Удельная теплота плавления латуни

Удельная теплота плавления латуни

Удельная теплота плавления латуни

Лату́нь — двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим компонентом является цинк, иногда с добавлением олова (меньшим, чем цинка, иначе получится традиционная оловянная бронза), никеля, свинца, марганца, железа и других элементов. По металлургической классификации к бронзам не относится.

Содержание

История и происхождение названия [ править | править код ]

Несмотря на то, что цинк как химический элемент был открыт только в XVI веке, латунь была известна ещё до нашей эры [1] [2] . Моссинойки получали её, сплавляя медь с галмеем [3] , 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) [4] [5] . 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 [6] .

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 [ источник не указан 538 дней ] . 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.

Физические свойства [ править | править код ]

  • Плотность — 8500—8700 кг/м³.
  • Удельная теплоёмкость при 20 °C — 0,377 кДж·кг −1 ·K −1 .
  • Удельное электрическое сопротивление — (0,07-0,08)⋅10 −6 Ом·м .
  • Не является ферромагнетиком
  • Температура плавления латуни в зависимости от состава достигает 880—950 °C. С увеличением содержания цинка температура плавления понижается. Латунь достаточно хорошо сваривается различными видами сварки, в том числе газовой и дуговой в среде защитных газов, и прокатывается. Технологии сварки латуни описаны в соответствующей литературе. Хотя поверхность латуни, если не покрыта лаком, чернеет на воздухе, но в массе она лучше сопротивляется действию атмосферы, чем медь. Имеет жёлтый цвет и отлично полируется.
  • Висмут и свинец имеют вредное влияние на латунь, так как уменьшают способность к деформации в горячем состоянии. Тем не менее легирование свинцом применяют для получения сыпучей стружки, что облегчает её резку [7] .

Диаграмма состояния Cu — Zn [ править | править код ]

Удельная теплота плавления латуни

Медь с цинком образуют кроме основного α-раствора ряд фаз электронного типа β, γ, ε. Наиболее часто структура латуней состоит из α- или α+β’- фаз: α-фаза — твёрдый раствор цинка в меди с кристаллической решёткой меди ГЦК, а β’-фаза — упорядоченный твёрдый раствор на базе химического соединения CuZn с электронной концентрацией 3/2 и примитивной элементарной ячейкой.

При высоких температурах β-фаза имеет неупорядоченное расположение ([ОЦК]) атомов и широкую область гомогенности. В этом состоянии β-фаза пластична. При температуре ниже 454—468 °C расположение атомов меди и цинка в этой фазе становится упорядоченным, и она обозначается β’. Фаза β’ в отличие от β-фазы является более твёрдой и хрупкой; γ-фаза представляет собой электронное соединение Cu5Zn8.

Читать также:  Головка шиномонтажная своими руками размеры

Однофазные латуни характеризуются высокой пластичностью; β’-фаза очень хрупкая и твёрдая, поэтому двухфазные латуни имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные.

Содержание цинка в меди оказывает влияние на механические свойства отожжённых латуней.

При содержании цинка до 30 % возрастают одновременно и прочность, и пластичность. Затем пластичность уменьшается, вначале за счёт усложнения α — твёрдого раствора, а затем происходит резкое её понижение в связи с появлением в структуре хрупкой β’-фазы. Прочность увеличивается до содержания цинка около 45 % , а затем уменьшается так же резко, как и пластичность.

Большинство латуней хорошо обрабатывается давлением. Особенно пластичны однофазные латуни. Они деформируются при низких и при высоких температурах. Однако в интервале температур 300—700 °C существует зона хрупкости, поэтому при таких температурах латуни не деформируют.

Двухфазные латуни пластичны при нагреве выше температуры β’-превращения, особенно выше 700 °C, когда их структура становится однофазной (β-фаза). Для повышения механических свойств и химической стойкости латуней в них часто вводят легирующие элементы: алюминий (Al), никель (Ni), марганец (Mn), кремний (Si) и т. д.

Порядок маркировки [ править | править код ]

Принята следующая маркировка. Латунный сплав обозначают буквой «Л», после чего следуют буквы основных элементов, образующих сплав. В марках деформируемых латуней первые две цифры после буквы «Л» указывают среднее содержание меди в процентах. Например, Л70 — латунь, содержащая 70 % Cu. В случае легированных деформируемых латуней указывают ещё буквы и цифры, обозначающие название и количество легирующего элемента, ЛАЖ60-1-1 означает латунь с 60 % Cu, легированную алюминием (А) в количестве 1 % и железом (Ж) в количестве 1 %. Содержание Zn определяется по разности от 100 %. В литейных латунях среднее содержание компонентов сплава в процентах ставится сразу после буквы, обозначающей его название. Например, латунь ЛЦ40Мц1,5 содержит 40 % цинка (Ц) и 1,5 % марганца (Мц).

Удельная теплота плавления латуниУдельная теплота плавления латуни
Латунь литейная
ЛЦ14К3С3ЛЦ16К4ЛЦ23А6Ж3Мц2ЛЦ25С2ЛЦ30А3
ЛЦ37Мц2С2КЛЦ38Мц2С2ЛЦ40АЖЛЦ40Мц1.5ЛЦ40Мц3А
ЛЦ40Мц3ЖЛЦ40СЛЦ40СД
Латунь литейная в чушках
ЛАЛАЖМцЛКЛК1ЛК2
ЛКСЛМцЖЛМцСЛМцСКЛОС
ЛСЛСд

Поставщик Ауремо ООО www.auremo.org
Купить: Санкт-Петербург +7(812)680-16-77, Днепр +380(56)790-91-90, info[æ]auremo.org
Латунь труба, лента, проволока, лист, круг Латунь

Свойства и полезная информация:

Читать также:  6В75 широкоуниверсальный фрезерный станок

В многокомпонентных (специальных) латунях добавки третьего, четвертого элемента и более могут повышать прочность, твердость, упругость, коррозионную стойкость, антифрикционные свойства и технологические характеристики. В зависимости от дополнительных легирующих элементов латунь, содержащую А1, называют алюминиевой; Fe и Мп — железомарганцевой; Мn, Sn, Pl — марганцево-оловянно-свинцовой и т. д.

Двойные латуни маркируют буквой Л и числом, характеризующим среднее содержание меди в сплаве в %. В обозначении многокомпонентных латуней после буквы Л указывают легирующие элементы. Числа после букв означают содержание легирующих элементов.

По технологическому признаку латуни подразделяют на литейные и обрабатываемые давлением. Для изготовления литейных латуней могут применяться вторичные литейные латуни.

Получение латуни: Для плавки латуни может быть использован любой тип плавильных печей, применяемых для плавки медных сплавов. Но наиболее целесообразно латунь плавить в электрических индукционных низкочастотных печах с магнитопроводом. Менее желательна плавка латуни в электродуговых плавильных печах.

При плавке медноцинковых сплавов следует иметь в виду, что из всех других компонентов сплава наибольшей окисляемостью обладает цинк. Это объясняется низкой температурой кипения его.

Для уменьшения окисления цинка рекомендуются следующие мероприятия:

1) максимально ускорять процесс загрузки и плавки шихты, для этого загружать шихту в печь в компактном виде таким образом, чтобы куски и пакеты могли хорошо и плотно укладываться в печи;

2) поверхность жидкого сплава следует покрывать кусковым древесным углем;

3) загрузочное отверстие печи по возможности держать всегда закрытым;

4) не допускать излишнего перегрева расплава (выше температуры 1100—1200° С).

В качестве шихты для плавки латуни могут быть использованы как чистые, так и оборотные металлы. При плавке латуни на оборотных металлах порядок загрузки шихты в печь не имеет большого значения. При наличии в шихте свежих металлов в первую очередь загружают и расплавляют медь, затем оборотные металлы. Цинк и свинец, предварительно подогретые до 100—120° С, вводят в расплав в последнюю очередь. Во всех случаях плавка ведется под слоем древесного угля, который загружается в печь с первой порцией шихты.

Плавку латуни из свежих металлов и оборотных отходов в индукционной печи промышленной частоты с магнитопроводом рекомендуется вести в следующей последовательности.

1. По окончании разливки печь устанавливают в рабочее положение. При обнаружении оголенного канала печи выключают ток и канал заливают расплавленным металлом из другой плавильной печи.

2. Аккуратно загружают два-три пакета отходов, включают ток и производят дальнейшую загрузку шихты в печь в следующем порядке: вначале загружают предварительно подсушенные прессованные отходы в количестве 15—20% от массы всей шихты, стружку, опилки и другую мелочь; затем в жидкий металл загружают медь и тугоплавкие лигатуры (в случае плавки специальных латуней); одновременно с этим в печь загружают необходимое количество кускового древесного угля; после этого осторожно загружают переплавленные отходы и литники и в последнюю очередь загружают цинк и другие легкоплавкие компоненты (в случае приготовления специальных латуней).

3. Во избежание повреждения футеровки печи масса кусков шихтовых материалов не должна превышать 25 кг.

4. Шахта печи должна загружаться плотно и быстро, загрузочное окно при этом не должно долго оставаться открытым.

5. При плавке надо следить за тем, чтобы шихта не зависала в шахте. Быстрое колебание стрелки амперметра сигнализирует о том, что шихта отделена от расплавленного металла. Зависшую шихту с помощью деревянного шеста или какого-либо другого приспособления опускают вниз. При зависании шихты время плавки удлиняется и увеличивается угар металла.

6. В случае ведения плавки латуни на чистых металлах (меди и цинка) вначале загружают 25% шихты (вместе медь и цинк), затем всю оставшуюся медь и в последнюю очередь цинк (или другой легкоплавкий металл).

7. Шихта должна быть сухой; загрузка влажной шихты запрещается.

8. Тяжелые куски шихты должны загружаться в печь при помощи специальных приспособлений.

9. Шихта должна подаваться к печи в нумерованной таре (тележке). Это исключает смешивание шихты.

10. Необходимо иметь около печи некоторый запас шихты (две-три тележки).

11. После расплавления и нагрева расплава до заданной температуры с поверхности расплава снимают шлак, тщательно перемешивают и производят разливку.

Для увеличения жидкотекучести латуни в нее иногда перед разливкой добавляют фосфор в виде лигатуры медь — фосфор, содержащей 12—14% Р.

Плавку кремнистой и кремнистосвинцовистой латуней ведут под покровным флюсом — стеклом или бурой. Вследствие склонности кремнистых латуней к поглощению восстановительных газов плавить их в восстановительной атмосфере или под слоем древесного угля нельзя.

Читать также:  Каучук получают используя реакцию

При плавке кремнистых и кремнистосвинцовистых латуней в первую очередь в разогретую печь загружают медь, по расплавлении ее — отходы, меднокремнистую лигатуру. Цинк и свинец загружают в последнюю очередь после снятия шлака с расплава. Расплав тщательно перемешивают, доводят его до температуры разливки и затем разливают.

Плавку марганцовистых латуней ведут в условиях слабоокислительной атмосферы или близкой к нейтральной под покровом флюса из битого стекла, или под покровом древесного угля. Марганец в расплав вводят с лигатурами после расплавления всех других составляющих шихты.

Краткие обозначения:
σв— временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа ε— относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05— предел упругости, МПа Jк — предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2— предел текучести условный, МПаσизг— предел прочности при изгибе, МПа
δ5,δ4,δ10— относительное удлинение после разрыва, %σ-1— предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 и σсж— предел текучести при сжатии, МПа J-1 — предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν— относительный сдвиг, % n— количество циклов нагружения
s в— предел кратковременной прочности, МПаR и ρ— удельное электросопротивление, Ом·м
ψ— относительное сужение, %E— модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV— ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2 T— температура, при которой получены свойства, Град
s T— предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа l и λ— коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB— твердость по БринеллюC— удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o — T ), [Дж/(кг·град)]
HV— твердость по Виккерсу pn и r— плотность кг/м 3
HRCэ— твердость по Роквеллу, шкала Са— коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o — T ), 1/°С
HRB— твердость по Роквеллу, шкала Вσ t Т— предел длительной прочности, МПа
HSD— твердость по ШоруG— модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Удельная теплота плавления латуни

Почему твердое становится жидким?

Нагревание твердого тела приводит к увеличению кинетической энергии атомов и молекул, которые при нормальной температуре находятся четко в узлах кристаллической решетки, что и позволяет телу сохранять постоянные форму и размеры. При достижении некоторых критических значений скоростей атомы и молекулы начинают покидать свои места, происходит разрыв связей, тело начинает терять свою форму — становится жидким. Процесс плавление происходит не резким скачком, а постепенно, так, что некоторое время твердая и жидкая компоненты (фазы) находятся в равновесии. Плавление относится к эндотермическим процессам, то есть к таким которые происходят с поглощением теплоты. Противоположный процесс, когда жидкость затвердевает называется кристаллизацией.

Удельная теплота плавления латуни

Рис. 1. Переход твердого, кристаллического, состояния вещества в жидкую фазу.

Было обнаружено, что до окончания процесса плавления температура не изменяется, хотя тепло все время поступает. Никакого противоречия здесь нет, так как поступающая энергия в этот период времени уходит на разрыв кристаллических связей решетки. После разрушения всех связей приток тепла будет повышать кинетическую энергию молекул, а следовательно, температура начнет расти.

Удельная теплота плавления латуни

Рис. 2. График зависимости температуры тела от времени нагрева.

Определение удельной теплоты плавления

Удельной теплотой плавления (обозначение — греческая буква “лямбда” – λ ), называется физическая величина равная количеству тепла (в джоулях), которое необходимо передать твердому телу массой 1 кг, чтобы полностью перевести его в жидкую фазу. Формула удельной теплоты плавления выглядит так:

m — масса плавящегося вещества;

Q — количество тепла, переданное веществу при плавлении.

Значения для разных веществ определяют экспериментально.

Зная λ, можно вычислить количество тепла, которое необходимо сообщить телу массой m для его полного расплавления:

В каких единицах измеряется удельная теплота плавления

Удельная теплота плавления в СИ (Международная система ) измеряется в джоулях на килограмм, Дж/кг. Для некоторых задач применяется внесистемная единица измерения – килокалория на килограмм, ккал/кг. Напомним, что 1 ккал = 4,1868 Дж.

Удельная теплота плавления некоторых веществ

Информацию о значениях удельной теплоты для конкретного вещества можно найти в книжных справочниках или в электронных версиях на интернет-ресурсах. Обычно они приводятся в виде таблицы:

«>

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *