Узнаем как называется сплав меди с цинком?

Содержание в природе

Как самостоятельный элемент цинк в природе не встречается. Его можно добыть из 66 минералов, среди которых сфалерит, каламин, франклинит, цинкит, виллемит, смитсонит. Первый является наиболее распространенным источником металла, его часто называют «цинковой обманкой». Он состоит из сульфида цинка и примесей, которые придают минералу разнообразные цвета. Это осложняет его поиск и правильное определение.

Найти цинк можно в кислых и изверженных породах — во последних его немного больше. Часто металл в виде сульфида вместе со свинцом встречается в термальных водах, мигрирует в поверхностных и подземных источниках.

Особенности популярных медных сплавов

Сплав М1 изготавливается в соответствии с ГОСТ 859-2014, является высокопластичным и хорошо обрабатываемым металлом, отличается наибольшим содержанием меди (99,9%). В качестве дополнительных элементов встречаются цинк, никель, фосфор, железо, мышьяк, кислород, олово, висмут (суммарно не более 0,1%). Удельное электрическое сопротивление составляет 0,018 мкОм. Сплав может быть двух типов – твердый (М1т) и мягкий (М1м), они различаются по пределам прочности и текучести. Металлопрокат востребован в автомобиле- и авиастроении, при создании проводников тока, криогенной техники, проволоки и прутков.

Сплав М2 имеет меньший коэффициент меди в составе (99,7%). Остальные 0,3% приходятся на никель, железо, сурьму, кислород, олово, свинец, серу, мышьяк. Данная марка пластична и не поддается ржавлению, превосходно обрабатывается под давлением и применяется для изготовления сплавов на медной основе и деталей холодильной техники.

Сплав М3 – это медь техническая, она включает наименьший процент металла среди представленных (99,5%). В качестве легирующих компонентов используются те же элементы, что и в М2, только в большей пропорции (до 0,5%), что делает этот сплав самым доступным по стоимости. Оптимально подходит для металлических изделий, которые реализуются прокатным способом, а также литейных сплавов.

Область применения сплавов меди

Медь обладает невысоким удельным сопротивлением. Это свойство обеспечило меди широкое применение в электротехнической промышленности. Из меди изготавливаются проводники, провода, кабели. Медь используется при изготовлении печатных плат различных электронных устройств. Медные провода используются в электрических двигателях и трансформаторах.

У меди высокая теплопроводность. Это обеспечивает ей применение при изготовлении охладительных и отопительных радиаторов, кондиционеров, кулеров.

Прочность и коррозиоустойчивость меди послужили основанием для изготовления из неё труб, находящих значительную сферу применения: в водопроводных, газовых и отопительных системах, в охладительном оборудовании, в кондиционировании.

В строительстве медь применяется при изготовлении крыш и фасадных деталей зданий.

Бактерицидные особенности меди дают ей возможность использования в медицинских заведениях как дезинфицирующего материала: при изготовлении деталей интерьера, которых люди касаются больше всего – дверных ручек, перил, поручней, бортиков кроватей и т.п.

Медные сплавы имеют не меньшую сферу применения.

Бронзы (по маркам) применяются при производстве деталей машин: паровой и водяной арматуры, элементов ответственного назначения, подшипников, втулок. Оловянистые деформируемые бронзы используют для производства сеток, используемых в целлюлозно-бумажной промышленности.

Латуни (по маркам) находят применение при производстве деталей машин в области теплотехники и химической аппаратуры. Из них изготавливают различные змеевики и сильфоны. В автомобилестроении латуни используют для изготовления конденсаторных труб, патрубков, метизов. В судостроении и авиастроении латуни также используются для изготовления деталей, конденсаторных труб, метизов. Из латуней изготавливаются детали часовых механизмов, полиграфические матрицы.

Мельхиор МНЖМц используется для производства конденсаторных трубок морских судов, работающих в наиболее тяжёлых условиях. Мельхиор МН19 используется для изготовления медицинских инструментов, монет, украшений, столовых приборов.

Характеристики и свойства

Сплав меди и цинка имеет следующие технические характеристики:

номинальная плотность меняется от значения 8300 кг/м3 до 8800 кг/м3, такие изменения являются результатом применения в сплаве разных добавок.
низкое внутреннее удельное сопротивление току 0,08*10-6 Ом,
теплоемкость при нормальной температуре окружающей среды 0,377 кДж/кг,
температура плавления от 890°С до 940°С.

Чтобы защитить, металл покрывают лаком, чем обеспечивают защиту от окисления и потемнения. К полезным свойствам медно-цинкового сплава относят:

устойчивость к действию коррозии,
стабильность при ковке, а также пластичность, при том, что показатели прочности приближены к значениям оригинальных металлов,
сплав не подвергается разрушению при понижении температуры во время механической обработки, однако явление хрупкости может проявиться при нагреве до литейных значений.

Сплавы на основе меди

Медь — цветной металл, который на поверхности имеет красный оттенок, а в изломе — розовый. В периодической системе Д.И. Менделеева обозначается символом Cu. В чистом виде металл имеет высокую степень пластичности, электро- и теплопроводности, а также характеризуется устойчивостью к коррозии. Это позволяет использовать медь и ее сплавы для кровель ответственных зданий.

Читать также: Переплетный станок своими руками

Важные свойства металла:

Температура плавления — 1083°С.
Структура кристаллической решетки — кубическая гранецентрированая.
Плотность — 8,94 г/см3.

Благодаря пластичности медь легко поддается обработке давлением, но плохо режется. Из-за большой усадки металл обладает низкими литейными свойствами. Любые примеси, за исключением серебра, оказывают большое влияние на вещество и снижают его электрическую проводимость.

При маркировке меди используется буква М с числом, которое обозначает марку. Чем меньше номер марки, тем больше в ней чистого вещества. Например, М00 содержит 99,99 % меди, а М4 — 99 %.

Наиболее широкое применение в технике находят две группы медных сплавов — бронзы и латуни.

Бронзы

Бронзы — сплавы на основе меди, в которых легирующим элементом является любой металл, кроме цинка. Наиболее часто применяются сплавы меди со свинцом, оловом, алюминием, кремнием и сурьмой.

Все бронзы по химическому составу делятся на оловянные и специальные, или безоловянные, то есть не содержащие в своем составе олова.

Оловянные бронзы отличаются наиболее высокими литейными, механическими и антифрикционными свойствами, а также имеют повышенную устойчивость к коррозии. Из-за высокой стоимости олова эти сплавы применяют ограниченно.

Специальные бронзы часто используют в качестве заменителей оловянных, и некоторые имеют лучшие технологические свойства. Выделяются следующие виды специальных бронз:

Алюминиевые. Они содержат от 5% до 11% алюминия, а также марганец, никель, железо и другие металлы. Эти сплавы обладают более высокими механическими свойствами, чем оловянные бронзы, однако их литейные свойства ниже. Алюминиевые бронзы служат для изготовления мелких ответственных деталей.
Свинцовистые. В их состав входит около 30% свинца. Эти сплавы имеют высокие антифрикционные свойства, поэтому широко применяются в производстве подшипников.
Кремнистые. Эти бронзы содержат примерно 4% кремния, легируются никелем и марганцем. По своим механическим свойствам почти соответствуют сталям. Применяются, в основном, для изготовления пружинистых элементов в судостроении и авиации.
Бериллиевые. Содержат до 2,3% бериллия, характеризуются высокой упругостью, твердостью и износостойкостью. Эти бронзы используются для пружин, которые работают в условиях агрессивной среды.

Все бронзы имеют хорошие антифрикционные показатели, коррозионную стойкость, высокие литейные свойства, которые позволяют использовать сплавы для изготовления памятников, отливки колоколов и др.

При маркировке бронз используются начальные буквы Бр, после которых идут первые буквы названий основных металлов с указанием их содержания в процентах. Например, сплав БрОФ8-0,3 включает 8% олова и 0,3% фосфора.

Латуни

Латунями называют сплавы меди и цинка с добавлением других металлов — алюминия, свинца, никеля, марганца, кремния и др. В простых латунях содержится только медь и цинк, а многокомпонентные сплавы включают от 1% до 8% различных легирующих элементов, которые добавляют для улучшения различных свойств.

Марганец, никель и алюминий повышают устойчивость сплава к коррозии и его механические свойства.
Благодаря добавкам кремния сплав становится более текучим в жидком состоянии и легче поддается сварке.
Свинец упрощает обработку резанием.

Процентное содержание цинка в любой латуни не превышает 50 %. Эти сплавы стоят дешевле, чем чистая медь, а благодаря добавлению цинка и легирующих элементов, они обладает большей устойчивостью к коррозии, прочностью и вязкостью, а также характеризуются высокими литейными свойствами. Латуни используют для изготовления деталей методами прокатки, вытяжки, штамповки и др.

При маркировке простой латуни используется буква Л и число, обозначающее содержание меди. Например, марка Л96 содержит 96% меди. Для многокомпонентных латуней используется сложная формула: буква Л, затем первые буквы основных металлов, цифра, обозначающая содержание меди, а затем состав других элементов по порядку. Например, латунь ЛАМш77-2–0,05 содержит 77% меди, 2% алюминия, 0,05% мышьяка, остальное — цинк.

Области применения

В процессе плавления латунных сплавов применяют цинковый лом в равных соотношениях с медью. Использование сплава характеризуется его видами:

Подверженные деформации. Содержание цинка в таком сплаве не превышает 10%. Он называется томпак. Благодаря такому составу повышается пластичность, а также эффект скольжения по металлическим поверхностям. Не подвергается коррозии, можно сваривать со стальными изделиями, по цвету напоминает золото.
Литейные. Содержат медь в количестве от 50% до 80%, устойчив к действию коррозии, не изменяет свою структуру при трении об металлические поверхности, в результате повышения прочности и снижения хрупкости. При плавлении может принимать разнообразные формы.
При добавлении свинца получают автоматные сплавы. Обрабатывается стальными резцами на специальных станках с высокой скоростью вращения заготовки.

Медно-цинковый сплав используют для изготовления:

частей механизмов промышленного оборудования, а также систем теплообмена;
штампованных элементов корабельной техники, в автомобилестроении, строительстве самолетов, а также при изготовлении часовых механизмов.
декорирования интерьера, бижутерии;
сантехнических изделий, которые не подвергаются действию высоких температур.
крепежных материалов, саморезов, шурупов;
тепловых приборов;
церковных принадлежностей;
корпусов компасов;
ювелирных подделок, похожих на золотые изделия.

Изделия из сплава меди с цинком

Изготовление

В процессе производства латуни используются специальные карты с указанием технологии плавления, ее разрабатывают в промышленных бюро. Часто сырьем для сплава служат заготовки из меди, а также лом из цинка. Операция плавки данного материала — сложный процесс, для которого используют печи разной модификации. Чаще используются индукционные агрегаты, работающие в сети низкой частоты тока при наличии магнитного сердечника.

При плавлении вещества могут улетучиваться из состава. Так как цинк считается вредным для здоровья металлом, в производственных помещениях рекомендуется устанавливать вентиляцию высокой мощности. В течение всего цикла ведут контроль за температурными показателями, из-за чего предотвращается возгорание сплава.

Предварительно рекомендуется очищать полости печей от продуктов предыдущего литья. Далее разогревают медные заготовки до ярко красного оттенка, после добавляют цинковый лом. Такая последовательность предотвращает образование окислительных реакций. Латунь литейного типа разливают в формы круглого плоского вида, для удобства при последующей обработки.

Для улучшения качества сплава используют:

олово и марганец, при этом повышается прочность и устойчивость к разрушению в агрессивной среде;
свинец, в результате заготовка из латуни может быть подвержена обработке резцами на станке;
высокая стойкость к кислотной и щелочной среде достигается при добавлении никеля;
алюминий защищает сплав во время литья от испарения цинка;
кремнием улучшают свойство сваривания с металлами, но понижают прочность.

Основные технологические процессы получения металла:

1. Для обогащения руды используют метод флотации, при помощи которой соединения меди и пустой породы проходят смачивание. Отдельно подготавливается суспензия с флотационным агентом и соединяется с размельченной рудой. В качестве флотационного агента можно использовать пихтовое масло, благодаря которому на поверхности рудных частичек образуется пленка. На поверхности руды собираются пузырьки, они появляются от продувки воздухом, затем образуется пена. На дно опускается пустая порода, не прошедшая смачивания маслом. До 30% меди находится в собранной и высушенной пене – концентрате.

Подробнее о методе флотации

2. Сернистый газ получается в результате обжига концентрата. Таким образом, получается обожженный медный концентрат и серная кислота, без содержания алюминия. Затем в отражательных печах получается медный штейн, ингредиент, в состав которого входит сульфид железа и медь.

Заливка штейна в конвертер

3. Для продувки штейна предусмотрены конвертеры с кислородом, в них получается черновая медь. У такого ингредиента содержится 1,5% примеси без серебра и алюминия. Во время продувки участвует кварцевый песок, окись железа образуется благодаря переходящим сульфидам, после этого образуется шлак. Серная кислота получается благодаря поступлению сернистого газа.

4. Черновая медь очищается при помощи огневого или электролитического метода. Деревянные жерди используются при огневом способе, а затем происходит пропускание воздуха. Примеси выводятся благодаря окислению жердей кислородом воздуха. Электролитический метод включает в себя установление меди в качестве анода, а медные листы служат в виде катода. Анод начинается растворяться, когда проходит ток, при этом на дне происходит оседание меди на катоде. Изделия из меди и серебра, имеющие вес 60-90 кг можно получить в течение 10 дней. В это время дно ванны наполняется шламом – осадком примеси. Чаще всего шлам состоит из серебра – 35%, золота – 1% и селена – 6%, без железа и свинца, а вот алюминия здесь не обнаружено.

Читать также: Адаптер под шуруповерт для ледобура iceberg

Алюминий и его сплавы

Алюминий — цветной металл, который имеет серебристо-белый оттенок и плавится при температуре 650°С. В периодической системе ему соответствует символ Al. Этот элемент занимает третье место по распространенности среди всех пород в земной коре (на первом месте — кислород, на втором — кремний). В атмосферных условиях на поверхности алюминия образуется оксидная пленка, препятствующая появлению коррозии.

Важные свойства алюминия:

Низкая плотность — всего 2,7г/см3 (например, у меди — 8,94г/см3).
Высокая электрическая проводимость (37*106 См/м) и теплопроводность (203,5 Вт/(м·К)).
Низкая прочность в чистом виде — 50 МПа.
Структура кристаллической решетки — кубическая гранецентрированая.

Металл легко обрабатывается давлением. Находит широкое применение в электропромышленности: из алюминия изготавливают проводники электрического тока. При производстве стали его используют для раскисления. Из алюминия также делают посуду, однако она не подходит для приготовления солений и хранения кисломолочных продуктов — элемент неустойчив в щелочной и кислой среде. Некоторые стальные детали покрывают алюминием (процесс алитирования), чтобы повысить их жаростойкость. Из-за невысокой прочности алюминий практически не применяется в чистом виде.

При маркировке алюминия используется буква А в сочетании с числом, которое указывает на содержание металла. Например, марка A99 содержит 99,95% алюминия, а марка А99 — 99,99%. Существует также марка особой чистоты — А999, в которой 99,999% алюминия.

Деформируемые сплавы алюминия

Деформируемые алюминиевые сплавы делятся на упрочняемые и неупрочняемые.

Упрочняемые деформируемые сплавы алюминия — это дуралюмины (система А-Сu-Mg) и высокопрочные сплавы (Аl-Сu-Mg-Zn). Высокие механические свойства и небольшой удельный вес позволяют широко применять эти сплавы в области машиностроения, особенно — в изготовлении деталей для самолетов.

Основными легирующими элементами для дуралюминов служат магний и медь. Эти сплавы маркируются буквой Д с числом. Из Д1 делают лопасти винтов, Д16 используется для лонжеронов, шпангоутов, обшивки самолетов, а Д 17 — для крепежных заклепок.

Высокопрочные сплавы, помимо алюминия, меди и магния, содержат цинк. Обозначаются буквой В и числом, применяются для изготовления деталей сложной конфигурации, лопастей вертолетов, высоконагруженных конструкций.

Неупрочняемые деформируемые алюминиевые сплавы — это сплавы алюминия с марганцем (маркировка — АМц1) и с магнием (AМг2 и АМг3). Они хорошо обрабатываются сваркой, вытяжкой, прокаткой, горячей и холодной штамповкой. Отличаются высокой пластичностью, но при этом не очень прочные. Они выпускаются преимущественно в виде листов, которые применяются для изготовления изделий сложной формы (заклепки, рамы и др.).

Литейные сплавы на основе алюминия

Наиболее широкое применение получили литейные сплавы алюминия и кремния, которые называются силуминами. Они содержат более 4,5% кремния и обозначаются буквами АК с номером марки. Силумины сочетают малый удельный вес с высокими механическими и литейными свойствами. Они применяются для сложного литья авто-, мото- и авиадеталей, а также для производства некоторых видов бытовой техники — мясорубок, теплообменников, санитарно-технических арматур и др.

Сферы использования сплавов

Ежегодная выплавка сплава составляет более двух миллионов тонн, при этом половина изготавливается из вторсырья. В зависимости от сферы применения латунь делится на:

деформируемые — сплавы с содержанием цинка менее 10%, что обеспечивает пластичность, обработку давлением, устойчивость к коррозии и низкий уровень трения с другими металлами. Характерен внешний вид «под золото»;
литейные — сплавы с содержанием цинка от 20 до 45 процентов. Используются для литья труб, проводов, уголков и других изделий, которые будут подвергается агрессивным воздействиям. Характерны пластичность, прочность и устойчивость;
автоматные, содержащие свинец, что обеспечивает автоматическую обработку на станках изделий из латуни.

Штамповка деформируемых изделий широко применяется в судостроении, машиностроении, авиации, а также — декоре и изготовлении предметов культуры. Литейное производство обеспечивает километры проката ежегодно, а автоматное — шурупы, боты, гайки и прочее. Изготовление ювелирных изделий из латуни известно с античности. Латунь применяется во всех сферах жизнедеятельности общества, и в ближайшем будущем отказаться от неё невозможно.

Что дороже латунь или бронза?

Стоимость металлов на рынке почти не отличается. В одних пунктах приема цена бронзы может быть выше латунных сплавов, в других наоборот. Если вы хотите узнать стоимость, зайдите в раздел «Сдать лом латуни». Рассматривая среднюю рыночную стоимость можно отметить:

Повышенный спрос на латунь. Данный металл чаще применяется для изготовления бытовых изделий, сантехнического оборудования, труб и других распространенных товаров.
Компоненты. Латунные сплавы в основном изготавливают с применением цинка, бронзовые — с оловом и рядом других добавочных веществ.
Характеристики. Со свойствами и физико-химическими данными сложнее. Здесь параметры зависят от процента содержания меди и дополнительных компонентов.

Учитывая данные факторы, спрос и состав металлов латуни более востребован, поэтому средняя цена данного металла на 10–20 рублей за кг выше, чем у бронзового лома.

Области применения

Подверженные деформации. Содержание цинка в таком сплаве не превышает 10%. Он называется томпак. Благодаря такому составу повышается пластичность, а также эффект скольжения по металлическим поверхностям. Не подвергается коррозии, можно сваривать со стальными изделиями, по цвету напоминает золото.
Литейные. Содержат медь в количестве от 50% до 80%, устойчив к действию коррозии, не изменяет свою структуру при трении об металлические поверхности, в результате повышения прочности и снижения хрупкости. При плавлении может принимать разнообразные формы.
При добавлении свинца получают автоматные сплавы. Обрабатывается стальными резцами на специальных станках с высокой скоростью вращения заготовки.

Медно-цинковый сплав используют для изготовления:

частей механизмов промышленного оборудования, а также систем теплообмена,
штампованных элементов корабельной техники, в автомобилестроении, строительстве самолетов, а также при изготовлении часовых механизмов.
декорирования интерьера, бижутерии,
сантехнических изделий, которые не подвергаются действию высоких температур.
крепежных материалов, саморезов, шурупов,
тепловых приборов,
церковных принадлежностей,
корпусов компасов,
ювелирных подделок, похожих на золотые изделия.

Цинковые антифрикционные сплавы

Антифрикционные сплавы, содержащие в своём составе цинк, медь и алюминий, являются наиболее распространёнными и востребованными. Они применяются в литом и деформированном состоянии (прессованном или прокатном).

Отличительная особенность цинково-алюминиево-медных сплавов состоит в их высоких антифрикционных показателях наряду с достаточной прочностью в условиях комнатной температуры. Это позволяет применять такие сплавы (вместо бронзы) в узлах трения, где температура не превышает 80—100°С. В случае повышения температуры происходит размягчение сплавов, вследствие чего они намазываются на вал. Различают следующие марки сплава: ЦАМ9-1,5 в ЦАМ10-5.

Устанавливая величины зазора в подшипнике, следует учитывать высокий коэффициент линейного расширения сплавов из цинка.

Цинковые антифрикционные сплавы служат для изготовления литых монометаллических и биметаллических деталей, сплавы марки ЦАМ10-5 – для изготовления проката.

В процессе производства литых деталей на практике обычно используются чушковые сплавы или сплавы, изготовленные их первичных материалов. Изготовление таких сплавов происходит посредством литейного производства и переплава. Для получения качественного результата плавка должна быть проведена под древесно-угольным слоем. Хлористый аммоний, составляющий 0,1-0,2% от общей массы плавки выступает в качестве флюса. В случае загрязнённой шихты необходимо увеличить количество аммония.

Цинковые антифрикционные сплавы следует отливать при температуре 440-470°С. Если металл перегреть сильнее, чем на 480°С, произойдёт насыщение расплава газами.

Для получения монометаллических литых деталей применяется отливка в землю, литьё под давлением, центробежный способ, а также отливка в кокиль. Разрабатывая технологию отливки, необходимо иметь ввиду, что для сплавов марок ЦАМ9-1,5 и ЦАМ10-5 характерно образование горячих трещин, таким образом формы, которые создают трудную усадку, не должны иметь место в процессе изготовления.

Если необходимо отлить детали сложной конфигурации, вызывающие затруднения отливки в кокиль, то целесообразнее использовать литьё в землю. Это объясняется тем, что литые детали, полученные отливкой в землю, характеризуются укрупнённым размером зёрен и большим количеством пор, в сравнении с деталями, полученными кокильным литьём.

В процессе центробежного литья (скорость литья составляет 2—2,5 кг/с, линейная скорость на периферии — 6—8 м/с) существует большая вероятность получения зоны столбчатых кристаллов, обладающих пониженными механическими свойствами. Увеличение скорости приводит к тому, что структура становится мелкозернистой, при этом структурная составляющая сплава, содержащая алюминий, заметно ликвидируется

Ввиду этого центробежное литьё необходимо применять с большой осторожностью, если речь идёт об изготовлении важных деталей

Заливка сплава на сталь, протекающая через подслой цинка в чистом виде, используется для изготовления биметаллических деталей, которые состоят из стали и цинкового антифрикционного покрытия. Стальная поверхность подвергается протравливанию и обезжириванию, вследствие чего образуется прочное соединение. Флюсование проходит при температуре флюса не более 150°С. После него стальное основание подогревается и оцинковывается. В цинковую ванну, содержание железа в которой должно быть не больше 0,5%, добавляют алюминий в количестве 0,5%. Завершающий этап изготовления – установка основания в форму и заливка сплавом.

Изготовление деталей из проката способствует повышению коэффициента использования металла. Процессы вырубки и штамповки сплава ЦАМ10-5 целесообразнее проводить при высоких температурах (100—150° С), обеспечивающих пластичность этой марке сплавов. Сплав ЦАМ9-1,5 для качественной обработки не требует повышенных температур (обработка вхолодную). При этом биметаллический прокат, содержащий обе марки сплавов, легко поддаётся обработке вхолодную. Изделия из деформированных сплавов могут быть использованы при более тяжёлых условиях, поскольку их усталостная прочность превышает прочность литых сплавов.

Работая совместно со стальным валом и цинковым сплавом, твёрдость стального вала не должны быть ниже НВ 300. Сплавы из цинка характеризуются слабым сопротивлением усталостным напряжениям, если осуществляется воздействие больших изгибающих усилий. Поэтому, если такая возможность существует, в конструкции монометаллических трущихся деталей необходимо избегать резких переходов, бортов и т.п.