Томпак — состав сплава и характеристики — состав, характеристики, производство, виды

Вы наверняка знаете, что такое латунь, а вот с понятием томпак знакомы вряд ли. Этот сплав на нее отчасти похож и пользуется огромной популярностью. Рассмотрим материал подробно.

1 Свойства и состав псевдодрагоценной латуни

Латунь известна уже очень давно, со времен древних римлян, и это несмотря на то, что цинк был открыт всего V столетий назад. В те далекие времена античности в упомянутый сплав вносили вместо чистого Zn галмей (цинковую руду). А вот томпак, который мы знаем сегодня, был изобретен Кристофером Пинчбеккером в XVII веке. Сплав получил распространение не только в Англии, уже через несколько десятков лет о нем узнали во всем мире. И кстати, многие мошенники разбогатели, выдавая монеты, разные украшения и изделия из этого вида латуни за золотые. Сегодня в обиходе можно встретить и иные названия этого сплава – симилор, принцеталл, хризохалк, ореид и хризорин.

Как вы уже догадались, это сплав меди и цинка. Содержание первого элемента колеблется в пределах от 88 до 97 %, а второго не более 10%. Если увеличить долю Zn до 10–20%, тогда получится полутомпак. Содержание последнего элемента влияет на свойство латуни и ее цвет. С его увеличением окрас изменяется от красного к желтому. Иногда слитки томпака по фото можно перепутать с благородным золотом. Подобное изменение приводит к улучшению антифрикционных, технологических и механических свойств, а стоимость, напротив, снижается. Это обусловлено относительной дешевизной цинка по сравнению с медью.

Латунь желтого цвета

Материал обладает великолепными антикоррозионными свойствами и износостойкостью. Он прекрасно сваривается с различными сталями и благородными металлами. Отличается повышенной пластичностью. Легко поддается эмалированию и золочению, ковке, волочению и гравировке.

Еще одной особенностью является полное отсутствие магнитных свойств.

Изделие из томпака

Твердость материала достигает 145 МПа. Температура, при которой начинается процесс плавления, составляет 1045 °C. Без применения смазки коэффициент трения равен 0,44. Если использовать специальные смазывающие вещества, то этот показатель можно снизить до 0,074. При растяжении предел прочности колеблется от 440 до 520 МПа, а относительное удлинение после разрыва составляет около 3%. Латунь Л90 имеет плотность 8780 кг/м3. Для получения заданных характеристик в состав сплава томпак вводят дополнительные элементы. Содержание их всего несколько десятых процента. В результате получается материал с идеальным соотношением пластичности и прочности, прекрасным внешним видом и приемлемой ценой.

Сплав в зависимости от дальнейшей судьбы может быть листовой или в брусках. В маркировке первой указывается буква «Л», затем следует процентное содержание меди. Например, Л96 состоит из 95–97 % Cu, не более 0,2 % примесей и остальное – Zn. А вот если увидите на изделии обозначение Л90, значит, основного элемента содержится в пределах 88–91 %, примесей менее 0,2%. Марки Л85 и Л80 относятся к полутомпаку. В них доля дополнительных компонентов может достигать 0,3 %.

Что такое латунь

Основными компонентами сплава латуни является медь и цинк. Пропорциональные составляющие этих металлов могут быть разные. Количество цинка колеблется. Минимальное его значение составляет 20 %. Максимальное достигает 50%. При этом сплав меняет свой цвет: бывает золотистым, желтым или зеленым.

Процентный показатель цинка настолько важен, что способен изменять характеристику материала. Это относится к его пластичности и твердости.

Структура и состав

Состав сплава формируется из фаз:

1. Альфа-фаза. Содержание цинка до 35 %
2. Бета-фаза. Присутствие цинка до 50 %. Также в состав входит олово — 6 %.

В некоторых случаях присутствует одна альфа-фаза. В зависимости от изменения процентного состава основных компонентов, структура латуни может состоять одновременно из 2 фаз — альфа и бета.

В химический состав латуни, кроме меди и основного легирующего элемента цинка, входят добавки. Сюда относятся легирующие элементы: алюминий, железо, марганец, свинец, кремний, никель. Они составляют небольшой процент соединения. Каждый из них влияет на показатели характеристик материала.

Свойства и характеристики

Основным качеством в характеристиках латуни является ее коррозионная стойкость. Но она обладает и другими свойствами:

1. Способность сплава противостоять агрессивным средам, особенно после покрытия поверхности лаком.
2. Прочность латуни.
3. Пластичность сплава.
4. Возможность материала поддаваться обработке давлением. Процесс ведется как в горячем виде при высоких температурах, так и в холодном.
5. Сплав можно подвергать контактной сварке и пайке.
6. Теплопроводность, которая повышается с увеличением процентного содержания меди.
7. Температура плавления, которая составляет 880–950 градусов. При меньшем добавлении цинка, температура плавления снижается.
8. Материал обладает немагнитными свойствами.

Основным фактором твердости и пластичности соединения является цинк. Увеличение его количественного содержания напрямую связано с повышением прочностных характеристик. Пластичность же возрастает только до количественного содержания цинка 36%. При последующем его увеличении до 45 % идет снижение этого показателя.

Латунь. Как определить? Где искать?

В целях увеличения твердости сплава проводится термическая обработка под названием нагартовка. Она способствует не только увеличению показателя прочности, но и снимает внутренние, структурные напряжения.

На эксплуатационные характеристики оказывают действия легирующие добавки. Их влияние указано в таблице:

Маркировка

Существует 2 разновидности сплавов:

1. Двухкомпонентные. Основные составляющие — медь и цинк. Маркируются буквой Л. Дальше стоят цифры, указывающие количество меди процентах. Л60: содержит меди 60 %, а оставшиеся 40% — цинк.
2. Многокомпонентные. Кроме основных составляющих добавляются еще легирующие элементы. Так же впереди стоит буква Л. Потом следует перечисление добавок. В конце пишутся через черточку цифры, указывающие на процентное содержание каждой из составляющих. Количество цинка не указывается, а рассчитывается. Например: Марка ЛАЖМц66-6-3-2 имеет 66 % Cu, 6 %Al, 3 % Fe и 2 % Mn. Путем расчетов определяется количество цинка равное 23%.

Плюсы и минусы

Латунный сплав обладает характеристиками, которые в одном случае служат положительным моментом, а в другом отрицательным. Состоят они в следующем:

1. Небольшой вес. Это качество вместе с высокой прочностью используется в определенных отраслях промышленности.
2. Сплав обладает хорошей пластичностью.
3. Невысокая стоимость.
4. Коррозионная стойкость уменьшается с увеличением количества меди.
5. Показатели теплопроводности ниже, чем у чистой меди и бронзы.

Структура и состав

Как и в других сплавах свойства материала определяются составом и фазовым состоянием. Причем различия настолько велики, что делают латуни разной марки невзаимозаменяемыми.

Различают 2 вида сплавов: двухкомпонентные и многокомпонентные.

• Двухкомпонентные, то есть, состоящие из 2 металлов. При этом могут наличествовать примеси, но в таком объеме, который на качества не влияет. Главным является медь, поэтому в маркировке, например, указывают лишь долю меди, а долю цинка просто рассчитывают. Свойства такого сплава во многом определяются фазовым составом.
  • Так, латунь с содержанием цинка до 39% включает только одну фазу – α -фазу. Такой сплав отличается высокой пластичностью, однако прочность его относительно невелика.
  • При повышении доли цинка металл не может полностью раствориться в меди, и в итоге появляется β-фаза. Пластичность при этом уменьшается, а прочность резко возрастает до содержания цинка в 45%, а затем снова падает.
• Многокомпонентные латуни наряду с медью и цинком включают и другие металлы и неметаллы. На свойства сплава они оказывают весьма заметное влияние. Определяются они характером компонента. Так, добавление олова значительно увеличивает стойкость к действию морской воды. А добавка никеля, например, увеличивает механическую прочность изделия из такой латуни.

Другая классификация связана с методами обработки сплава.

• Деформируемые, то есть, латуни, которые можно подвергать деформации в холодном состоянии. Выпускают такие сплавы латуни в виде листов, прутков, проволоки, из которых затем изготавливают, например, всевозможные трубы.
• Литейные – сплавы лиатуни, которые деформируют лишь под воздействием высокой температуры и давления при литье. Из такого материала детали отливают и получают подшипники, машинные детали, арматуру и прочее.

Используется классификация по доле цинка.

• Красная или томпак – доля цинка составляет 5–20%. Сплав отличается превосходными антифрикционными и антикоррозийными свойствами и используется для получения биметалла сталь-латунь.
• Желтая – с долей цинка от 20 до 36%. Состав сохраняет высокую пластичность.
• Техническая – с 48–50% цинка, применяется для получения фитингов, машинных деталей, частей химической аппаратуры и так далее.

О свойствах латуни по ГОСТу погорим ниже.

Свойства

Плотность медного сплава равна 8300 – 8800 килограммов на кубометр. Разница в значениях обусловлена соотношением металлов в сплаве и количеством (наличием или отсутствием) добавочных материалов. Плавиться томпак начинает при 890 – 940 градусах, при увеличении процентного содержания цинка в сплаве температура плавления уменьшается. Томпак хорошо обрабатывается давлением, как в горячем так и в холодном состоянии, обладает высокими механическими и литейными свойствами, великолепной стойкостью к коррозии и износостойкостью. Сплав обладает повышенной свариваемостью, хорошо соединяется со сталью, цветными и благородными металлами. Ценной особенностью является полное отсутствие магнитных свойств.

Количество цинка в сплаве определяет его характеристики и влияет на цвет. Чем цинка больше, тем светлее будет сплав, можно добиться изменения окраски от медно-красного до светло-желтого, абсолютно идентичного цвету золота. В таком «золотом» томпаке содержится цинк — 15% и присадка алюминия в количестве 5%. Именно по причине золотой окраски, изделия и фальшивые монеты из томпака использовались различными аферистами. Кроме цвета, с увеличением процентного содержания цинка в составе, изменяются следующие качества сплава по сравнению с медью:

• повышаются антифрикционные свойства;
• повышаются технологические и механические характеристики;
• снижается стоимость в сравнении с ценой чистой меди

Сплав обладает высокой степенью пластичности, что позволяет обрабатывать его деформационными способами, ковать, обтачивать и гравировать, золотить и использовать для изделий с эмалью, например наград. В последнем случае содержание цинка в томпаке не должно превышать 3 – 5 %. Это так называемый эмалировочный томпак.

Где применяют томпак

Используют томпак для плакирования стали, т.е. покрытия поверхности стальных изделий тонким слоем сплава, что применяется при изготовлении зарядов и пуль к огнестрельному оружию и получения биметалла сталь-латунь. Применение таких биметаллических листов экономит нержавеющую сталь и цветные металлы, защищая стальную сердцевину от коррозии и разрушения и придавая поверхности нужные свойства. Эта технология позволяет резко снизить стоимость изделия. Применяется биметалл для различных элементов химической аппаратуры, где другие покрытия не справляются с коррозией. Биметаллическая проволока применяется для линий связи. Используют томпак для изготовления высокоточного измерительного и другого оборудования.

Благодаря хорошим резонаторным свойствам, из сплава изготавливают раструбы духовых медных музыкальных инструментов. Используют его для изготовления:

• художественных изделий (картины, выполненные в технике чеканки по металлу);
• радиаторных трубок и тянутых труб диаметром до 30 мм;
• знаков отличия;
• фурнитуры;
• портсигаров и сигаретниц;
• некоторых видов медалей и монет.

Например, монеты России номиналом 10 и 50 копеек. Школьные Золотые медали изготавливаются из томпака с последующим нанесением позолоты. Бронзовые медали летней Олимпиады-80 в Москве были выполнены из томпака. В 1942-1943 годах в Канаде были выпущены монеты из томпака номиналом 5 центов.

За свою красивую окраску и легкость обработки томпак широко применяется ювелирами при изготовлении бижутерии. Сплав используют для изготовления посуды, статуэток, подсвечников, в отделке интерьеров и мебели. В странах Востока изящную тонкостенную посуду для воды, кувшины, чаши, подносы изготавливают из томпака, который украшают уникальными узорами, создавая тем самым произведения искусства. От разрушительного воздействия воды на сплав, посуду защищают путем лужения оловом, что позволяет надолго сохранить художественную красоту изделий.

Применение

Из латуни производят охлаждающие системы для моторов, разнообразные втулки, переходники. Сплав используется в строительной сфере. Например, для изготовления сантехнического оборудования и элементов дизайна. Элементы для крепежа, такие как болты и гайки, также производят из латуни. Этот сплав применяется в судостроении и при изготовлении боеприпасов.

Различают несколько видов латунного проката:

• Латунный пруток – это длинномерное металлическое изделие, которое является заготовкой для различных деталей. Пруток имеет различную форму сечения: круглую, овальную, прямоугольную, квадратную, шестигранную, трапециевидную.
• Латунная плита – это плоский полуфабрикат с прямоугольным сечением толщиной более 25 мм, который изготавливается прокаткой или литьём. Плиты бывают мягкими, твёрдыми, полутвёрдыми и особо твёрдыми. Латунные плиты используются в промышленности, для декоративной отделки зданий.
• Латунная проволока – это вытянутый профиль небольшого диаметра. Применяется проволока в производстве электротехники и декоративных элементов, а также в машиностроении, авиастроении, при сварке и в обувной промышленности.
• Латунная труба – обладает высокой пластичностью, устойчивостью к коррозии, износу. Трубы применяются в жилищно-коммунальном хозяйстве, машиностроении, приборостроении, электроэнергетике.
• Латунный круг – это сплошной профиль круглого сечения. Применяется изделие в автомобилестроении, приборостроении, при изготовлении станков и механизмов.
• Латунный лист — незаменим в полиграфии, автомобилестроении, электроэнергетике, приборостроении, электротехнической, строительной и химической промышленностях.

Как удалить слой окиси с поверхности томпакового изделия

Хотя латунь любой марки, как уже говорилось выше, и отличается высокой устойчивостью к коррозии, на латунных изделиях со временем формируется окисная пленка (их поверхность темнеет). Особенно активным такой процесс является в том случае, если изделие часто контактирует с водой. Существует несколько простых и эффективных способов, позволяющих вернуть изделию из томпака первоначальный вид, сияние и блеск.

Результат чистки изделий из томпака во многом будет зависеть от их состояния

Прежде чем воспользоваться одним из таких способов, следует убедиться, что предмет изготовлен полностью из латунного сплава, а не просто покрыт им. Чтобы выполнить такую проверку, достаточно воспользоваться обычным магнитом, который не должен притягиваться к поверхности изделия.

Первый способ предполагает использование раствора, в состав которого входят вода и мыло. Вам также потребуется ацетон. В нем необходимо смочить ватный диск, которым протирают очищаемую поверхность. После такой обработки изделие надо промыть в мыльном растворе до полного восстановления блеска его поверхности.

Для второго способа очистки необходимо подготовить раствор, состоящий из 3 литров воды, 25 граммов соли и 250 мл обычного уксуса. Потемневшее изделие из томпака следует прокипятить в таком растворе, пока его поверхность полностью не очистится.

Следующий способ, требующий применения респиратора и резиновых перчаток в качестве мер безопасности, предполагает использование раствора, состоящего из 10 литров воды и 200 мл щавелевой кислоты. Латунный предмет, поверхность которого необходимо очистить, помещается в такой раствор на несколько часов.

Наиболее простой способ очистки томпака от темной окисной пленки предполагает использование половинки лимона, которую обмакивают в поваренную соль. Затем таким лимоном протирают очищаемую поверхность. Для полировки томпаковых изделий после их очистки можно использовать обычную зубную пасту в качестве щадящего абразивного материала.

Как отличить золото от латуни

Несмотря на то, что внешне золото и латунь похожи, существуют способы отличить одно от другого. Это проверяется следующим образом:

1. У золота цвет более насыщенный. К тому же, со временем латунь темнеет, потому что окисляется на воздухе, а золото нет.
2. Если поднести магнит, латунь притянется, а золото нет.
3. Латунь имеет большую плотность, а значит и тяжелее. Это ощутимо при подбрасывании кусочков металла в ладонях.
4. Наличие пробы.
5. Если провести тестирование кислотой, золото в реакцию не вступит, а латунь обесцветится.

От латуни до золота один шаг

Способы получения

В технологии получения латуни задействованы процессы медной, цинковой промышленности, а также переработка вторсырья. Сырьём для производства сплавов являются заготовки меди, цинка и других металлов для получения многокомпонентных сплавов. Также используются собственные отходы производства и вторичное сырьё. Все заготовки изготовлены в соответствии с ГОСТ.

Для плавки латуни используют различные виды плавильных печей, применяющихся для плавки медных сплавов. Самыми эффективными являются электрические индукционные низкочастотные печи с магнитопроводом. Плавку проводят под вытяжной вентиляцией, поскольку некоторые элементы сплава интенсивно испаряются и могут навредить здоровью человека. Сплав нежелательно перегревать, из-за вероятности возгорания на воздухе некоторых компонентов. В качестве шихт для плавки латуни используют чистые и оборотные металлы.

Предварительно сырьё подготавливают, а печи очищают. Разогретую до красного каления медь помещают в печь, а затем добавляют кусковые заготовки цинка. Во время плавки медно-цинковых сплавов берут во внимание значительную окисляемость цинка. Для уменьшения окисляемости проводят ряд мероприятий. Для изготовления многокомпонентных сплавов в первую очередь добавляют медь, а затем с осторожностью остальные компоненты.

 

Однородную массу разливают в формы для получения литейной латуни. В результате получаются слитки плоской и круглой формы. Деформируемые сплавы после отливки подвергаются процедуре деформации. Полученные изделия различаются по степени закалки и старения, а также твёрдости материала. Предварительная термическая обработка заготовок значительно увеличивает прочность и коррозионную устойчивость латуни.

Как можно отличить сплав латуни от бронзы

Иногда необходимо отличить бронзу от латуни. Именно бронзовые втулки используются в качестве подшипников.

Для этого существуют методы:

1. Бронза более темного цвета и значительно тяжелее. Это ощутимо при подбрасывании.
2. Бронзовые изделия тверже. Место скола будет крупнозернистым. Разлом латунной детали окажется гладким.
3. Берутся 2 пробирки с реактивом. В одну кладется стружка бронзы, в другую латуни. После подогрева, в первой появится белый осадок. Во второй ничего не произойдет.
4. В контакте латунной стружки с морской солью, она меняет свой цвет. Бронзовая стружка нет.

Латунь — это сплав, без которого уже невозможно обойтись в повседневной жизни. Металл входит в технологический процесс множества деталей промышленного производства, и заменить его не так просто.

Заключение

Томпак — сплав с замечательными физическими свойствами и великолепным внешним видом нашел применение во многих отраслях народного хозяйства. Его качества позволяют использовать сплав практически в любой области — от простейших бытовых изделий до сложных приборов и произведений искусства.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...

Читайте также:

Доменная печь — устройство, принцип рабо... Искусственный мрамор своими руками — тех... Кубатурник пиломатериала — определение,... Металлизация поверхности деталей:химичес...