Медь и цинк: сплав. Сплав меди и цинка: формула

Медь и цинк — два удивительных металла, которые человечество научилось сплавлять еще в глубокой древности. Их соединения обладают уникальным комплексом полезных свойств и находят самое разнообразное применение в промышленности, искусстве, архитектуре. Давайте познакомимся поближе с этими замечательными материалами!

История открытия и применения меди и цинка

Медь как химический элемент была известна человеку с глубокой древности. Первые медные орудия появились еще в эпоху неолита, около 10 тысяч лет назад. С тех пор это мягкий и пластичный металл стал одним из важнейших материалов для изготовления инструментов, украшений, посуды, оружия.

Цинк же как отдельный металлический элемент был выделен только в XVI веке, хотя цинковую руду использовали для легирования меди еще в древнем мире. К примеру, моссинойки получали первые латуни, сплавляя медь с галмеем.

Сплав меди и цинка — латунь впервые была запатентована в 1781 году английским промышленником Джеймсом Эмерсоном. Это открытие позволило начать массовое производство столь ценного материала.

Классификация медно-цинковых сплавов

В зависимости от процентного соотношения меди и цинка различают несколько основных разновидностей их сплавов:

• Латунь (до 45% цинка)
• Томпак (до 20% цинка)
• Мельхиор (до 16% цинка)
• Мунц-металл (до 36% цинка)

Помимо чисто медно-цинковых составов бывают и более сложные сплавы с добавлением других элементов - олова, никеля, железа, марганца. Они получили название специальных или многокомпонентных латуней и томпаков.

Для стандартизации и идентификации разных марок латуни и томпака используется специальная буквенно-цифровая маркировка:

• ЛМц58-2-1 - латунь, содержащая 58% меди, 2% марганца, 1% железа
• ЛО90-1-1,5 - латунь с 90% меди, 1% олова, 1,5% свинца
• ТС14 - томпак с 86% меди и 14% цинка

Свойства медно-цинковых сплавов

Сплав цинка, меди и олова обладает комплексом уникальных характеристик, которые во многом определяются процентным соотношением компонентов.

Например, однофазные α-латуни с содержанием цинка до 35% отличаются повышенной пластичностью и хорошо поддаются горячей и холодной обработке давлением. А вот двухфазные (α+β)-латуни более прочные и твердые, зато менее пластичны.

Добавки таких элементов, как алюминий, никель, марганец повышают прочностные характеристики латуни и томпака, а свинец улучшает обрабатываемость резанием.

Практически все медно-цинковые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, износостойкостью, технологичностью. Эти качества и определяют их широчайшее применение в промышленности, строительстве, транспорте, энергетике.

Детали и конструкции из латуни и томпака служат долгие годы, не теряя своих свойств. При этом они достаточно демократичны по цене и значительно дешевле чистой меди.

На сегодняшний день трудно назвать сферу человеческой деятельности, где бы ни использовались сплавы меди и цинка. Эти материалы по праву считаются одними из самых востребованных и перспективных.

Производство латуни и томпака

Для выплавки латуни обычно используется медный лом и цинк в чушках, а также различные отходы меди и цинка. Процесс включает несколько основных стадий.

Сначала происходит шихтовка - подготовка и дозировка шихты, то есть смеси медного и цинкового сырья. Затем эта шихта загружается в плавильные печи и расплавляется при температуре 1000-1150°С.

После этого жидкую латунь или томпак переливают в разливочные ковши, производят легирование другими элементами, рафинирование, дегазацию. И только потом происходит разливка в изложницы или непрерывное литье заготовок.

Переработка латуни и томпака

После разливки слитки латуни и томпака подвергаются горячей прокатке, волочению, штамповке, ковке, сварке. Так получают разнообразный латунный и томпачный прокат - листы, трубы, профили.

Обработка металлов давлением позволяет эффективно перерабатывать до 98% отходов латуни и томпака во вторичное сырье без потери качества. Это очень важно с экономической и экологической точки зрения.

Художественная обработка латуни и томпака

Благодаря своим пластическим свойствам формула латуни и томпака активно применяется в литейном и кузнечно-кованом искусстве для создания художественных изделий. Например, популярна чеканка томпаковых пластин.

Кроме того, из латуни отливают всевозможные скульптуры, элементы лестниц, мебельную фурнитуру, светильники, вазы, тарелки, подсвечники. Сочетание золотистого блеска, пластичности, прочности, стойкости к коррозии делают латунь и томпак идеальным материалом для художников и дизайнеров.

Латунь и экология

Производство медно-цинковых сплавов неизбежно оказывает определенное воздействие на окружающую среду. Однако благодаря внедрению новейших ресурсосберегающих и безотходных технологий это воздействие удается минимизировать.

Так, например, применение методов вторичной переработки позволяет сократить потребность в добыче медной и цинковой руды на 50%. А использование замкнутых систем водооборота дает колоссальный экономический и экологический эффект.

Многие предприятия цветной металлургии сегодня внедряют самые передовые решения в этой сфере, что позволяет существенно уменьшить “углеродный след” производства.

Перспективы применения латуни

Сплав меди и цинка, формула латуни и томпака активно изучается учеными во всем мире. Разрабатываются инновационные составы этих материалов с улучшенными характеристиками.

В частности, ведутся работы по созданию наноструктурированных, инструментальных, жаропрочных, износостойких латуней для применения в авиакосмической, атомной, оборонной отраслях.

Также перспективны композиционные материалы на медно-цинковой основе, армированные углеродными нанотрубками, что придает им рекордную прочность и электропроводность.

Все это позволяет надеяться, что в XXI веке ждет новое “золотое время” для этого уникального класса материалов с тысячелетней историей.

Применение латуни и томпака в промышленности

Благодаря своим уникальным физико-механическим свойствам медно-цинковые сплавы находят широкое применение в различных отраслях промышленности.

В машиностроении из латуни и томпака изготавливают детали трубопроводов, клапаны, втулки, подшипники, зубчатые колеса, валики, шестерни, сопла.

В судостроении используются латунные трубы, листы, профилированные заготовки для элементов корпуса судов и лодок.

В приборостроении нашли применение разнообразные корпусные детали, крепеж, контакты, разъемы из латуни и ее сплавов.

Латунь в электротехнике и электронике

Латунные шины служат основой для монтажа электрощитового оборудования.

Из латуни изготавливают контакты-наконечники проводов, клеммы, выводы радиодеталей, токопроводы.

Латунь широко используется для экранирования и заземления радиоэлектронных устройств.

Сплавы меди и цинка в строительстве

В строительной сфере латунные профили и трубы находят применение для несущих и декоративных конструкций.

Из латуни изготавливают фурнитуру, дверные ручки, петли, замки, навесы, поручни.

Добавки латуни в сплавы для литья колоколов улучшают их звучание.

Прочие области использования латуни

Латунь активно применяется для изготовления мундштуков и других деталей музыкальных инструментов.

В полиграфии латунные сплавы используются для изготовления печатных форм и клише.

В медицине распространены хирургические и стоматологические инструменты с латунными деталями.