Общая характеристика и отличительные особенности литейных латуней (ЛЦ404С17, ЛЦ40МцЗЖ ЛЦ30АЗ), сфера их практического применения, оценка преимуществ и недостатков. Свойства распространенных латунных сплавов. Температура критических точек материала.
Аннотация к работе
Деформируемые латуни маркируются буквой Л, за которой следует число, показывающее содержание меди в процентах, например в латуни Л62 содержится 62% меди и 38% цинка. Если кроме меди и цинка, имеются другие элементы, то ставятся их начальные буквы (О - олово, С - свинец, Ж - железо, Ф - фосфор, Мц - марганец, А - алюминий, Ц - цинк). Если латунь легирована наряду с цинком другими элементами, то после буквы Л ставят условное обозначение этих элементов: С - свинец; О - олово; Ж - железо; А - алюминий; К - кремний, Мц - марганец; Н - никель. Как уже указывалось, основной легирующий элемент в латуни - цинк; при его содержании до 39% сплавы являются однофазными твердыми растворами цинка в меди (рис. 10.3, в области твердого раствора с увеличением содержания цинка происходит одновременный рост прочности и пластичности сплава, в двухфазной области пластичность уменьшается с повышением концентрации цинка, а прочность сохраняет рост ориентировочно до 43% Zn; в области?" - фазы изза ее хрупкости наблюдается резкое снижение прочности латуни по мере увеличения доли цинка.
Введение
Литейные латуни (ЛЦ404С17, ЛЦ40МЦЗЖ ЛЦ30АЗ и др.) имеют сложный химический состав. Кроме цинка, в их состав входят Al, Fe, Mn и другие элементы. Латуни имеют более высокие литейные свойства, чем бронзы, поэтому из них легче получить плотные, герметичные отливки.
Латунь, предназначенная для изготовления полуфабрикатов и фасонных деталей методом литья. Литейные латуни содержат 50-81% Си. В качестве легирующих элементов применяются алюминий, марганец, железо, кремний, олово и свинец. Литейные латуни отличаются высокими литейными свойствами и коррозионной стойкостью. Большинство из них имеют хорошие антифрикц.
1. Свойство латунных сплавов
Латунь - это двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим элементом является цинк. Латуни могут иметь в своем составе до 45% цинка. Повышение содержания цинка до 45% приводит к увеличению предела прочности до 450 МПА. Максимальная пластичность имеет место при содержании цинка около 37%.
Бронза сплав. Бронза состав. Бронза оловянная. Алюминиевая бронза. Бериллиевая бронза. При сплавлении меди с цинком образуется ряд твердых растворов ?, ?, ?, ?. (3)
По способу изготовления изделий различают латуни деформируемые и литейные.
Деформируемые латуни маркируются буквой Л, за которой следует число, показывающее содержание меди в процентах, например в латуни Л62 содержится 62% меди и 38% цинка. Если кроме меди и цинка, имеются другие элементы, то ставятся их начальные буквы (О - олово, С - свинец, Ж - железо, Ф - фосфор, Мц - марганец, А - алюминий, Ц - цинк). Количество этих элементов обозначается соответствующими цифрами после числа, показывающего содержание меди, например, сплав ЛАЖ60-1-1 содержит 60% меди, 1% алюминия, 1% железа и 38% цинка.
Однофазные ?-латуни используются для изготовления деталей деформированием в холодном состоянии. Изготавливают ленты, гильзы патронов, радиаторные трубки, проволоку.
Для изготовления деталей деформированием при температуре выше 500ОС используют (? ?) - латуни. Из двухфазных латуней изготавливают листы, прутки и другие заготовки, из которых последующей механической обработкой изготавливают детали. Обрабатываемость резанием улучшается присадкой в состав латуни свинца, например, латунь марки ЛС59-1, которую называют «автоматной латунью».
Латуни имеют хорошую коррозионную стойкость, которую можно повысить дополнительно присадкой олова. Латунь ЛО70-1 стойка против коррозии в морской воде и называется «морской латунью».
Добавка никеля и железа повышает механическую прочность до 550 МПА.
Деформируемые латуни обозначают (по ГОСТ 15527-70) буквой Л и цифрой, указывающей массовое содержание меди, в сплаве в процентах (например, Л96, Л63). Если латунь легирована наряду с цинком другими элементами, то после буквы Л ставят условное обозначение этих элементов: С - свинец; О - олово; Ж - железо; А - алюминий; К - кремний, Мц - марганец; Н - никель. Числа после букв показывают массовое содержание меди и последующих (согласно буквам) легирующих элементов, кроме цинка (например, ЛАН59-3-2 содержит -59% Си, 3% А1,2% Ni, Zn - остальное).
Маркировка литейных латуней (по ГОСТ 17711-93) начинается также с буквы Л. После буквенного обозначения основного легирующего элемента (цинк) и каждого последующего (как в сталях) ставится цифра, указывающая его усредненное содержание в сплаве. Например, латунь ЛЦ23А6ЖЗМЦ2 содержит 23% Zn, 6% А1,3% Fe и 2% Mn.
Как уже указывалось, основной легирующий элемент в латуни - цинк; при его содержании до 39% сплавы являются однофазными твердыми растворами цинка в меди (рис. 10.3, а). Количество цинка свыше 39% приводит к выделению из твердого раствора электронного соединения CUZN с неупорядоченной пластичной (? - фаза) или упорядоченной структурой. В технике применяют латуни, содержащие до 45-50% цинка, поскольку при дальнейшем увеличении цинка в сплаве прочность латуни уменьшается, а хрупкость увеличивается. Как видно из рис. 10.3, в области твердого раствора с увеличением содержания цинка происходит одновременный рост прочности и пластичности сплава, в двухфазной области пластичность уменьшается с повышением концентрации цинка, а прочность сохраняет рост ориентировочно до 43% Zn; в области?" - фазы изза ее хрупкости наблюдается резкое снижение прочности латуни по мере увеличения доли цинка. (5)
По сравнению с медью латуни обладают большей прочностью, твердостью, коррозионной стойкостью и жидкотекучестью. Однофазные латуни хорошо воспринимают холодную и горячую пластическую деформацию. Двухфазные латуни подвергаются горячей пластической деформации в температурном интервале или областей, поскольку эти сплавы при температурах холодной деформации обладают малой пластичностью.
В сложных (специальных) латунях общее содержание дополнительных легирующих компонентов обычно не превышает 9%. Многие из них (Al, Mn, Fe, Si и др.), подобно цинку (но с более значительным эффектом) повышают прочность и твердость латуни, однако при этом уменьшают ее пластичность. Специальные латуни часто бывают двухфазными, поскольку дополнительные легирующие элементы (за исключением никеля), снижая растворимость цинка в меди, создают условия для выделения фазы из твердого раствора. Добавка свинца приводит к улучшению антифрикционных свойств и обрабатываемости резанием. Al, Mn, Sn, Ni повышают коррозионную стойкость латуней. Нагартованные латуни с содержанием Zn более 20% необходимо отжигать при 250-300°С во избежание коррозионного растрескивания в присутствии влаги, кислорода и аммиака. Латуни подразделяют на деформируемые и литейные в зависимости от технологии получения полуфабрикатов и изделий.
2. Сталь ЛЦ404С17
Таблица №1. Химический состав
Fe Si Mn Ni Al Cu Pb Zn Sb Sn Примесей до 0.8 до 0.3 до 0.5 до 1 до 0.5 57-61 0.8-2 35-42.2 до 0.05 0.5 Всего 2. Температура критических точек материала латунь сплав химический
Ac1 = 885°C
1. Твердость ЛЦ404С17 после отжига
HB 10 -1 = 70 - 80 Мпа
4. Структура
Латунь представляет собой медно-цинковый сплав. Она бывает двойной и многокомпонентной. От процентного содержания цинка зависит цвет латуни. На основании этого различают красную латунь, т.е. томпак, которая содержит от 5 до 20% цинка, и полутомпак, то есть желтую латунь, содержащую в своем составе до 36% цинка. Иногда в латуни содержание цинка достигает более 45%. Чем больше содержания цинка в сплаве, тем дешевле его стоимость, а технологические, механические и антифрикционные свойства сплава повышаются. Латунь отличается меньшей тепло и электропроводностью по сравнению с медью, а антикоррозийные качества латуни находятся где-то посередине между характеристиками исходных компонентов сплава. У сплавов, содержащих более 20% цинка, существует недостаток - склонность к растрескиванию при условиях хранения с повышенной влажностью. Присутствие аммиака и сернистых газов усиливает этот эффект. Для устранения этого недостатка применяется низкотемпературный отжиг после технологической деформации. Упрочнение латуней производят при помощи деформационного наклепа. Исключением является сплав ЛАНКМЦ 75-2-2,5-0,5-0,5, для упрочнения которого применяют закалку и старение.
Фазовый состав сплава является важной особенностью простых латуней. Если в сплаве содержится до 39% цинка, то он представляет собой однофазный твердый раствор (а-фаза), а при содержании цинка более 39% образуется вторая фаза (b-фаза). Этот сплав отличается твердостью и хрупкостью, отсюда следует, что двухфазные сплавы по сравнению с однофазными более прочные, но менее пластичные.
Многокомпонентными латунями называют сплавы, дополнительно легированные другими элементами помимо цинка. Они имеют названия по легирующим добавкам: свинцовая, алюминиевая и т.д.
Маркировки у простых и многокомпонентных латуней различаются. Маркировка простых латуней содержит букву Л и цифру, которая говорит о процентном содержании меди.
Маркировка многокомпонентной латуни тоже начинается с буквы Л, затем идут начальные буквы названий легирующих элементов, указание содержания меди в процентном соотношении и через тире уже процентное содержание легирующих компонентов.
Латуни используются для изготовления мелких деталей, так как эти сплавы хорошо формуются и обрабатываются, а также обладают текучестью и поддаются пластическим деформациям.
Латуни легко сваривать и паять. Исключение составляют свинцовые латуни.
Медно - цинковые сплавы могут обрабатываться двумя способами и в зависимости от технологической обработки делятся на литейные и деформируемые. Литейные латуни предназначаются для производства фасонных отливок, а деформируемые - для изготовления прутков, проволоки, лент, труб, листов и полос.
Благодаря наличию в сплавах дополнительных легирующих элементов латунь приобретает специфические свойства. Для повышения коррозионной устойчивости в сплав добавляются никель, олово, и алюминий. А марганец повышает жаростойкость латуни. С помощью кремния улучшаются антикоррозионные свойства, прочность и антифрикционные качества. Для улучшения обрабатываемости латуни на автоматических станках добавляют свинец. Чтобы в агрессивных пресных водах из латуни не вымывался цинк, добавляют мышьяк.
В зависимости от состояния материала латунный прокат подразделяют на мягкий, полутвердый, твердый и особо твердый. От того, какой марки сплав и от назначения проката зависит состояние материала. Латунный прокат выпускают в виде труб, проволоки, лент, полос и листов. (1)
Общая мировая потребность в цинке для изготовления латуни составляет в настоящее время около 2,1 млн т. При этом в производстве используется 1 млн т первичного цинка, 600 тыс. Т цинка, полученного из отходов собственного производства, и 5 млн т вторичного сырья. Таким образом, более 50% цинка, используемого в производстве латуни, получают из отходов. Технические латуни содержат обычно до 48-50% цинка. В зависимости от содержания цинка различают альфа-латуни и альфа бета-латуни. Однофазные альфа-латуни (до 35% цинка) хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях. В свою очередь двухфазные альфа бета-латуни (до 47 - 50% цинка) малопластичны в холодном состоянии. Их обычно подвергают горячей обработке давлением при температурах, соответствующих области альфа- или альфа бета-фаз. По сравнению с альфа-латунью двухфазные латуни обладают большей прочностью и износостойкостью при меньшей пластичности. Двойные латуни нередко легируют алюминием, железом, магнием, свинцом или другими элементами. Такие латуни называют специальными или многокомпонентными. Легирующие элементы (кроме свинца) увеличивают прочность (твердость), но уменьшают пластичность латуни. Содержание в латуни свинца (до 4%) облегчает обработку резанием и улучшает антифрикционные свойства. Алюминий, цинк, кремний и никель увеличивают коррозионную стойкость латуни. Добавление в латунь железа, никеля и магния повышает ее прочность.
5. Производство латуни
Оснастить прокатные и прессово-волочильные цеха печами светлого отжига латуни, например типа эбнер. Это оборудование позволит устранить операции травления в кислотных растворах, нейтрализовать сброс кислых сточных вод в водоемы, а также улучшить качество поверхности проката. Модернизировать станы холодной прокатки латуни путем оснащения их гидравлическими системами установки валков и современными автоматизированными системами регулировки толщины и поперечного профиля прокатываемых лент. Внедрение в производство латунных лент с высокой точностью по толщине обеспечит более стабильную работу линий по производству трубок для радиаторов с меньшим
Типичные механические свойства и назначение некоторых специальных латуней. Латуньсигма в, мпа дельта, % сигма в, мпадельта, % назначение.
Организовать производство латунных прутков с полированной поверхностью и снятыми фасками, позволяющее достичь высокой точности размеров, что будет способствовать более стабильной работе поточных линий обработки резанием прутков.
Свойства после обжига при 600 гр. С свойства после наклепа еформируемые латуни литейные латуни (степень деформации 50%) лаж60-1-145045 750 8 трубы, прутки лжмц59-1-1 45050 70010 полосы, прутки, трубы, проволока лс59-140045 65016 листы, лента, прутки, трубы, проволока цинковое литье под давлением. Литье в землю литье в кокиль лк80-зл 25010 30015 арматура, детали приборов лажмц66-3-2 600 7 650 7 тяжело нагруженный крепеж, червячные винты лкс80-3-3250 7 30015 подшипники, втулки, вкладыши лмцж52-4-1- - 50015 арматура, ответственные детали, подшипники сплавы для получения листов (типографские сплавы); Сплавы на основе цинка включают в себя: сплавы для литья под давлением; сплавы для обычного литья; Наиболее многочисленная и важная группа цинковых сплавов - это сплавы для литья под давлением. Антифрикционные сплавы. Использование цинка в промышленности. Продукция применение срок службы. За последние 5 лет ежегодный мировой прирост потребления продукции цинкового литья под давлением составил 5,6%, что превысило показатель предыдущих 20 лет более чем в 5 раз. (7)
Детали автомобилей и т.П. 10 литье приборы, инструменты, под давлением товары нп, игрушки 10-15 оцинкованные автомобилестроение, покрытия строительство10-50 оцинкованная дорожное и промышленное продукция строительство, лэп 25 цинковые соединения шины 1-5 (годы) цинковый кровельный материал с 100 прокат дополнительным покрытием 200 латунь строительные материалы. По сравнению с другими материалами цинковые сплавы обладают следующими преимуществами: внутри российский рынок не является исключением и имеет хорошие перспективы развития, что связано, прежде всего, с расширением областей применения и номенклатуры изделий, полученных методом цинкового литья под давлением, использованием литейных машин с горячей камерой прессования и применением перспективных литейных цинковых сплавов с высоким содержанием алюминия (8-27%), вовлечением в промышленный оборот амортизационного лома цинковых изделий и внедрением вторичных цинковых сплавов. Возможностью получения широкого диапазона механических свойств; низкой стоимостью отливок;
К общим достоинствам цинковых сплавов можно отнести снижение энергетических затрат при плавлении на 25-50% по сравнению с al-сплавами и на 40-75% по сравнению с бронзовыми сплавами. Кроме того, низкая температура разливки обеспечивает относительно небольшие термические удары при заполнении форм металлом и незначительное газообразование. Это позволяет снизить стоимость пресс-форм на 50-90%. Сплавы из цинка легко поддаются механообработке, а отливки из них обладают настолько хорошей поверхностью, что часто не нуждаются в механической обработке. Другое преимущество цинковых сплавов - высокая коррозионная стойкость, позволяющая использовать детали без дополнительного покрытия. В то же время после нанесения декоративных покрытий (оксидирование, хромирование, плакировка и окраска) коррозионная стойкость цинковых сплавов становится еще выше. При этом они обладают высокой тепло- и электропроводностью и хорошо сочетаются с другими материалами. Высокой жидкотекучестью и низкой пористостью, что особенно важно для получения тонкостенных отливок.
В автомобилестроении основными изделиями, изготавливаемыми из цинковых сплавов, являются дверные ручки, корпуса стеклоочистителей и зеркал, детали отделки салона и кузова, кронштейны, детали масляного насоса, замки ремней безопасности и др.
Цинковые сплавы традиционно играют важную роль в производстве декоративных элементов для архитектуры и интерьера. Однако в последние годы они стали все чаще использоваться и для изготовления различных конструкционных элементов.
Таким образом, цинковые сплавы лпд, обладая уникальным сочетанием эксплуатационных и технологических свойств (особенно zamak-8, 12, 27), занимают промежуточное положение между al-сплавами и чугунами. При этом усовершенствование технологии получения высококачественных отливок дает право говорить о повышении конкурентоспособности цинковых сплавов по отношению к другим конструкционным материалам. (3)
Существуют два пути увеличения эффективности литья под давлением. Это, во-первых, конструирование отливок, позволяющих уменьшить массу детали и ее стоимость, во-вторых, замена деталей из стали, меди и других материалов на отливки, полученные методом лпд цинковых сплавов. Наибольшее распространение в промышленности на западе получили сплавы zamak-3 и zamak - Примером успешного использования zamak-3 может служить корпус клапана в воздушных тормозных системах грузовиков. Ранее эта деталь изготавливалась из al-сплава. Переход на цлпд позволил получить прецизионную деталь, минимизировав механическую обработку. Сплав zamak-12 впервые применили в сша вместо al-сплавов для изготовления деталей масляных фильтров и рычага переключения передач. Этот сплав, характеризуемый высокой прочностью, способностью к смазыванию, возможностью получения точных заготовок, превосходит бронзу по несущей способности, износостойкости и другим характеристикам трения.
Что касается заводов вторичной цветной металлургии, то они не в состоянии удовлетворить потребность машиностроительных отраслей в сплаве цам4-1о изза отсутствия в россии в необходимом объеме первичного цинка повышенной чистоты - цв, цво. В принципе, обеспечить промышленный выпуск высокосортного цинка в россии возможно. Для этого необходимо, во-первых, завершить реконструкцию электролизного производства на челябинском электролитном цинковом заводе, а во-вторых, внедрить в производство механизированные и автоматизированные комплексы для очистки цинковых растворов.
Потребность автозаводов (ваз, газ, азлк и др.) В цинковом сплаве цам4-1о полностью не удовлетворяется, поэтому приходится использовать цинковый сплав цам4-1, который в процессе гальванической обработки не обеспечивает стабильности нанесения блестящего трехслойного антикоррозионного и декоративного покрытия медь-никель-хром изза более высокого содержания примесей (свинца, олова). Некоторые заводы, например газ, вынуждены сами производить сплав цам4-1о, закупая по импорту необходимые материалы.
Расширение использования цинковых сплавов с высоким содержанием алюминия - цам8-1, цам8-1о, цамзо-5 - взамен сплавов цам4-1, цам4-1о, цам10-5, цам9-1, что позволит улучшить эксплуатационные характеристики автомобильных деталей (прежде всего, речь идет о твердости, прочности и износостойкости. (4)
Более широкое внедрение вторичного цинкового сплава цам5-1в для литья под давлением промышленных изделий неответственного назначения и товаров народного потребления. В результате удастся ввести в материальный оборот ранее неиспользуемый амортизационный лом цинковых деталей и изделий. Все это в сочетании с такими достоинствами цинкового литья под давлением, как низкая стоимость изделий, широкий интервал механических свойств, малоотходность и энергоемкость технологий, легкость нанесения покрытий, хорошая коррозионная стойкость, высокая электро- и теплопроводность, износостойкость позволит расширить области применения цинкового литья под давлением.
Увеличение выпуска тонкостенного цинкового питья с одновременным повышением его эксплуатационных характеристик. При этом особенно важно активно использовать такие преимущества цинковых сплавов, как более высокая производительность литья, износостойкость, прочность, твердость, легкость утилизации отходов.
6. Химическая промышленность
Пока же можно лишь с сожалением констатировать, что в отечественном автомобилестроении не проводится сколько-нибудь серьезная работа по переходу на тонкостенное литье и расширение номенклатуры изделий. Главная причина - физический износ (до 80%) машин для литья под давлением.
Расширится производство антикоррозионных покрытий, основанных на использовании цинковых порошков в грунтах и красках. Антикоррозионные покрытия металлических изделий и конструкций цинкнаполненными грунтами и красками применяются в автомобильной, судостроительной, нефтяной, строительной и других отраслях промышленности. Преимуществом цинкнаполненных грунтов и красок перед другими средствами защиты от коррозии являются простота нанесения их на изделия любых габаритов, а также лучшие защитные свойства. (2)
Оксид цинка используют для производства шин, резинотехнической продукции, красящих пигментов, керамической глазури, копировальной бумаги. За 20 лет рост потребления цинка в этих отраслях составил 0,4% в год, а начиная с 1995 года - 4,5%. Ожидается, что ближайшие год-два спрос на цинк в лакокрасочной промышленности сохранится на современном уровне. Некоторое увеличение потребления в этом секторе будет связано в основном с развитием строительного комплекса и соответствующим увеличением (на 20-25%) спроса на строительные материалы и конструкции с защитными покрытиями.
И наконец, оцинкованная продукция имеет высокую степень переработки, долгий срок службы (иногда более 100 лет), не требуя ремонта и / или замены. Поэтому наши потомки будут пополнять свои запасы цинка, перерабатывая изделия, произведенные сегодня.
Список литературы
1. Далис, Е.Дж. Быстрорежущие стали, полученные методами порошковой металлургии // Порошковая металлургия материалов специального назначения/М., 1977.-С. 300.
2. Петров, А.К. Структурные особенности и свойства быстрорежущих сталей, полученных методом порошковой металлургии/А.К. Петров, Г.И. Парабина, А.Н. Осадчий // Сталь. - 1981.- №6.-С. 40…44.
3. Горюшина, М.Н Термическая обработка и свойства быстрорежущей стали 10Р6М5-МП, полученной распылением и горячим экструдированием/М.Н. Горюшина, Н.Н. Гавриков // МИТОМ. - 1980. - №9.-С. 54-56.
4. Абрамов, О.В. Влияние остаточного кислорода и окисных неметаллических включений на механические свойства быстрорежущей стали 10Р6М5-МП/О.В. Абрамов О.В., В.Л. Гиршов // МИТОМ. - 1986.- №8.-С. 35 - 37.
5. Осадчий, А.Н. Производство порошковой быстрорежущей стали на заводе «Днепроспецсталь»/А.Н. Осадчий, С.В. Ревякин С.В., Г.В. Кийко // Сталь. - 1981. - №11.-С. 273-274.