Латунь Л63, Л68 и ЛС59-1: состав, листы и прутки, обработка, пайка и аналоги

Три марки и чем они различаются

Латуни Л63, Л68 и ЛС59-1 — самые ходовые медно-цинковые сплавы в листе, ленте и прутке. Общий обзор меди и латуни, электро- и теплопроводность в сравнении с медью — в статье «Медь и латунь: марки и применение». Здесь — нормы на полуфабрикаты и технология.

Коротко о выборе:

• Л68 — больше меди, самая пластичная из трёх; берут для глубокой вытяжки.
• Л63 — универсальная: лист, лента, пруток, трубы; хорошо гнётся и штампуется, выпускается в широком ряду состояний.
• ЛС59-1 — свинцовая латунь для точёных деталей, фитингов, крепежа.

Химический состав по ГОСТ 15527-2004

Важные примечания к таблицам стандарта:

• в Л63 и Л68 допускается до 0,3 % никеля, в ЛС59-1 — до 1 % за счёт меди, в сумму прочих он не входит;
• в ЛС59-1 олово и кремний вместе — не более 0,5 %;
• в Л63 для пищевой промышленности свинца не более 0,05 %;
• в Л68 для изделий специального назначения ужесточены железо (до 0,07 %), сурьма, фосфор, мышьяк, сера и сумма прочих (до 0,2 %).

Примеры применения по ГОСТ 15527-2004: Л68 — проволочные сетки, радиаторные ленты, трубы теплообменников, детали глубокой вытяжки; Л63 — листы, ленты, полосы, трубы, прутки, фольга, проволока, детали глубокой вытяжки; ЛС59-1 — листы, ленты, полосы, прутки, профили, трубы, проволока, поковки.

Листы и полосы по ГОСТ 931-90

Горячекатаные листы стандарт делает из Л63 и ЛС59-1, холоднокатаные листы и полосы — из Л68, Л63 и ЛС59-1 (пункт 1.3.1). Л68 горячекатаным листом по этому стандарту не поставляется.

Механические свойства холоднокатаных листов и полос (таблица 10), σв в МПа, удлинение δ10 не менее:

Горячекатаный лист толщиной 5–25 мм: Л63 — 290–390 МПа при δ10 не менее 30 %, ЛС59-1 — 360–490 МПа при 18 %. Верхний предел временного сопротивления может быть выше табличного не более чем на 20 МПа. Справочная твёрдость (приложение 2): мягкая Л68 и Л63 — 70 HB, твёрдая Л68 — 125, Л63 — 135, ЛС59-1 мягкая — 100, твёрдая — 200 HB.

Требования к гибке (пункт 1.3.5.5): холоднокатаные листы и полосы 1–10 мм в мягком состоянии гнут на 180°, в полутвёрдом — на 90° вокруг оправки радиусом, равным толщине, без надрывов и трещин. Для ЛС59-1 испытание на изгиб проводят только по требованию потребителя (пункт 2.6).

Штампуемость: почему для вытяжки берут Л68

Стандарт показывает разницу между Л68 и Л63 напрямую — глубиной лунки при испытании на вытяжку пуансоном радиусом 10 мм (приложение 3 ГОСТ 931-90):

Немецкий медный институт объясняет это структурой. CuZn30 — однофазная α-латунь; вместе с CuZn28 и CuZn33 (ближайшей к Л68) её называют латунью для глубокой вытяжки, или патронной. Для CuZn30 институт допускает до 90 % холодной деформации между отжигами, для CuZn37, близкой к Л63, — до 65 %. Свинцовая CuZn39Pb2 имеет двухфазную структуру с β-фазой и свинцом, её холодная деформация ограничена 25 %, зато она хорошо деформируется горячей.

Практический вывод: сложные вытяжные детали — из мягкой Л68, гибка и неглубокая штамповка — из Л63, а ЛС59-1 для штамповки в холодном состоянии не подходит. Основы процесса — в статье «Основы листовой штамповки».

Прутки по ГОСТ 2060-2006

Из трёх марок стандарт на прутки включает Л63 и ЛС59-1; Л68 в перечне марок пункта 5.2 нет. Нормы для тянутых и прессованных прутков (таблица 8), испытание на растяжение:

По согласованию изготовляют прутки повышенной пластичности (таблица 9) — с теми же или немного более высокими σв и большим удлинением: например, у мягкого тянутого ЛС59-1 — σв не менее 340 МПа и δ5 не менее 32 %.

Масса прутка

ГОСТ 2060-2006 считает теоретическую массу прутков при плотности 8,5 г/см³ для всех марок (приложение А). В ГОСТ 15527-2004 расчётная плотность ЛС59-1 — 8,4 г/см³, её же использует калькулятор.

Пример. Пруток ЛС59-1 диаметром 20 мм длиной 1 м: площадь π · 0,02² / 4 ≈ 0,000314 м², масса 0,000314 · 1 · 8400 ≈ 2,64 кг. По таблице приложения А ГОСТ 2060-2006 (при 8,5 г/см³) — 2,67 кг; разница около 1 %. Шестигранник и квадрат посчитает калькулятор массы металла.

Обработка резанием

Немецкий медный институт оценивает обрабатываемость медных сплавов индексом относительно CuZn39Pb3 = 100. Отдельного листа для CuZn33 у него нет, поэтому для Л68 приведена соседняя CuZn30; в сводной таблице института обрабатываемость у CuZn30 и CuZn33 оценена одинаково.

Свинец и β-фаза — причина хорошей обрабатываемости ЛС59-1: стружка ломается сама, деталь можно точить на токарных автоматах без остановок на уборку стружки. Об автоматах — в статье «Автоматы продольного точения».

У Л63 и Л68 стружка длинная, поэтому для них важен стружколом и режимы, при которых стружка не наматывается. По тому же источнику у всех трёх сплавов твёрдое состояние режется лучше мягкого. Режимы берут из каталога инструмента для группы ISO N и пересчитывают в калькуляторе режимов резания.

Сезонное растрескивание и отжиг

Это явление называют сезонным растрескиванием. Защита — снять остаточные напряжения. ГОСТ 2060-2006 требует, чтобы у тянутых прутков в полутвёрдом и твёрдом состояниях напряжения были сняты низкотемпературным отжигом или механическим способом (пункт 5.10). Проверяют их ртутной пробой или аммиачным способом (приложения В и Г); при разногласиях — ртутной пробой.

Детали после гибки, вытяжки или запрессовки отжигают по технологии цеха. Ориентиры по отжигу из листов Немецкого медного института:

Первый нужен против растрескивания, второй — чтобы вернуть пластичность после наклёпа. Какой из них нужен детали, решает технолог.

Пайка и сварка

Латунь соединяют прежде всего пайкой. Оценки Немецкого медного института:

Цинк испаряется при 906 °C. При неумелой сварке он выгорает: дым мешает сварщику, шов получается пористым. У свинцовых латуней к этому добавляются усадочные напряжения, которые ухудшают свариваемость. Поэтому ЛС59-1 соединяют прежде всего мягкой пайкой, а Л63 и Л68 хорошо паяются и твёрдыми припоями.

Аналоги EN

ГОСТ 15527-2004 зарубежных соответствий не даёт. Сравнение по составу из материалов Немецкого медного института:

Л68 по меди лежит между CuZn33 и CuZn30. Ближайшим считаем CuZn33: CuZn30 по меди повторяет латунь Л70, а назначение CuZn33 — сетки, радиаторные ленты, детали вытяжки — совпадает с примерами применения Л68 в ГОСТ 15527-2004. Американские марки по тому же источнику: CuZn33 — C26800, CuZn30 — C26000, CuZn37 — C27200 и C27400, CuZn39Pb2 — C37700; составы неевропейских марок не всегда совпадают с EN. Замену в любом случае подтверждают сертификатом и согласуют с конструктором.

Где применяют

По листам Немецкого медного института:

• CuZn30 (рядом с Л68) — детали глубокой вытяжки, гильзы, духовые инструменты, пружинные детали разъёмов, трубы конденсаторов и теплообменников для пресной воды, бачки и ленты автомобильных радиаторов, цоколи ламп;
• CuZn37 (≈ Л63) — сантехническая арматура, контактные детали выключателей и разъёмов, клеммы, держатели щёток, пневмоцилиндры, цепи, металлорукава, таблички и декоративные детали;
• CuZn39Pb2 (≈ ЛС59-1) — арматура, накидные гайки, винты и гайки, горячештампованные детали, шестерни и зубчатые рейки, детали замков и ключи, клеммные колодки.

Что написать в заявке

1. Марку и стандарт на полуфабрикат: «Лист Л63 ГОСТ 931-90», «Пруток ЛС59-1 ГОСТ 2060-2006».
2. Состояние: мягкое для вытяжки и гибки, полутвёрдое или твёрдое для механообработки и пружинящих деталей.
3. Контакт с пищевыми продуктами — Л63 со свинцом не более 0,05 %.
4. Снятие напряжений, если деталь будет работать рядом с аммиаком или под монтажным натягом.
5. Допустима ли замена на EN-марку — по свинцу ЛС59-1 и CuZn39Pb3 различаются заметно.

Как собрать заявку целиком — в статье «Как составить заявку на механообработку».