Медь, латунь и бронза: отличия и выбор сплава

Медь, латунь и бронза стоят рядом в каталоге и внешне бывают почти неотличимы, но это три разных материала с разной ценой, прочностью и областью применения. Ошибка в выборе обходится дорого: латунная втулка вместо бронзовой быстро изнашивается, латунная деталь в морской воде теряет цинк и становится пористой, а шина из сплава вместо чистой меди греется под током. Разберём, из чего состоит каждый материал, как читать марки, чем они различаются по свойствам и обработке, какой сплав брать под конкретную задачу и почему цвет — плохой способ их различать.

Из чего состоят медь, латунь и бронза

Все три материала построены на меди, разница — в том, что и сколько в неё добавлено.

• Медь — технически чистый металл. Марки по ГОСТ 859-2014 различаются суммарным содержанием меди и серебра: у М1 его не менее 99,90 %, у М2 — 99,70 %, у М3 — 99,50 %. Чем чище медь, тем выше её электро- и теплопроводность;
• Латунь — сплав меди с цинком, в котором цинк является главной добавкой. Деформируемые латуни описывает ГОСТ 15527-2004: в Л63 меди 62–65 %, остальное цинк, в Л68 — 67–70 %, в Л90 — 88–91 %. Если к латуни добавлены свинец, олово, марганец или алюминий, она остаётся латунью, но получает приставку в марке: ЛС59-1 — свинцовая, ЛО62-1 — оловянная, ЛМц58-2 — марганцевая;
• Бронза — сплав меди с любым другим основным элементом, кроме цинка и никеля: оловом, алюминием, кремнием, бериллием, хромом. Оловянные бронзы — самые старые, но сегодня в машиностроении не меньше используют безоловянные — алюминиевые, кремнистые, бериллиевые.

Сплавы меди с никелем — мельхиор, МНЖ, куниаль, нейзильбер — выделяют в отдельную группу медно-никелевых сплавов, к латуни и бронзе они не относятся.

Как читать марку

Российская маркировка медных сплавов устроена одинаково: первая буква — тип сплава (Л — латунь, Бр — бронза), дальше буквы легирующих элементов и цифры их содержания в процентах.

Марка	Как расшифровать	Стандарт
М1	медь, не менее 99,90 % Cu + Ag	ГОСТ 859-2014
Л63	латунь, около 63 % меди, остальное цинк	ГОСТ 15527-2004
ЛС59-1	латунь, около 59 % меди и 1 % свинца, остальное цинк	ГОСТ 15527-2004
БрОФ6,5-0,15	бронза, 6,5 % олова и 0,15 % фосфора, остальное медь	ГОСТ 5017-2006
БрАЖ9-4	бронза, 9 % алюминия и 4 % железа	ГОСТ 18175-78
БрБ2	бронза, около 2 % бериллия	ГОСТ 18175-78
БрОЦС5-5-5	литейная бронза, по 5 % олова, цинка и свинца	ГОСТ 613-79

Обратите внимание на разницу в записи: у латуни цифра после буквы Л — это содержание меди, а у бронзы цифры после букв — содержание легирующих элементов, медь идёт «остальное». Литейные латуни по ГОСТ 17711-93 маркируют иначе, через содержание цинка: ЛЦ40С — около 40 % цинка и свинец.

Сравнение свойств

Значения ниже — ориентировочные для деформируемых полуфабрикатов при комнатной температуре; прочность сильно зависит от состояния поставки (мягкое, полутвёрдое, твёрдое), поэтому точные нормы берут из стандарта на конкретный вид проката.

Показатель	Медь М1	Латунь Л63	Латунь ЛС59-1	Бронза БрОФ6,5-0,15	Бронза БрАЖ9-4
Плотность, г/см³	8,94	8,44	8,5	8,8	7,5–7,6
Теплопроводность, Вт/(м·К)	около 390	около 110	около 105–110	около 60	около 60
Прочность σв, МПа	200–300	300–500	380–450	350–650	500–600
Обработка резанием	трудная: вязкая, налипает	средняя	отличная: стружка ломается	хорошая	средняя, материал твёрдый
Антифрикционность	низкая	низкая	низкая	высокая	высокая
Стойкость в морской воде	хорошая	ограниченная, возможно обесцинкование	ограниченная	хорошая	очень хорошая

Из таблицы видны три главных различия. Медь — лучший проводник тока и тепла, но мягкая и плохо обрабатывается. Латунь прочнее меди, дешевле её и лучше всех точится, если в ней есть свинец. Бронза — самый прочный и износостойкий из трёх материалов, работает в паре трения и в агрессивной воде, но проводит тепло и ток в несколько раз хуже меди. Подробнее о теплопроводности металлов и марок — в статье о теплопроводности, о плотности — в таблице плотности металлов.

Где работает медь

Чистая медь нужна там, где решает проводимость. Это токопроводящие шины распределительных устройств, контакты, обмоточный и монтажный провод, теплообменники и трубки холодильного оборудования, кристаллизаторы, водоохлаждаемые детали печей и сварочного оборудования. Для электротехники берут М1 и чище: примеси, даже доли процента, заметно снижают электропроводность, поэтому латунная или бронзовая шина вместо медной будет греться. Вторая большая область — кровля и фасады: медная лента со временем покрывается патиной и служит десятилетиями.

Медь хорошо паяется любыми припоями, легко гнётся и вытягивается, но её сварка требует сильного подогрева — металл быстро отводит тепло из зоны шва.

Где работает латунь

Латунь — массовый конструкционный материал для деталей, которые точат, штампуют и паяют в больших количествах.

• ЛС59-1 — автоматная латунь. Свинец делает стружку ломкой, поэтому из прутка и шестигранника на токарных автоматах точат фитинги, штуцеры, гайки, корпуса клапанов, детали арматуры и приборов;
• Л63 и Л68 — пластичные латуни для глубокой вытяжки и гибки: гильзы, радиаторные трубки, сильфоны, лента и лист для штампованных деталей;
• Л90 (томпак) — латунь с высоким содержанием меди, по цвету близкая к золоту и к меди, используется для декоративных и биметаллических изделий;
• ЛО62-1, ЛАМш и другие морские латуни — для конденсаторных трубок и деталей, работающих в морской воде: олово и мышьяк тормозят обесцинкование.

Слабые места латуни — обесцинкование в хлоридных средах, когда из сплава избирательно уходит цинк и деталь становится пористой, и склонность нагартованной латуни к растрескиванию под напряжением в атмосфере с аммиаком. Поэтому холоднодеформированные латунные детали для ответственных применений подвергают отжигу для снятия напряжений.

Где работает бронза

Бронзу выбирают, когда латуни не хватает прочности, износостойкости или коррозионной стойкости.

• Подшипники скольжения, втулки, вкладыши, червячные колёса — оловянные и алюминиевые бронзы БрОФ, БрОЦС, БрАЖ. Как подобрать марку под нагрузку и вал, разобрано в статье о бронзе для втулок скольжения;
• Детали в морской воде — гребные винты, корпуса насосов, арматура: алюминиевые бронзы БрАЖ, БрАЖН;
• Пружины и упругие контакты — бериллиевая БрБ2 после закалки и старения, кремнемарганцевая БрКМц3-1, оловянно-фосфористая БрОФ. Их сравнение со стальными пружинами — в статье о сталях для пружин;
• Электроды контактной сварки и токоподводы — хромовые и хромоциркониевые бронзы БрХ и БрХЦр: проводимость у них близка к меди, а твёрдость и жаропрочность заметно выше;
• Неискрящий инструмент для взрывоопасных производств — бериллиевые и алюминиевые бронзы.

Состояние поставки: мягкое, полутвёрдое, твёрдое

Медь и латунь в одном и том же профиле поставляют в разных состояниях, и для заказа это не менее важно, чем марка. Буква после обозначения показывает, как обработан металл после прокатки или волочения:

• М — мягкое, отожжённое. Минимальная прочность и максимальная пластичность: такой лист и ленту гнут на малый радиус, вытягивают, развальцовывают, а трубу гнут без нагрева;
• П — полутвёрдое. Промежуточный вариант для деталей, которые нужно и немного формовать, и сохранить жёсткость;
• Т — твёрдое, нагартованное. Металл упрочнён холодной деформацией: прочность выше, пластичность ниже. Твёрдую медную шину и пруток удобно обрабатывать и они меньше мнутся, но при гибке на малый радиус могут треснуть.

Например, М1М и М1Т — одна и та же медь М1, но первая гнётся вокруг пальца, а вторая заметно пружинит. Если деталь будут гнуть или паять, это нужно учитывать сразу: нагрев при пайке всё равно отжигает металл в зоне шва, и прочность твёрдого состояния там теряется.

Сварка и пайка

Три материала по-разному ведут себя при нагреве, и это влияет на выбор технологии соединения.

• Медь отлично паяется мягкими и твёрдыми припоями. Сварка возможна, но из-за высокой теплопроводности требует мощного источника и подогрева, а для ответственных швов — раскисленной меди без кислорода, иначе металл шва становится пористым;
• Латунь паяется хорошо, а при сварке плавлением из ванны активно испаряется цинк: он кипит примерно при 907 °C, то есть около температуры плавления самой латуни, а сварочная ванна нагрета намного сильнее. Отсюда пористость шва, потеря цинка и ядовитые пары — латунь варят с особыми присадками, на коротких режимах и с хорошей вентиляцией, а чаще соединяют пайкой;
• Бронза большинства марок сваривается лучше латуни, потому что не содержит большого количества цинка. Алюминиевые бронзы варят аргонодуговой сваркой, оловянные бронзы применяют и как присадочный материал для наплавки и пайки-сварки стали и чугуна.

Для механического крепления разница тоже есть. Резьба в меди быстро сминается при повторной сборке, поэтому в медных шинах и деталях под частый монтаж ставят стальные вставки или используют сквозные болтовые соединения. Латунь держит резьбу заметно лучше и широко применяется для резьбовых фитингов и штуцеров, а бронза — для гаек ходовых винтов, где резьба работает на трение под нагрузкой.

О температурах плавления меди, латуни, бронзы и припоев — в статье о температуре плавления металлов.

Формы поставки

Каждый материал выпускают в тех профилях, в которых он чаще всего нужен, и это тоже подсказка при выборе.

Материал	Основные профили	Для чего
Медь М1, М2	шина, лист, лента, пруток, труба, проволока	токопроводы, теплообменники, прокладки, кровля
Латунь ЛС59-1	пруток, шестигранник, квадрат	заготовки для точения на автоматах и станках
Латунь Л63, Л68	лист, лента, труба, проволока	штамповка, вытяжка, радиаторные и конденсаторные трубки
Бронзы БрАЖ, БрАЖН	пруток, труба, поковки	втулки, червячные колёса, детали арматуры
Бронзы БрОФ, БрКМц, БрБ2	лента, полоса, проволока, пруток	пружины, контакты, упругие элементы

Что выбрать под задачу

Задача	Материал	Почему
Шина, токопровод, контакт	медь М1, М1Т	максимальная электропроводность
Теплообменник, охлаждаемая деталь	медь М1, М2	теплопроводность в 3–6 раз выше, чем у сплавов
Точёные фитинги, штуцеры, гайки	латунь ЛС59-1	лучшая обрабатываемость, низкая цена
Штамповка и глубокая вытяжка	латунь Л63, Л68	высокая пластичность
Втулка, вкладыш, червячное колесо	бронза БрОФ, БрАЖ, БрОЦС	антифрикционность, износостойкость
Морская вода	бронза БрАЖ, медно-никелевые сплавы	стойкость к коррозии и эрозии
Пружина, упругий контакт	бронза БрБ2, БрКМц3-1	упругость и проводимость одновременно
Электрод контактной сварки	бронза БрХ, БрХЦр	проводимость меди и твёрдость при нагреве
Кровля, фасад, декор	медь, латунь Л63, Л90	внешний вид, долговечность

Контакт с другими металлами

Медь и её сплавы электрохимически благороднее стали, цинка и алюминия. Если такая пара оказывается во влажной среде, разрушается менее благородный металл: стальной крепёж рядом с медной кровлей, алюминиевая шина на медном контакте, оцинкованная труба после латунного фитинга. Чем больше площадь медной детали по сравнению со стальной или алюминиевой, тем быстрее идёт процесс.

• Медь и алюминий в электрических соединениях напрямую не стыкуют: применяют медно-алюминиевые переходные пластины, лужёные наконечники или специальные зажимы;
• Латунь и бронза с нержавеющей сталью — пара близкая по потенциалу, её спокойно используют в арматуре и фитингах;
• Медные сплавы с чёрной сталью в воде разделяют изолирующими прокладками и втулками или защищают сталь покрытием.

Подробно о механизме — в разделе про гальваническую пару статьи о коррозии металла.

Работа на холоде и с питьевой водой

У меди, латуни и бронзы нет порога хладноломкости, свойственного обычной стали: при охлаждении они не становятся хрупкими, а прочность у них даже немного растёт. Поэтому медные сплавы применяют в криогенной технике, арматуре для сжиженных газов и в оборудовании, работающем на морозе. Почему углеродистая сталь ведёт себя на холоде иначе, разобрано в статье об ударной вязкости стали.

Для деталей, контактирующих с питьевой водой, обращайте внимание на свинец. Автоматная латунь ЛС59-1 содержит его до 1,9 %, и в арматуре для питьевого водоснабжения всё чаще требуют латуни с пониженным содержанием свинца или бронзы без него. Требования к конкретному изделию задаёт его стандарт или технический регламент, поэтому марку для такой арматуры согласовывают с заказчиком заранее.

Цена и экономика выбора

Стоимость медных материалов привязана к биржевой цене меди, поэтому сравнивать их удобнее относительно друг друга. Латунь, как правило, дешевле меди за килограмм: почти треть её массы приходится на более дешёвый цинк. Алюминиевые бронзы по цене ближе к меди, оловянные обычно дороже неё из-за олова, бериллиевые — заметно дороже всех остальных.

Но цена килограмма — не вся экономика. Свинцовая латунь ЛС59-1 точится в несколько раз быстрее меди и бронзы, и на серийных точёных деталях экономия станочного времени часто важнее разницы в цене металла. Бронза плотнее латуни почти на 5 % у оловянных марок и легче примерно на 10 % у алюминиевых, поэтому при равном объёме заготовки вес, а значит и стоимость, отличаются. Наконец, замена бронзы латунью ради экономии в узле трения обычно оборачивается более дорогим ремонтом: латунная втулка изнашивается быстрее и может задирать вал.

Как отличить медь от латуни и бронзы

На складе и в цехе материалы различают по нескольким признакам, но ни один из них, кроме анализа состава, не даёт стопроцентного ответа.

• Цвет на свежем срезе. Медь — розово-красная, латунь с 60–70 % меди — жёлтая, бронза — от золотистой до коричневатой. Но томпак Л90 почти не отличается от меди, а алюминиевая бронза БрАЖ похожа на латунь, поэтому цвет — только первая подсказка;
• Магнит. Медь, латунь и большинство бронз не магнитятся. Слабое притяжение могут давать бронзы с железом и никелем, например БрАЖН, а также латунь с запрессованной стальной вставкой;
• Плотность. Если взвесить деталь известного объёма, алюминиевая бронза выдаст себя: она легче меди примерно на 15 %;
• Обработка. Медь тянется и налипает на резец, свинцовая латунь даёт мелкую ломаную стружку, бронза звенит и режется туже;
• Анализ состава. Надёжно марку определяют только химическим или спектральным анализом. При покупке её подтверждает документ о качестве — как его читать, рассказано в статье о сертификате на металлопрокат.

Миф: латунь от бронзы легко отличить по цвету: латунь жёлтая, бронза коричневая. На деле цвет зависит от состава, а не от названия сплава: томпак Л90 красноватый, как медь, алюминиевая бронза БрАЖ — светло-золотистая, как латунь, а оловянная бронза после окисления темнеет до коричневого. Тип сплава определяется главным легирующим элементом: если это цинк — латунь, если олово, алюминий, кремний или бериллий — бронза. Для закупки и приёмки ориентируются на маркировку, сертификат и, при сомнении, на спектральный анализ.

Частые вопросы

Чем латунь отличается от бронзы?

Главной добавкой к меди: в латуни это цинк, в бронзе — олово, алюминий, кремний, бериллий или другой элемент, кроме цинка и никеля. Бронзы прочнее, лучше работают в паре трения и в морской воде, латуни дешевле и легче обрабатываются.

Какая медь нужна для электрики?

Для шин, контактов и токопроводящих деталей берут медь М1 или более чистые марки. Даже небольшое количество примесей снижает электропроводность, а у латуни и бронзы она в несколько раз ниже, чем у меди.

Магнитится ли латунь?

Нет, латунь, медь и большинство бронз немагнитны. Если деталь притягивается, в ней есть железо — это может быть бронза с железом и никелем, стальная вставка или вообще не медный сплав.

Что прочнее: латунь или бронза?

Как правило, бронза. Алюминиевая БрАЖ9-4 в прутке имеет прочность около 500–600 МПа, бериллиевая БрБ2 после закалки и старения — свыше 1000 МПа, а латуни обычно укладываются в 300–500 МПа.

Какая латунь лучше для токарной обработки?

ЛС59-1. Свинец в составе дробит стружку, поэтому из неё на токарных автоматах точат фитинги, штуцеры, гайки и детали приборов с высокой скоростью и хорошей чистотой поверхности.

Что дешевле: медь, латунь или бронза?

Обычно дешевле всего латунь, потому что цинк стоит меньше меди. Оловянные и особенно бериллиевые бронзы, как правило, дороже меди, алюминиевые — ближе к ней. Точная цена зависит от марки, профиля и биржевой цены меди.

Почему латунь трескается со временем?

Это коррозионное растрескивание под напряжением — так называемое сезонное растрескивание. Оно возникает в нагартованных латунных деталях с остаточными напряжениями, если в атмосфере есть аммиак или его соединения. Предотвращают его отжигом для снятия напряжений после холодной деформации.

Какая бронза лучше всего работает в морской воде?

Алюминиевые бронзы БрАЖ9-4, БрАЖН10-4-4 и подобные: они устойчивы и к коррозии, и к эрозии в потоке. Из них делают гребные винты, корпуса насосов и арматуру. Оловянные бронзы в морской воде тоже стойки, а латунь без специальных добавок подвержена обесцинкованию.

Можно ли заменить бронзовую втулку латунной?

Для узлов трения — как правило, нет. Латунь хуже работает в паре со стальным валом, быстрее изнашивается и склонна к задирам. Латунную втулку допустимо ставить только при малых нагрузках и скоростях, например в направляющих и неответственных шарнирах.

Сплав: медь — технически чистый металл, марки М1, М2, М3 по ГОСТ 859-2014, лучший проводник тока и тепла; латунь — медь с цинком, дешёвая и хорошо обрабатываемая, ЛС59-1 для точения, Л63 для штамповки; бронза — медь с оловом, алюминием, бериллием или кремнием, прочная и антифрикционная, для втулок, пружин и морской воды; цвет не определяет тип сплава, марку подтверждают сертификат и анализ состава.

Практика МТМ: на складе в Санкт-Петербурге — медь (лист, шина, пруток, труба, лента), латунь (пруток, шестигранник, лист, труба) и бронза (пруток, полоса, лента, проволока) с документами о качестве. Режем в размер и изготавливаем детали из цветных металлов на токарной и фрезерной обработке. Если сомневаетесь, какой сплав подойдёт под вашу деталь, пришлите чертёж или условия работы через форму на сайте или позвоните по телефону +7 (812) 409-45-58.