Отжиг, закалка и термическая обработка латуни

Как паять вольфрам: особенности

Схема аргонодуговой сварки вольфрама.

Вольфрамовые изделия имеют высокую прочность, что дает возможность применять их в определенных отраслях:

• ракетостроении;
• электроламповой отрасли;
• радиотехнике.

Вольфрам может иметь чистый вид или входить в состав сплава. Этот цветной металл очень хрупок и отличается тугоплавкостью, поэтому его обработка вызывает много сложностей. В связи с этим пайка вольфрама требует своеобразного подхода.

Операция пайки делается при температуре, которая меньше температуры рекристаллизации материала. Обычно она равна 1450 градусам. Если температура намного выше, то начинает уменьшаться прочность металла. Намного легче паять вольфрамовые изделия с деталями из этого же материала. Пайка с различными материалами всегда проходит очень сложно, так как материалы имеют различные параметры линейного расширения.

Прежде чем начинать паяльные работы, поверхность вольфрамовых деталей подвергается тщательной очистке. Ее делают несколькими способами:

• механической очисткой;
• травлением в кислоте, при этом применяют азотную или фтористоводородную кислоту.

Если кислота отсутствует, ее заменяет сильно нагретый едкий натр. После очистки вольфрам протирается спиртом, можно промыть его горячей водой.

Чтобы достигнуть идеальной чистоты и высокой плотности шва, паяльные работы нужно проводить в вакууме. Существует также несколько других восстановительных сред, однако они требуют предварительного покрытия металла никелем. Таким образом получается высокое смачивание вольфрама текущим припоем.

Краткая инструкция

Для того чтобы в домашних условиях выполнить качественную пайку латуни, недостаточно просто изучить теоретическую базу, желательно также посмотреть видео на эту тему. Необходимость в самостоятельном осуществлении такого процесса возникает нередко, ведь практически в каждом доме есть изделия из латуни, которые не застрахованы от поломок. Учитывая тот факт, что услуги квалифицированных специалистов недешевы, есть смысл изучить такой процесс как по представленным ниже рекомендациям, так и по видео, которые несложно найти в интернете.

Разумеется, что перед пайкой следует очистить детали

Итак, алгоритм пайки латуни выглядит следующим образом.

• Тщательно очищенное место будущего соединения необходимо обработать флюсом, в состав которого входят бура и борная кислота (1:1), смешанные с водой.
• После этого обработанное место соединения следует посыпать стружкой припоя.
• Затем можно начинать прогрев формируемого шва при помощи газовой горелки или паяльной лампы. Следует внимательно следить за тем, чтобы не перегреть детали, что может привести к их деформации.
• После того как припой расплавится под воздействием пламени газовой горелки, он заполнит зазор между деталями, обеспечив их надежное соединение.

Сферы применения

В зависимости от количественного содержания основных компонентов латунь может использоваться для изготовления изделий различного назначения.

Содержание основных элементов указывается в маркировке латунных сплавов

Одной из наиболее распространенных разновидностей деформируемых латунных сплавов является томпак, в составе которого содержится 88–97% меди и не более 10% цинка. Наиболее значимыми характеристиками сплавов данного типа являются:

• высокая пластичность;
• высокая коррозионная устойчивость;
• хорошие антифрикционные свойства.

Из характеристик, которые способствуют высокой популярности сплавов данного типа, надо отметить:

• хорошую свариваемость со сталью и другими металлами, что позволяет использовать томпак для изготовления изделий из комбинированных материалов;
• красивый золотистый цвет – характеристика, которая стала причиной активного использования томпак для производства изделий художественного назначения;
• возможность покрывать поверхность изделий из томпака эмалью и лаком, золотить, а также использовать другие типы декоративных покрытий.

Так выглядит лента томпака, из которой потом делают изделия, в том числе и ювелирные украшения

Специалисты при производстве томпака используют три основные формулы химического состава данного сплава, в котором медь, цинк, свинец и олово могут содержаться в следующих пропорциях:

• 82/18/1,5/3;
• 82/18/3/1;
• 82,3/17,5/0/0,2.

Данные формулы, что примечательно, были выведены еще в XIX веке. Их автором является ученый из Шотландии Эндрю Юр.

Области применения деформируемых латуней

Чтобы получить литейную латунь, в ее состав, кроме цинка, добавляют 50–81% меди, а также ряд других элементов: алюминий, железо, кремний, олово, марганец, свинец. Наиболее значимыми характеристиками, которыми обладает такая латунь, являются:

• высокая устойчивость к коррозии;
• антифрикционные свойства;
• хорошие механические характеристики;
• хорошая текучесть в расплавленном состоянии;
• высокая устойчивость к распаду материала.

Сферы применения литейных латуней

Для производства различных изделий методами резания металлов используются автоматные латуни, в химический состав которых входят:

• 57–75% меди;
• 24,2–42,7% цинка;
• 0,3–0,8% свинца.

Автоматная латунь марки ЛС59-1 используется для изготовления метизов и декоративных элементов

В составе сплавов данного типа обязательно содержится свинец, за счет чего обеспечивается формирование короткой и сыпучей стружки, что и позволяет выполнять скоростную обработку изделий из таких латуней.

История и происхождение названия

Несмотря на то, что цинк как химический элемент был открыт только в XVI веке, латунь была известна ещё до нашей эры. Моссинойки получали её, сплавляя медь с галмеем, то есть с цинковой рудой. В Англии латунь была впервые получена путём сплавления меди с металлическим цинком, этот метод 13 июля 1781 года запатентовал Джеймс Эмерсон (британский патент № 1297). В XIX веке в Западной Европе и России латунь использовали в качестве поддельного золота.

Во времена Августа в Риме латунь называлась орихалк (лат. aurichalcum — буквально «златомедь»), из неё чеканились сестерции и дупондии. Орихалк получил название от цвета сплава, похожего на цвет золота. Однако в самой Римской империи до завоевания Британии в I веке н. э. латунь не производилась, поскольку у римлян не было доступа к источникам цинка (которые появились и стали разрабатываться только после образования провинции Британия в составе империи), до этого цинк мог только ввозиться эллинскими и римскими торговцами, собственной его добычи в континентальной Европе и Средиземноморье не было.

Общая мировая потребность в цинке для изготовления латуни составляет в настоящее время около 2,1 млн т. При этом в производстве используется 1 млн т. первичного цинка, 600 тыс. т. цинка, полученного из отходов собственного производства, и 0,5 млн т вторичного сырья. Таким образом, более 50 % цинка, используемого в производстве латуни, получают из отходов. Технические латуни содержат обычно до 48-50 % цинка. В зависимости от содержания цинка различают альфа-латуни и альфа+бета-латуни. Однофазные альфа-латуни (до 35 % цинка) хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях. В свою очередь двухфазные альфа+бета-латуни (до 47- 50 % цинка) малопластичны в холодном состоянии. Их обычно подвергают горячей обработке давлением при температурах, соответствующих области альфа- или альфа+бета-фаз. По сравнению с альфа-латунью двухфазные латуни обладают большей прочностью и износостойкостью при меньшей пластичности. Двойные латуни нередко легируют алюминием, железом, магнием, свинцом или другими элементами. Такие латуни называют специальными или многокомпонентными. Легирующие элементы (кроме свинца) увеличивают прочность (твёрдость), но уменьшают пластичность латуни. Содержание в латуни свинца (до 4 %) облегчает обработку резанием и улучшает антифрикционные свойства. Алюминий, цинк, кремний и никель увеличивают коррозионную стойкость латуни. Добавление в латунь железа, никеля и магния повышает её прочность.

Это интересно: Производство и использование сплава меди и цинка: познаем со всех сторон

Ход работы

Спаивание нержавейки выполняют следующим образом:

• Сначала поверхность тщательно зачищается наждачной бумагой или напильником.
• Далее место спайки обрабатывается флюсом, а именно паяльной кислотой.
• Затем поверхности требуется залудить – нанести на них тонкий слой припоя, содержащий олово и свинец. Бывает, что припой с первого раза нанести не представляется возможным. В таком случае придется применить кисточку, содержащую металлические жилы. Ими будет гораздо удобнее снимать окисную пленку, предотвращающую лужение.
• Используя паяльник и припой, выполняют спаивание деталей.

Как это сделать

Для пайки латуни лучше всего воспользоваться серебряным припоем. Желательно, чтобы местом плавки был специальный тигель, приспособленный для значительных термических воздействий. В качестве материала для тиглей могут быть использованы контактные угольные элементы для троллейбуса. В нагретом состоянии они не представляют ценности, а домашний умелец может их приспособить для изготовления припоя. В данном изделии следует сделать выемку 20 х 20 мм. Далее к ней следует проделать канавку. Извлекать припой будет легче, если ее ширина составит 0,5 см.

Припой делают из серебра и меди (2:1). После взятия нужного количества металлов их следует поместить в тигель. Их термообработка осуществляется газовой горелкой. Некоторые мастера расходный материал предварительно крошат. В таком случае процедура плавки протекает гораздо проще. Далее в состав добавляют стальной или керамический (фарфоровый) стержень. Паять латунь можно тогда, когда припой кустарного изготовления полностью застынет.

Рекомендации

В домашних условиях очень часто можно столкнуться с необходимостью соединить латунные изделия. Например, элементы водопроводных и отопительных систем.

Своими руками удастся выполнить требуемое, когда дома есть два паяльника – маломощный – 40-60 Вт и мощный – от 100 Вт.

Ошибки, которых следует избегать

При нехватке опыта работы с паяльником некоторые мастера не прогревают его до необходимой температуры. Чтобы качественно спаять латунь, необходимо очистить инструмент и поверхность соединяемых деталей.

Контроль качества

При пайке латуни в домашних условиях следует ответственно отнестись к делу и заранее подготовить материалы. Если нет газовой горелки, можно обойтись паяльником

Но в обоих случаях важно досконально разобраться с инструкцией по эксплуатации

Насколько качественно удалось спаять изделия из латуни можно понять по внешнему виду шва, структуре и механической прочности.

Техника безопасности

Горелка и паяльник – опасные инструменты, поэтому во время работы следует следить за углом наклона инструмента или пламени. Не помешает удостовериться в целостности проводки и вилки. Во время пайки не стоит отвлекаться или оставлять горячий паяльник в зоне доступа детей. Некоторые флюсы выделяют вредные вещества в ходе плавления, поэтому нужно либо работать в респираторе, либо чаще проветривать помещение.

Дефектные зоны

При необходимости восстановления дефектных и пористых участков чугуна удобнее воспользоваться мягким оловянно-свинцовым припоем с небольшим добавлением сурьмы, выпускаемым под обозначением ПОС3О (в нем 30% олова).

А функцию флюса для пайки в данном конкретном случае должен выполнять хлористый цинк (точнее – его водный раствор) с добавкой соляных образований на основе олова и меди.

К восстановлению повреждённых мест переходят лишь после их предварительной обработки (зачистки и лужения). После этого подготавливаемую поверхность следует обезжирить бензином, а затем нанести на неё флюсовый состав.

Перед пайкой рабочая зона нагревается газовой горелкой до состояния расплава присадочного материала. На заключительном этапе работ все имеющиеся дефекты запаивают. Выбор инструмента для пайки здесь не имеет значения.

Историческая справка

Согласно историческим сведениям, первыми металлами, которые использовал человек, были медь и золото. Оба металла являются очень мягкими в чистом состоянии, поэтому их использование в жизнедеятельности человека является достаточно ограниченным. В частности, медь использовалась древними людьми с момента начала использования ими огня, а со времен Римской империи этот металл стал более интенсивно применяться в изготовлении труб, военного оружия, украшений для статуй и для других целей.

Для улучшения характеристик чистых металлов, например, большей твердости и прочности, со временем человеку пришла мысль смешивать их. Так, приблизительно в 3500 году до нашей эры в Месопотамии получили бронзу — сплав меди с оловом, который обладал высокой сопротивляемостью к коррозии и был более прочной, чем каждый чистый металл по отдельности. Благодаря этим свойствам бронзу стали использовать для производства оружия и орудий труда.

Около 1400 года до нашей эры была открыта латунь — сплав цинка и меди, который демонстрировал великолепную устойчивость против деформации, обладал высокой пластичностью при низких и высоких температурах и имел высокую устойчивость к коррозии и механическому износу. Однако ее использование приобрело массовый характер только в 250 году до нашей эры с началом производства монет в Римской империи.

С этого времени применение латуни стало осуществляться в самых различных областях человеческой деятельности начиная от вооружения и заканчивая ювелирными украшениями. В XV веке она стала использоваться для производства астрономических инструментов, а с появлением печати сплав стал активно применяться в типографии. С середины XVI века в Европе болты и гайки изготавливались главным образом из латуни, меди и бронзы. Этот сплав использовали для изготовления шестерен часовых механизмов, а в XVII веке в Голландии латунь использовали для изготовления оптического телескопа.

Как это сделать

Для пайки латуни лучше всего воспользоваться серебряным припоем. Желательно, чтобы местом плавки был специальный тигель, приспособленный для значительных термических воздействий. В качестве материала для тиглей могут быть использованы контактные угольные элементы для троллейбуса. В нагретом состоянии они не представляют ценности, а домашний умелец может их приспособить для изготовления припоя. В данном изделии следует сделать выемку 20 х 20 мм. Далее к ней следует проделать канавку. Извлекать припой будет легче, если ее ширина составит 0,5 см.

Припой делают из серебра и меди (2:1). После взятия нужного количества металлов их следует поместить в тигель. Их термообработка осуществляется газовой горелкой. Некоторые мастера расходный материал предварительно крошат. В таком случае процедура плавки протекает гораздо проще. Далее в состав добавляют стальной или керамический (фарфоровый) стержень. Паять латунь можно тогда, когда припой кустарного изготовления полностью застынет.

Подготовка к работе

Определение сплава изделия

Нужно определить сплав спаиваемых деталей, насколько это возможно, алюминий ли это вообще или нет. Многие алюминиевые предметы и детали в домашнем хозяйстве являются алюминиевыми сплавами. Многие сплавы можно успешно спаивать в домашних условия, используя домашние тиски и паяльник. Но некоторые сплавы — только на промышленной сварочной установке. Состав алюминиевой детали можно предположить исходя из твёрдости материала. Чем мягче кажется материал при обработке, тем большее количество чистого алюминия он содержит. Это условие успешных и качественных паек.

Выбор припоя

1. Если вы спаиваете алюминий с другими металлами, например, алюминиевый и медный провода, то эта пайка требует особый подход. Часто в таких случаях сам алюминиевый провод, небольшой его участок покрывают слоем меди. Потом лудят обычным припоем и спаивают провода.
2. Для паек необходим низкотемпературный припой. Так как температура плавления алюминия составляет 660 ºC, и он обладает хорошей теплопроводностью, то необходимое условие для успешных паек паяльником — необходимость достаточно легкоплавкого припоя, содержащего олово, а значит, быстрое плавление припоя. Во многих случаях вполне подходит припой ПОС-50. Также возможно использовать припой ПОС-61.
3. Можно приобрести специальные припои для паек алюминия. Это сплавы алюминия с кремнием и цинком. Они бывают разными, в зависимости от того, что вы будете соединять — алюминий с алюминием или алюминий с медью и другими материалами. Необходимо внимательно прочитать этикетку на упаковке.

Выбор флюса

Необходимо выбрать подходящий флюс для паек алюминия. Алюминий можно паять разными способами. В связи с тем, что основной проблемой при пайке и сварке алюминия является удаление оксидной плёнки с поверхностей соединяемых деталей, то при разных способах паек применяется различный флюс. В домашних условиях применяют обычную канифоль или щелочное масло. Также используют насыщенный раствор медного купороса. Кроме того, часто применяют обычное минеральное масло для швейных машин, которое можно купить в хозяйственном магазине. Оно наносится прямо на алюминий.

Выбор инструмента

• Нужно правильно выбрать источник тепла. Для мелких деталей вполне подойдёт паяльник с рабочей мощностью до 150 ватт, но для массивных деталей, например, радиатора автомобиля, необходима низкотемпературная газовая горелка. Её рабочая температура 315–425°C . Она может обеспечить хороший прогрев мест паек изделия и быстрое плавление припоя.
• Купите или соберите дополнительные приспособления. Когда вы будете соединять алюминий, вам будет необходим какой-то зажим или тиски. Кроме того, необходимо после завершения паек промыть спаянные поверхности в воде или в моющем средстве для удаления остатков кислотных или масляных флюсов. Если использовался флюс на основе смолы, то нужно промыть алюминий с помощью ацетона. Соответственно, для этого нужна какая-то ёмкость или ванна.
• Позаботьтесь о своей безопасности. Создайте комфортную рабочую зону. Обязательно приобретите респираторную маску для защиты от токсичных паров. Работайте только в хорошо проветриваемом помещении. При использовании жидких, а особенно кислотных флюсов, применяйте маску или защитные очки. При использовании газовой горелки алюминий может расплавиться, поэтому при работе нужно применять хлопчатобумажную спецодежду и сапоги.

Что следует учитывать при работе с латунью

Очень много инструментов изготавливаются именно с использованием латуни, её очень часто можно встретить в различных сплавах, основой которых может быть медь или бронза.

Если быть осведомлённым насчёт того, какая температура плавления приемлема для латуни и её сплавов, впоследствии возможно использовать эти знания при починке или изготовлении различных изделий, которые могут быть использованы в хозяйстве.

Процедура плавления такого универсального компонента не лишена различных тонкостей и нюансов, о которых следует знать и помнить, чтобы избежать различных трудностей при обработке, а также отрицательных последствий в результате ошибочных действий.

Следует помнить, что при всех существующих тонкостях при плавлении латуни, отдельные нюансы следует учитывать при плавлении сплавов из бронзы и меди.

Дело в том, что эти сплавы имеет несколько другие параметры плавления, которые отличаются от характеристик латуни, поэтому прежде, чем начать работу с такими латунными сплавами, нужно для начала подробно узнать все их свойства. Это позволит не допустить досадных ошибок при их обработке, а также провести работу максимально эффективно и плодотворно.

Для того чтобы произвести плавку металла в домашних условиях, следует обладать определёнными знаниями и навыками, а также и специальными инструментами, которые смогут помочь в работе и произвести необходимые действия, предполагающие плавку латуни.

К тому же опытные мастера рекомендуют перед процедурой плавки латуни в домашних условиях запастись терпением, так как процедуру эту быстрой никак назвать не получится.

Для работы необходимо запастись следующими элементами:

• техническое серебро;
• газовая горелка ручного типа;
• специальная графитовая горелка;
• медный сплав.

Нужно перед работой приобрести буру, причём в достаточном количестве. К тому же для того чтобы обеспечить максимальные безопасные условия для окружающего пространства во время плавления металла, следует использовать асбестовый лист.

Процесс плавки латуни является довольно трудоёмким и потребует определённых затрат как времени, так и приложенных сил.

Опять же следует учесть особенности плавления сплавов, содержащих бронзу и медь, так как они имеют немного другие характеристики и свойства, что означает при плавке придётся применять другую температуру термического воздействия.

К процессу плавки латуни следует переходить уже только в том случае, когда рабочее место подготовлено должным образом, а все рабочие инструменты находятся на своём месте и готовы к работе.

Ход работы

Спаивание нержавейки выполняют следующим образом:

• Сначала поверхность тщательно зачищается наждачной бумагой или напильником.
• Далее место спайки обрабатывается флюсом, а именно паяльной кислотой.
• Затем поверхности требуется залудить – нанести на них тонкий слой припоя, содержащий олово и свинец. Бывает, что припой с первого раза нанести не представляется возможным. В таком случае придется применить кисточку, содержащую металлические жилы. Ими будет гораздо удобнее снимать окисную пленку, предотвращающую лужение.
• Используя паяльник и припой, выполняют спаивание деталей.

Припой

Начинающие мастера не знают, какой припой для латуни выбрать, для достижения наилучших результатов.

Рассмотрим основные марки:

Для пайки латуни и меди специалисты рекомендуют использовать припои медно-цинковой группы

При выборе следует обращать внимание на температуру плавления. Например, для ПМЦ-48 она составляет 880 Сº.
Медно-фосфорные припои группы МФ отличаются доступной ценой

Эксплуатационные характеристики несколько ниже, чем у составов с добавлением серебра.
Группа серебряных припоев ПСр относится к твердым сортам. Полученное соединение отличается высокой устойчивостью к механическим и вибрационным нагрузкам.

При пайке стали латунью используют сплав марки Л-63, который зарекомендовал себя лучше всего. Форма выпуска – проволока латунная для пайки. Его применяют исключительно для работы с твердоплавкими материалами.

Заслуживают внимания латунные припои с флюсом. Их стоимость выше, чем у классических составов, однако цена компенсируется удобством в применении и снижении количества брака в работе.

Процесс пайки латуни

Для максимальной эффективности работ необходимо подготовить следующие материалы и инструменты:

• газовую горелку;
• медь;
• графитовый тигель;
• серебро;
• асбестовое основание;
• борную кислоту.

В некоторых случаях может понадобиться бронза.

Подготовка припоя

с помощью газовой горелки медь и серебро

Расплавленные медь и серебро перемешиваются с помощью проволочки, и тигель ставится в холодную воду. Застывший припой расплющивается и нарезается. Затем крупным напильником из него натирается стружка.

Размеры графитового тигеля должны быть примерно 20х20 миллиметров. Изготовить его можно из графитовых углей (контактные троллейбусные элементы).

Подготовка флюса

заливаются 250 миллилитрами воды

Для соединения латунных деталей можно применить и готовые составы. Среди отечественных хорошо зарекомендовали себя флюсы:

• ПВ-209Х;
• ПВ-209;
• Бура.

Из импортных можно отметить флюс-пасты немецкого производителя Chemet.

Припой и флюс готовы, теперь можно приступать непосредственно к пайке. Для этого подготовленные детали необходимо аккуратно положить на основание из асбеста и приступать к процессу пайки.

Поверхность соединяемых деталей обработать флюсом и очень аккуратно посыпать стружкой припоя.

Теперь спаиваемые элементы нужно потихоньку греть

Делать это следует медленно и осторожно, чтобы они не перегрелись и не деформировались.

Сначала нагреть надо чуть-чуть, чтобы припой немного расплавился и схватил детали. Потом примерно до 700 градусов

Припой будет затекать в щели и крепко спаивать элементы
На этом этапе особое внимание надо уделить температуре плавления. Разница плавления латунных деталей и припоя составляет всего 50 градусов, поэтому надо следить за тем, чтобы не перегреть обрабатываемые материалы
В противном случае можно получить один большой слиток.

Полученный в результате шов должен иметь один цвет со спаиваемым материалом. Происходит это из-за диффузии основного металла в припой.

Последний этап – это очистка полученного изделия от остатков флюса в виде наплывов и стекловидных капель. Чтобы от них избавиться, изделие нужно промыть в трехпроцентной горячей серной кислоте. Для этого элементы следует опустить в нее на короткое время и затем тщательно промыть проточной водой. Нагреть серную кислоту можно в пробирке из кварцевого стекла, поместив ее на газовую плиту. Чтобы самим не взаимодействовать с кислотой, обработанные детали перед очисткой рекомендуется на что-нибудь подвязать.

Если сравнивать такой метод пайки с соединением элементов при помощи олова, то простотой он не отличается. Но время будет потрачено не зря, так как соединение будет иметь повышенную надежность и прочность.

Какой взять припой

Не менее важным, чем выбор флюса, является определение нужного состава припоя.

• Для пайки латуни с содержанием меди хорошо подходит припой ПМЦ-48, плавление которого происходит при 870 – 880 градусах. Несколько меньшая температура плавления у ПМЦ-36. Оба состава относятся к группе медно-цинковых припоев.
• Марки МФ-1, МФ-2 и МФ-3 относятся к группе медно-фосфористых припоев. Они относительно недороги, пластичны, однако обладают высокой электропроводностью и сопротивляются ударным и вибрационным нагрузкам хуже, чем составы с содержанием серебра.
• Наилучшими механическими качествами обладают серебряные припои. Среди них – ПСр-10, ПСр-12м, ПСр-25 и далее, вплоть до ПСр-72. Все они имеют некоторые отличия, заключающиеся в химическом составе и температуре плавления. По-разному они реагируют и на процентное соотношение меди и олова в соединяемом металле.

Из вышесказанного ясно, насколько важно прежде, чем приступать к выбору флюса и припоя, определиться с маркой латуни. Только тогда удастся добиться приемлемого результата пайки.