Как делают латунь - материал, история, использование, размеры, состав, структура, этапы, продукт, промышленность

Латунь – это металл, состоящий в основном из меди и цинка. Медь является основным компонентом, а латунь обычно классифицируют как медный сплав. Цвет латуни варьируется от темно-красновато-коричневого до светло-серебристо-желтого в зависимости от количества присутствующего цинка; чем больше цинка, тем светлее цвет. Латунь прочнее и тверже меди, но не такая прочная и твердая, как сталь. Ему легко придавать различные формы, он хорошо проводит тепло и в целом устойчив к коррозии в соленой воде. Из-за этих свойств латунь используется для изготовления труб и трубок, уплотнителей и других архитектурных элементов отделки, винтов, радиаторов, музыкальных инструментов и гильз для огнестрельного оружия.

История

Древние мастера по металлу в районе, ныне известном как Сирия или восточная Турция, знали, как плавить медь с оловом, чтобы получить металл, называемый бронзой, еще в 3000 году. до нашей эры Иногда они также делали латунь, не зная об этом, потому что месторождения оловянной и цинковой руды иногда встречаются вместе, и эти два материала имеют схожие цвета и свойства.

Примерно к 20 до нашей эры 20 октября слесари по всему Средиземному морю смогли отличить цинковые руды от тех, которые содержат олово, и начали смешивать цинк с медью для изготовления латунных монет и других предметов. Большая часть цинка была получена путем нагревания минерала, известного как каламин, который содержит различные соединения цинка. Примерно с 300 г. н.э. промышленность по обработке латуни процветала на территории современной Германии и Нидерландов.

Хотя эти ранние металлурги могли распознать разницу между цинковой рудой и оловянной рудой, они все еще не понимали, что цинк — это металл. Только в 1746 году немецкий ученый по имени Андреас Сигизмунд Маргграф (1709-1782) идентифицировал цинк и определил его свойства. Процесс соединения металлической меди и цинка для получения латуни был запатентован в Англии в 1781 году.

Первые металлические гильзы для огнестрельного оружия были представлены в 1852 году. Хотя было опробовано несколько различных металлов, латунь оказалась наиболее успешной из-за ее способности расширяться и герметизировать казенную часть под давлением при первом выстреле патрона, а затем немедленно сжиматься, чтобы позволить пустому патрону гильза для извлечения из огнестрельного оружия. Это свойство привело к разработке скорострельного автоматического оружия.

сырье

Основным компонентом латуни является медь. Количество меди варьируется от 55% до 95% по весу в зависимости от типа латуни и ее предполагаемого использования. Латунь с высоким процентным содержанием меди изготавливают из электрорафинированной меди с чистотой не менее 99.3%, чтобы свести к минимуму количество других материалов. Латунь, содержащая более низкий процент меди, также может быть изготовлена из электрорафинированной меди, но чаще изготавливается из менее дорогого переработанного лома медных сплавов. При использовании переработанного лома необходимо знать процентное содержание меди и других материалов в ломе, чтобы производитель мог регулировать количество добавляемых материалов для достижения желаемого состава латуни.

Вторым компонентом латуни является цинк. Количество цинка варьируется от 5% до 40% по весу в зависимости от типа латуни.

Латуни с более высоким процентным содержанием цинка прочнее и тверже, но их сложнее формовать, и они обладают меньшей коррозионной стойкостью. Цинк, используемый для изготовления латуни, представляет собой коммерческий сорт, иногда известный как спелтер.

Некоторые латуни также содержат небольшой процент других материалов для улучшения определенных характеристик. Для улучшения обрабатываемости может быть добавлено до 3.8% по массе свинца. Добавление олова повышает коррозионную стойкость. Железо делает латунь более твердой и уменьшает внутреннюю зернистую структуру, так что металлу можно придать форму путем повторяющихся ударов в процессе, называемом ковкой. Мышьяк и сурьму иногда добавляют в латуни, содержащие более 20 % цинка, чтобы предотвратить коррозию. Другими материалами, которые можно использовать в очень малых количествах, являются марганец, кремний, и фосфор.

Дизайн

Традиционные названия различных видов латуни обычно отражали либо цвет материала, либо предполагаемое использование. Например, красная латунь содержала 15% цинка и имела красноватый цвет, а желтая латунь содержала 35% цинка и имела желтоватый цвет. Патронная латунь содержала 30% цинка и использовалась для изготовления патронов для огнестрельного оружия. Морские латуни содержали до 39.7% цинка и использовались в различных целях на кораблях.

К сожалению, среди традиционных названий латуни было разбросано несколько неправильных названий. Латунь с 10% цинка называлась товарной бронзой, хотя она не содержала олова и не была бронзой. Латунь с 40% цинка и 3.8% свинца называлась архитектурной бронзой, хотя на самом деле это была свинцовая латунь.

Из-за этих иногда сбивающих с толку названий латуни в Соединенных Штатах теперь обозначаются Единой системой нумерации металлов и сплавов. В этой системе используется буква — в данном случае буква «С» для обозначения меди, поскольку латунь — это медный сплав, за которой следуют пять цифр. Латуни, химический состав которых делает их пригодными для превращения в конечный продукт механическими методами, такими как прокатка или ковка, называются коваными латунями, и первая цифра их обозначения – от I до 7. Латуни, химический состав которых делает их пригодными для изготовления латуни, сформированные в конечное изделие путем заливки расплавленного металла в форму, называются литыми латунями, а первая цифра их обозначения — 8 или 9.

Производственный процесс

Производственный процесс, используемый для производства латуни, включает объединение соответствующего сырья в расплавленный металл, которому дают затвердеть. Затем форма и свойства затвердевшего металла изменяются с помощью серии тщательно контролируемых операций для получения желаемой латунной заготовки.

Латунная заготовка доступна в различных формах, включая пластины, листы, полосы, фольгу, стержни, прутки, проволоку и заготовки в зависимости от конечного применения. Например, латунные винты вырезаются из отрезков стержня. Зигзагообразные ребра, используемые в радиаторах некоторых автомобилей, согнуты из полосы. Трубы и трубки формируются путем экструзии или выдавливания прямоугольных заготовок из горячей латуни через фигурное отверстие, называемое матрицей, для формирования длинных полых цилиндров.

Различия между пластиной, листом, полосой и фольгой заключаются в общем размере и толщине материалов. Пластина представляет собой большой плоский прямоугольный кусок латуни толщиной более 0.2 дюйма (5 мм), подобный куску фанеры, используемому в строительстве. Лист обычно имеет такие же габаритные размеры, как и пластина, но тоньше. Лента изготавливается из листа, нарезанного на длинные узкие куски. Фольга похожа на полоску, только намного тоньше. Некоторая латунная фольга может быть толщиной до 0.0005 дюйма (0.013 мм).

Фактический производственный процесс зависит от желаемой формы и свойств латунной заготовки, а также от конкретного оборудования и методов, используемых на разных латунных заводах. Вот типичный производственный процесс, используемый для производства латунных листов и полос.

Таяние

1 Соответствующее количество лома подходящего медного сплава взвешивается и переносится в электрическую печь, где он плавится при температуре около 1,920°F (1,050°C). После корректировки количества цинка в сплаве лома соответствующее количество цинка добавляется после расплавления меди. Небольшое количество дополнительного цинка, около 50% от общего количества цинка, необходимого, может быть добавлено, чтобы компенсировать любой цинк, который испаряется во время плавки. Если для конкретной рецептуры латуни требуются какие-либо другие материалы, они также добавляются, если их не было в медном ломе.
2 Расплавленный металл заливают в формы размером примерно 8 дюймов x 18 дюймов x 10 футов (20 см x 46 см x 3 м) и дают затвердеть в виде плит, называемых лепешками. В некоторых операциях плавка и заливка выполняются полунепрерывно для получения очень длинных слябов.
3 Когда кексы достаточно остынут, чтобы их можно было перемещать, их выгружают из форм и перемещают в зону прокатки, где они хранятся.

Горячая прокатка

4 Лепешки помещаются в печь и повторно нагреваются до достижения желаемой температуры. Температура зависит от конечной формы и свойств латунной заготовки.
5 Нагретые лепешки затем подаются через ряд противоположных стальных роликов, которые постепенно уменьшают толщину латуни примерно до 0.5 дюйма (13 мм) или меньше. При этом ширина латуни увеличивается. Этот процесс иногда называют прокаткой с разрывом.
6 Латунь, которая теперь намного холоднее, проходит через фрезерный станок, называемый скальпером. Эта машина срезает тонкий слой с внешних поверхностей латуни, чтобы удалить любые оксиды, которые могли образоваться на поверхностях в результате воздействия воздуха на горячий металл.

Отжиг и холодная прокатка

7 Поскольку латунь подвергается горячей прокатке, с ней становится все труднее и труднее работать. Он также теряет свою пластичность или способность к дальнейшему растяжению. Прежде чем латунь можно будет прокатать дальше, ее необходимо сначала нагреть, чтобы уменьшить ее твердость и сделать ее более пластичной. Этот процесс называется отжигом. Температура и время отжига варьируются в зависимости от состава латуни и желаемых свойств. Более крупные куски горячекатаной латуни могут быть помещены в герметичную печь и отожжены вместе в партии. Небольшие куски можно поместить на металлический ленточный конвейер и непрерывно подавать через печь с воздухонепроницаемыми уплотнениями на каждом конце. В любом методе атмосфера внутри печи заполняется нейтральным газом, таким как азот, чтобы предотвратить реакцию латуни с кислородом и образование нежелательных оксидов на ее поверхности.
8 Отожженные куски латуни затем пропускают через другую серию роликов, чтобы еще больше уменьшить их толщину примерно до 0.1 дюйма (2.5 мм). Этот процесс называется холодной прокаткой, потому что температура латуни намного ниже, чем температура при горячей прокатке. Холодная прокатка деформирует внутреннюю структуру латуни, или зерна, и увеличивает ее прочность и твердость. Чем больше уменьшается толщина, тем прочнее и тверже становится материал. Станы холодной прокатки спроектированы так, чтобы свести к минимуму прогиб валков по ширине, чтобы производить латунные листы почти одинаковой толщины.
9 Шаги 7 и 8 можно повторять много раз для достижения желаемой толщины, прочности и степени твердости. На некоторых заводах куски латуни соединяют в один длинный непрерывный лист и пропускают через ряд печей отжига и прокатных станов, расположенных в виде вертикального змеевика.
10 На этом этапе широкие листы можно разрезать на более узкие секции для получения латунной полосы. Затем полоску можно погрузить в кислотную ванну и промыть, чтобы очистить.

Завершить прокатку

11 Листы могут подвергаться окончательной холодной прокатке для ужесточения допусков по толщине или для получения очень гладкой поверхности. Затем их нарезают по размеру, укладывают в стопки или сворачивают в рулоны в зависимости от их толщины и предполагаемого использования и отправляют на склад для распределения.
12 Полоса также может подвергаться окончательной чистовой прокатке перед ее нарезкой по длине, сматыванием в рулон и отправкой на склад.

Качество

Во время производства латунь подвергается постоянной оценке и контролю за материалами и процессами, используемыми для формирования определенного латунного сырья. Химический состав сырья проверяется и корректируется перед плавкой. Время и температура нагрева и охлаждения устанавливаются и контролируются. Толщина листа и полосы измеряется на каждом шаге. Наконец, образцы готового продукта проверяются на твердость, прочность, размеры и другие факторы, чтобы убедиться, что они соответствуют требуемым спецификациям.

Будущее

Латунь обладает сочетанием прочности, коррозионной стойкости и формуемости, что в обозримом будущем сделает ее полезным материалом для многих применений. Латунь также имеет преимущество перед другими материалами в том, что большинство изделий, изготовленных из латуни, перерабатываются или используются повторно, а не выбрасываются на свалку, что поможет обеспечить бесперебойную поставку в течение многих лет.

Где узнать больше

Книги

Брэди, Джордж С., Генри Р. Клаузер и Джон А. Ваккари. “Латунь.” В Справочник по материалам, 14-е изд. Нью-Йорк: МакГроу-Хилл, 1997.

Хомбостель, Калеб. “Латунь.” В Строительные материалы: типы, использование и применение. Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья, 1991.

Крошвиц, Жаклин И. и Мэри Хоу-Грант, ред. «Медные сплавы». В Энциклопедия химической технологии, 4-е изд. Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья, Inc., 1993.

Из чего сделана латунь? Разница между латунью и бронзой

И латунь, и бронза являются медными сплавами. Латунь — это сплав меди и цинка, а бронза — сплав меди и олова.

Латунь и бронза — это два медных сплава. Латунь — это сплав меди и цинка, а бронза — сплав меди и олова. Но не всегда легко отличить их друг от друга. Вот посмотрите, из чего сделаны латунь и бронза, и их свойства.

Латунь — это сплав меди и цинка, а бронза — сплав меди и олова. Но между их составами так много совпадений, что правильнее называть их просто медными сплавами!

Латунь часто имеет блестящий золотистый оттенок, но может иметь более серебристый или медный оттенок. (изображение: Jacopo188, CC 3.0)

Что такое латунь?

Латунь представляет собой сплав меди и цинка, часто с другими элементами, включая свинец, мышьяк, фосфор, кремний, марганец и алюминий. Это замещающий сплав. Это означает, что атомы цинка замещают атомы меди в кристаллической структуре.

Современная латунь состоит из 67% меди и 33% цинка. Однако существуют виды латуни с содержанием меди в диапазоне от 55% до 95% по весу и с содержанием цинка в диапазоне от 45% до 5%. Некоторые виды латуни содержат около 2% свинца. Свинец улучшает обрабатываемость латуни, но токсичный металл легко вымывается из сплава. Это происходит даже тогда, когда сплав содержит низкую концентрацию свинца.

Свойства латуни

Латунь проявляет несколько характерных свойств.

Цвет латуни зависит от ее состава. Латунь может быть золотистого, медного или серебристого цвета. Более высокий процент меди дает розовый оттенок, а более высокая концентрация цинка делает металл серебристым.
Металл имеет низкое трение.
Легко отливать в формы с помощью форм.
Латунь более пластична, чем бронза или цинк.
Латунь обладает желательными акустическими свойствами, что делает ее отличным выбором для музыкальных инструментов.
Сплав представляет собой мягкий металл, который имеет низкую вероятность искрообразования по отношению к другим металлам.
Латунь является хорошим проводником тепла.
Он имеет относительно низкую температуру плавления для металла.
Латунь устойчива к коррозии, в том числе гальванической коррозии в морской воде.
Латунь не ферромагнитна. Одним из последствий является то, что его легко отделить от магнитных металлов для переработки.

Использование латуни

Латунь имеет множество применений. Это включает:

Музыкальные инструменты
Дверные ручки
Молнии
Декоративные предметы
Радиаторы
Архитектурная отделка
Винты
Шарниры
Бижутерия
Трубы и трубки
Гильзы для патронов огнестрельного оружия

Как очистить латунь (а также бронзу и медь)

Конечно, в продаже имеется средство для полировки латуни, но его легко сделать самостоятельно, используя обычные бытовые ингредиенты. Полироль подходит и для бронзы, и для меди.

Рецепт # 1

Сок из половины лимона
1 чайная ложка пищевой соды (бикарбонат натрия)

Смешайте лимонный сок и пищевую соду, чтобы получилась густая паста. Нанесите пасту на обесцвеченный металл и оставьте на 30 минут. Промойте металл теплой водой и дайте ему высохнуть.

Рецепт # 2

Смешайте равные части муки и соли. Добавьте столько уксуса, чтобы получилась густая паста. Нанесите пасту на металл. Дайте чистящему средству вступить в реакцию с металлом до 30 минут. Смойте теплой водой и дайте высохнуть.

Рецепт # 3

1 столовая ложка соли
2 столовые ложки уксуса
1 пинтовая вода

Либо смочите металл в жидкости, либо протрите поверхность мягкой тканью. Этот рецепт работает лучше всего, если его подогреть перед использованием. После очистки промойте водой и дайте высохнуть.

Другие чистящие средства

Кислые ингредиенты (кетчуп, сальса, фруктовый сок или вустерширский соус) также действуют как чистящие средства для латуни. Гелевая зубная паста работает, но избегайте зернистой зубной пасты, потому что она может поцарапать металлическую поверхность.

Идентификация латуни

Общие названия различных типов латуни не всегда указывают на их состав, поэтому Единая система нумерации металлов и сплавов — лучший способ идентифицировать латунь. Название сплава начинается с буквы «С», что указывает на то, что это медный сплав. За буквой следуют пять цифр. Кованые латуни, подходящие для механической формовки, начинаются с цифр от 1 до 7. Литые латуни, полученные путем формования расплавленного металла, содержат цифры 8 или 9.

Что такое бронза?

Как и латунь, бронза представляет собой медный сплав. Разница в том, что он содержит олово вместо цинка. Другие элементы в бронзе включают мышьяк, свинец, алюминий, фосфор, кремний и марганец.