – листов, полос, лент, проволоки.

Латунь обозначаются следующим образом: первая буква Л в марке означает «латунь». Буквы, следующие за ней, означают: А – алюминий, Б – бериллий, Ж – железо, К – кремний, Мц – марганец, Н – никель, О – олово, С – свинец, Ц – цинк, Ф – фосфор. Первые две цифры после букв указывают содержание основного компонента – меди. Остальные цифры, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов. Цифры расположены в том же порядке, что и буквы. Таким образом, содержание цинка в марке латуни не указывается и определяется по разности.

Например, Л68 означает латунь с массовой долей меди 68 %, которая не имеет других легирующих элементов, кроме цинка (Zn – 32 %). ЛАЖ 60-1-1 означает латунь с массовой долей меди 60 % и легированную алюминием (1 %) и железом (1 %), остальное – цинк (38 %).

Двухкомпонентная латунь («простая») состоит только из меди, цинка и, в незначительных количествах, примесей.

Для двухкомпонентной латуни особое значение имеет фазовый состав сплава. Предел растворимости цинка в меди при комнатной температуре равен 39 %. При повышении температуры он снижается и при 905 °C становится равным 32 %. По этой причине латуни с массовой долей цинка менее 39 %, имеют однофазную структуру (α-фаза) твердого раствора цинка в меди. Их называют α-латунями. Если в расплав ввести больше цинка, то он не сможет полностью раствориться в меди, и после затвердевания возникнет вторая фаза – β-фаза, которая очень хрупка и тверда. Поэтому двухфазные латуни имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные.

При увеличении массовой доли цинка до 30 % возрастают одновременно и прочность, и пластичность. Затем пластичность уменьшается, вначале за счет усложнения твердого раствора, затем происходит резкое ее понижение, так как в структуре сплава появляется хрупкая β-фаза. Прочность увеличивается до массовой доли цинка около 45 %, а затем уменьшается так же резко, как и пластичность.

Многокомпонентная латунь («специальная») – кроме меди и цинка содержит дополнительные легирующие элементы.

Количество марок многокомпонентных латуней больше, чем двухкомпонентных. Наименование специальной латуни отражает ее состав. Так, если она легирована железом и марганцем, то ее называют «Железомарганцевой», если алюминием – «Алюминиевой» и т.д.