Латуни: от фазового строения к структуре и свойствам

Москва

ИНФРА-М

2020

ЛАТУНИ
ЛАТУНИ

ОТ ФАЗОВОГО СТРОЕНИЯ
ОТ ФАЗОВОГО СТРОЕНИЯ

К СТРУКТУРЕ И СВОЙСТВАМ
К СТРУКТУРЕ И СВОЙСТВАМ

ÌÎÍÎÃÐÀÔÈß
ÌÎÍÎÃÐÀÔÈß

Б.Н. Е
Б.Н. Ефремов
фремов

Ефремов Б.Н.  
Латуни. От фазового строения к структуре и свойствам : монография / Б.Н. Ефремов. — Москва : ИНФРА-М, 2020. — 314 с.

ISBN 978-5-16-009138-9

Книга уникальна по представленному научному и экспериментальному 
материалу. Дан исторический обзор по изучению и построению диаграммы 
Cu—Zn. Представлен анализ классификации медно-цинковых сплавов, 
существующей в России. На примере сплавов с двухфазной ()-основой (Л63, ЛС59-1 и др.) показана доминирующая роль фазового строения 
в формировании структуры и свойств латуней.
В монографии представлены исследования влияния легирующих 
элементов на фазовое строение латуней, закономерности формирования 
структуры и свойств свинцовых латуней при горячей деформации, результаты исследований структурной сверхпластичности двухфазной латуни. 
Приведены примеры решения конкретных технологических задач путем 
целенаправленного формирования структуры и свойств латуней.
Книга предназначена для металловедов, технологов и специалистов, 
занимающихся производством и обработкой медно-цинковых сплавов, 
а также для студентов и аспирантов металлургических университетов 
и институтов.

УДК 669.35.5
ББК 34.2

Е92

УДК 669.35.5
ББК 34.2
 
Е92

© Ефремов Б.Н., 2014
ISBN 978-5-16-009138-9

Содержание

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

Об авторе и книге . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

Глава 1. Диаграмма состояния системы медь–цинк . . . . . . . . . . . . . 

Глава 2. Влияние легирующих элементов на положение
фазовых границ в (α+β)латунях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

Глава 3. Фазовый состав – важнейший структурный параметр
латуней. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

Глава 4. Латуни. Классификация сплавов и пути усовершенствования
составов промышленных латуней . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

Глава 5. Причины  высокотемпературного  охрупчивания, поиск
путей повышения технологичности свинцовых латуней . . . . 

Глава 6. Горячая деформация свинцовых латуней. Диаграммы
деформации и структурообразование . . . . . . . . . . . . . . . . . 
6.1. Формирование структуры латуней при нагреве . . . . 
6.2. Анализ диаграмм горячей деформации свинцовых  
латуней . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3. Структурообразование свинцовых латуней
при горячей деформации сжатием и кручением . . . . . . .

Глава 7. Структурная сверхпластичность (α+β)латуней . . . . . . . .   
7.1. Влияние предварительной обработки на проявление
эффекта сверхпластичности латуни Л59 . . . . . . . . . . . . .
7.2. Закономерности влияния температуры на показатели сверхпластичности двухфазной латуни. Анизотропия сверхпластичности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
7.3. Развитие пористости при сверхпластической деформации латуни . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

5

6

10

13

42

54

63

97

117
117

126

149

166

173

195

207

7.4. Изменения кристаллографической текстуры при
сверхпластической деформации латуни . . . . . . . . . . . . . .

Глава 8. Оптимизация  структуры медноцинковых сплавов
в условиях промышленного производства . . . . . . . . . . . . . . 
8.1. Закономерности формирования структуры
и свойств трубной заготовки латуни Л68, полученной
методом аргонодуговой сварки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2. Устранение растрескивания латуни при высокочастотной сварке труб . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
8.3. Образование макрорельефа деформации в латуни
Л63 на операциях листовой штамповки и глубокой вытяжки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4. Влияние фазового состава на высокотемпературную пластичность и технологичность латуни Л63 при
горячей прокатке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.5. Структурные причины образования плен в лентах
латуни ЛС591 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.6. Свинцовая латунь для шариковых пишущих узлов . . .
8.7. Реализация структурной сверхпластичности латуни
в промышленном производстве: изготовление сверхпластичного латунного листа, сверхпластическая формовка в производстве изделий из  латуни . . . . . . . . . . . .
8.8. Повышение ресурса пластичности дисперсионнотвердеющей латуни ЛАНКМц7522,50,50,5 . . . . . . . .

Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 

ЛАТУ Н И

217

231

232

248

256

262

270
275

283

293

299

Моим дорогим родителям — металлургам
Ефремовым Полине Марковне и 
Николаю Львовичу 
с любовью и благодарностью 
посвящаю.

Предисловие

Эта книга — результат моей научной деятельности начиная с аспирантуры Московского института стали и сплавов (1973—1976 гг.) 
до цикла исследований, проведенных в лаборатории металловедения 
и технологии обработки латуней института «Гипроцветметобработка». А завершают научный период прикладные работы, выполненные мной совместно с сотрудниками Научно-технического центра 
«Латуни» (с 1993 г.).
Все эти работы посвящены латуням, все они носят металловедческий характер. Эти исследования, обзоры, поисковые и прикладные 
работы объединены одним — доминирующей ролью фазового строения 
в формировании структуры, свойств и технологических характеристик 
при обработке медно-цинковых сплавов.
В настоящем многолетнем цикле работ огромную роль сыграли 
мои учителя: д-р техн. наук, проф. И.И. Новиков, д-р техн. наук, проф. 
В.К. Портной, д-р техн. наук, проф., генеральный директор института 
«Гипроцветметобработка» (1969–1998 гг.) Ю.Ф. Шевакин, д-р техн. 
наук, проф. М.Л. Бернштейн.
Считаю необходимым с благодарностью отметить вклад моих помощников — сотрудников лаборатории, а впоследствии — Научно-технического центра «Латуни» канд. техн. наук Е.В. Юшиной, канд. техн. 
наук Т.У. Дуйсемалиева, канд. техн. наук М.И. Лаврентьева, канд. техн. 
наук Л.Н. Пинус, Н.Н. Харламовой, канд. техн. наук А.А. Клевцова, 
А.В. Дмитриевского.
Особая признательность моему постоянному помощнику и другу, 
много сделавшему для подготовки этой книги, — канд. техн. наук 
Е.К. Заварзиной.

Б.Н. Ефремов

Об авторе и книге

Перед Вами книга, являющаяся итогом научной деятельности без
преувеличения ведущего специалиста в России  в области металловедения и технологии производства медноцинковых сплавов Бориса Николаевича Ефремова.
Несколько слов об авторе. В 1973 г. он окончил Московский институт стали и сплавов по специальности «Физика металлов». В 1976 г.
оканчивает очную аспирантуру этого института защитой кандидатской
диссертации по специальности «Металловедение и термическая обработка металлов». С 1976 по 2000 г. Б.Н. Ефремов работал в институте
«Гипроцветметобработка», где прошел путь от младшего научного сотрудника до заместителя генерального директора Института. С 1973 г.
его деятельность связана исключительно с исследованием и производством медноцинковых сплавов. Собран уникальный научный, экспериментальный материал, которым он щедро делится в этой книге.
Б.Н. Ефремов – автор более 70 научных трудов и публикаций, в том
числе ряда изобретений и патентов России, США, Германии. Под его
руководством  выполнены и успешно защищены две кандидатские
диссертации. 
Среди фундаментальных и прикладных исследований Б.Н. Ефремова выделяются:
– комплекс работ по изучению явления сверхпластичности в латунях, который явился существенным вкладом в развитие теории
сверхпластичности и был завершен разработкой промышленной
технологии производства сверхпластичного латунного листа на Кировском заводе ОЦМ;
– исследования влияния легирующих элементов на фазовое
строение медноцинковых сплавов как главный структурный фак6

Об авторе и книге

тор, определяющий механические и технологические свойства
латуней. По результатам этих работ созданы оптимизированные
технологические схемы производства латунного проката с регламентированными структурой и свойствами на Орском, Кировском, Кольчугинском заводах ОЦМ;
– комплекс работ по изучению металловедческих основ и закономерностей формирования структуры и свойств свинцовых латуней, который позволил разработать и внедрить эффективные технологические схемы их производства и обработки на ряде предприятий
металлургического и машиностроительного комплексов.
Б.Н. Ефремов избран членомкорреспондентом Российской академии естественных наук (2001 г.).
В 1993 г. Б.Н. Ефремов создает ЗАО «Научнотехнический центр
“Латуни”», где под его руководством проводятся научноисследовательские, проектные и технологические работы по развитию промышленной технологии производства литейных латуней, бронз
и металлопроката из лома и отходов цветных металлов. В результате
впервые во вторичной цветной металлургии было освоено производство проката свинцовых латуней с использованием в качестве сырья
латунного лома. В этих работах партнерами Научнотехнического
центра «Латуни» были Мценский и ВерхНейвинский заводы «Вторцветмет», КаменскУральский завод ОЦМ и ряд машиностроительных заводов – потребителей проката.
По инициативе Б.Н. Ефремова в 2000 г. создается Некоммерческое партнерство «Межрегиональный центр вторичной цветной металлургии», объединивший 32 организации, занимающиеся заготовкой, переработкой и металлургическим переделом лома цветных металлов. Партнерство охватывает все ведущие организации России во
вторичной цветной металлургии.
В 2004 г. Б.Н. Ефремов создает и приступает к строительству нового завода – Металлургической компании «Латуни» (г. Мценск,
Орловская область). Первые сплавы завод выпускает в 2006 г. и в короткое время занимает одну из ведущих позиций в России по производству литейных латуней и бронз.
В качестве председателя Совета директоров Б.Н. Ефремов успешно руководит МК «Латуни» до конца 2011 г. В этой работе

7

большая роль принадлежит слаженной команде специалистовметаллургов, объединившихся под флагом МК «Латуни»: Н.Г. Карпову, А.Н. Беляеву, Л.П. Харламовой, Л.И. Тараторкиной, О.Н. Бологовой, С.И. Уварову и др.
За многолетнюю плодотворную деятельность в цветной металлургии Указом Президента России в 2004 г. ему присвоено звание
«Заслуженный металлург Российской Федерации».
Несмотря на многочисленные публикации, посвященные медноцинковым сплавам, книга Б.Н. Ефремова уникальна по представленному в ней научному и экспериментальному материалу. Впервые
дан исчерпывающий исторический обзор практически всех работ по
изучению и построению диаграммы медь–цинк. Большой интерес
представляет анализ автора классификации промышленных медноцинковых сплавов, существующий в России со всеми ее достоинствами и недостатками.
Говоря о влиянии легирующих элементов на фазовый состав латуней, Б.Н. Ефремов привлекает теорию устойчивости фаз системы
Cu–Zn как электронных соединений и убедительно показывает возможность аналитической оценки смещения границ фазовой диаграммы (а значит, фазового состава сплавов) под воздействием легирующих элементов.
Основные главы и разделы научного или прикладного характера
объединены главной идеей – возможностью добиться требуемых
свойств, нового качества сплавов или решения конкретной технологической проблемы обработки латуни за счет формирования в ней
оптимальной структуры. И важнейшим параметром здесь, безусловно, является фазовый состав сплава.
Такой подход позволил Б.Н. Ефремову успешно и эффективно
решать самые сложные научные и технологические задачи обработки латуней, и не случайно тема о доминирующей роли фазового
строения в формировании структуры и свойств латуней явилась
главной в этой книге.
В качестве пожелания, хотелось бы надеяться, что у данной книги последует продолжение, в котором будут обобщены мировой и
отечественный опыт производства вторичных медноцинковых
сплавов, металловедческие, технологические и металлургические

8

ЛАТУ Н И

аспекты промышленной переработки медесодержащего лома, ведь
этими вопросами Б.Н. Ефремов занимается с 1993 г.
Уверен, что книга будет полезна металловедам, технологам и другим специалистам, занимающимся производством и обработкой
медноцинковых сплавов, а также студентам и аспирантам металлургических университетов и институтов.

Глава Совета президентов «Союза региональных 
объединений заготовителей и переработчиков  
лома и отходов черных и цветных металлов», 
профессор, доктор технических наук, 
заслуженный изобретатель Российской Федерации
В.Н. Федоров

Об авторе и книге

Введение

Латуни – сплавы меди с цинком, известны с давних времен.
Первые представления о латуни возникли еще в Древнем Риме
при сплавлении меди с цинковой рудой. Впервые латунь была получена в конце XVIII века в Англии, спустя 200 лет после открытия
цинка. В XIX в. она находит самое широкое применение     в промышленности и в быту. Уникальное сочетание литейных, механических и технологических свойств медноцинковых сплавов, способность к холодной и горячей обработке давлением, возможность
использования легирующих добавок для направленного изменения механических, технологических и потребительских свойств
обеспечили все возрастающий спрос на металлургические полуфабрикаты и изделия из латуни в виде литейных форм (чушки,
фасонные отливки), прутков, профилей, листов, лент, труб. Удивительные качества латуней (механические свойства, высокая обрабатываемость резанием, теплопроводность, коррозионная стойкость, пластичность и способность к глубокой вытяжке, уникальная цветовая гамма и другие) делают эти сплавы незаменимыми
в производстве водои газозапорной арматуры, часовом производстве, агрегатах и системах охлаждения, производстве корпусных деталей и гильз, художественных изделий и фурнитуры, музыкальных
инструментов.
Мир не стоит на месте. Развитие производства и технологии
всегда давали импульс для разработки новых сплавов и развития
эффективных технологических процессов. В полной мере это относится к медноцинковым сплавам. Так, в 1904 г. по предложению Михайловской артиллерийской академии впервые в России
А.П. Курдюмовым был проведен всесторонний цикл исследований структуры и свойств медноцинковых сплавов [1]. Эта работа
дала толчок к разработке составов латуней и технологии производства из них гильз для  артиллерийских снарядов.

10

Развитие механической обработки изделий резанием, точением
(например, сантехнической арматуры), бурное развитие производства часов в мире предопределило на долгие годы появление многообразия марок свинцовых латуней и поиск эффективных технологий их производства. Это направление актуально и сегодня, так как
свинцовые латуни из всех медноцинковых сплавов являются самыми распространенными в мире.
В последние годы в связи с резким увеличением цены на медь и
другие цветные металлы актуальным направлением в исследовании
и производстве латуней является поиск эффективных путей вовлечения лома и отходов в производство как литейных, так и обрабатываемых давлением латуней.
Наряду с традиционными методами производства латуней
(литье, горячая прокатка или прессование, холодная деформация)
широкое распространение получили такие технологические процессы, как скоростной отжиг ленты и проволоки, процессы высокочастотной и аргонодуговой сварки трубной заготовки, производство заготовок методом непрерывного литья, совмещенные процессы литья и прокатки и др.
При таком многообразии технологических процессов обработки
латуней все более острым становится вопрос о повышении качества
заготовки или изделия. Мне приходилось анализировать множество
видов технологического брака, в частности, растрескивание при горячей и холодной прокатке, высокочастотной сварке труб, технологический брак, так называемая апельсиновая корка при глубокой
вытяжке, и многие другие.
Эти исследования показывают, что эффективные решения технологических проблем обработки латуней, поиск оптимальных составов сплавов и параметров обработки должны быть основаны на едином научном подходе, включающем доминирующую роль фазового
строения медноцинковых сплавов и закономерностей  его  изменения в формировании структуры и свойств латуней в процессе производства. Например, две самые распространенные марки латуни
ЛС591 и Л63 в зависимости от содержания основных компонентов,
режимов горячей деформации или отжига, концентрации некоторых
примесей могут находиться при обработке в трех разных α, (α+β)Введение

ЛАТУ Н И

и βфазовых состояниях, не считая соединений свинца. А это приводит к значительному изменению структуры, свойств и технологичности при обработке данных сплавов. Такой подход систематически не применялся, однако именно он обеспечивает научную основу решения многообразия металловедческих и технологических вопросов, возникающих в конкретных условиях производства и обработки латуней.