Твёрдость цветных металлов: медь, латунь, бронза, алюминий
Содержание
Твёрдость цветных металлов нужна не меньше, чем твёрдость стали: по ней проверяют, в каком состоянии пришёл лист или пруток, подходит ли латунь под гибку, выдержит ли бронзовая втулка нагрузку, не перепутал ли поставщик мягкую медь с твёрдой. Но справочников по стали много, а по меди, латуни, бронзе и алюминию данные разбросаны по десятку стандартов. Ниже — таблицы твёрдости по Бринеллю и Виккерсу из ГОСТ на медные листы и трубы, латунные листы, бронзовые прутки и отливки, алюминиевые литейные сплавы, а также объяснение, чем твёрдость цветмета отличается от стальной, как её правильно измерять и что указать в заказе.
Чем твёрдость цветных металлов отличается от стальной
У стали твёрдость в основном задаёт термообработка — закалка и отпуск. У большинства медных и алюминиевых деформируемых сплавов главную роль играет состояние поставки: металл после отжига мягкий, после холодной прокатки или волочения — нагартованный и заметно твёрже. Поэтому в стандартах на цветной прокат твёрдость почти всегда привязана к состоянию: мягкое, полутвёрдое, твёрдое, особо твёрдое. Одна и та же латунь Л63 может различаться по твёрдости в два с половиной раза — в зависимости от того, отожжена она или нагартована.
Исключение — термоупрочняемые сплавы: алюминиевые Д16, АД31, АК6 и бериллиевая бронза. Их упрочняют закалкой и старением, и буква Т или Т1 в обозначении говорит именно об этом.
Медь: листы, ленты, трубы, шины
Для медных листов, лент и плит значения твёрдости приведены в справочном приложении к ГОСТ 1173-2006:
| Состояние меди | Твёрдость по Бринеллю HB, не менее | Твёрдость по Виккерсу HV |
|---|---|---|
| Мягкое (М) | 55 | 40–65 |
| Полутвёрдое (П) | 75 | 65–95 |
| Твёрдое (Т) | 95 | 90–110 |
Для медных труб ГОСТ 617-2006 нормирует твёрдость по Виккерсу HV 5/30: у холоднодеформированных труб в мягком состоянии — не более 55, в твёрдом — от 90 до 135, у прессованных труб — не менее 80. Для твёрдых медных шин ШМТ и ШМТВ ГОСТ 434-78 устанавливает твёрдость по Бринеллю не менее 637 МПа, то есть 65 кгс/мм².
Обратите внимание: в старых и в некоторых действующих стандартах твёрдость по Бринеллю указана в МПа или кгс/мм², а в новых — безразмерным числом HB. 65 кгс/мм² и HB 65 — одно и то же, а 637 МПа — то же значение, умноженное на 9,8.
Латунь: листы и полосы
Самая подробная таблица среди медных сплавов — в справочном приложении к ГОСТ 931-90 на латунные листы и полосы. Значения твёрдости по Бринеллю для холоднокатаного металла:
| Марка | Мягкий | Полутвёрдый | Твёрдый | Особо твёрдый | Пружинно-твёрдый |
|---|---|---|---|---|---|
| Л90 | 60 | 85 | 110 | — | — |
| Л85 | 65 | 95 | 110 | — | — |
| Л80 | 65 | 95 | 120 | — | — |
| Л68 | 70 | 105 | 125 | 155 | — |
| Л63 | 70 | 105 | 135 | 160 | 180 |
| ЛС59-1 | 100 | — | 200 | — | — |
| ЛМц58-2 | 85 | 100 | 120 | — | — |
| ЛО62-1 | — | — | 145 | — | — |
Из таблицы видны две закономерности. Чем больше в латуни цинка, тем она твёрже: томпак Л90 в мягком состоянии — 60 HB, а Л63 — 70 HB. И главное — нагартовка: Л63 из мягкой с 70 HB превращается в пружинно-твёрдую с 180 HB. Свинцовая ЛС59-1 твёрдая уже в мягком состоянии и в твёрдом достигает 200 HB.
Бронза: прутки и отливки
В стандарте на прутки из безоловянных бронз ГОСТ 1628-78 твёрдость приведена для кремнемарганцевой бронзы БрКМц3-1: тянутые твёрдые прутки диаметром от 5 до 41 мм — не менее 150 HB, прессованные диаметром 30–100 мм — не менее 65 HB. Разница в два с лишним раза — снова результат нагартовки.
Для литых алюминиевых бронз твёрдость дана в справочном приложении к ГОСТ 493-79:
| Марка литейной бронзы | Литьё в кокиль, HB, не менее | Литьё в песчаную форму, HB, не менее | Применяемость по стандарту |
|---|---|---|---|
| БрА9Мц2Л | 80 | 80 | антифрикционные детали, арматура для пресной воды, топлива и пара до 250 °C |
| БрА9Ж3Л | 100 | 100 | арматура, антифрикционные детали |
| БрА10Ж3Мц2 | 120 | 100 | арматура, антифрикционные детали |
| БрА10Ж4Н4Л | 170 | 160 | детали химической и пищевой промышленности, детали для повышенных температур |
| БрА9Ж4Н4Мц1 | 160 | 160 | арматура для морской воды |
| БрА11Ж6Н6 | 250 | 250 | арматура, антифрикционные детали |
В стандарте значения даны в кгс/мм² и МПа, в таблице они приведены к числу HB. Литейная БрА9Ж3Л соответствует прежнему обозначению БрАЖ9-4Л — это литой аналог ходовой деформируемой бронзы БрАЖ9-4.
Алюминий: литейные и деформируемые сплавы
Для литейных алюминиевых сплавов твёрдость нормирует ГОСТ 1583-93, причём она зависит от марки, способа литья и термообработки. Несколько примеров минимальной твёрдости по Бринеллю:
| Сплав | Способ литья и обработка | HB, не менее |
|---|---|---|
| АК12 (АЛ2) | в землю, кокиль, под давлением, без термообработки | 50 |
| АК9 (АК9) | все способы литья, без термообработки | 60 |
| АК9 (АК9) | в кокиль, закалка и старение Т6 | 90 |
| АК7 (АК7) | в землю и в кокиль, без термообработки | 60 |
| АК8л (АЛ34) | в кокиль, Т5 | 90 |
Для деформируемых алюминиевых сплавов — листов, плит, прутков и профилей из АМг, Д16, АД31 — в стандартах на прокат нормируют предел прочности, предел текучести и удлинение, а твёрдость, как правило, не нормируют. Если для приёмки нужна именно твёрдость, её значение и метод измерения согласуют с поставщиком отдельно, а в остальных случаях ориентируются на механические свойства из сертификата.
Как правильно измерять твёрдость цветмета
- Метод Бринелля — основной для меди, латуни, бронзы и алюминия. Шарик вдавливают в металл, и по диаметру отпечатка вычисляют твёрдость. Для мягких цветных металлов используют меньшую нагрузку, чем для стали, иначе шарик проваливается слишком глубоко и результат искажается;
- Метод Виккерса — для тонких листов, лент и труб, где отпечаток Бринелля не помещается или продавливает металл насквозь;
- Метод Роквелла по шкале B используют для твёрдой латуни и бронзы, но для цветных металлов он применяется реже.
Чем тоньше металл, тем осторожнее нужно выбирать нагрузку: на тонкой ленте прибор частично меряет подложку, и твёрдость получается завышенной. Подробно о методах, шкалах и пересчёте — в статье о твёрдости стали: принципы измерения там те же.
Зачем это знать при заказе
- Под гибку и вытяжку берут мягкое состояние: Л63 в мягком состоянии с 70 HB гнётся и вытягивается, твёрдая с 135 HB на малом радиусе может треснуть;
- Под пружинящие детали и контакты — твёрдое и пружинно-твёрдое: Л63 до 180 HB держит форму и упругость;
- Под точение — ЛС59-1: высокая твёрдость не мешает, а свинец облегчает резание;
- Для втулок и вкладышей — алюминиевые бронзы с твёрдостью 100–170 HB у литых марок; выше твёрдость — выше износостойкость, но тем твёрже должен быть и вал;
- При приёмке твёрдость помогает быстро проверить состояние: если пришла «твёрдая» медь с 60 HB — это мягкий металл, и бухгалтерская маркировка не совпадает с реальностью.
О различиях меди, латуни и бронзы по составу и применению — в статье о меди, латуни и бронзе, о выборе бронзы для узлов трения — в статье о бронзе для втулок.
Миф: твёрдость меди или латуни — постоянная величина, которую можно взять из справочника по марке. Для цветных металлов это не так: твёрдость определяется прежде всего состоянием поставки. По ГОСТ 931-90 латунь Л63 в мягком состоянии имеет 70 HB, в твёрдом — 135 HB, в пружинно-твёрдом — 180 HB, а медь по ГОСТ 1173-2006 — от 55 HB в мягком до 95 HB в твёрдом состоянии. Поэтому в заказе и в сертификате важно не только «какая марка», но и «в каком состоянии».
Частые вопросы
Какая твёрдость у меди?
По ГОСТ 1173-2006 медный лист в мягком состоянии имеет твёрдость не менее 55 HB, в полутвёрдом — не менее 75 HB, в твёрдом — не менее 95 HB.
Какая твёрдость у латуни Л63?
По ГОСТ 931-90 для холоднокатаных листов: мягкая — 70 HB, полутвёрдая — 105, твёрдая — 135, особо твёрдая — 160, пружинно-твёрдая — 180 HB.
Какая твёрдость у бронзы?
Зависит от марки и способа изготовления. Литая БрА9Ж3Л по ГОСТ 493-79 — не менее 100 HB, БрА10Ж4Н4Л — 160–170 HB, тянутые прутки БрКМц3-1 по ГОСТ 1628-78 — не менее 150 HB.
Какая твёрдость у алюминия?
Для литейных сплавов ГОСТ 1583-93 задаёт от 50 HB у АК12 до 90 HB у термообработанных АК9 и АК8л. Для деформируемых сплавов твёрдость в стандартах на прокат обычно не нормируют, ориентируются на прочность.
Почему одна марка имеет разную твёрдость?
Из-за состояния: отожжённый металл мягкий, нагартованный холодной деформацией — твёрдый. У латуни Л63 разница между мягким и пружинно-твёрдым состоянием — в 2,5 раза.
Чем измеряют твёрдость тонкой латунной ленты?
Методом Виккерса с малой нагрузкой: отпечаток Бринелля на тонкой ленте получается слишком большим и искажается подложкой.
Бринелль: твёрдость меди, латуни и бронзы определяется не столько маркой, сколько состоянием — по ГОСТ 1173-2006 медь имеет от 55 HB в мягком до 95 HB в твёрдом состоянии, латунь Л63 по ГОСТ 931-90 — от 70 до 180 HB; литые алюминиевые бронзы по ГОСТ 493-79 — от 80 до 250 HB, литейные алюминиевые сплавы по ГОСТ 1583-93 — от 50 до 90 HB; для деформируемых алюминиевых сплавов в стандартах обычно нормируют прочность, а не твёрдость; мягкий металл берут под гибку и вытяжку, твёрдый — под пружинящие детали и контакты.
Практика МТМ: на складе в Санкт-Петербурге — медный лист М1 в мягком и твёрдом состоянии, латунный лист Л63, Л68, Л90 и ЛС59-1, латунный пруток, бронзовый пруток БрАЖ9-4, БрАЖМц10-3-1,5, БрАЖН10-4-4 и оловянные бронзы, а также алюминиевый прокат, с документами изготовителя на партию. Подскажем, какое состояние металла выбрать под гибку, точение или пружинящие детали, и рассчитаем стоимость. Через форму на сайте или по телефону +7 (812) 409-45-58.
