В предыдущей статье про латунь обсуждались достоинства и недостатки этого сплава. Однако стоит отдельно упомянуть особый класс латуней, легированных железом.
Впервые влияние добавок железа на медные сплавы было отмечено Уильямом Кером, запатентовавшим в 1779 г. сплав, содержащий 54% меди, 40% цинка и 6% железа.
Оптимальным оказалось меньшее содержание железа, в диапазоне от 1 до 4.5%, и подобные сплавы под названиями стерро-металл, айх-металл и дельта-металл и др. нашли широкое применение в технике.
Первым из них был стерро-металл (55-60% меди, около 40% цинка и до 4.5% железа), предложенный бароном де Ростхорном в качестве пушечного металла в 1850-х гг. и отличавшийся от обычной желтой латуни высокой прочностью, доходящей до 600 МПа в тянутом виде, твердостью и вязкостью. Стерро-металл легко подвергался горячей и холодной ковке.
Сплав Айха (1860 год) содержал меньше железа, до 1.5%, был мягче и особенно подходил для прокатки в листы, которые использовались для облицовки кораблей благодаря отличной стойкости к коррозии в морской воде. Однако метод приготовления этих сплавов, при котором сначала сплавлялась медь с железом, приводил к недостаточно стабильному составу, что особенно сказывалось в крупных отливках.
Эта проблема была решена 1886 г. Диком, который растворял железо в расплавленном цинке до насыщения (около 5% железа), в результате чего стало возможным получать сплавы с точно заданным составом.
Дик организовал Delta Metal Company, и начал производство сплавов, среди которых наибольшее распространение получил сплав No. IV, содержащий 56-58% меди, 40-42% цинка, по 1% железа и свинца, и раскисленный фосфором. Этот сплав собственно и получил известность как «дельта-металл».
Из дельта-металла отливали пароходные винты, высоконагруженные зубчатые колеса, валки, арматуру паровых котлов, цилиндры насосов и гидравлических прессов, подшипники, а также декоративные изделия.
Дельта-металл отлично подходит для литья пушек, поскольку хорошо заполяет форму, дает мелкозернистую струтуру и даже в виде простой отливки значительно превосходит оловянную и фосфористую бронзу, а после ковки или прокатки вполне может конкурировать со сталью.
С появлением алюминиевых бронз и улучшением технологии стального литья популярность железистых латуней снизилась, но тем не менее латунь ЛЖС58-1-1, практически идентичная металлу дельта, производится и применяется до сих пор.
Поскольку содержание цинка в дельта-металле и аналогичных сплавах превышает 35%, в них наряду с альфа-фазой присутствует бета-фаза, обеспечивающая повышенную прочность и твердость.
Легирование железом также повышает твердость и обеспечивает получение мелкозернистой структуры с повышенной вязкостью, а небольшая присадка свинца улучшает обрабатываемость.
Очевидное преимущество дельта-металла состоит а том, что цинк, в отличие от олова, достаточно широко распространен и легко выплавляется из руд
DELTA METAL: ITS HISTORY, PROPERTIES AND USES. By WALTER REEKS 1890
Приведены данные по механическим свойствам дельта-металла и его коррозионной стойкости по сравнению с другими медными сплавами и сталью.
Предел прочности на разрыв (отливка в песок)
Латунь 170 МПа, фосфористая бронза 221 МПа, дельта-металл номер 4 — 330 МПа.
Для сравнения современные данные:
Бронза БрО10 — 215 МПа (литье в песок), алюминиевые бронзы БрА10Ж3Мц2 и БрА10Мц2Л — 392 и 490 МПа соответственно (тоже литье в песок).
Латунь ЛЖС58-1-1 350-450 МПа (отожженный прокат), 650-750 МПа (нагартованный).
В другой книжке Henley’s Twentieth Century Formulas Recipes Processes Vol1 1916 года приводится интересное сравнение труб из сварочного железа и стерро-металла
//The great value of this alloy lies in its strength, which is equaled only by that of the best steel. As an illustration of this, a wrought-iron pipe broke with a pressure of 267 atmospheres, while a similar pipe of sterro metal withstood the enormous pressure of 763 atmospheres without cracking. Besides its remarkable strength, it possesses a high degree of elasticity, and is, therefore, particularly suitable for purposes which require the combination of these two qualities, such as the construction of hydraulic cylinders. It is well known that these cylinders, at a certain pressure, begin to sweat, that is, the interior pressure is so great that the water permeates through the pores of the steel. With a sterro metal cylinder, the pressure can be considerably increased without any moisture being perceptible on the outside of the cylinder.//
Никогда бы не поверил что латунь может быть прочнее стали. Тут скорее дело в чудесных качествах тогдашнего металл не отличающегося однородностью и адекватным содержанием углерода. А как у этлй латуни с твердостью? А то шестерни отливать конечно можно но долго ли они прослужат и как будут перенсить регулярные пуски/остановки.
Дельта-металл не прочней стали, но вполне на уровне нелегированных конструкционных сталей. При этом обладает коррозионной стойкостью, хорошо отливается и обрабатывается.
//не отличающегося однородностью и адекватным содержанием углерода//
В 1880-1890 гг. уже вовсю производили бессемеровскую и мартеновскую сталь, так что вряд ли это причина.
//А как у этлй латуни с твердостью?//
Твердость зависит от степени нагартовки, в справочниках приводится 130 НВ для полутвердого прутка и 160-170 HB для твердого.
История дуплексных латуней началась несколько раньше, в 1830-х.
Одна из основных сложностей при выплавке таких сплавов — достаточно узкий диапазон содержания цинка, который проблематично выдерживать вследствие летучести цинка. Поэтому шихту составляли с несколько меньшим содержанием цинка, и добавляли порции цинка, одновременно отливая пробные образцы.
//В 1832 году Джордж Мунц, производитель металлического проката из Бирмингема, Англия, патентует т. н. «металл Мунца», мунц-металл, представляющий собой медно-цинковый сплав (латунь) с содержанием 57-61 % меди, порядка 40 % цинка и следовых количеств железа[1]. Обшивка листами из этого сплава защищала столь же эффективно, как и медная, но при этом была крепче, долговечнее и, что существенно, обходилась на треть дешевле. Мюнц также запатентовал и производил крепёж из того же сплава. Мюнц-металл выглядит светлее меди, из-за чего иногда назывался «жёлтым металлом»[2]. Сплав в значительной степени потеснил чистую медь, на чём Мунц заработал состояние[3].//
Клиппер «Кати Сарк» обшит листами мюнц-металла.
В статье не хватает линка на попаданческое получение цинка. Учитывая летучесть — совсем нетривиальная весч.
Получение цинка хорошо описано в соответствующей статье ЭСБЕ, да и тут неоднократно обсуждалось.
Летучесть цинка — не недостаток, а большое пркимущество.
Угу, только линк всё равно нужен. И металлургия летучего металла — таки нетривиальна. Это не недостаток, это именно нетривиальность, в сравнении…
Кстати, помимо латуни — у цинка масса иных, не менее интересных попаданческих применений, от пиротехники до гальваники.
https://ru.m.wikisource.org/wiki/%D0%AD%D0%A1%D0%91%D0%95/%D0%A6%D0%B8%D0%BD%D0%BA,_%D0%B2_%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B5
В приведённом виде — не попаданческая весч, раньше РИ — проблемно сделать. Соответственно, и все латуни — не попаданческие…
И что же в описанной технологии такого сложного? Печь, дающая 1200-1300 градусов? Трубчатые реторты из глины? Или цинковые руды, известные и применяемые для выплавки датуни методом цементации с глубокой древности?
Запредельно сложного — ничего, а по сумме — 16-18й век и получается, как и в РИ.
Температурный режим пред-отжига, разделённая печь, прогорающие реторты (а если уйти от железных аллонжей — то и не только они), чувствительный к воздуху продукт — из которого цинк ещё выплавлять, токсичный выхлоп, герметичность…
Да, можно упростить хоть до реторты, но выход и цена…
Не просто так как только смогли — ушли с цинком в электролиз, аналогично алюминию.
И не совсем понятно, ради чего морока — прорывным на таком уровне технологий цинк уже не является, а цементационные латуни — на порядок проще.
ИМХО попаданчески интереснее рассмотреть варианты с повышением содержания цинка в цементационных латунях, но реально ли римлян обогнать без заморочек — вопрос.
По сумме технологий — бронзовый век или даже раньше.
В реальности промышленное производство цинка началось с XII века.
Именно промышленное в 12 веке? В каких объёмах? Источник?
У меня в принципе готова статья на эту тему, в скором времени ее выложу.
Наверное, уже не буду выкладывать, по крайней мере здесь. Мои статьи уже месяцами болтаются на утверждении у Краза, похоже, потребности в них нет, хотя хотелось бы обсудить еще многие вещи.
А если в сравнение с мышьяковистой бронзой — насколько сплав лучше? Понятно что дешевле, чем без железа но с оловом. А мех свойства? По мышьяковистой мало сведений.
Для примера бериллиевая бронза — это венец бронз и широко используется, несмотря на высокую ядовитость бериллия, именно из-за мех. свойств.
Конкретные данные найти сложно, встречается только твердость, которая близка к твердости оловянных бронз. Плскольку твердость очень хорошо коррелирует с пределом текучести, эта хаоактеристика для мышьяковистой бронзы тоже должна быть близка оловянной.
Получается только бериллиевые бронзы хоть сколько могут приблизиться к сталям?
Если так, то тогда в более раннем века нет смысла в дельт металле — обивка кораблей, единственное применение.
В статье про латунь http://popadancev.net.s3-website-us-east-1.amazonaws.com/latun/ обсуждалось, какое пагубное влияние оказывают свинец и особенно висмут на механические свойства медных сплавов.
Однако такое влияние сильно проявляется только для однофазных альфа-латуней, в дуплексных (альфа-бета) примесь свинца не только допустима, но и специально добавляется в количестве до 2% для улучшения обрабатываемости. Даже висмут, наиболее вредная примесь, не портит свойства дуплексных латуней, и может добавляться вместо свинца в тех случаях, когда свинец недопустим из-за токсичности
https://www.infona.pl/resource/bwmeta1.element.elsevier-f90720db-f864-398b-a521-8e1f3aed6fa4
Латунь состава 40% цинка, 0.3% хрома, 0.2% железа, 0.6% железа и 1-3% висмута имеет предел прочности 600 МПа и предел текучести 288 МПа.