Латунный сплав (варианты)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(57) 1. Латунный сплав, включающий медь, цинк, висмут, и примеси, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий и бор при следующем соотношении компонентов, мас. 5 - 15 ч. на млн. примеси не более 1 остальное. 2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов, мас. 5 - 15 ч. на млн. примеси не более 1 остальное. 3. Сплав по п.2, отличающийся тем, что в качестве примесей он содержит свинец, олово, железо, сурьму и кремний при следующем соотношении компонентов, мас. остальное. 4. Латунный сплав, включающий медь, цинк, висмут и примеси, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий и бор, а в качестве примесей марганец, кремний, сурьму и прочие при следующем соотношении компонентов, мас. 0,05 - 0,15 прочие не более 1 остальное. 5. Сплав по п.4, отличающийся тем, что в качестве прочих он содержит свинец, олово, железо и никель при следующем соотношении компонентов, мас. остальное. 6. Сплав по п.5, отличающийся тем, что имеет следующее соотношение компонентов, мас. остальное. 7. Латунный сплав, включающий медь, цинк, висмут и в качестве примесей железо и свинец, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий и бор, а в качестве примесей дополнительно содержит марганец, никель, кремний и олово при следующем соотношении компонентов, мас. остальное. 8. Латунный сплав, включающий медь, цинк, висмут и в качестве примесей железо и свинец, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий и бор, а в качестве примесей дополнительно содержит марганец, никель, кремний и олово при следующем соотношении компонентов, мас. Изобретение касается сплава на медной основе с цинком для изготовления различных технических устройств и элементов конструкций в зависимости от добавляемых в сплав компонентов. Известны латунные сплавы, включающие цинк 30-58 вес., добавки висмут и по крайней мере один из элементов, выбранных из групп - свинец, кадмий, олово, индий, магний, железо, теллур. Состав сбалансирован медью. Одна из добавок представляет собой смесь висмута и свинца при концентрации свинца около 21. Недостатком сплава является содержание свинца, которое нежелательно при использовании сплава для изготовления элементов конструкций систем снабжения питьевой водой. Наиболее близким латунным сплавом по составу и его применению предлагаемому является латунный сплав, содержащий 58-65 меди, 0,5-1,5 висмута, остаток занимает цинк и примеси, такие как свинец и железо 2. Недостатком приведенного выше сплава является отсутствие в его составе алюминия и бора, придающие сплаву пластичность и мелкозернистость, что очень важно при использовании сплава для изготовления санитарно-технической арматуры. Задачей изобретения является разработка сплава с малым содержанием свинца для изготовления элементов конструкций к установкам питьевой воды. Кроме того, сплав должен иметь литьевые и механические свойства, необходимые для предусматриваемой цели использования. Водопроводная арматура, например,должна отличаться полируемостью и герметичностью при сжатии, достаточной для диапазонов давления,преобладающих в установках снабжения питьевой водой, обладать свойствами, которые непосредственно зависят от мелкозернистой структуры отливок. Эта задача решается с помощью признаков патентной формулы 1. Сплав, содержание меди в котором установлено на 57-65 весовых , а остальные компоненты которого не превышают 3 весовых , без проблем заливается в кокиль и, кроме того, кристаллизуется из расплава с относительно мелкозернистой структурой,а значит практически без усадочных раковин. Последнее выгодно, прежде всего, тогда, когда из этого сплава отливаются фасонные детали, которые должны иметь гладкую полируемую поверхность, что необходимо,например, для кухонной и санитарно-технической арматуры. Арматура, изготовленная из сплава согласно изобретению, обладает хорошей герметичностью при сжатии, что объясняется отсутствием усадочных раковин, соответственно губчатых участков во внутренних стенках и уплотнительных поверхностях, разделяющих различные области давления. Под губчатыми участками при этом следует понимать участки, которые имеют структуру, содержащую рыхлые, наподобие губки пустоты (усадочные раковины). Следующее преимущество заключается в том, что он обнаруживает хорошие текучие свойства, что в частности, имеет большое значение при изготовлении фасонных деталей сложной конструкции. В результате замены до сих пор использовавшегося компонента сплава свинца висмутом детали, изготовленные из сплава согласно изобретению, могут быть отнесены к категории не вызывающих опасений в токсикологическом плане. Кумулятивное токсичное действие висмута, соответствующее свинцу, неизвестно. Токсичность висмута значительно меньше, так что при концентрациях, имеющих место вследствие перехода висмута в питьевую воду, может возникнуть лишь сравнительно небольшой потенциал угрозы здоровью. Как можно было убедиться на примере микроорганизмов и мелких животных, висмут действует на эти организмы в 10 раз менее токсично, чем свинец. При получении сплава согласно изобретению в зависимости от степени чистоты используемых компонентов при известных условиях могут появиться незначительные загрязнения, содержащие свинец. Однако они, как правило, не превышают величины, примерно, 0,3 весовыхи поэтому в сравнении с добавками свинца, примешиваемыми промышленно в латунные сплавы, содержащие свинец, ими можно пренебречь. В зависимых пунктах формулы изобретения 2 и 3 указаны предпочтительные составы сплава согласно изобретению. Здесь следует, в частности, подчеркнуть, что добавлением бора в количестве от 5 до 15 ррм можно уменьшить средний размер зерна структуры. Преимущество сплавов в соответствии с патентными формулами 4 и 5 заключается в том, что они устойчивы к обесцинкованию. На основании этого свойства, например, арматура для питьевой воды, изготовленная из этих сплавов, может использоваться и в области с высокоагрессивной водой и при этом обнаруживает в общем высокую долговечность. Чтобы, исходя из таких обычных латунных сплавов как 60 получить латунные сплавы, устойчивые к обесцинкованию, необходимо увеличить, например, содержание меди до 64 . Однако подобные сплавы непригодны в ряде случаев применения, в частности, для изготовления санитарно-технической арматуры,так как они имеют крупнозернистую структуру, что сопровождается такими известными отрицательными явлениями как усиленное образование усадочных раковин. Эксперименты с измельчением зерна у латунных 3 2774 1 сплавов с повышенным содержанием меди, как правило, с применением для этой цели бора, до сих пор не удавались. Поэтому для упомянутой цели использования применялись практически лишь известные сплавы,неустойчивые к обесцинкованию. Неожиданным образом оказалось, что несмотря на повышенное содержание меди по сравнению с известными сплавами измельчение зерна с помощью бора возможно, если известные элементы марганец, кремний и сурьма легируются в количествах согласно данному изобретению, и одновременно содержание железа максимально ограничивается 0,25 весовыми . Кроме того, неожиданным образом выяснилось, что сплав обнаруживает улучшенную красноломкость, если содержание олова незначительно, но не превышает 0,25 весовых . Следующее преимущество заключается в том, что в значительной степени уменьшается появление твердых включений, которые являются помехой, в первую очередь, при обработке поверхности. Твердые включения усиленно появляются у обычных латунных сплавов, содержащих свинец, прежде всего тогда,когда они измельчены бором. Изобретение поясняется с помощью следующих примеров Пример 1. Сплавлением соответствующих компонентов сплава был получен расплав, который содержал 59,78 весовыхС, 0,60 весовыхА, 1,00 весовых, 13 В, в качестве загрязнений, зависящих от расплавления, 0,02 весовых, 0,01 весовых, 0,02 весовых, 0,01 весовыхив качестве остатка. Расплав был отлит в пробные слитки и готовые отливки (арматуру). Слитки соответственно готовые детали подвергались различным стандартным исследованиям. Для проверки полирующей способности сплава согласно изобретению была проведена серия испытаний. Результатом этих экспериментов было то, что фасонные детали, изготовленные из сплава согласно изобретению, обнаружили нужную для качественной арматуры полирующую способность поверхности. Все пробы подвергались также испытанию на излом. При этом констатировалось, что практически не было посторонних включений или губчатых участков. Последние часто являются первоочередной причиной негерметичности, если они находятся в перегородках между камерами с различной сжимающей нагрузкой или в уплотнительных поверхностях. Структура исследованных проб была в основном глобулярной и обнаружила среднюю зернистость, примерно, 30 микрон. В качестве мерила текучести определялась длина заполнения спирали (по Шнайдеру) при температуре от 1000 до 1005 С. Определенные величины находились между 522 и 531 мм, а значит в диапазоне известных величин сплава 60(500 мм - 600 мм). Несколько готовых деталей подвергалось обработке резанием на автоматических станках при изготовлении резьбы и плоских уплотнительных поверхностей обычной технологий. Оказалось, что фасонные детали,отлитые из сплава согласно изобретению, так же хорошо обрабатывались резанием, как и такие же детали из сплава 60 Стружка, снятая с фасонных деталей, была такой же быстроломкой, как и стружка из латунных сплавов,содержащих свинец. И испытания на полирование абразивными материалами, во время которых в течение заданного времени определялось снятие материала, не выявили значительных различий с обычной латунью. Точно так же не констатировались различия с обычными отливками из латуни в плане способности к нанесению гальванических покрытий на отливки из сплава согласно изобретению. Механические свойства определялись в соответствии со стандартными ДИН 1709, раздел 5. Из клинообразных образцов, отлитых стандартным способом, в соответствии с разделом Круглые образцы, изготавливали круглые образцы по ДИН 50 150 и вытягивали. Определенные величины отражены в следующей таблице Условный предел текучести 0,2 (/) Предел прочности при растяжении(/) Относительное удлинение при разр. А 10 Твердость по Бринеллю 2,5/62,5 (НВ) Сплав согласно изобретению 157,0 360,8 12,6 121 Для определения устойчивости к обесцинкованию был изготовлен образец для обесцинкования в соответствии с ИСО 6509-1981 (Е). Сам тест на обесцинкование проводился по австралийскому стандарту 23451980. Константированная глубина обесцинкования составляла более 100 микрон, однако находилась в пределах, известных по сплаву 60 . Пример 2. Этот пример осуществления касается сплава со следующим составом (весовых ) С 63,00 ,0,8 , М 0,45 ,0,5 ,0,5 ,0,1 , В 10 ,менее 0,10 ,менее 0,10 2774 1 Для определения устойчивости к обесцинкованию брались холодными поперечные шлифы водопроводной арматуры, изготовленной из сплава согласно изобретению (образецв таблице 2) и подвергались испытанию в соответствии с ИСО 6509 (Коррозия металлов и сплавов / Определение устойчивости латуни к обесцинкованию, издание 1981 г.). Температура литья составляла 1000 С. Для сравнения испытывали 2 образца (Р и Р) следующим известным составом (данные приведены в весовых ) С 60,06 ,37,38 ,0,030 ,0,65 ,менее 0,010 ,0,10 ,0,020 ,0,010 , 0,08 , Р 1,65 , В 0,0008 . Результат испытания устойчивости к обесцинкованию вытекает из следующей таблицы 2. Таблица 2 Образец На образцеконстатировали глубину обесцинкования 60 микрон, в то время как образцы из обычного сплава 60 обнаружили намного большую глубину. В соответствии со стандартом 2872 ( - Британский стандарт),2974,11710 ( - Шведский стандарт), или шведским строительным стандартом 8 образецустойчив к обесцинкованию. Допускаемая глубина обесцинкования для отливок в соответствии со стандартамисоставляет 100 микрон со шведским строительным стандартом 8 - 200 микрон. Нижеприводимые испытания проводились на образцах Ри Рсо следующими составами (данные в весовых )64,81 ,0,33 ,0,44 ,0,039 , В 0,0015 ,менее 0,01 ,0,53 ,менее 0,01 , Р менее 0,01 ,0,53 ,остаток. РС 64,83 ,0,53 ,0,049 ,0,40 . Остальные компоненты сплава совпадают с компонентами образца Р . Сначала отливки отливались в обычных технологических условиях. Потом повергались круглому шлифованию на станках, окончательная и финишная шлифовка делалась вручную, последующая полировка производилась как на станке, так и вручную. Отливки взвешивались в неотработанном состоянии и после каждого из названных процессов. При этом выяснилось, что по сравнению с отливками из обычной латуни 60 снятие материала при станочном шлифовании было значительно меньше. Качество отливок, изготовленных из сплава согласно изобретению, по сравнению с обычными отливками было лучше, что выяснилось из небольшого количества рекламаций после первого процесса шлифования соответственно полирования. Вышеназванные образцы Ри Рподвергались также испытаниям на излом для исследования структуры на наличие усадочных раковин и губчатых участков. На всех образцах подобные погрешности структуры отсутствовали. Микроструктура сплава, соответствующая образцам Ри Р , определялась обычными металлографическими методами. В основном, обнаружилась глобулярная зернистая структура со средней зернистостью, примерно, 35 микрон. Максимальная зернистость составляла менее 100 микрон. Для определения способности поддаваться машинной обработке обрабатывалось 60 отливок (арматура) на автоматических станках. Изготавливались, например, уплотнительные поверхности и резьба. При этом выяснилось, что машинная обработка может осуществляться без существенного изменения параметров обработки обычных отливок. Обычными стандартными методами определялись механические параметры условный предел текучести, предел прочности при растяжении, относительное удлинение при разрыве и твердость по Бринеллю. Результатом этой серии испытаний явилось то,что названные механические свойства сравнимы с величинами известного латунного сплава 60 . Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 5