Литейные латуни для отливок

Литейные латуни (cast copper-zinc alloys brass) представляют собой медно-цинковые сплавы для производства отливок (с содержанием цинка до 45%), известны с древнейших времен и являются самыми распространенными сплавами на основе меди, чему способствует сочетание высоких механических и технологических свойств, в частности:

• Незначительная склонность к газонасыщению: цинк, имея низкую температуру кипения и высокую упругость диссоциации паров, в процессе плавки испаряется и оказывает раскисляющее воздействие на латунь, что исключает образование газовой пористости и обеспечивает получение плотных отливок.
• Малая склонность к ливации, что обусловлено близким расположением линии ликвидус и солидус на диаграмме состояния Cu-Zn.
• Высокими механическиеми свойства, которыми обладают специальные латуни.
• Высокая жидкотекучесть и небольшая рассеянная усадочная пористость, что обусловлено малой величиной интервала кристаллизации ( Δt_кр не превышает 50-60°С).
• Поверхность латунных отливок после механической обработки (шлифовки и полировки) приобретает красивый благородный цвет и блеск, легко покрывается защитными и декоративными покрытиями.
• Ряд латуней обладает высокими антифрикционными свойствами.

Классификация

• По способу обработки латуни классифицируются на деформируемые (поддающиеся обработке давлением) и литейные латуни (с хорошими литейными свойствами).
• Латуни, состоящие только из меди и цинка, называют двойными или простыми латунями. Латуни, включающие в своем составе кроме меди и цинка другие легирующие элементы, называются многокомпонентными или специальными латунями.
• Латуни легируют: Al, Si, Mn, Ni, Sn, Pb, Fe. В зависимости от легирующих компонентов, многокомпонентные латуни классифицируют по названию легирующих компонентов, к примеру, свинцовая латунь, латунь марганцово-свинцово-кремнистая и т.д. (см. табл. 1).

Свойства латуней

Структура и свойства латуней определяются диаграммой состояния Cu-Zn (см. рис. 1), которая отображает не характерную для сплавов зависимость растворимости цинка в меди при изменении температуры расплава — с уменьшением температуры растворимость  Zn возрастает (32,5% при 902°С, пик 39% при 454°С, снижение до 36% при комнатной температуре). Литейные латуни производят с содержанием Zn до 45%, таким образом, при кристаллизации их микроструктура может быть однофазной (α-фаза) или 2-х фазной (α+β-фазы).

α-латуни пластичны, отличаются высокой технологичностью, легко поддаются горячей и холодной обработке давлением. Пластичная при высоких температурах β-фаза, по мере охлаждения и кристаллицации латуни, преобразуется в хрупкую при комнатной температуре β’-фазу, потому промышленные сплавы из β-латуни используют очень редко.

В 2-х компонентных латунях, с увеличением массовой доли Zn в сплаве, возрастают механические свойства: предел прочности при растяжении и относительное удлинение, достигая максимальных значений при 30-32% Zn, после чего показатели резко снижаются в связи с зарождением β-фазы.

Для повышения механических и технологических свойств латуней их легируют (1-2%, реже до 4%) Al, Si, Mn, Ni, Sn, Pb, Fe, при этом:

• Al — повышает жидкотекучесть, прочность и коррозионную стойкость;
• Mn — также повышает прочность и коррозионную стойкость, однако, снижает коррозионную стойкость;
• Fe — сильно измельчает структуру, тормозит рост зерна, в следствие чего значительно повышает механические свойства;
• Si — повышает прочность, при сохранении хорошей пластичности, существенно улучшает литейные свойства;
• Pb — улучшает антифрикционные свойства сплавов и их обрабатываемость.

Литейные латуни имеют ряд недостатков, в том числе:

• Большой угар цинка в процессе плавки латуней, что вызвано его высокой летучестью и требует ведения плавки под защитными флюсами.
• Высокая усадка в процеессе кристаллизации, требует использование крупных прибылей для ее компенсации.
• Латуни, содержащие более 20% Zn, склонны к сезонному растрескиванию, для предупреждения которого изделия подвергают низкотемпературному отжигу при температуре 250-300°С.
• Получение латуней прямым сплавлением меди и цинка затруднено, из-за большой разницы температуры плавления этих металлов, приходится использовать лигатуры.

Стандарты

Производство отливок из литейных латуней в Украине регламентируется ГОСТ 17711-93 «Сплавы медно-цинковые (латуни) литейные».

Маркировка

Литейные латуни маркируют буквой Л, за ней следуют начальные буквы легирующих элементов (в порядке убывания их массовой доли в составе сплава), которые сопровождаются цифрами, отображающими среднее содержание данного элемента в сплаве. К примеру, ЛЦ38Мц2С2 — означает марганцово-свинцовая латунь, содержащая в среднем 38% Zn, 2% Mn и 2% Pb.

Химический состав

Марки и химический состав медно-цинковых литейных сплавов (латуней) должены удовлетворять требованиям ГОСТ 17711-93, приведенным в табл. 1.

Таблица 1: Марки и химический состав медно-цинковых литейных сплавов для отливок

Наименование сплава	Марка	Массовая доля, %
		Основных компонентов
		Cu	Al	Fe	Mn	Si	Sn	Pb	Zn
Латунь свинцовая	ЛЦ40С	57,0 −61,0	—		—	—	—	0,8 −2,0	О с т а л ь н о е
Латунь свинцовая	ЛЦ40Сд	58,0 −61,0	—		—	—	—	0,8 −2,0
Латунь марганцовая	ЛЦ40Мц1,5	57,0 −60,0	—		1,0 −2,0	—	—	—
Латунь маргацово-железная	ЛЦ40МцЗЖ	53,0 −58,0	—	0,5 −1,5	3,0 −4,0	—	—	—
Латунь марганцово-алюминиевая	ЛЦ40МцЗА	55,0 −58,5	0,5 ―1,5		2,5 −3,5	—	—	—
Латунь марганцово-свинцовая	ЛЦ38Мц2С2	57,0 ―60,0	—	—	1,5 −2,5	—	—	1,5 −2,5
Латунь марганцово-свинцово-кремнистая	ЛЦ37Мц2С2К	57 −60	—		1,5 −2,5	0,5 −1,3	—	1,5 −3,0
Латунь алюминиевая	ЛЦ30А3	66,0 −68,0	2,0 −3,0		—	—	—	—
Латунь оловянно-свинцовая	ЛЦ25С2	70,0 −75,0	—		—	—	0,5 −1,5	1,0 −3,0
Латунь алюминиево- железо-марганцовая	ЛЦ23А6ЖЗМц2	64,0 −68,0	4,0 −7,0	2,0 −4,0	1,5 −3,0	—	—	—
Латунь кремнистая	ЛЦ16К4	78,0 −81,0	—		—	3,0 −4,5	—	—
Латунь кремнисто-свинцовая	ЛЦ14КЗСЗ	77 −81	—		—	2,5 ―4,5	—	2,0 −4,0

Таблица 1: продолжение

Наименование сплава	Марка	Массовая доля, %
		Примесей, не более
		Pb	Si	Sn	Sb	Mn	Fe	Al	P	Ni	Σ
Латунь свинцовая	ЛЦ40С	—	0,3	0,5	0,05	0,5	0,8	0,5	—	1,0	2,0
Латунь свинцовая	ЛЦ40Сд	—	0,2	0,3	0,05	0,2	0,5	0,2	—	1,0	1,5
Латунь марганцовая	ЛЦ40Мц1,5	0,7	0,1	0,5	0,1	—	1,5	—	0,03	1,0	2,0
Латунь маргацово-железная	ЛЦ40МцЗЖ	0,5	0,2	0,5	0,1	—	—	0,6	0,05	0,5	1,7
Латунь марганцово-алюминиеаая	ЛЦ40МцЗА	0,2	0,2	0,5	0,05	—	1,0	—	0,03	1,0	1,5
Латунь марганцово-свинцовая	ЛЦ38Мц2С2	—	0,4	0,5	0,1	—	0,8	0,8	0,05	1,0	2,2
Латунь марганцово-свинцово-кремнистая	ЛЦ37Мц2С2К	As 0,05	Bi 0,01	0,6	0,1	—	0,7	0,7	0,1	1,0	1,7
Латунь алюминиевая	ЛЦ30А3	0,7	0,3	0,7	0,1	0,5	0,8	—	0,05	0,3	2,6
Латунь оловянно-свинцовая	ЛЦ25С2	—	0,5	—	0,2	0,5	0,7	0,3	—	1,0	1,5
Латунь алюминиево- железо-марганцовая	ЛЦ23А6ЖЗМц2	0,7	0,3	0,7	0,1	—	—	—	—	1,0	1,8
Латунь кремнистая	ЛЦ16К4	0,5	—	0,3	0,1	0,8	0,6	0,04	0,1	0,2	2,5
Латунь кремнисто-свинцовая	ЛЦ14КЗСЗ	—	—	0,3	0,1	1,0	0,6	0,3	—	0,2	2,3

Примечание:

1. Массовая доля никеля в латунях допускается за счет меди и в сумму примесей не входит.
2. По требованию потребителя массовая доля свинца в латуни марки ЛЦ40Сд допускается 1,2—2,0%
3. В латуни марки ЛЦ16К4 по согласованию изготовителя с потребителем допускается массовая доля алюминия до 0,1% при изготовлении деталей, не требующих гидравлической плотности.
4. В латуни марки ЛЦ40МцЗЖ, применяемой для отливки гребных винтов, массовая доля меди должна быть 55—58%, алюминий — не более 0,8%, свинца — не более 0,3%.
5. Примеси, не указанные в табл. 1, учитываются в общей сумме примесей.
6. По согласованию изготовителя с потребителем в латуни марки ЛЦ38Мц2С2 массовая доля свинца допускается 1,2—2,0%.

Механические свойства и область применения

Механические свойства медно-цинковых литейных сплавов (латуней) должены удовлетворять требованиям ГОСТ 17711-93, приведенным в табл. 2.

Таблица 2: Механические свойства медно-цинковых литейных сплавов по ГОСТ 17711-93

Марка	Способ литья	Временное сопротивление разрыву σВ Н/мм2, (кгс/мм2)	Относительное удлинение δ, %	Твердость по Бринеллю, НВ	Примерное назначение литья
		не менее
ЛЦ40С	П К, Ц	215 (22) 215 (22)	12 20	70 80	Для литья арматуры, втулок и сепараторов шариковых и роликовых подшипников
ЛЦ40Сд	Д К	196 (20) 264 (27)	6 18	70 100	Для литья под давлением арматуры (втулки, тройники, переходники), сепараторов подшипников, работающих в среде воздуха или пресной воды
ЛЦ40Мц1,5	П К, Ц	372 (38) 392 (40)	20 20	100 110	Для изготовления деталей простой конфигурации, работающих при ударных нагрузках, а также деталей узлов трения, работающих в условиях спокойной нагрузки при температурах не выше 60°С
ЛЦ40МцЗЖ	П К Д	441 (45) 490 (50) 392 (40)	18 10	90 100	Для изготовления несложных по конфигурации деталей ответственного назначения и арматуры морского судостроения, работающих при температуре до 300°С; массивных деталей, гребных винтов и их лопастей для тропиков
ЛЦ40МцЗА	К, Ц	441 (45)	15	115	Для изготовления деталей несложной конфигурации
ЛЦ38Мц2С2	П К	245 (25) 343 (35)	15 10	80 85	Для изготовления конструкционных деталей и аппаратуры для судов; антифрикционных деталей несложной конфигурации (втулки, вкладыши, ползуны, арматура вагонных подшипников)
ЛЦ37Мц2С2К	К	343 (35)	2	110	Антифрикционные детали, арматура
ЛЦ30А3	П К	294 (30) 392 (40)	12 15	80 90	Для изготовления коррозионно−стойких деталей, применяемых в судостроении и машиностроении
ЛЦ25С2	П	146 (15)	8	60	Для изготовления штуцеров гидросистем автомобилей
ЛЦ23А6ЖЗМц2	П К, П	686 (70) 705 (72)	7 7	160 165	Для изготовления ответственных деталей, работающих при высоких удельных и знакопеременных нагрузках, при изгибе, а также антифрикционных деталей (нажимные винты, гайки нажимных винтов прокатных станов, венцы червячных колес, втулки и др. детали)
ЛЦ16К4	П К	294 (30) 343 (35)	15 15	100 110	Для изготовления сложных по конфигурации деталей приборов и арматуры, работающих при температуре до 250°С и подвергающихся гидровоздушным испытаниям; деталей, работающих в среде морской воды, при условии обеспечения протекторной защиты (шестерни, детали узлов трения и др.)
ЛЦ14КЗСЗ	К П	294 (30) 245 (25)	15 7	100 90	Для изготовления подшипников, втулок

Примечание: Условные обозначения способов литья:

• П — литье в песчаную литейную форму;
• К — кокильное литье;
• Д — литье под давлением;
• Ц — центробежное литье.

 

Производители латунного литья

• Украинские производители отливок из латуней

Литература

1. Механические и технологические свойства металлов. Справочник. Бобылев А.В. М., «Металлургия», 1980. 296 с.
2. Воздвиженский В.М. и др. Литейные сплавы и технология их плавки в машиностроении. — М.: Машиностроение, 1984. — 432 с., ил
3. Могилев В.К., Лев О.И. Справочник литейщика. М. Машиностроение, 1988. — 272 с.: ил.
4. Энциклопедия неорганических материалов. В двух томах. К.: Высшая школа, 1977.
5. ГОСТ 17711-93 «Сплавы медно-цинковые (латуни) литейные».
6. Колачев Б.Ф., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов Изд. 2-е, испр. и доп. М.: Металлургия, 1981. 416 с.