Типичные механические свойства и назначение некоторых специальных латуней.
- деформируемые латуни
- литейные латуни
Применение и производство латуни.
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 5 млн т вторичного сырья. 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+бетта-латуни. Однофазные альфа-латуни (до 35% цинка) хорошо деформируются в горячем и холодном состояниях. В свою очередь двухфазные альфа+бетта-латуни (до 47- 50% цинка) малопластичны в холодном состоянии. Их обычно подвергают горячей обработке давлением при температурах, соответствующих области альфа- или альфа+бетта-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 (твердость), 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 ее прочность.
Производство латуни.
Неудивительно, что все вышеперечисленные свойства латуни способствуют стабильному росту ее потребления в мировой промышленности. Российский рынок не является исключением: латунь используется как для изготовления дверных ручек, так и для производства сложнейших теплообменников для энергетики. Соответственно с увеличением производства латуни растет и потребность в цинке для ее получения: ориентировочно общий спрос на цинк к 2005 году возрастет на 30-35%. Тем не менее, рост производства латуни в россии невозможен без решения ряда проблем, главная из которых - модернизация производства. На действующих предприятиях выход годного по латунному прокату составляет в среднем 55-70%.
Деформируемые латуни лаж60-1-1 и лжмц59-1-1 обладают высокими коррозионными свойствами в атмосферных условиях, пресной и морской воде. Из них изготовляют детали для судостроения. Более высокой устойчивостью к морской воде обладают латуни, легированные оловом, например л070-1 и л062-1, получившие название морской латуни. Латунь лс59 (автоматную латунь) поставляют в прутках. Она предназначена для изделий, изготовляемых резанием на станках-автоматах (часовая промышленность). Латуни, предназначенные для фасонного литья, содержат большое количество специальных присадок, улучшающих их литейные свойства. Эти латуни отличаются повышенной прочностью и лучшей коррозионной стойкостью. На первый взгляд, стоимость стальных изделий ниже стоимости аналогичных изделий из латуни. Однако, если принять во внимание стоимость механической обработки, износ режущего инструмента, отсутствие искрения при работе, производительность труда и, в ряде случаев, срок эксплуатации изделия, экономический эффект от использования латуни может достигать 65%. Заметим также, что при работе с латунью существенно снижаются расходы на эмульсию. Таким образом, латунь является современным материалом, нашедшим широкое применение в промышленности благодаря своей коррозионной стойкости, сочетающейся с относительно высокой прочностью и пластичностью.
- реконструировать на кировском заводе производство горячекатаной полосовой заготовки из латуни путем установки агрегата непрерывного литья полосы через графитовый кристаллизатор с последующей фрезеровкой в линии и сверткой в рулоны массой до 5 т. Такая полоса будет иметь значительно большую равномерность толщины, чем полоса, прокатываемая из слитка массой 1-1,5 т на стане горячей прокатки. Такой агрегат спроектирован в институте цветметобработка.
На заводах по обработке цветных металлов не хватает современного оборудования: станов прецизионной обработки латунных лент для автомобильных радиаторов, печей для безокислительного отжига латуни, линий отделки и упаковки готовой продукции - латунных прутков и труб. Следует также отметить, что практически ни один российский завод, производящий прутки, не имеет оборудования, позволяющего достигать высокой точности при изготовлении полированных прутков. И это при том, что в мире давно уже используются прогрессивные технологии производства высококачественных прутков и их отделки на линиях типа шумаг. Такие линии, как правило, включают в себя калибровочное волочение, правку, резку, полировку и неразрущающий контроль. К сожалению, отечественное машиностроение не в состоянии воспроизвести подобное оборудование. Еще один важный вопрос, стоящий перед отечественными производителями латуни, - это решение проблемы отжига. На российских заводах отжиг латунных полуфабрикатов производится в печах устаревших конструкций. Такие печи не имеют защитной атмосферы, в результате чего поверхность латуни подвергается окислению и теряет цинк. В то же время мировой опыт показывает, что для решения данной проблемы можно использовать печи типа эбнер, которые обеспечивают так называемый светлый отжиг, то есть отсутствие окисления и обесцинкования поверхности. В россии же таким оборудованием располагает только кировский завод оцм. Впрочем, все эти проблемы вполне могут быть решены.
- Оснастить прокатные и прессово-волочильные цеха печами светлого отжига латуни, например типа эбнер. Это оборудование позволит устранить операции травления в кислотных растворах, нейтрализовать сброс кислых сточных вод в водоемы, а также улучшить качество поверхности проката.
- Модернизировать станы холодной прокатки латуни путем оснащения их гидравлическими системами установки валков и современными автоматизированными системами регулировки толщины и поперечного профиля прокатываемых лент. Внедрение в производство латунных лент с высокой точностью по толщине обеспечит более стабильную работу линий по производству трубок для радиаторов с меньшим числом остановок и переналадок, то есть повысит их производительность на 10-15%.
Типичные механические свойства и назначение некоторых специальных латуней. Латуньсигма в, мпа дельта, % сигма в, мпадельта, % назначение
- Организовать производство латунных прутков с полированной поверхностью и снятыми фасками, позволяющее достичь высокой точности размеров, что будет способствовать более стабильной работе поточных линий обработки резанием прутков.
свойства после обжига при 600 гр.С свойства после наклепа
деформируемые латуни
литейные латуни
(степень деформации 50%) лаж60-1-145045 750 8трубы, прутки лжмц59-1-1 45050 70010полосы, прутки, трубы, проволока лс59-140045 65016листы, лента, прутки, трубы, проволока
цинковое литье под давлением.
литье в землю литье в кокиль лк80-зл 25010 30015арматура, детали приборов лажмц66-3-2 600 7 650 7тяжело нагруженный крепеж, червячные винты лкс80-3-3250 7 30015подшипники, втулки, вкладыши лмцж52-4-1- - 50015арматура, ответственные детали, подшипники
сплавы для получения листов (типографские сплавы);
Сплавы на основе цинка включают в себя: сплавы для литья под давлением; сплавы для обычного литья;
Наиболее многочисленная и важная группа цинковых сплавов - это сплавы для литья под давлением.
антифрикционные сплавы.
Использование цинка в промышленности. Продукция применение срок службы
За последние 5 лет ежегодный мировой прирост потребления продукции цинкового литья под давлением составил 5,6%, что превысило показатель предыдущих 20 лет более чем в 5 раз.
детали автомобилей и т.П. 10+ литье приборы, инструменты, под давлением товары нп, игрушки 10-15+ оцинкованные автомобилестроение, покрытия строительство10-50+ оцинкованная дорожное и промышленное продукция строительство, лэп 25+ цинковые соединения шины 1-5+
(годы) цинковый кровельный материал с 100+ прокат дополнительным покрытием 200+ латунь строительные материалы,
По сравнению с другими материалами цинковые сплавы обладают следующими преимуществами:
внутри российский рынок не является исключением и имеет хорошие перспективы развития, что связано, прежде всего, с расширением областей применения и номенклатуры изделий, полученных методом цинково го литья под давлением, использованием литейных машин с горячей камерой прессования и применением перспективных литейных цинковых сплавов с высоким содержанием алюминия (8-27%), вовлечением в промышленный оборот амортизационного лома цинковых изделий и внедрением вторичных цинковых сплавов.
2) возможностью получения широкого диапазона механических свойств;
1) низкой стоимостью отливок;
К общим достоинствам цинковых сплавов можно отнести снижение энергетических затрат при плавлении на 25-50% по сравнению с al-сплавами и на 40-75% по сравнению с бронзовыми сплавами. Кроме того, низкая температура разливки обеспечивает относительно небольшие термические удары при заполнении форм металлом и незначительное газообразование. Это позволяет снизить стоимость пресс-форм на 50-90%. Сплавы из цинка легко поддаются механообработке, а отливки из них обладают настолько хорошей поверхностью, что часто не нуждаются в механической обработке. Другое преимущество цинковых сплавов - высокая коррозионная стойкость, позволяющая использовать детали без дополнительного покрытия. В то же время после нанесения декоративных покрытий (оксидирование, хромирование, плакировка и окраска) коррозионная стойкость цинковых сплавов становится еще выше. При этом они обладают высокой тепло- и электропроводностью и хорошо сочетаются с другими материалами.
3) высокой жидкотекучестью и низкой пористостью, что особенно важно для получения тонкостенных отливок.
В автомобилестроении основными изделиями, изготавливаемыми из цинковых сплавов, являются дверные ручки, корпуса стеклоочистителей и зеркал, детали отделки салона и кузова, кронштейны, детали масляного насоса, замки ремней безопасности и др.
Цинковые сплавы традиционно играют важную роль в производстве декоративных элементов для архитектуры и интерьера. Однако в последние годы они стали все чаще использоваться и для изготовления различных конструкционных элементов.
Таким образом, цинковые сплавы лпд, обладая уникальным сочетанием эксплуатационных и технологических свойств (особенно zamak-8, 12, 27), занимают промежуточное положение между al-сплавами и чугунами. При этом усовершенствование технологии получения высококачественных отливок дает право говорить о повышении конкурентоспособности цинковых сплавов по отношению к другим конструкционным материалам.
Существуют два пути увеличения эффективности литья под давлением. Это, во-первых, конструирование отливок, позволяющих уменьшить массу детали и ее стоимость, во-вторых, замена деталей из стали, меди и других материалов на отливки, полученные методом лпд цинковых сплавов. Наибольшее распространение в промышленности на западе получили сплавы zamak-3 и zamak- Примером успешного использования zamak-3 может служить корпус клапана в воздушных тормозных системах грузовиков. Ранее эта деталь изготавливалась из al-сплава. Переход на цлпд позволил получить прецизионную деталь, минимизировав механическую обработку. Сплав zamak-12 впервые применили в сша вместо al-сплавов для изготовления деталей масляных фильтров и рычага переключения передач. Этот сплав, характеризуемый высокой прочностью, способностью к смазыванию, возможностью получения точных заготовок, превосходит бронзу по несущей способности, износостойкости и другим характеристикам трения.
Что касается заводов вторичной цветной металлургии, то они не в состоянии удовлетворить потребность машиностроительных отраслей в сплаве цам4-1о из-за отсутствия в россии в необходимом объеме первичного цинка повышенной чистоты - цв, цво. В принципе, обеспечить промышленный выпуск высокосортного цинка в россии возможно. Для этого необходимо, во-первых, завершить реконструкцию электролизного производства на челябинском электролитном цинковом заводе, а во-вторых, внедрить в производство механизированные и автоматизированные комплексы для очистки цинковых растворов.
Потребность автозаводов (ваз, газ, азлк и др.) В цинковом сплаве цам4-1о полностью не удовлетворяется, поэтому приходится использовать цинковый сплав цам4-1, который в процессе гальванической обработки не обеспечивает стабильности нанесения блестящего трехслойного антикоррозионного и декоративного покрытия медь-никель-хром из-за более высокого содержания примесей (свинца, олова). Некоторые заводы, например газ, вынуждены сами производить сплав цам4-1о, закупая по импорту необходимые материалы.
- расширение использования цинковых сплавов с высоким содержанием алюминия - цам8-1, цам8-1о, цамзо-5 - взамен сплавов цам4-1, цам4-1о, цам10-5, цам9-1, что позволит улучшить эксплуатационные характеристики автомобильных деталей (прежде всего, речь идет о твердости, прочности и износостойкости
- Более широкое внедрение вторичного цинкового сплава цам5-1в для литья под давлением промышленных изделий неответственного назначения и товаров народного потребления. В результате удастся ввести в материальный оборот ранее неиспользуемый амортизационный лом цинковых деталей и изделий. Все это в сочетании с такими достоинствами цинкового литья под давлением, как низкая стоимость изделий, широкий интервал механических свойств, малоотходность и энергоемкость технологий, легкость нанесения покрытий, хорошая коррозионная стойкость, высокая электро- и теплопроводность, износостойкость позволит расширить области применения цинкового литья под давлением.
- Увеличение выпуска тонкостенного цинкового питья с одновременным повышением его эксплуатационных характеристик. При этом особенно важно активно использовать такие преимущества цинковых сплавов, как более высокая производительность литья, износостойкость, прочность, твердость, легкость утилизации отходов.
Химическая промышленность.
Пока же можно лишь с сожалением констатировать, что в отечественном автомобилестроении не проводится сколько-нибудь серьезная работа по переходу на тонкостенное литье и расширение номенклатуры изделий. Главная причина - физический износ (до 80%) машин для литья под давлением.
Расширится производство антикоррозионных покрытий, основанных на использовании цинковых порошков в грунтах и красках. Антикоррозионные покрытия металлических изделий и конструкций цинкнаполненными грунтами и красками применяются в автомобильной, судостроительной, нефтяной, строительной и других отраслях промышленности. Преимуществом цинкнаполненных грунтов и красок перед другими средствами защиты от коррозии являются простота нанесения их на изделия любых габаритов, а также лучшие защитные свойства.
Оксид цинка используют для производства шин, резинотехнической продукции, красящих пигментов, керамической глазури, копировальной бумаги. За 20 лет рост потребления цинка в этих отраслях составил 0,4% в год, а начиная с 1995 года - 4,5%. Ожидается, что ближайшие год-два спрос на цинк в лакокрасочной промышленности сохранится на современном уровне. Некоторое увеличение потребления в этом секторе будет связано в основном с развитием строительного комплекса и соответствующим увеличением (на 20-25%) спроса на строительные материалы и конструкции с защитными покрытиями.
И наконец, оцинкованная продукция имеет высокую степень переработки, долгий срок службы (иногда более 100 лет), не требуя ремонта и/или замены. Поэтому наши потомки будут пополнять свои запасы цинка, перерабатывая изделия, произведенные сегодня.