Томпак: состав сплава и характеристики

Содержание

  • 1 Антикоррозионный биметалл
  • 2 Термочувствительный элемент
  • 3 Высокочастотные проводники
  • 4 Антифрикционное покрытие
  • 5 Галерея
  • 6 Изготовление
  • 7 Примечания
  • 8 См. также
  • 9 Ссылки

Антикоррозионный биметалл

Антикоррозионный биметалл представляет собой дешёвый металл (например, обыкновенную сталь), покрытый слоем более коррозионно-стойкого (и дорогого) металла. Покрытие осуществляют с одной или с обеих сторон. В качестве покрытия используются коррозионностойкая сталь, титан, латунь, серебро, медь, никель, алюминий и другие металлы.

Антикоррозионный биметалл применяется для изготовления химических сосудов и аппаратов, кухонной утвари, дешёвых плакированных монет.

Недостаток биметалла при таком использовании — как правило, наличие незащищённого края (среза) у биметаллического изделия (торец у проволоки, гурт у монеты). Ржаветь биметалл начинает именно оттуда (электрохимическая коррозия).

Термочувствительный элемент


Термочувствительный элемент электроплиты Из-за разницы в коэффициентах теплового расширения (КТР) металлов при нагреве пластина из биметалла изгибается в сторону металла с меньшим КТР.

Высокочастотные проводники

Вследствие скин-эффекта плотность переменного тока падает к середине проводника. Поэтому в ряде случаев бывает целесообразно заменять центральную часть проводника более дешёвым (и более прочным) металлом с худшими электрическими характеристиками (биметаллическая проволока медь-железо, медь снаружи; медь-серебро, серебро снаружи).

Свойства и характеристики

Свойства латуни определяют составом как химическим, так и фазовым. Поэтому говорить об общих технических свойствах довольно затруднительно. Каждый сплав обладает своими особенностями.

Усредненные данные выглядят так:

  • средняя плотность – 8300–8700 кг/куб. м;
  • удельная теплоемкость при нормальной температуре — 0,377 кДж·кг−1·K−1 удельное сопротивление – (0,07-0,08)·10−6 Ом·м;
  • теплопроводность – 0,26–0,592 кал/см · сек, · °С, чем выше доля меди, тем выше теплопроводность;
  • температура плавления определяется химическим составом и варьируется от 880–950 С. Увеличение доли цинка температуру уменьшает;
  • материал можно сваривать, но только не сваркой плавлением, а, например, контактной сваркой.
  • Сплавы любого состава хорошо полируются.

Введение легирующих добавок существенно влияет на физические характеристики. Приведенные данные касаются именно двухкомпонентных латуней.

Про изготовление деталей из латуни и меди массово и на заказ, а также изготовление других изделий из нее погорим ниже.

Плавка латуни в индукционной печи без графитового тигля представлена в видео ниже:

Как влияют легирующие присадки

Легирующая – это присадка к сплаву, изменяющая его состав и, как следствие, придающая ему какие-то новые свойства, или повышающая или снижающая уже имеющиеся свойства. Для снижения потерь металла с поверхности расплава, в него добавляют алюминий образующаяся при этом оксидная плёнка, и выполняет защитную роль. Чтобы увеличить прочность и улучшить антикоррозионные качества, в сплав добавляют магний, отдельной позицией или вместе с алюминием и железом. Причём на плотность металла присадки практически не влияют.

Добавка в расплав никеля исключает проявления отрицательных моментов в части окислительных процессов. Улучшить пластичность, ковкость сплава и условия его резки удаётся введением в состав латуни такой присадки, как свинец. Кремний в сочетании со свинцом улучшает скольжение до такой степени, что легированный этой присадкой сплав вполне может использоваться на равных с оловянной бронзой. При этом кремний, добавленный без других присадок, конкретно повышает твёрдость и прочность латуни. Если металл планируют использовать на корабле, к нему присаживают олово, придающее стойкость к солёной воде.

Как можно отличить сплав латуни от бронзы

Отличить латунь от бронзы и, помимо этого, узнать точный состав можно лишь в химической лаборатории (к примеру, с помощью спектроскопического анализа). Увы, в домашних условиях (тем более, если нельзя делать царапины либо как-то еще деформировать изделие) спектр возможностей довольно ограничен. Однако существует алгоритм, который показывает пусть и не очень точные, но все же результаты.

Вам будут необходимы:

  • калькулятор;
  • точные весы;
  • прозрачная емкость с водой;
  • образцы латуни и бронзы со сколами;
  • микроскоп или сильная лупа.

Начните со зрительного анализа. Нужно тщательно почистить изделие и поместить под солнечное освещение. Обычно бронза темней латуни, при этом, если рассматривать цвет, то бронза переходит в «красный» спектр (от рыжего до бурого), а латунь в «желтый», иногда даже до белого. Но данный способ не очень неточен, потому переходите ко второму шагу.

Сделайте анализ состава на плотность. Будет необходима прозрачная емкость с водой и точные весы. Опустив изделие в воду, узнаем объем, потом определяем массу. Плотность — это соотношение массы предмета к его объему, переводим в кг/ куб. м. Чаще всего бронза плотней латуни, при этом линия деления находится на показателях 8700 кг/куб. м. Итак, 8400-8700 кг/куб.м – скорей всего, латунь. 8750-8900 – скорей всего, бронза.

И в конце, структура состава. Нужно сказать, что тут нужны образцы – предметы, где в составе можно точно определить и латунь, и бронзу, причем образцы обязаны иметь сколы.

Для анализа будут необходимы сильная лупа или микроскоп. Анализ происходит размещением в поле видимости одновременно образца и предмета анализа

На что нужно обратить внимание? На структуру состава – а именно, его зерно. Обычно бронза имеет более грубое и крупное зерно, в отличие от латуни

Область применения

Характеристики сплавов ZAMAK позволяют использовать их в различных областях. Самые явные примеры:

  1. Из этого материала изготавливают дверную фурнитуру. К ней относятся ручки, замочные окантовки и корпуса, петли, декоративные элементы.
  2. Детали из ЦАМ присутствуют в конструкциях холодильников и другой бытовой техники.
  3. Популярны сплавы на основе цинка в автомобилестроения. Из них изготавливаются решётки для радиаторов, детали для гидравлических тормозов, корпуса для насосов и карбюраторов.
  4. Найти элементы, изготовленные из ЦАМ, можно в военном деле. Из этого материала делают спусковые крючки для стрелкового оружия.
  5. Часто его применяют при изготовлении подшипников для промышленного оборудования.
  6. Также этот материал используется для изготовления рыболовных снастей и оснастки. Его можно увидеть в деталях удочек и катушках.

Сплавы из меди, цинка и алюминия используются при производстве механизмов для часов, застёжек-молний, пуговиц. В велосипедных тормозах также можно встретить этот материал.

золотосеребро

Прежде, чем приобретать изделия из ЦАМ, требуется ознакомиться с его сильными и слабыми сторонами. Преимущества:

  1. Материал легко поддаётся обработке. Из него можно изготавливать изделия сложной формы.
  2. Хорошо поддается шлифовке. Абразивный материал не оставляет заусенцев, шероховатостей.
  3. При покрытии гальваническим слоем материал приобретает устойчивость к воздействию коррозии.
  4. Небольшой удельный вес.

К недостаткам можно отнести плохую устойчивость к ударам и воздействию высоких температур. Также ЦАМ теряет свои характеристики при быстром снижении температуры. Из-за этого ограничивается область применения материала.

ПРАВИЛА ПРИЕМКИ

3.1. Прутки принимают партиями. Партия должна состоять из прутков одного способа изготовления, одной точности изготовления, одного состояния материала, одного размера и профиля, одной марки бронзы и оформлена одним документом о качестве, содержащим:

товарный знак или наименование и товарный знак предприятия-изготовителя;

условное обозначение прутка;

результаты испытаний (по требованию потребителя);

номер партии;

массу партии.

Масса партии должна быть не более 3000 кг.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

3.2. Контролю размеров подвергают 10 % прутков партии. Для контроля внешнего вида прутков от партии отбирают прутки (пучки, бухты) «вслепую» методом наибольшей объективности по ГОСТ 18321.

Планы контроля соответствуют ГОСТ 18242*. Количество контролируемых прутков (пучков, бухт) отбирают в соответствии с табл. 9.

* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 50779.71-99.

Отобранные прутки считаются годными, если число прутков (пучков, бухт), не соответствующих требованиям, менее браковочного числа, приведенного в табл. 9. При получении неудовлетворительных результатов изготовитель проводит сплошной контроль.

(Измененная редакция, Изм. № 4).

3.3. Для проверки твердости или временного сопротивления и относительного удлинения, а также для испытания на изгиб отбирают два прутка, два пучка или две бухты от партии.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

3.4. Для проверки на скручивание от партии отбирают пять прутков. Если в партии менее пяти прутков, то контролируют каждый пруток.

3.5. Отсутствие внутренних дефектов в прессованных и катаных из прессованной заготовки прутках проверяют на каждом прутке.

Для проверки отсутствия внутренних дефектов в тянутых прутках отбирают два прутка, два пучка или две бухты от партии.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

3.6. Для проверки химического состава отбирают два прутка, два пучка или две бухты от партии. Допускается изготовителю проверку химического состава проводить на пробе, отобранной от расплавленного металла, при этом допускается контроль готовых прутков по химическому составу не проводить.

3.7. При получении неудовлетворительных результатов испытания хотя бы по одному из показателей (кроме показателя внешнего вида) по нему проводят повторные испытания на удвоенной выборке, взятой от той же партии.

Результаты повторного испытания распространяются на всю партию. Допускается изготовителю проводить поштучное испытание прутков.

3.6, 3.7. (Измененная редакция, Изм. № 2, 4).

Таблица 9

Количество прутков (пучков, бухт) в партии Количество контролируемых прутков (пучков, бухт) Браковочное число
2 — 8 2 1
9 — 15 3 1
16 — 25 5 1
26 — 50 8 2
51 — 90 13 2
91 — 150 20 3
151 — 280 32 3
281 — 500 50 4
501 — 1200 80 6
1201 — 3200 125 8

Как плавят латунь на металлургических заводах?

Сплав обычно плавят на металлургических заводах, поскольку там созданы благоприятные условия для переплавки. При заводской плавке материал сохраняет все свои физические свойства — прочность, электропроводность, сохранение формы при деформации и так далее. Технология переплавки латуни на заводе зависит от того, к какой категории латуней относится материал. Двухкомпонентные сплавы (с добавлением цинка) обычно плавят в индукционных печах, которые имеют кварцевое покрытие стен. Такое покрытие минимизирует перегрев печи, а также защищает стенки от деформации и растрескивания.

Двойные латуни расплавляются при относительно невысоких температурах (точка ликвидуса для них находится в районе 910-930 градусов по Цельсию). Поэтому двойные сплавы нет смысла расплавлять в мощных электродуговых печах. Для расплава рекомендуется использовать защитный слой на основе древесного угля. Также рекомендуется введение в расплав небольшого количества криолита (порядка 0,01-0,1%) — это способствует снижению металлических дефектов при выплавке. Вместо древесного угля можно использовать флюс, состоящий из стекла и шпата в пропорции 1 к 1.

Для переплавки двухкомпонентных латуней необходимо сперва выполнить расплав меди, а потом цинка. Чтобы расплавить металл, нужно нагреть его до температуры порядка 1000-1100 градусов. После этого следует добавить цинк и легирующие добавки при их наличии

Обратите внимание, что раскисление латуни производить не нужно, поскольку эту функция прекрасно выполняет цинк

Сложные не кремнистые латуни

Переплавляют по аналогичному алгоритму. В состав таких сплавов цинк входит в небольших количествах. Поэтому такой металл нужно раскислить, чтобы сохранить его все полезные физические свойства. Для раскисления подходит фосфор, хотя можно использовать и другие раскислители. При расплавлении в сложной латуни часто образуются крупные мусорные фракции — чтобы избавиться от них, следует выполнить рафинирование марганцем или фильтрацию.

Сложные кремнистые латуни

Имеют сложную динамику кристаллизации, что объясняется наличием в составе сплава кремния и алюминиевых присадок. Из-за наличия этих компонентов у сплава повышается склонность к поглощению атмосферного водорода при высоких температурах (более 1000 градусов).

При нагреве сплава до температуры выше 1100 градусов могут происходить порционные выделения растворенного углерода, что может приводит к образованию «волдырей» на сплаве после его застывания. Поэтому к переплавке кремнистых сталей подойти ответственно. Чтобы избежать выделения растворенного углерода, следует вести переплавку в кислой среде. Хорошо подойдет насыщение воздуха кислотным флюсом на основе карбоната натрия, фторида кальция и оксида кремния

Важно следить за температурой нагрева, поскольку защитные свойства газового окислителя заметно снижаются при достижении температуры 1100 градусов

После расплавления всех компонентов в защитной среде необходимо выполнить обязательную проверку металла по всем основным показателям (излом, насыщенность, наличие загрязняющих компонентов и так далее).

Издержки процессов

Для уменьшения убыточности процесса обычные способы литья в одноразовые модели были модернизированы с созданием высокопрочных полимерных составов. Для этого стали производить отливку в оболочковые емкости, изготовленные из термореактивного порошкообразного полимера. Он при воздействии температуры превращается в твердую оболочку, формирующую жидкий сплав.

Таким способом отливаются радиаторы водяного и парового отопления, узлы автомобилей, станков, самолетов и других видов высокотехнологичных механизмов. Эта технология позволяет получать детали большого размера и любой сложной модификации.

Традиционной считается отливка в кокиль, когда используется прочная форма.

Из нее вытаскивается деталь после отвердения металла. Таким способом производят простые стальные изделия небольшого размера. Чаще всего в кокиль отливаются медные и алюминиевые сплавы с невысокой температурой правления.

Модель для них делается из жаропрочной стали или чугуна, имеющих боле высокую температуру плавления чем медь или алюминий.

К преимуществам такой технологии следует отнести:

  • невысокую себестоимость производственного процесса и возможность его недорогой автоматизации;
  • простоту исполнения;
  • сохранность отливочных форм, которые используются неоднократно;
  • точность параметров изготовленных изделий;
  • качественную структуру металла, в которой не будет неметаллических частиц;
  • гладкую поверхность изделия, которая получается при таком способе отливки.

Традиционная технология отливки по выплавляемым моделям сегодня усовершенствовалась благодаря появлению новейших материалов.

Если раньше модель для заливки сплава делали из дерева или иной органики, которая могла быть разрушена высокими температурами при выжигании, то сегодня используются легкоплавкие материалы, такие как парафин и стеарин.

Отливка по выплавляемым моделям применяется при отливке художественной продукции со сложной конфигурацией. Это затратная технология отлива, которая используется при создании памятников или иных художественных изделий.

Стальную емкость для такой заливки делают на основе моделей из легкоплавких материалов, она имеет точные размеры, а ее поверхность тщательно полируют.

Виды бронзы и их применение

С развитием металлургии и открытием разных видов металлов, появилось большое количество бронз, но основным металлом в формуле является медь. В зависимости от того, какие компоненты входят в состав, изменяются и свойства материала.

Знание этих особенностей позволяет применять бронзовые сплавы в различных видах промышленности в зависимости от предъявляемых к материалу требований. Бронзу часто выпускают в виде прокатных труб, проволоки и листов. Используется металл в производстве подшипников, втулок, рессор и прочих деталей, подверженных воздействию высокого давления и износа. Высокие антикоррозийные свойства позволяют применять данный материал также в условиях агрессивной внешней среды и при работе с различной химией. Помимо этого, применение бронзы распространено в художественных ковке и литье, из нее делают различные скульптуры, памятники и украшения.

Оловянная

Сплав меди и олова называется оловянным. Эти бронзы применялись в бронзовом веке, дошли до наших дней и являются наиболее применяемыми в промышленности. Из этого вида сплава часто отливались различные колокола, в связи с чем данный материал иногда называется колокольной бронзой.

Оловянистый материал почти не поддается механической обработке, поэтому изделия из него создаются исключительно литьем; имеет высокую твердость и прочность, а также антикоррозийные свойства. Стандартный сплав меди и олова характеризуется количественным соотношением 80:20, но может дополняться некоторыми металлами для изменения свойств:

  • Добавление цинка (менее 10%) позволяет повысить антикоррозийную стойкость. Используется для создания деталей, которым нужно часто контактировать с водой и другими окислителями.
  • Свинец и фосфор повышают антифрикционные свойства. Кроме того, сплав с добавлением этих металлов проще подвергается обработке.

Иногда наличие олова в изделии недопустимо и его заменяют другими металлами, позволяющими достичь требуемых характеристик, например, свинец, кремний, цинк, бериллий или алюминий. Такая бронза называется безоловянной, или специальной.

Свинцовая

Основной легирующий компонент — свинец, содержание которого может достигать 30%. Материал имеет хорошие антифрикционные свойства и высокую теплопроводность, может выдерживать давление до 30 мПа, поэтому применяется для изготовления подшипников, подвергающихся высокому давлению.

Кремниецинковая

Данный сплав состоит из 97% меди, 1.1% олова, 0.05% кремния и цинка. Является довольно пластичным и текучим, что позволяет применять его как материал в изделиях сложной формы. Имеет хорошее сопротивление при сжатии, обладает антифрикционными свойствами и упругостью. Не искрит при обработке, хорошо сопротивляется низким температурам, зачастую содержит добавки никеля и марганца.

Бериллиевая

Бериллиевый сплав является самым твердым из всех существующих видов бронз. Обладает высокими антикоррозийными свойствами, не искрит при обработке, не магнитится. В процессе закалки приобретает хорошую деформируемость и упругость.

Алюминиевая

Состав бронзы в процентах выглядит как 95% меди и 5% алюминия. Сплав очень хорошо сопротивляется агрессивным средам, жаропрочный, но имеет низкие антикоррозийные свойства и дает сильную усадку.

Сплав меди с цинком называется красной бронзой — латунью, а с никелем — мельхиором. Эти соединения являются отдельными материалами, их малое количество может присутствовать в любом сплаве, но должно быть ниже суммы всех остальных компонентов.

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.

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

Название легирующего элемента

Влияние на характеристики латуни
Кремний

Большое его присутствие ведет к снижению твердости латуни.

Свинец

Улучшает антифрикционные свойства.
Марганец, алюминий и олово

Усиливает сопротивление к разрыву. Идет повышение коррозионной стойкости.

Никель

Уменьшает риск растрескивания материала. Сплав приобретает своеобразный цвет. Такое соединение называется «белая латунь».
Мышьяк

У материала появляется возможность работать в жидких, пресных средах.

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.

Томпак Википедия

Томпа́к (фр. tombac, от малайск. tambaga — медь) — разновидность латуни с содержанием меди 88—97 % и цинка до 10 %. Обладает высокой пластичностью, антикоррозионным и антифрикционными свойствами. Сплавы меди с содержанием цинка 10—30 % называют полутомпаками. В Европе томпак был предложен лондонским часовщиком Кристофером Пинчбеккером (около 1670—1732 года). Был известен в южноамериканских доколумбовых цивилизациях, например, Моче или Кимбая.

Иногда для сплава используют названия: хризохалк, симилор, ореид, хризорин, принцметалл и др.

Свойства

Хорошо сваривается со сталью и благородными металлами. Обладает высокой коррозионной стойкостью, повышенной пластичностью, легко обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии. Имеет красивый цвет, хорошо поддаётся золочению и эмалированию.

Шотландский химик Эндрю Юр в 1856 году приводил несколько составов томпака, например, различные варианты Gilting Tombak — это сплав медь/цинк/свинец/олово в соотношениях:

  • 82,0 : 18,0 : 1,5 : 3,0
  • 82 : 18 : 3 : 1
  • 82,3 : 17,5 : 0 : 0,2

Применение

Находит широкое применение для плакирования стали и получения биметалла сталь-латунь. Томпак используют для изготовления радиаторных трубок, художественных изделий, знаков отличия и фурнитуры, медных духовых инструментов. Из стали, плакированной томпаком, изготавливаются пули, снаряды и российские монеты номиналом 10 и 50 копеек. Во время Второй мировой войны канадское правительство выпускало монеты из томпака номиналом 5 центов (т. н. «никели»). Раньше часто использовался для изготовления часовых механизмов и часовых цепочек, а также для имитации золота.

Из томпака были изготовлены бронзовые медали Летних Олимпийских игр в Москве (1980), посеребренная медаль «Ветеран труда», а также медаль «Ветеран Вооружённых Сил СССР». В настоящее время из томпака делают школьные Золотые медали, покрывая их напылением с небольшим количеством настоящего золота.

Благодаря хорошим резонаторным свойствам томпак также находит применение при изготовлении отдельных деталей медных духовых музыкальных инструментов. Из него, например, делают раструбы труб, тромбонов и т. п

Томпак был самым используемым материалом для изготовления памятных настольных медалей, выпускаемых Ленинградским монетным двором и Московским монетным двором с 1936 по 1991 годы.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий