Нередко для повышения свойств металлов, а также для улучшения внешнего вида металлурги делают сплав из нескольких материалов. Полученный металл таким образом приобретает свойства и достоинства своих составляющих, что нередко делает такой сплав более востребованным, нежели использование металлов по отдельности. Латунь является примером такого сплава. Помимо прочего, он известен человечеству с древнейших времён.
Основные характеристики сплава
Официальное появление латуни как соединения меди и цинка стало возможным после открытия последнего в XVI веке. Сплавление металлического цинка с медью было впервые осуществлено в Великобритании Джеймсом Эмерсоном в 1781 году. Тем не менее в древности был довольно распространён сплав цинковой руды и меди, что явилось прообразом современного сплава. Современная латунь — это сплав меди с цинком в пропорции 70% на 30%.
В Древнем Риме была известна «златомедь», которую использовали для изготовления монет. После открытия Эмерсоном латунь стала объектом интереса для фальшивомонетчиков — материал имеет сходный с золотом цвет и некоторые свойства, что позволяло использовать его для разного рода подделок драгоценного металла.
Физические и химические свойства
Плотность медного сплава равна 8300—8800 килограмм на метр в кубе; разница в значениях обусловлена тем или иным соотношением металлов в сплаве, а также наличием либо отсутствием добавочных материалов.
К свойствам латуни следует отнести и низкую проводимость тока; значение удельного электрического сопротивления составляет около 0,08 * 10 в минус шестой степени Ом, а значение теплоёмкости (при комнатной температуре в 18−20 градусов) равняется 0,377 килоджоуль на килограмм.
Сплав начинает плавиться при значениях температуры в 890−940 градусов; при увеличении доли цинка в соединении температура плавления увеличивается. Этот медный сплав удобен для проведения сварочных работ (учитывая как дуговую, так и обычную газовую сварку).
Как правило, поверхность латуни после её получения покрывают специальным лаком, предотвращающим её окисление и потемнение. Однако устойчивость сплава перед окислением выше, чем отдельно у меди и у цинка. Также следует подробно перечислить и другие, как положительные, так и нейтральные свойства итогового материала, к которым относятся:
Коррозионная стойкость. Этот показатель у латуни выше, чем у меди, однако следует учитывать, что при повышении температуры будет ускоряться и процесс коррозии. Это особенно характерно для латунных изделий, имеющих тонкие стенки. Чтобы предотвратить этот процесс, необходимо обрабатывать изделие только при помощи низкотемпературного обжига.- Высокая ковкость и пластичность делают латунь более удобным материалом для обработки (в сравнении с медью), а её прочностные характеристики вполне соизмеримы и с оригинальными металлами.
- Понижение температуры не приводит к возникновению хрупкости сплава — латунь остаётся эластичной и устойчивой к пластичным деформациям. Эти качества делают сплав неплохим конструкционным, а также строительным материалом. Однако хрупкость может появиться при нагревании до 400−500 градусов, так как составляющие латуни вроде свинца или висмута начинают образовывать микрополости или прослойки в материале.
Помимо обычных пропорций (70% меди, 30% цинка) встречаются также и другие разновидности, называемые техническими. К примеру, отдельные составы, называемые двухфазными, почти наполовину состоят из цинка — около 48%, при этом сам цинк может быть как первичным, так и вторичным (добытым после переработки мусора).
Влияние добавочных элементов
Легирующие элементы (то есть те, которые входят в состав сплава, помимо основных металлов) способны значительным образом оказывать влияние на свойства и применение латуни. Чаще всего к сплаву добавляют следующие вещества и элементы:
Кремний. Его добавление снижает показатели твёрдости и прочности, а также делает итоговый материал более устойчивым к продолжительным износам в результате трения. Также медно-кремниевый состав легче сваривать с другими металлами или сплавами.- Марганец. Этот металл, напротив, делает латунь прочнее и устойчивее к коррозийным процессам. Нередко вместе с марганцем добавляют в состав олово, алюминий и железо.
Свинец. В последнее время популярность свинцовых добавок постепенно падает по причине ухудшения механических свойств латуни (в частности, прочности, истираемости, упругости и пластичности). Однако свинцовую латунь гораздо удобнее обрабатывать при помощи резания, точения, сверления и прочих видов обработки, поэтому такой вид латуни до сих пор чрезвычайно распространён.- Никель. Помимо сопротивлению к коррозии, такой сплав может использоваться в солёной воде и щелочных средах, что бывает крайне необходимо в некоторых случаях (к примеру, на химическом производстве).
Алюминий. Образовывает защитную плёнку (оксид алюминия), которая покрывает латунь, защищая её от окислительных процессов, а также снижая летучесть металлов, входящих в состав этого сплава.- Олово. Добавление этого лёгкого металла способствует увеличению прочностных и антикоррозийных свойств материала. По этой причине латунь с оловом часто применяют для оснащения кораблей, а также деталей, которые постоянно находятся в морской среде.
Все эти вещества могут содержаться в различных пропорциях; однако чаще всего количество добавочных элементов не превышает 10% от всей массы сплава. Исключения составляют разве что мультисплавы из нескольких металлов и неметаллов.
Области применения латуни
Древнейшее применение этого сплава очевидно в ювелирном деле. Этому способствует внешнее сходство латуни с золотом; в некоторых случаях латунью заменяли бронзу и другие металлы. Благодаря лёгкости в ковке латунь часто служит для изготовления различных корпусов и футляров, которые обрамляют драгоценные изделия.
С развитием химической промышленности и технологий латунный сплав научились получать не только при помощи обычной выплавки металлов. На сегодняшний день для того, чтобы получить сплав, а также его виды (типа Томпака или литейной латуни) используют отражательные печи, в которых плавильные процессы происходят в максимально сжатые сроки и без лишних затрат энергии.
Строительная сфера
Прочность отдельных сплавов, их простота получения сделала латунь незаменимым материалом для изготовления различных строительных материалов, а также сантехнических деталей, приборов, труб и частей водопровода. В качестве примера применения латуни в этой области можно привести следующие конструкторские детали:
Крепёжные изделия типа болтов, гаек, патрубок (в том числе толстостенных). Сюда же следует отнести и штампованные изделия для деталей машин, автомобилей и другой техники.- Специфические детали для различных единиц теплотехники, а также для аппаратуры и приборов, эксплуатирующихся в промышленных заводах. Такими деталями являются сильфоны, змеевики (для обеспечения максимального теплообмена между двумя средами), а также трубы конденсаторов.
- Сантехнические изделия типа крановых смесителей, ниппелей, муфт, тройников, запорных и регулирующих арматур, фитингов и прочих деталей. Плюсом латунных труб является их небольшой вес (в сравнении с медными трубами), что позволяет значительно облегчить вес всей водопроводной системы.
- Аксессуары для дома и квартиры. К ним относятся разные виды дверных ручек, дверных петель и застёжек, ограждения, перила и ножки для диванов, кресел и кроватей. Доступная цена на сплав давно сделала его желанным в интерьере любого жилого помещения, а прочность и устойчивость к влаге позволяют использовать латунь без опаски того, что деталь испортится от влаги.
Литейная латунь часто служит основой для изготовления радиаторов и современных отопительных батарей. Помимо этого, распространены латунные приборы и в различной технике (в том числе строительной); латунная проволока присутствует во многих электротехнических приспособлениях. Также нужно упомянуть о том, что этот сплав используется при реставрации церквей и храмов.
Часовая промышленность
Особую популярность латунь приобрела в приборостроении и в часовой промышленности. Благодаря податливости материала, а также его дешевизны, латунные часы на сегодняшний день являются одними из самых распространённых среди всех часовых изделий.
Объясняется это просто: презентабельный внешний вид корпуса, а также надёжность часового механизма из устойчивого сплава, который не ржавеет и не подвергается коррозии, даже если часы долгое время находятся во влажной среде — всё это, вместе с приемлемой ценой, делают такой товар востребованным среди людей.
Впрочем, всякий товар имеет и свои недостатки; у латунных часов — в частности, наручных — таковые тоже имеются. К ним относится высокая вероятность подделки или некачественного изделия. Хитрость и погоня за прибылью нередко мотивируют отдельных производителей «халтурить» в производстве часов, делая их без защитного покрытия либо из некачественных материалов. Это может приводить как к потере привлекательного внешнего вида часов, так и к некоторым кожным заболеваниям (к примеру, если в составе покрытия содержится никель).
Декоративные направления
Самый широкий спектр использования латуни связан именно с производством декоративных и дизайнерских изделий, которые во многих случаях могут полноценно заменить золото при гораздо меньших затратах. Для того чтобы вкратце описать, где используется латунь в качестве украшений и отделочных материалов, необходимо рассмотреть несколько видов ювелирных латунных сплавов:
- Зелёная латунь. Включает в себя 40% цинка и 60% меди.
- В стиле золота («золотистый томпак»). В его состав входит 25% цинка и 75% меди.
- Стандартная жёлтая латунь, содержащая 33% цинка и 67% латуни.
Эти сплавы называют двухкомпонентными, а сфера их применения включает в себя как ювелирные украшения, так и бытовые приборы для дома. К примеру, золотистый сплав прекрасно смотрится на кухне в виде латунных ручек, кранов, в качестве столовых приборов, а также в ванной комнате.
Зелёная латунь (особенно в комбинации с белым мрамором) является одной из последних находок дизайнеров; гостиная комната в сочетании этих цветов приобретает натуральность и чистоту. Помимо прочего, латунь, несмотря на её сходство с золотом, прекрасно может не только заменять, но и дополнять жёлтый металл.
Латунные изделия могут иметь и чёрный цвет, который своей необычностью на фоне светлых тонов привлекает всеобщее внимание. А зеркала, обрамлённые в замысловатый узор, вылитый из латунного сплава, заставят человека любоваться не столько собой, сколько зеркалом.
Материал можно выбирать и из сугубо практичных соображений: каркас мебели, к примеру, должен быть довольно крепок и устойчив, поэтому стулья, выполненные на основе латуни, прослужат очень долго.
Похожие сплавы и материалы
Разумеется, все медные сплавы в том или ином виде имеют похожие свойства как в плане внешнего вида, так и в отношении состава. «Близнецом» латуни является бронза — сочетание меди и олова в пропорции 80% меди на 20% олова. Этот сплав является старейшим из всех известных человечеству, а его сферы применения включают как ювелирную промышленность, так и другие отрасли.
Менее известны (но не менее привлекательны) сплавы с оловом и цинком, а также с оловом и золотом; их называют французским и абиссинским золотом. Также встречается северное золото, с добавлением в сплав алюминия.
Добавление значительной доли никеля к меди (от 6% до 30%) делает материал похожим на серебро; этот сплав получил наименование мельхиорового. Если же к никелю прибавить пару процентов марганца, то получится константан — сплав, который не особо подходит для декорирования, однако давно используется в качестве материала для высокоточных измерительных приборов.
Наконец, сочетание в равных пропорциях никеля и цинка даёт на выходе сплав нейзильбер, который также похож на серебро, но дешевле. Стоит упомянуть и материал, в котором доля никеля является большей, чем доля меди (никеля — до 66%, меди — до 34%). Речь идёт о монель-металле, который может применяться как в различных строительных отраслях, так и для производства музыкальных инструментов.
