Литейные латуни для отливок

Отливки из латуни

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 ( Δtкр 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

brass

Рис. 1: Диаграмма состояния Cu-Zn

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

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.

Статьи по теме

Об авторе

Avatar
Олег Виноградов / https://on-v.com.ua/

Технический директор ООО «Полимер-инжиниринг», Агентства Литье ++, г. Киев, Украина; т.: +38 (096) 574-17-11; e-mail: v@on-v.com.ua