Термическая обработка цветных сплавов

Какие характеристики имеет металл и как его обрабатывают

Латунь
Латунь – это сплав, полученный на основе меди. Кроме меди, в его составе присутствует несколько других компонентов. По прочности он тверже материнского металла, но обладает такой же хорошей электрической проводимостью. Металл более стоек к процессам окисления, имеет декоративно привлекательный желто-золотистый оттенок.

В зависимости от долевой части того или иного присутствующего в сплаве вещества, латунь приобретает определенные свойства. Наиболее распространенные марки имеют многокомпонентную структуру, либо состоят из двух компонентов. В двухкомпонентной латуни вторым после меди металлом является цинк, которого может быть до 45%. Многокомпонентный сплав содержит еще никель, железо, марганец, свинец.

Химический состав и свойства латуней

Химический состав определяет температуру плавления латуни. Главную роль здесь играет цинк. Чем его меньше, тем выше температура перехода вещества в жидкое состояние. Для богатых цинком соединений это +880 градусов, для бедных – примерно +950 градусов. В расплавленном состоянии металлы приобретают текучесть. Латунь хорошо течет тогда, когда в ней меньше висмута и свинца. Марки, где этих компонентов много при расплавлении, обладают повышенной рыхлостью.

Латунь поддается всем основным видам обработки. Как и бронза, латунь является универсальным металлом. Первое и основное, что с ней можно сделать – это расплавить и придать определенную форму при помощи литья. Удобно, что температуры плавления легко можно достичь в домашних условиях. Кроме этого, детали из латуни поддаются сварке, их соединяют при помощи пайки. На механический способ обработки материала токарным оборудованием сплав латуни также хорошо отзывается.

Свойства латуни Л63

Такие свойства, как: предел текучести, твёрдость, предел прочности, пластичность у латуни Л63 выше, чем у меди. Сплав обладает хорошими литейными свойствами. Его можно использовать для изготовления отливок. Л63, как и медь, не обладает антифрикционными свойствами. Горячий отжиг позволяет увеличить устойчивость материала к износу. Сплав отлично поддаётся обработке давлением: глубокой вытяжке, прокатке, чеканке, изгибу без существенных последствий, волочению.

Сплав Л63 обрабатывается резанием хуже, чем ЛС59 – 1, но лучше, чем дюралюминий, медь и большинство сплавов бронз. Токарной обработке он поддаётся без проблем. Температура плавления Л63 оставляет 906 °С. Для проведения плавки латуни необходимо использовать специальную систему вытяжек и вентиляции. В процессе плавления выделяются вредные вещества, опасные для здоровья человека, а составляющие сплава способны воспламенятся на воздухе (к примеру, цинк). Сплав поддаётся газовой и электрической сварке, подвергается пайке твёрдыми и мягкими припоями.

Какие инструменты необходимы, чтобы расплавить латунь

Плавка стали в индукционных печах

Чтобы осуществить плавку латуни перед последующим литьем, нужно нагреть ее почти до +900 градусов по Цельсию. Для этого понадобится приобрести или изготовить специальную печь. Эффективней всего раскаляет печь индукционного типа.

Каркас самодельного горна можно собрать из огнеупорного кирпича со связкой из огнеупорной глины, и обязательно стянуть металлом, чтобы избежать разрушения конструкции при повышенной температуре внутри. Сверху организуют съемную крышку.

Внутренняя отделка печки — электрическая спираль, равномерно закрепленная по всему периметру стенок при помощи керамических трубок. Приспособление, куда непосредственно закладывают части металла, называется тиглем. Это специальная емкость, способная выдержать большие термические нагрузки. Поэтому она изготовлена не из металла. Заводские модели тиглей чаще выполнены из графита. Для домашних нужд можно сделать тигель из шамотного кирпича.

Для создания внутри печи нужного накала, мощность электрической спирали должна быть рассчитана минимум на 20 киловатт. Изготавливая спираль самостоятельно при выборе проволоки из нихрома нужно учитывать этот момент. Дополнительные инструменты, которые необходимо иметь для работы с расплавленной латунью:

• Щипцы, чтобы вынимать раскаленный тигель с металлом из горнила печи;
• Стальную ложку для удаления пленки и шлака из расплава;
• Ковш для литья, куда переливают жидкую латунь перед заливкой формы;
• Индивидуальные средства защиты органов зрения, дыхания и кожных покровов;
• Средства пожаротушения (огнетушитель).

Кроме всего перечисленного, помещение, в котором проводится плавление латунного состава, должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией – пары цинка очень вредны для организма.

Температурные режимы, технология плавки

Нужно понимать, что температура плавления латуни и температура литья отличаются. Чтобы металл хорошо тек и мог заполнять мельчайшие полости формы, недостаточно просто его расплавить. Особенно это касается свинцовых латуней, ведь свинец, как упоминалось раньше, ухудшает текучесть вещества. Поэтому таблицы для разных марок латуни предоставляют несколько температурных режимов обработки.

Термическая обработка латуней со свинцом

В технологической таблице для марок свинцово содержащих латуней приводятся как показатели температуры плавления металла, так и показатели температуры литья:

• ЛС59-1В – плавление: 900 градусов по Цельсию, литье: 1030-1080 градусов;
• ЛС59-1 – плавление: 885-895 (литье: 1030-1080);
• ЛС60-1 – плавление: 885-900 (литье: 1040-1080);
• ЛС63-3 – плавление: 885-905 (литье: 1060-1100);
• ЛС64-2 – плавление: 885-910 (литье: 1060-1100);
• ЛС74-3 – плавление: 965 (литье: 1120-1160).

Термическая обработка простых латуней

Для простых сплавов указывают только температуру плавления латуни:

• Л60 – 885-895 градусов по Цельсию;
• Л63 – 900-910;
• Л68 – 909-938;
• Л70 – 915-950;
• Л80 – 965-1000;
• Л85 – 990-1025;
• Л90 – 1025-1045;
• Л96 – 1055-1070.

Простые латуни – химический состав и применение

Этапы плавильных работ

Подготовка рабочего места является предварительным и важным этапом для эффективного проведения работ плавки латуни в домашних условиях. Поверхность стола, где будет установлена печь, устилают асбестовым листом. Последний выполняет роль теплового барьера. Тут же располагают все необходимые инструменты. На отдельном столе должны быть разложены формы под заливку.

Следующим этапом работ является подготовка металла. Его очищают от грязи, сильных окислов и обезжиривают. Все это уменьшает количество шлака в расплавленной массе. Далее идет процесс измельчения материала. Чем меньше будут фракции, тем быстрее латунь достигнет текучего состояния. Полученные частицы засыпают в тигель и опускают в индукционную печь.

Процесс плавления латуни

После включения нагревательного элемента печи должно пройти определенное время, прежде чем куски металла превратятся в тягучую массу, а затем — в расплавленную жидкость. Нельзя допускать перегрева вещества, иначе произойдет интенсивное испарение цинка, что ухудшит химические показатели после отвердения. Поэтому за процессом постоянно следят, периодически приподнимая крышку печи. Готовый расплав должен иметь яркий желтый цвет, отдающий оранжевым оттенком.

С поверхности расплава снимают окислительную пленку, удаляют шлак, стараясь не перемешивать массу. Щипцами аккуратно берут тигель и переливают жидкий сплав в заранее приготовленные формы. Чтобы избежать образования раковин в застывшей детали, которые возникают при резком падении температуры плавления латуни, и невозможности выхода наружу пузырьков воздуха, формы перед заливкой желательно прогреть при помощи технического фена.

Требования техники безопасности

• Расплавление латуни желательно проводить на открытом воздухе под навесом. Если рабочее место находится в помещении, организуют хорошую вентиляцию;
• В непосредственной близости от печи не должно быть легковоспламеняемых предметов, взрывопожароопасных жидкостей, баллонов с газом;
• В доступном месте возле рабочего стола необходимо иметь огнетушитель, большую емкость с водой;
• Работу проводят в спецодежде из хлопчатобумажной ткани, обувь должна быть из плотной кожи;
• Органы зрения защищают очками, органы дыхания – респиратором;
• На подходе к рабочему месту, столам с литейными формами не должно быть посторонних предметов, проводов, за которые можно зацепиться;
• Заливая расплавленный металл в форму, нужно стараться избегать брызг;
• В помещении должна быть аптечка с наличием всего необходимого для оказания первой медицинской помощи.

Антикоррозионные свойства латуни Л63

Латунь Л63 обладает хорошими антикоррозионными свойствами в пресной и морской воде, в сухом паре, спиртах, антифризах и фреонах, а также в воздушной среде. Сплав Л63 теряет в стойкости к коррозии после обработки резанием, или обработки на станках. Это связано с нарушениями кристаллической структуры состава сплава и остатком напряжения металла. Катализирующими процесс коррозионного растрескивания факторами являются: избыток влаги, высокая температура, наличие в атмосфере сернистых газов и аммиака. Чтобы предотвратить растрескивание все изделия из Л63 рекомендуется подвергать отжигу в низком температурном режиме.

Латунь Л63 чувствительна к коррозионному растрескиванию. Этот процесс могут спровоцировать такие факторы, как следы аммиака, наличие влаги и сернистого газа в воздухе. Это сезонное явление, зависящее от влажности. Его интенсивность в разные времена года неодинакова. Отжиг при низком температурном режиме позволяет предотвратить растрескивание изделий из латуни Л63.

Ограничения по коррозионной стойкости сплава наблюдаются при контакте с жирными и минеральными кислотами, окислительными растворами, хлоридами и сероводородом, в рудничных водах, а также при большом давлении во влажных и насыщенных парах. Наиболее склонна к коррозийному растрескиванию и окислительным процессам продукция из тонких листов: цистерны, баки, тонкостенные трубы. При грамотном использовании латунная тонкостенная продукция успешно применяется в различных областях промышленности.