Задумывались ли вы когда-нибудь о важности выбора материала в машиностроении? В этой статье блога мы познакомимся с увлекательным миром латуни и ее замечательными антикоррозийными свойствами. Как опытный инженер-механик, я поделюсь ценными сведениями о том, как латунь выдерживает испытание временем в различных областях применения. Приготовьтесь открыть для себя научные основы долговечности этого сплава и узнать, как использовать его преимущества в своих проектах.
Латунь, сплав Cu-Zn с цинком в качестве основного легирующего элемента, получила свое название благодаря желтому цвету.
В зависимости от типа и содержания легирующих элементов латунь можно разделить на три основных типа: однофазная латунь, дуплексная латунь и специальная латунь.
Когда содержание цинка ниже 36%, он образует однофазный твердый раствор α, поэтому его называют α-латунью. При содержании цинка в диапазоне от 36% до 45% она становится α+β дуплексной латунью.
Латунь с содержанием цинка более 45% непрактична из-за чрезмерной хрупкости, вызванной слишком большим количеством β-фазы. Специальные латуни изготавливаются путем добавления к основе Cu-Zn таких элементов, как Sn, Mn, Al, Fe, Ni, Si, Pb и т. д.
Латунь медленно корродирует в атмосфере, а также имеет низкую скорость коррозии в чистой пресной воде (0,0025-0,025 мм/год). Однако в морской воде она корродирует несколько быстрее (0,0075-0,1 мм/год).
Фториды оказывают минимальное влияние на коррозию латуни, хлориды - более значительное, а йодиды вызывают сильную коррозию. В воде, содержащей такие газы, как O2, CO2, H2S, SO2, NH3 и т. д., скорость коррозии латуни резко возрастает.
Она легко корродирует в минеральной воде, особенно в воде, содержащей Fe2(SO4)3. Латунь подвергается сильной коррозии в азотной и соляной кислотах, медленнее корродирует в серной кислоте и устойчива к растворам NaOH. Латунь обладает лучшей стойкостью к ударной коррозии, чем чистая медь.
Специальные латуни обладают лучшей коррозионной стойкостью, чем обычные латуни. Добавление в латунь около 1% Sn значительно снижает коррозию от обесцинкования и повышает ее устойчивость к воздействию морской воды. Добавление в латунь около 2% Pb повышает ее износостойкость, тем самым значительно снижая скорость коррозии в проточной морской воде.
Для предотвращения обесцинкования можно добавить небольшое количество As, Sb или P (0,02%-0,05%). Латунь Naval, содержащая 0,5%-1,0% Mn, обладает повышенной прочностью и отличной коррозионной стойкостью. В латуни, содержащей 65% Cu и 55% Cu, замена части Zn на 12%-18% Ni изменяет цвет на серебристо-белый, поэтому ее называют никелевым или немецким серебром.
Этот сплав демонстрирует отличную коррозионную стойкость в соляных, щелочных и неокисляющих кислотах. Широкое замещение Ni на Zn предотвращает обесцинкование. Помимо этих коррозионных характеристик, латунь также подвержена двум значительным формам коррозии: обесцинкованию и коррозионному растрескиванию под напряжением.
Факторы, влияющие на коррозионное растрескивание под напряжением в латуни, включают коррозионную среду, напряжение, состав сплава и микроструктуру. Конкретный сплав подвергается коррозионному растрескиванию только в определенных средах и при определенных условиях напряжения.
Латунь при растяжении может подвергаться коррозии под напряжением во всех средах, содержащих аммиак (или NH4+), а также в атмосфере, морской воде, пресной воде, воде высокой температуры и высокого давления и паре. Например, растрескивание латунных гильз во время сезона дождей летом (также известное как "сезонное растрескивание") является типичным примером коррозионного растрескивания латуни под напряжением.
Кроме того, морфология коррозионного растрескивания латуни под напряжением может быть как межкристаллитной, так и транскристаллитной. В пленкообразующих растворах преимущественно возникают межкристаллитные трещины, а в непленкообразующих растворах чаще встречаются транскристаллитные трещины.
Механизм коррозионного растрескивания латуни под напряжением, как принято считать, включает в себя образование хрупкой пленки оксида меди на поверхности латуни в пленкообразующих растворах. Эта пленка разрушается под действием напряжения и деформации, что приводит к распространению трещины до основного металла, которая затем останавливается из-за скольжения, подвергая кончик трещины воздействию коррозионного раствора.
Процесс межкристаллитного проникновения, образования пленки, хрупкого разрушения и распространения трещины повторяется, что в конечном итоге приводит к образованию ступенчатой поверхности разрушения. В непленкообразующих растворах напряжение вызывает преимущественное растворение поверхностных дислокаций латуни, что приводит к распространению трещины по пути наибольшей плотности дислокаций, вызывая разрушение.
В латуни с более низким содержанием цинка дислокации в основном ячеистые, а границы зерен имеют наибольшую плотность дислокаций, что приводит к межзеренному разрушению.
В высокоцинковой латуни дислокации в основном плоскостные, а разломы стекинга являются областями наибольшей плотности дислокаций, что приводит к трансгранулярным разломам.
Кроме того, скопление атомов цинка в дислокациях под напряжением повышает реакционную способность этих участков, что увеличивает скорость распространения трещин при более высоком содержании цинка.
Экспериментальные исследования показывают, что в атмосферных условиях промышленная атмосфера наиболее легко вызывает коррозионное растрескивание под напряжением в латуни с наименьшим сроком службы, затем следует атмосфера сельской местности; морская атмосфера оказывает наименьшее влияние.
Эти различия в атмосферных условиях обусловлены вариациями в содержании SO2 (наибольшее в промышленных атмосферах, меньшее в сельских, и почти полное отсутствие в морских).
В целом, вещества, которые в основном вызывают коррозионное растрескивание под напряжением в латуни, - это аммиак и его производные, а также сульфиды. Влияние аммиака хорошо известно, в то время как роль сульфидов менее ясна. Кроме того, пар, кислород, SO2, CO2, CN- оказывают ускоряющее воздействие на коррозию под напряжением.
Растягивающее напряжение является необходимым условием для возникновения коррозионного растрескивания под напряжением в латуни. Чем больше растягивающее напряжение, тем выше чувствительность к коррозионному растрескиванию под напряжением.
Устранение остаточного растягивающего напряжения путем низкотемпературного отпуска может предотвратить коррозионное растрескивание латуни под напряжением.
Чем выше содержание цинка в латуни, тем больше ее чувствительность к коррозионному растрескиванию под напряжением. Конкретное содержание цинка, ниже которого коррозия под напряжением не возникает, зависит от природы среды.
Например, латунь с содержанием цинка менее 20% обычно не подвергается коррозии под напряжением в естественных условиях, но латунь с низким содержанием цинка может подвергаться коррозионному растрескиванию под напряжением в аммиачной воде.
Другие легирующие элементы влияют на коррозию под напряжением следующим образом:
Кремний эффективно предотвращает коррозионное растрескивание под напряжением в латуни α. Si и Mn повышают устойчивость латуни α+β и β к коррозии под напряжением. В аммиачной атмосфере такие элементы, как Si, As, Ce, Mg, повышают устойчивость латуни α к коррозии под напряжением.
В атмосферных условиях Si, Ce, Mg и т. д. повышают коррозионную стойкость под напряжением. Испытания в промышленной атмосфере показывают, что добавление Al, Ni и Sn в сплавы Cu-Zn снижает их склонность к коррозионному растрескиванию под напряжением.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO