Свинцовые латуни

Фазовый и химические состав

Свинцовые латуни - это медно-цинковые сплавы, в которых добавлен третий легирующий элемент — свинец. В латуни ЛЖС добавлен четвертый элемент — железо. В остальных свинцовых латунях элементы кроме меди, цинка и свинца — это примесные атомы, количество которых не должно превышать проценты по стандарту качества. Свинец в латуни улучшают обрабатываемость резанием. Обрабатываемость сплава Л63-3 принято эталонной за 100%. Высокие антифрикционные свойства свинцовых латуней используют для изготовления деталей, работающих в условиях трения.

Cистема Cu-Zn-Pb определяет фазовый состав свинцовых латуней. В твердом состоянии свинец не растворяется в меди, медно-цинковом α и β-твердых растворах и в любых промежуточных фазах системы Cu-Zn. Добавки свинца к медно-цинковым сплавам не сдвигают границы двухфазной области α + β. Количество α и β-фаз будет определять процентное содержание цинка как в простых латунях. Даже малые количестве свинца выделяются в отдельную фазу, которая состоит из чистого Pb и превращает однофазную область α-твердого раствора системы Cu-Zn в двухфазную область α + Pb, а двухфазную область α + β — в трехфазную область α + β + Pb тройной системы Cu-Zn-Pb. Температуры плавления эвтектики α + Pb составляет ∼327°С. При превышении эвтектической температуры, свинец переходит в жидкую фазу чистого свинца в двухфазных и трехфазных областях тройной системы Cu-Zn-Pb.

Количество цинка в составе латуни ЛС74-3 определяет её в область первичной кристаллизации α-твердого раствора тройной системы Cu-Zn-Pb. После кристаллизации латунь ЛС74-3 состоит из двух фаз α + Pb. Двухфазную структуру α + Pb твердого раствора образуется в латунях ЛС64-2 и ЛС63-3. По аналогии с однфазными простыми латунями ( например Л63), свинцовые латуни ЛС74-3, ЛС64-2 и ЛС63-3 классифицируют как α-сплавы с включениями нерастворимого свинца. Химические составы латуней ЛС60-1, ЛС59-1 и ЛС59-3 находятся при температуре 20°С в трехфазной области α + β + Pb, и их классифицируют как двухфазные α + β-латуни с включениями нерастворимого свинца в обоих фазах.

Влияние свинца на технологические свойства

Свинец практически не растворяется в меди. Он выделяется в виде дисперсных частиц в объеме и по границам зерен. Частицы свинца создают ломкость стружки при механической обработке. При обработке резанием свинцовых латуней образуется сыпучая стружка без завитков. Детали из этих латуней изготовливают на станках-автоматах при высоких скоростях резания. Второе народное название свинцовых латуней - сыпучка.

При изготовлении мелких деталей в микротехнике и приборостроении важно получить в заготовках размер зерна α-фазы от 10 до 50 мкм при среднем диаметре частиц свинца 1—5 мкм. Для этого применяют латуни с высоким содержанием свинца (ЛС63-3, ЛС58-3), которые удовлетворяют требованиям по однородности химического состава и внутренней структуре: размерам и распределению частиц свинца, количеству и распределению β-фазы, размерам зерна α-фазы

В α-латунях ЛС74-3, ЛС64-2, ЛС63-3 горячая прокатка не производится из-за включения свинца. Горячую деформацию латуней проводят при температурах выше эвтектической температуры плавления свинца в медно-цинковом растворе, поэтому существует опасность оплавления свинца по границам α-зерен и получения дефектной конечной структуры. В холодном состоянии обрабатываемость давлением у них хорошая.

Двухфазные α + β-латуни ЛС60-1, ЛС59-1 и ЛС59-3 хорошо прокатываются в горячем состоянии. При нагреве проходит перекристаллизации α → β и свинцовые включения оказываются внутри β-зерен, а не на границах, как в α-латунях. Двухфазная латунь ЛС59-1 «сыпучка» — наиболее распространенный сплав из-за комбинации технологических м механических свойств: она отлично переносит горячую обработку давлением, удовлетворительно - холодную, отлично обрабатывается резанием.