Латунь: состав, свойства и применение сплава меди и цинка.

Введение

Латунь — это сплав меди (Cu) и цинка (Zn) в пропорциях, которые могут варьироваться для достижения различных цветов и механических, электрических, акустических и химических свойств, при этом медь обычно преобладает. Латунь используется с доисторических времен и является замещающим сплавом: атомы двух компонентов могут замещать друг друга в пределах одной кристаллической структуры. Латунь похожа на бронзу — медный сплав, содержащий олово вместо цинка. И бронза, и латунь могут содержать небольшие пропорции различных других элементов, включая мышьяк (As), свинец (Pb), фосфор (P), алюминий (Al), марганец (Mn) и кремний (Si). Исторически различие между этими двумя сплавами было не всегда четким, и все больше музеев используют более общий термин «медный сплав». Латунь долгое время была популярным материалом благодаря своему яркому золотистому виду и до сих пор используется для ручек ящиков и дверных ручек. Она также широко применяется для изготовления скульптур и посуды благодаря низкой температуре плавления, высокой обрабатываемости (как вручную, так и на современных токарных и фрезерных станках), долговечности, а также электрической и теплопроводности. Латунь с более высоким содержанием меди мягче и имеет более золотистый оттенок, тогда как латунь с меньшим содержанием меди и большим содержанием цинка тверже и серебристее. Латунь по-прежнему широко используется в областях, где требуется коррозионная стойкость и низкое трение, например, в замках, петлях, шестернях, подшипниках, гильзах для патронов, молниях, сантехнике, шланговых соединениях, клапанах, электрических вилках и розетках. Она широко используется для изготовления музыкальных инструментов, таких как трубы и колокола. Состав латуни, как правило, 66% меди и 34% цинка, делает ее удачной заменой меди в бижутерии и модных украшениях, поскольку она обладает большей устойчивостью к коррозии. Латунь не такая твердая, как бронза, и поэтому не подходит для большинства оружия и инструментов. Она также не подходит для морского применения, поскольку цинк реагирует с минералами в соленой воде, оставляя пористую медь. Морская латунь, с добавлением олова, и бронза лишены этого недостатка. Латунь часто используется в ситуациях, где важно исключить образование искр, например, в арматуре и инструментах, используемых вблизи легковоспламеняющихся или взрывоопасных материалов.

Alloy of copper and zinc

Brass is an alloy of copper (Cu) and zinc (Zn), in proportions which can be varied to achieve different colours and mechanical, electrical, acoustic, and chemical properties, but copper typically has the larger proportion. In use since prehistoric times, it is a substitutional alloy: atoms of the two constituents may replace each other within the same crystal structure. Brass is similar to bronze, a copper alloy that contains tin instead of zinc. Both bronze and brass may include small proportions of a range of other elements including arsenic (As), lead (Pb), phosphorus (P), aluminium (Al), manganese (Mn), and silicon (Si). Historically, the distinction between the two alloys has been less consistent and clear, and increasingly museums use the more general term "copper alloy". Brass has long been a popular material for its bright gold like appearance and is still used for drawer pulls and doorknobs. It has also been widely used to make sculpture and utensils because of its low melting point, high workability (both with hand tools and with modern turning and milling machines), durability, and electrical and thermal conductivity. Brasses with higher copper content are softer and more golden in colour; conversely those with less copper and thus more zinc are harder and more silvery in colour. Brass is still commonly used in applications where corrosion resistance and low friction are required, such as locks, hinges, gears, bearings, ammunition casings, zippers, plumbing, hose couplings, valves, and electrical plugs and sockets. It is used extensively for musical instruments such as horns and bells. The composition of brass, generally 66% copper and 34% zinc, makes it a favorable substitute for copper in costume jewelry and fashion jewelry, as it exhibits greater resistance to corrosion. Brass is not as hard as bronze, and so is not suitable for most weapons and tools. Nor is it suitable for marine uses, because the zinc reacts with minerals in salt water, leaving porous copper behind; marine brass, with added tin, avoids this, as does bronze. Brass is often used in situations in which it is important that sparks not be struck, such as in fittings and tools used near flammable or explosive materials.

Свойства

Латунь более пластична, чем бронза или цинк. Относительно низкая температура плавления латуни (в зависимости от состава) и ее текучесть делают ее относительно легким материалом для литья. Изменяя пропорции меди и цинка, можно изменять свойства латуни, получая твердые и мягкие сплавы. Плотность латуни составляет … Сегодня почти 90% всех латунных сплавов подвергаются переработке. Поскольку латунь не является ферромагнитной, черновой металлический лом можно отделить от нее, пропуская лом рядом с мощным магнитом. Латунный лом расплавляется и переплавляется в заготовки, которые экструдируются в нужную форму и размер. Общая мягкость латуни позволяет часто обрабатывать ее без использования смазочно-охлаждающей жидкости, хотя и существуют исключения. Алюминий делает латунь прочнее и более устойчивой к коррозии. Алюминий также способствует образованию на поверхности тонкого, прозрачного и самовосстанавливающегося, чрезвычайно полезного твердого слоя оксида алюминия (Al2O3). Олово оказывает аналогичное воздействие и находит применение, особенно в морской воде (морская латунь). Сочетание железа, алюминия, кремния и марганца делает латунь износостойкой. Добавление всего 1% железа в латунный сплав приводит к появлению заметного магнитного притяжения. Латунь подвержена коррозии в присутствии влаги, хлоридов, ацетатов, аммиака и некоторых кислот. Это часто происходит, когда медь реагирует с серой, образуя коричневый и, в конечном итоге, черный поверхностный слой сульфида меди, который при регулярном воздействии слегка кислой воды, например, городского дождя, может окисляться на воздухе, образуя патину зеленовато-голубого карбоната меди. В зависимости от способа образования слоя патины, он может защищать основную латунь от дальнейшего повреждения. Несмотря на значительную разницу в электрическом потенциале меди и цинка, полученный латунный сплав не подвергается внутренней гальванической коррозии из-за отсутствия коррозионной среды внутри смеси. Однако, если латунь контактирует с более благородным металлом, таким как серебро или золото, в такой среде, она будет подвергаться гальванической коррозии; наоборот, если латунь контактирует с менее благородным металлом, таким как цинк или железо, корродирует менее благородный металл, а латунь будет защищена.

Brass is more malleable than bronze or zinc. The relatively low melting point of brass (, depending on composition) and its flow characteristics make it a relatively easy material to cast. By varying the proportions of copper and zinc, the properties of the brass can be changed, allowing hard and soft brasses. The density of brass is
Today, almost 90% of all brass alloys are recycled. Because brass is not ferromagnetic, ferrous scrap can be separated from it by passing the scrap near a powerful magnet. Brass scrap is melted and recast into billets that are extruded into the desired form and size. The general softness of brass means that it can often be machined without the use of cutting fluid, though there are exceptions to this. Aluminium makes brass stronger and more corrosion resistant. Aluminium also causes a highly beneficial hard layer of aluminium oxide (Al2O3) to be formed on the surface that is thin, transparent, and self healing. Tin has a similar effect and finds its use especially in seawater applications (naval brasses). Combinations of iron, aluminium, silicon, and manganese make brass wear and tear resistant. The addition of as little as 1% iron to a brass alloy will result in an alloy with a noticeable magnetic attraction. Brass will corrode in the presence of moisture, chlorides, acetates, ammonia, and certain acids. This often happens when the copper reacts with sulfur to form a brown and eventually black surface layer of copper sulfide which, if regularly exposed to slightly acidic water such as urban rainwater, can then oxidize in air to form a patina of green blue copper carbonate. Depending on how the patina layer was formed, it may protect the underlying brass from further damage. Although copper and zinc have a large difference in electrical potential, the resulting brass alloy does not experience internalized galvanic corrosion because of the absence of a corrosive environment within the mixture. However, if brass is placed in contact with a more noble metal such as silver or gold in such an environment, the brass will corrode galvanically; conversely, if brass is in contact with a less noble metal such as zinc or iron, the less noble metal will corrode and the brass will be protected.

Содержание свинца

Для повышения обрабатываемости латуни часто добавляют свинец в концентрации около 2%. Поскольку температура плавления свинца ниже, чем у других компонентов латуни, при охлаждении после литья он имеет тенденцию мигрировать к границам зерен в виде глобул. Рисунок, образуемый этими глобулами на поверхности латуни, увеличивает доступную площадь поверхности свинца, что, в свою очередь, влияет на степень выщелачивания. Кроме того, режущие операции могут размазывать глобулы свинца по поверхности. Эти эффекты могут приводить к значительному выщелачиванию свинца из латуней с относительно низким содержанием свинца. В октябре 1999 года генеральный прокурор штата Калифорния подал в суд на 13 ключевых производителей и дистрибьюторов из-за содержания свинца. В лабораторных испытаниях исследователи штата обнаружили, что средний латунный ключ, новый или старый, в среднем в 19 раз превышал пределы, установленные Калифорнийским предложением 65, при условии использования два раза в день. В апреле 2001 года производители согласились снизить содержание свинца до 1,5%, в противном случае они должны будут предупреждать потребителей о содержании свинца. Ключи, покрытые другими металлами, не подпадают под действие соглашения и могут продолжать использовать латунные сплавы с более высоким процентом содержания свинца. Также в Калифорнии для "каждого компонента, контактирующего с поверхностью, контактирующей с водой в трубах и трубных соединениях, сантехнических изделиях и фитингах", необходимо использовать материалы, не содержащие свинца. 1 января 2010 года максимальное содержание свинца в "бессвинцовой латуни" в Калифорнии было снижено с 4% до 0,25%.

Коррозионно-стойкая латунь для суровых условий

Латуни, устойчивые к децинклизации (DZR или DR), иногда называемые латунями CR (коррозионностойкие), используются в условиях высокого риска коррозии, когда обычные латуни не соответствуют требованиям. Важную роль играют высокие температуры воды, наличие хлоридов или отклонения в качестве воды (например, мягкая вода). Латунь DZR применяется в системах водобойлеров. Этот сплав должен производиться с особой тщательностью, с акцентом на сбалансированный состав и правильные производственные температуры и параметры, чтобы избежать долгосрочных отказов. Примером латуни DZR является латунь C352, содержащая около 30% цинка, 61–63% меди, 1,7–2,8% свинца и 0,02–0,15% мышьяка. Свинец и мышьяк значительно подавляют потерю цинка. "Красные латуни" – это семейство сплавов с высоким содержанием меди и, как правило, менее 15% цинка – более устойчивы к потере цинка. Один из сплавов, называемых "красной латунью", состоит из 85% меди, 5% олова, 5% свинца и 5% цинка. Медный сплав C23000, также известный как "красная латунь", содержит 84–86% меди, 0,05% железа и свинца, а остальное – цинк. Другим таким материалом является пушечный металл, относящийся к семейству красных латуней. Сплавы пушечного металла содержат примерно 88% меди, 8–10% олова и 2–4% цинка. Свинец может добавляться для облегчения обработки или для производства подшипниковых сплавов. "Морская латунь", предназначенная для использования в морской воде, содержит 40% цинка, но также 1% олова. Добавление олова подавляет выщелачивание цинка. NSF International требует, чтобы латуни с содержанием цинка более 15%, используемые в трубопроводах и сантехнических фитингах, были устойчивы к децинклизации.

Использование в музыкальных инструментах

Высокая пластичность и обрабатываемость, относительно хорошая коррозионная стойкость и традиционно приписываемые акустические свойства латуни сделали ее обычным металлом выбора для изготовления музыкальных инструментов, акустические резонаторы которых состоят из длинных, относительно узких трубок, часто сложенных или свернутых для компактности; серебро и его сплавы, и даже золото, использовались по тем же причинам, но латунь является наиболее экономичным вариантом. К таким инструментам относятся тромбон, туба, труба, корнет, флюгельгорн, баритон, эвфониум, теноровый рог, валторна и многие другие "рога", многие из которых представлены семействами различных размеров, например, саксогорны. Другие духовые инструменты также могут быть изготовлены из латуни или других металлов, и, действительно, большинство современных студенческих моделей флейт и пикколо изготавливаются из того или иного сплава латуни, обычно купроникелевого сплава, подобного никелевому серебру (также известному как немецкое серебро). Кларнеты, особенно низкие, такие как контрабас и субконтрабас, иногда изготавливаются из металла из-за ограниченных запасов плотных, мелкозернистых тропических пород дерева, традиционно предпочитаемых для небольших деревянных духовых инструментов. По той же причине некоторые низкие кларнеты, фаготы и контрафаготы имеют гибридную конструкцию: длинные прямые секции из дерева и изогнутые соединения, горловина и/или раструб из металла. Использование металла также позволяет избежать риска воздействия изменений температуры или влажности на деревянные инструменты, что может привести к внезапным трещинам. Несмотря на то, что саксофоны и саррусофоны классифицируются как деревянные духовые инструменты, они обычно изготавливаются из латуни по аналогичным причинам, а также потому, что их широкие конические каналы и тонкие стенки легче и эффективнее изготавливать путем формовки листового металла, чем обработкой дерева. Механика большинства современных деревянных духовых инструментов, включая инструменты с деревянным корпусом, также обычно изготавливается из сплава, такого как никелевое серебро. Такие сплавы более жесткие и долговечные, чем латунь, используемая для изготовления корпусов инструментов, но при этом поддаются обработке простым ручным инструментом – что является преимуществом при быстром ремонте. Мундштуки для латунных инструментов и, реже, для деревянных духовых инструментов часто изготавливаются из латуни и других металлов. Наряду с латунными инструментами, наиболее заметным применением латуни в музыке является изготовление различных ударных инструментов, в частности, тарелок, гонгов и оркестровых (трубчатых) колокольчиков (большие "церковные" колокола обычно изготавливаются из бронзы). Маленькие ручные колокольчики и "дзеньки" также обычно изготавливаются из латуни. Гармошка – это аэрофон с язычковым механизмом, который также часто изготавливается из латуни. В органных трубках язычковой группы в качестве язычков используются латунные полоски, которые ударяют о шалотку (или пробивают ее в случае "свободного" язычка). Хотя малый барабан не относится к латунным инструментам, его корпус иногда также изготавливается из латуни. Некоторые детали электрогитар также изготавливаются из латуни, особенно инерционные блоки в системах тремоло из-за ее тональных свойств, а также порожки и седла струн – как из-за тональных свойств, так и из-за низкого коэффициента трения.

The high malleability and workability, relatively good resistance to corrosion, and traditionally attributed acoustic properties of brass, have made it the usual metal of choice for construction of musical instruments whose acoustic resonators consist of long, relatively narrow tubing, often folded or coiled for compactness; silver and its alloys, and even gold, have been used for the same reasons, but brass is the most economical choice. Collectively known as brass instruments, these include the trombone, tuba, trumpet, cornet, flugelhorn, baritone horn, euphonium, tenor horn, and French horn, and many other "horns", many in variously sized families, such as the saxhorns. Other wind instruments may be constructed of brass or other metals, and indeed most modern student model flutes and piccolos are made of some variety of brass, usually a cupronickel alloy similar to nickel silver (also known as German silver). Clarinets, especially low clarinets such as the contrabass and subcontrabass, are sometimes made of metal because of limited supplies of the dense, fine grained tropical hardwoods traditionally preferred for smaller woodwinds. For the same reason, some low clarinets, bassoons and contrabassoons feature a hybrid construction, with long, straight sections of wood, and curved joints, neck, and/or bell of metal. The use of metal also avoids the risks of exposing wooden instruments to changes in temperature or humidity, which can cause sudden cracking. Even though the saxophones and sarrusophones are classified as woodwind instruments, they are normally made of brass for similar reasons, and because their wide, conical bores and thin walled bodies are more easily and efficiently made by forming sheet metal than by machining wood. The keywork of most modern woodwinds, including wooden bodied instruments, is also usually made of an alloy such as nickel silver. Such alloys are stiffer and more durable than the brass used to construct the instrument bodies, but still workable with simple hand tools—a boon to quick repairs. The mouthpieces of both brass instruments and, less commonly, woodwind instruments are often made of brass among other metals as well. Next to the brass instruments, the most notable use of brass in music is in various percussion instruments, most notably cymbals, gongs, and orchestral (tubular) bells (large "church" bells are normally made of bronze). Small handbells and "jingle bells" are also commonly made of brass. The harmonica is a free reed aerophone, also often made from brass. In organ pipes of the reed family, brass strips (called tongues) are used as the reeds, which beat against the shallot (or beat "through" the shallot in the case of a "free" reed). Although not part of the brass section, snare drums are also sometimes made of brass. Some parts on electric guitars are also made from brass, especially inertia blocks on tremolo systems for its tonal properties, and for string nuts and saddles for both tonal properties and its low friction.

Применение в бактерицидных и противомикробных целях

Бактерицидные свойства латуни наблюдаются на протяжении веков, особенно в морской среде, где она предотвращает обрастание. В зависимости от типа и концентрации патогенов и среды, в которой они находятся, латунь уничтожает эти микроорганизмы в течение нескольких минут или часов после контакта, особенно при воздействии аммиака или веществ, содержащих или выделяющих аммиак. Эта проблема иногда известна как сезонное растрескивание, поскольку впервые она была обнаружена в латунных гильзах для винтовочных патронов в 1920-х годах в британской индийской армии. Причиной являлись высокие остаточные напряжения, возникающие при холодной штамповке гильз в процессе производства, в сочетании с химическим воздействием следов аммиака в атмосфере. Патроны хранились в конюшнях, где концентрация аммиака повышалась в жаркие летние месяцы, что приводило к образованию хрупких трещин. Проблема была решена путем отжига гильз и хранения патронов в другом месте.

Типы

Класс Соотношение по весу (%) Примечания Медь Цинк Альфа-латунь > 65 < 35 Альфа-латуни пластичны, могут обрабатываться в холодном состоянии и используются для прессования, ковки или аналогичных операций. Они содержат только одну фазу с гранецентрированной кубической кристаллической структурой. Благодаря высокой доле меди эти латуни имеют более золотистый оттенок, чем другие. Альфа-фаза – это твердый раствор замещения цинка в меди. По свойствам она близка к меди, прочна, тверда и несколько сложна в обработке. Наилучшая обрабатываемость достигается при 32% цинка. Коррозионностойкие красные латуни с содержанием 15% цинка или менее также относятся к этому классу. Альфа-бета-латунь 55–65 35–45 Также называемые дуплексными латунями, они подходят для горячей обработки. Они содержат как α-, так и β'-фазы; β'-фаза имеет объемно-центрированную кубическую структуру с атомами цинка в центре кубов и является более твердой и прочной, чем α. Альфа-бета-латуни обычно обрабатываются в горячем состоянии. Более высокая доля цинка означает, что эти латуни ярче, чем альфа-латуни. При 45% цинка сплав достигает максимальной прочности. Бета-латунь 50–55 45–50 Бета-латуни могут обрабатываться только в горячем состоянии, они тверже, прочнее и подходят для литья. Высокое содержание цинка и низкое содержание меди делают их одними из самых ярких и наименее золотистых среди распространенных латуней. Гамма-латунь 33–39 61–67 Существуют также гамма-латуни AgZn и AuZn, с содержанием Ag 30–50%, Au 41%. Гамма-фаза – это кубическая решетчатая интерметаллическая структура Cu5Zn8. Белая латунь < 50 > 50 Они слишком хрупкие для общего применения. Этот термин также может относиться к некоторым типам сплавов на основе никеля и серебра, а также к сплавам CuZnSn с высоким содержанием (обычно более 40%) олова и/или цинка, а также к цинковым литейным сплавам с добавками меди. Они практически не имеют желтого оттенка и имеют скорее серебристый вид. Другими фазами, помимо α, β и γ, являются ε – гексагональная интерметаллическая структура CuZn3, и η – твердый раствор меди в цинке.

Легированные латуни

Название сплава Соотношение по весу (%) Другие примечания Медь Цинк Тин Свинца Абиссинское золото (Коммерческая бронза [C220]) 90 10 Адмиралтейская латунь 69 30 1 Тинк ингибирует потерю цинка во многих средах. Сплав Айча 60.66 36.58 1.02 1.74% железа Разработан для использования в морской службе благодаря коррозионной стойкости, твердости и прочности. Характерное применение – защита дна судов, но более современные методы катодной защиты сделали его использование менее распространенным. Внешне напоминает золото. Алюминиевая латунь 77.5 20.5 2% алюминия Алюминий повышает коррозионную стойкость. Используется для теплообменников и конденсаторов. Арсеническая латунь Арсеник; часто алюминий Используется для топок котлов. Арсеническая латунь 259 70 29.5 ≤0.05 Арсеник 0.2 0.6, Железо ≤0.05 Теплообменники, сантехника, требующая высокой коррозионной стойкости в воде. Хорошие свойства холодной обработки. Используется для гильз, сантехники и фурнитуры. Обычная латунь 63 37 Также называется нитовая латунь. Дешева и стандартна для холодной обработки. DZR латунь Арсеник Латунь, устойчивая к обесцинкованию, с небольшим процентом арсеника. Дельта-металл 55 41–43 1–3% железа, остальное – различные другие металлы. Используемые пропорции делают материал более твердым и подходящим для клапанов и подшипников. Высокообрабатываемая латунь (C360) 61.5 35.5 2.5–3.7 0.35% железа Также называется латунь 360 или C360. Высокая обрабатываемость. Существуют и другие составы марганцевой латуни. Мунц-металл 60 40 Следы железа Используется в качестве облицовки для лодок. Морская латунь (C464) 59 40 1 Аналогична адмиралтейской латуни. Также известна как бронза Тобина, 464 или C464. Морская латунь с высоким содержанием свинца (C485) 60.5 37.5 1.8 0.7 Морская латунь с добавлением свинца для повышения обрабатываемости. Также известна как 485 или C485. Никелевая латунь 70–76 20–24.5 4–5.5% никеля Внешнее кольцо биметаллических монет достоинством в 1 и 2 фунта стерлингов и монета в 1 евро, а также центральная часть монеты в 2 евро. Ранее использовалась для круглой монеты в 1 фунт. Скандинавское золото 89 5 1 5% алюминия Используется в монетах евро номиналом 10, 20 и 50 центов. Орихалк 75 80 15 20 Следы Следы никеля и железа. Определено по 39 слитков, извлеченным из древнего кораблекрушения в Геле, Сицилия. Пинчбек 89% или 93% 11% или 7% Изобретена в начале 18 века Кристофером Пинчбеком. Напоминает золото настолько, что металл покупают как бюджетные золотые "эффектные" украшения. Металл принца 75 25 Является типом альфа-латуни. Благодаря желтому цвету используется как имитация золота. Также называется металлом принца Руперта, сплав назван в честь принца Руперта Рейнского. Красная латунь, розовая латунь (C230) 85 5 5 5 Как американский термин для сплава меди, цинка и олова, известного как пушечный металл, так и сплав, который считается одновременно латунью и бронзой. Красная латунь также является альтернативным названием для медного сплава C23000, состоящего из 14–16% цинка, минимум 0,05% железа и минимум 0,07% свинца. Может также относиться к унции металла, другому сплаву меди, цинка и олова. Богатая низколатунная, Tombac 5–20 Часто используется в ювелирных изделиях. Силиконовый томбак 80 16 4% кремния Используется как альтернатива деталям, изготовленным методом литья по выплавляемым моделям. Латунь тонваля >0 Также называется CW617N или CZ122 или OT58. Не рекомендуется для использования в морской воде, так как она подвержена обесцинкованию. Желтая латунь 67 33 Американский термин для латуни с содержанием цинка 33%.

Alloy name Proportion by weight (%) Other Notes Copper Zinc Tin Lead Abyssinian gold (Commercial bronze [C220]) 90 10 Admiralty brass 69 30 1 Tin inhibits loss of zinc in many environments. Aich's alloy 60.66 36.58 1.02 1.74% iron Designed for use in marine service owing to its corrosion resistance, hardness and toughness. A characteristic application is to the protection of ships' bottoms, but more modern methods of cathodic protection have rendered its use less common. Its appearance resembles that of gold. Aluminium brass 77.5 20.5 2% aluminium Aluminium improves corrosion resistance. It is used for heat exchanger and condenser tubes. Arsenical brass Arsenic; frequently aluminium Used for boiler fireboxes. Arsenical brass 259 70 29.5 ≤0.05 Arsenic 0.2 0.6, Iron ≤0.05 Heat exchangers, plumbing requiring excellent corrosion resistance in water. Good cold working properties. Used for ammunition cases, plumbing, and hardware. Common brass 63 37 Also called rivet brass. Cheap and standard for cold working. DZR brass Arsenic Dezincification resistant brass with a small percentage of arsenic. Delta metal 55 41–43 1–3% iron with the balance consisting of various other metals. The proportions used make the material harder and suitable for valves and bearings. Free machining brass (C360) 61.5 35.5 2.5–3.7 0.35% iron Also called 360 or C360 brass. High machinability. Other manganese brass alloy compositions exist. Muntz metal 60 40 Traces of iron Used as a lining on boats. Naval brass (C464) 59 40 1 Similar to admiralty brass. Also known as Tobin bronze, 464, or C464. Naval brass, high lead (C485) 60.5 37.5 1.8 0.7 Naval brass with added lead for machinability. Also known as 485, or C485. Nickel brass 70–76 20–24.5 4–5.5% nickel The outer ring of the bi metallic one pound and two pound sterling coins and the one euro coin, plus the centre part of the two euro coin. Formerly used for the round one pound coin. Nordic gold 89 5 1 5% aluminum Used in 10, 20, and 50 cents euro coins. Orichalcum 75 80 15 20 Trace Trace amounts of nickel and iron Determined from 39 ingots recovered from an ancient shipwreck in Gela, Sicily. Pinchbeck 89% or 93% 11% or 7% Invented in the early 18th century by Christopher Pinchbeck. Resembles gold to a point where people can buy the metal as budget gold "effect" jewelry. Prince's metal 75 25 A type of alpha brass. Due to its yellow colour, it is used as an imitation of gold. Also called Prince Rupert's metal, the alloy was named after Prince Rupert of the Rhine. Red brass, Rose brass (C230) 85 5 5 5 Both an American term for the copper zinc tin alloy known as gunmetal, and an alloy which is considered both a brass and a bronze. Red brass is also an alternative name for copper alloy C23000, which is composed of 14–16% zinc, a minimum 0.05% iron and minimum 0.07% lead content, It may also refer to ounce metal, another copper zinc tin alloy. Rich low brass, Tombac 5–20 Often used in jewelry applications. Silicon tombac 80 16 4% silicon Used as an alternative for investment cast steel parts. Tonval brass >0 Also called CW617N or CZ122 or OT58. It is not recommended for sea water use, being susceptible to dezincification. Yellow brass 67 33 An American term for 33% zinc brass.

История

Хотя изделия из латуни использовались с доисторических времен, её истинная природа как сплава меди и цинка была осознана лишь в постсредневековый период, поскольку пары цинка, реагирующие с медью для образования латуни, не были признаны металлом. Библия короля Иакова содержит многочисленные упоминания "латуни" при переводе еврейского слова "нехошет" (бронза или медь) на английский язык. Ранние латуни могли быть природными сплавами, полученными при выплавке медных руд, богатых цинком. К римскому периоду латунь стали намеренно производить из металлической меди и цинковых минералов, используя процесс цементации, результатом которого была каламитная латунь, и различные модификации этого метода применялись до середины XIX века. В конечном итоге этот метод был заменен спельтерированием – прямым легированием меди и цинка, которое было внедрено в Европе в XVI веке.

Ранние сплавы меди и цинка

В Западной Азии и Восточном Средиземноморье ранние сплавы меди и цинка в настоящее время известны в небольших количествах из ряда поселений 3-го тысячелетия до н.э. в Эгейском море, Ираке, Объединенных Арабских Эмиратах, Калмыкии, Туркменистане и Грузии, а также из поселений 2-го тысячелетия до н.э. в западной Индии, Узбекистане, Иране, Сирии, Ираке и Ханаане. Изолированные примеры сплавов меди и цинка известны в Китае с I века н.э., спустя долгое время после широкого распространения бронзы. Вероятно, это «естественные сплавы», полученные при выплавке медно-цинковых руд в восстановительных условиях. Многие из них содержат такое же количество олова, как и современные бронзовые изделия, и возможно, что некоторые сплавы меди и цинка были случайными и, возможно, даже не отличались от чистой меди. К VIII–VII векам до н.э. в ассирийских клинописных табличках упоминается об эксплуатации «горной меди», что, возможно, относится к «естественной» латуни. «Орейхалкос» (гора медь) – древнегреческий перевод этого термина, позднее был адаптирован в латинское aurichalcum, означающее «золотую медь», которое стало стандартным названием латуни. В IV веке до н.э. Платон знал орихалк как редкий и почти столь же ценный, как золото. Рентгенофлуоресцентный анализ 39 слитков орихалка, извлеченных из 2600-летнего кораблекрушения у Сицилии, показал, что они представляют собой сплав, состоящий из 75–80% меди, 15–20% цинка и небольшого количества никеля, свинца и железа.

Римский мир

В течение последней части первого тысячелетия до н.э. использование латуни распространилось на обширной географической территории, начиная с Британии и Испании. Это, по-видимому, было стимулировано экспортом и влиянием с Ближнего Востока и восточного Средиземноморья, где было начато преднамеренное производство латуни из металлической меди и цинковых руд. Писатель IV века до н.э. Теопомп, которого цитирует Страбон, описывает, как нагревание земли из Андиры в Турции приводило к образованию "капель ложного серебра", вероятно, металлического цинка, который можно было использовать для превращения меди в орейхалк. В I веке до н.э. греческий врач Диоскорид, по-видимому, установил связь между минералами цинка и латунью, описывая, как кадмия (оксид цинка) обнаруживалась на стенках печей, используемых для нагрева цинковой руды или меди, и объясняя, что её затем можно использовать для изготовления латуни. К I веку до н.э. латунь была доступна в достаточном количестве для чеканки монет во Фригии и Вифинии, а также на ряде участков в Британии. Эти изделия варьируются по размеру от крошечных, с желудь, до крупных сосудов, напоминающих амфоры, но все они имеют повышенное содержание цинка на внутренней поверхности и снабжены крышками. Латунь, изготовленная в раннеримский период, по-видимому, содержала от 20% до 28% цинка по весу.

Средневековье

О производстве латуни в течение столетий сразу после распада Римской империи известно немного. Нарушение торговли оловом для бронзы из Западной Европы могло способствовать росту популярности латуни на востоке, и к VI–VII векам н.э. более 90% артефактов из медного сплава из Египта были сделаны из латуни. Однако другие сплавы, такие как бронза с низким содержанием олова, также использовались, и их состав варьируется в зависимости от местных культурных особенностей, назначения металла и доступности цинка, особенно между исламским и византийским миром. Но около 1000 года н.э. латунные артефакты находят в скандинавских захоронениях в Шотландии, и существуют археологические и исторические свидетельства производства каламитной латуни в Германии, в областях, богатых каламитной рудой. Эти места оставались важными центрами производства латуни на протяжении всего Средневековья, особенно Динан. Латунные изделия до сих пор коллективно известны как динандри во французском языке. Крестильный купель в церкви Святого Варфоломея в Льеже (современная Бельгия, до 1117 года) – выдающийся шедевр романского литья из латуни, хотя его часто также описывают как бронзовый. Металл Глостерской подсвечи (начало XII века) необычен даже по средневековым меркам, поскольку представляет собой смесь меди, цинка, олова, свинца, никеля, железа, сурьмы и мышьяка с необычно высоким содержанием серебра – от 22,5% в основании до 5,76% в поддоне под свечой. Соотношение этих компонентов может указывать на то, что подсвечник был изготовлен из старых монет, вероятно, позднеримских. Латень – термин, обозначающий средневековые сплавы неопределенного и часто переменчивого состава, используемые для декоративных кантов и подобных изделий, вырезанных из листового металла, будь то латунь или бронза. Особенно в тибетском искусстве анализ некоторых предметов показывает очень разные составы на разных концах большого изделия. Акваманилы обычно изготавливались из латуни как в европейском, так и в исламском мире. Процесс цементации продолжал использоваться, но литературные источники как из Европы, так и из исламского мира, по-видимому, описывают варианты высокотемпературного жидкофазного процесса, происходившего в тиглях с открытым верхом. Исламская цементация, по-видимому, использовала оксид цинка, известный как тутия или тутти, а не цинковые руды для производства латуни, что приводило к получению металла с меньшим содержанием железа. Многие исламские авторы и итальянский путешественник XIII века Марко Поло описывают, как это вещество получали путем сублимации из цинковой руды и конденсации на глине или железных стержнях, археологические образцы которых были обнаружены в Куше (Иран). Затем его можно было использовать для производства латуни или в медицинских целях. В X веке в Йемене аль-Хамдани описал, как нанесение аль-иглимии, вероятно, оксида цинка, на поверхность расплавленной меди производило пары тутии, которые затем реагировали с металлом. Иранский автор XIII века аль-Кашани описывает более сложный процесс, при котором тутию смешивали с изюмом и аккуратно обжаривали, прежде чем добавлять на поверхность расплавленного металла. В этот момент добавляли временную крышку, предположительно, чтобы минимизировать потерю паров цинка. В Европе происходил аналогичный жидкофазный процесс в тиглях с открытым верхом, который, вероятно, был менее эффективным, чем римский, и использование термина "тутия" Альбертом Великим в XIII веке свидетельствует о влиянии исламских технологий. Немецкий монах XII века Теофил описал, как предварительно нагретые тигли заполняли на одну шестую порошкообразным каламином и древесным углем, затем медью и древесным углем, после чего их плавили, перемешивали и снова заполняли. Полученный продукт отливали, а затем снова плавили с каламином. Предполагается, что это второе плавление могло происходить при более низкой температуре, чтобы обеспечить большее поглощение цинка. Альберт Великий отметил, что "сила" как каламина, так и тутии может испаряться, и описал, как добавление порошкообразного стекла могло создать пленку для их связывания с металлом. Немецкие тигли для производства латуни известны из Дортмунда (датировка X веком н.э.), а также из Зоста и Шверте (Вестфалия, датировка примерно XIII веком), что подтверждает рассказ Теофила, поскольку они имеют открытый верх. Керамические диски из Зоста, возможно, служили неплотными крышками, которые могли использоваться для уменьшения испарения цинка, и на их внутренней поверхности есть шлак, образовавшийся в результате жидкофазного процесса.

Little is known about the production of brass during the centuries immediately after the collapse of the Roman Empire. Disruption in the trade of tin for bronze from Western Europe may have contributed to the increasing popularity of brass in the east and by the 6th–7th centuries AD over 90% of copper alloy artefacts from Egypt were made of brass. However other alloys such as low tin bronze were also used and they vary depending on local cultural attitudes, the purpose of the metal and access to zinc, especially between the Islamic and Byzantine world. but by about 1000 brass artefacts are found in Scandinavian graves in Scotland, and there is archaeological and historical evidence for the production of calamine brass in Germany areas rich in calamine ore. These places would remain important centres of brass making throughout the Middle Ages period, especially Dinant. Brass objects are still collectively known as dinanderie in French. The baptismal font at St Bartholomew's Church, Liège in modern Belgium (before 1117) is an outstanding masterpiece of Romanesque brass casting, though also often described as bronze. The metal of the early 12th century Gloucester Candlestick is unusual even by medieval standards in being a mixture of copper, zinc, tin, lead, nickel, iron, antimony and arsenic with an unusually large amount of silver, ranging from 22.5% in the base to 5.76% in the pan below the candle. The proportions of this mixture may suggest that the candlestick was made from a hoard of old coins, probably Late Roman. Latten is a term for medieval alloys of uncertain and often variable composition often covering decorative borders and similar objects cut from sheet metal, whether of brass or bronze. Especially in Tibetan art, analysis of some objects shows very different compositions from different ends of a large piece. Aquamaniles were typically made in brass in both the European and Islamic worlds. The cementation process continued to be used but literary sources from both Europe and the Islamic world seem to describe variants of a higher temperature liquid process which took place in open topped crucibles. Islamic cementation seems to have used zinc oxide known as tutiya or tutty rather than zinc ores for brass making, resulting in a metal with lower iron impurities. A number of Islamic writers and the 13th century Italian Marco Polo describe how this was obtained by sublimation from zinc ores and condensed onto clay or iron bars, archaeological examples of which have been identified at Kush in Iran. It could then be used for brass making or medicinal purposes. In 10th century Yemen al Hamdani described how spreading al iglimiya, probably zinc oxide, onto the surface of molten copper produced tutiya vapor which then reacted with the metal. The 13th century Iranian writer al Kashani describes a more complex process whereby tutiya was mixed with raisins and gently roasted before being added to the surface of the molten metal. A temporary lid was added at this point presumably to minimize the escape of zinc vapor. In Europe a similar liquid process in open topped crucibles took place which was probably less efficient than the Roman process and the use of the term tutty by Albertus Magnus in the 13th century suggests influence from Islamic technology. The 12th century German monk Theophilus described how preheated crucibles were one sixth filled with powdered calamine and charcoal then topped up with copper and charcoal before being melted, stirred then filled again. The final product was cast, then again melted with calamine. It has been suggested that this second melting may have taken place at a lower temperature to allow more zinc to be absorbed. Albertus Magnus noted that the "power" of both calamine and tutty could evaporate and described how the addition of powdered glass could create a film to bind it to the metal. German brass making crucibles are known from Dortmund dating to the 10th century AD and from Soest and Schwerte in Westphalia dating to around the 13th century confirm Theophilus' account, as they are open topped, although ceramic discs from Soest may have served as loose lids which may have been used to reduce zinc evaporation, and have slag on the interior resulting from a liquid process.

Африка

Некоторые из самых известных произведений африканского искусства – это изделия, выполненные по технологии литья по выплавляемой модели в Западной Африке, преимущественно на территории современной Нигерии. Их создавали сначала в Королевстве Ифе, а затем в Империи Бенин. Хотя их обычно называют «бронзами», так называемые Бенинские бронзы, которые сейчас в основном находятся в Британском музее и других западных коллекциях, а также крупные портретные головы, такие как Бронзовая голова из Ифе, изготовленная из «цинковой латуни с высоким содержанием свинца», и Бронзовая голова королевы Идии (обе находятся в Британском музее), точнее описывать как латунные изделия, хотя их состав может варьироваться. Работа с латунью или бронзой оставалась важной в искусстве Бенина и других западноафриканских традициях, например, в изготовлении золотых гирь Акан, где металл ценился выше, чем в Европе.

Возрождение и постсредневековая Европа

Возрождение принесло важные изменения как в теории, так и в практике производства латуни в Европе. К XV веку имеются свидетельства возобновления использования крытых цементирующих тиглей в Цвиккау (Германия). Эти большие тигли позволяли производить около 20 кг латуни. Внутри обнаружены следы шлака и фрагменты металла. Их неоднородный состав указывает на то, что процесс протекал при относительно низкой температуре и не был полностью жидким. Крышки тиглей имели небольшие отверстия, которые затыкали глиняными пробками ближе к концу процесса, предположительно для максимального поглощения цинка на заключительных стадиях. Затем треугольные тигли использовались для плавления латуни перед отливкой. Технические писатели XVI века, такие как Бирингуччо, Эркер и Агрикола, описали различные методы производства цементированной латуни и приблизились к пониманию истинной природы процесса, заметив, что медь становится тяжелее при превращении в латунь и приобретает более золотистый оттенок при добавлении каламина. Металлический цинк также становился все более распространенным. К 1513 году в Лондон начали поступать цинковые слитки из Индии и Китая, а с 1550 года для производства цементированной латуни стали использовать цинковые гранулы, конденсировавшиеся в дымовых трубах на Раммельсберге (Германия). В конечном итоге было установлено, что металлический цинк можно сплавлять с медью для получения латуни – процесс, известный как спельтер. К 1657 году немецкий химик Иоганн Глаубер пришел к выводу, что каламин – это «не что иное, как неплавкий цинк», а цинк – «полузрелый металл». Однако некоторые более ранние латуни с высоким содержанием цинка и низким содержанием железа, такие как мемориальная доска Вайтмана 1530 года из Англии, могли быть изготовлены путем сплавления меди с цинком и содержат следы кадмия, аналогичные тем, что встречаются в некоторых цинковых слитках из Китая. Европейская латунная промышленность продолжала процветать в постсредневековый период, чему способствовали такие инновации, как внедрение в XVI веке водяных молотов для производства изделий, таких как горшки. К 1559 году только город Аахен (Германия) был способен производить 300 000 центнеров латуни в год. В 1723 году брассодел из Бристоля Неемия Чемпион запатентовал использование гранулированной меди, полученной путем выливания расплавленного металла в холодную воду. Это увеличивало площадь поверхности меди, способствуя ее реакции, и при использовании этой новой технологии сообщалось о содержании цинка до 33% по весу. В 1738 году сын Неемии, Уильям Чемпион, запатентовал технологию первой промышленной дистилляции металлического цинка, известную как дистилляция per descencum или «английский процесс». Однако Чемпион продолжал использовать более дешевый метод цементирования каламином для производства латуни с низким содержанием цинка, а также возросший спрос на коррозионностойкие высокоцинковые сплавы способствовал популярности спельтера, в результате чего цементирование было в значительной степени заброшено к середине XIX века.

The Renaissance saw important changes to both the theory and practice of brassmaking in Europe. By the 15th century there is evidence for the renewed use of lidded cementation crucibles at Zwickau in Germany. These large crucibles were capable of producing c.20 kg of brass. There are traces of slag and pieces of metal on the interior. Their irregular composition suggests that this was a lower temperature, not entirely liquid, process. The crucible lids had small holes which were blocked with clay plugs near the end of the process presumably to maximize zinc absorption in the final stages. Triangular crucibles were then used to melt the brass for casting. 16th century technical writers such as Biringuccio, Ercker and Agricola described a variety of cementation brass making techniques and came closer to understanding the true nature of the process noting that copper became heavier as it changed to brass and that it became more golden as additional calamine was added. Zinc metal was also becoming more commonplace. By 1513 metallic zinc ingots from India and China were arriving in London and pellets of zinc condensed in furnace flues at the Rammelsberg in Germany were exploited for cementation brass making from around 1550. Eventually it was discovered that metallic zinc could be alloyed with copper to make brass, a process known as speltering, and by 1657 the German chemist Johann Glauber had recognized that calamine was "nothing else but unmeltable zinc" and that zinc was a "half ripe metal". However some earlier high zinc, low iron brasses such as the 1530 Wightman brass memorial plaque from England may have been made by alloying copper with zinc and include traces of cadmium similar to those found in some zinc ingots from China. The European brass industry continued to flourish into the post medieval period buoyed by innovations such as the 16th century introduction of water powered hammers for the production of wares such as pots. By 1559 the Germany city of Aachen alone was capable of producing 300,000 cwt of brass per year. In 1723 Bristol brass maker Nehemiah Champion patented the use of granulated copper, produced by pouring molten metal into cold water. This increased the surface area of the copper helping it react and zinc contents of up to 33% wt were reported using this new technique. In 1738 Nehemiah's son William Champion patented a technique for the first industrial scale distillation of metallic zinc known as distillation per descencum or "the English process". However Champion continued to use the cheaper calamine cementation method to produce lower zinc brass as well as demand for corrosion resistant high zinc alloys increased the popularity of speltering and as a result cementation was largely abandoned by the mid 19th century.

Общие ссылки

Бейли, Дж. (1990 г.) "Производство латуни в древности, с особым акцентом на римскую Британию". В Краддоке, П. Т. (ред.). 2000 лет цинка и латуни. Лондон: Британский музей. Краддок, П. Т. и Экштейн, К. (2003). "Производство латуни в древности методом прямого восстановления". В Краддоке, П. Т. и Ланге, Дж. (ред.). Горнодобывающая промышленность и металлургия на протяжении веков. Лондон: Британский музей. Дэй, Дж. (1990 г.) "Латунь и цинк в Европе от Средних веков до XIX века". В Краддоке, П. Т. (ред.). 2000 лет цинка и латуни. Лондон: Британский музей. Дэй, Дж. (1991). "Производство меди, цинка и латуни". В Дэй, Дж. и Тайлекотт, Р. Ф. (ред.). Промышленная революция в металлургии. Лондон: Институт металлов. Рехрен, Т. и Мартинон-Торрес, М. (2008) "Naturam ars imitate: европейское производство латуни между ремеслом и наукой". В Мартинон-Торрес, М. и Рехрен, Т. (ред.). Археология, история и наука: интеграция подходов к изучению древних материалов. Left Coast Press.