Бронза — это сплав меди с легирующим составом практически из любого металла. Исключение составляют только цинк и никель. Изначально этот сплав состоял из меди и олова, но по некоторым сведениям ещё раньше люди научились производить сплав из меди и мышьяка. Поэтому следует различать оловянные и безоловянные бронзы (алюминиевые, бериллиевые, и другие). Значительными отличиями по механическим свойствам также обладают литейные сплавы от сплавов обрабатываемые давлением. можно на нашем сайте.
Свойства бронзы
За счёт добавления легирующих элементов в сплав бронзы, кристаллическая решётка меди укрепляется. По этой причине бронза прочнее меди в чистом виде, обладает большей коррозионной стойкостью и наименьшей усадкой. Путём добавления разных металлов в сплав, возможно также увеличить и улучшить антифрикционные свойства изделий, вязкость, износостойкость, упругость, а также свариваемость.
Бронзы обладают устойчивостью к коррозии в воздушной среде, даже при морском климате, в парах влаги и в серной кислоте. В морской воде и в соляной кислоте применяется алюминиевая бронза. В щелочной среде и в среде твёрдых газов наиболее хорошо проявляет себя кремнистая бронза. Благодаря разнообразию качеств сплавов меди с различными легирующими составами, бронза обрела широкое применение во многих областях.
Ниже в таблице приведены основные механические показатели, характерные для бронз, не прошедших процедуру закалки и старения.
Следует также отметить, что сплавы, подвергнутые закалке и старению, могут обладать ещё большей прочностью, что однако влечёт за собой увеличение хрупкости. К примеру бериллиевая бронза после закалки в воде при температуре 780°C, а также двухчасового старения при температуре 320°C, имеет предел прочности на растяжение около 1300 МПа, а твёрдость 3500 МПа по Бринеллю.
Бронза - История
Но давайте обратимся к истории, прежде чем говорить о бронзовой промышленности в наши дни. Бронзу открыли примерно в 5-4 тысячелетии до нашей эры. По некоторым источникам её возможно начали применять на территории современного Таиланда, ведь на территории Юго-Восточной Азии находятся одни из крупнейших месторождений олова. Но по подтверждённым сведениям, самые древние находки из бронзы датируются приблизительно 4 тысячелетием до нашей эры, были обнаружены на территории прилегающей к реке Кубань и принадлежат к Майкопской культуре. По подтверждённым сведениям безоловянная бронза из сплава с мышьяком была произведена раньше оловянной. Примерно в это время учёные и начинают отсчёт начала бронзового века, который продлился около двух тысяч лет, до распада сложившихся отношений в обществе и в частности Циркумпонтийской провинции (центра металлургической промышленности того времени).
С пришествием конца бронзового века, этот метал не утратил своего значения. Ярким примером тому служит изображение (XV в до н.э.), найденное в египетской гробнице, принадлежавшей одному чиновнику. На представленном здесь изображении представлен процесс отливки дверей для некого храма. По иероглифам удалось установить, что металл, из которых выполнены ворота — бронза, доставленная из Сирии.
Добыча и производство олова
Оловянная бронза в прошлом обладала наибольшей коррозионной стойкостью, прочностью и легко поддавалась полировке, за что ценилась наравне с золотом и серебром. Stannum (Sn, прочный, олово) — редкий и ценный легкоплавкий, ковкий, пластичный металл, известный человечеству примерно с 4 тысячелетия до нашей эры.
В земной коре содержится 2*10 -4 -2*10 -3 % Sn от общей массы. Основное сырье для получения Sn — это касситерит (SnO 2). Месторождения касситерита находятся, в основном, в Юго-Восточной Азии, а также Австралии и Южной Америке.
Касситерит был обнаружен людьми случайно, в виду сродства по массе с золотом. Когда люди намывали золото, вместе с ним получали кристаллы касситерита, и стали изучать его свойства ещё в неолитическую эру. Также касситерит обладает сродством глубоким залежам медесодержащих полиметаллическим соединениям халькопирита, в связи с чем он и нашёл широкое применение.
Сейчас олово производится в основном из касситерита по пирометаллургической схеме, подобно тому как получают медь. Мы не будем углубляться в тонкости получения олова и меди, так как это не укладывается в рамки данной статьи, а лишь вкратце очертим этапы получения олова.
- Сырьё дробят на мелкие кусочки размером до 10 мм.
- На вибрационных столах оловосодержащие частицы отсеиваются под действием гравитации и в виду большей массы от примесей.
- Во флотационных машинах содержание олова в концентрате поднимается до 70 % и более.
- С помощью обжига в воздушной среде удаляется сера и мышьяк.
- В результате плавки, концентрат очищается и Sn восстанавливается древесным углём до свободного состояния.
- После рафинирования олово приобретает допустимую чистоту для промышленных целей и отправляется на изготовления заготовок.
В настоящий момент значение оловянной бронзы не столь велико, потому как из сплава меди с алюминием, например, можно получать изделия с высокой стойкостью к коррозии и значительно снизить при этом цену на металлопрокат. В прошлом же получать алюминий в промышленных масштабах было невозможно в виду того, что люди не знали о нём до XIX века, и долгое время этот метод получения алюминия был весьма дорогостоящим.
Получение бронзы с различными легирующими составами
Получение меди рассматривалось нами в статье касающейся медной промышленности, также мы освещали вопросы получения алюминия, получение чистого олова мы рассмотрели в этой статье. Получение же бронзы происходит путём сплавления меди и легирующих металлов. Плавка оловянных бронз производится в индукционных электропечах, а также в тигельных горнах. Сплавы с алюминием также производятся в индукционных или дуговых электропечах, либо в коксовых, нефтяных печах, тиглях из графита или горнах.
Шихта (сырьё для сплава в необходимых пропорциях) бывает самой разной, в зависимости от необходимого состава сплава.
Основу оловянных сплавов составляет:
- Олово, по ГОСТ 860 (О3 и выше);
- Цинк по ГОСТ 3640 (Ц1-Ц4);
- Свинец ГОСТ 3778 (С1, С2);
- Фосфористая медь по ГОСТ 4515;
- Никель по ГОСТ 849 (Ни1, Ни2);
- Оловянная бронза в чушках по ГОСТ 614 и другие.
Шихта и её состав
|
ОЦСНЗ-7-5-1 |
||||||
Для получения алюминиевых бронз применяют:
- Медь ГОСТ 859 (М0, М01) или М1, М2 (после огневого рафинирования);
- Марганец ГОСТ 6008;
- по ГОСТ 11069 и ГОСТ 11070 (А1, А2, А3);
- Железо, и другие...
Для кремнистой бронзы используются в шихте:
- Медь М2-М4 по ГОСТ 859;
- Кремний в кристаллах по ГОСТ 2169;
- Паспортная кремнистая латунь по ГОСТ 1020;
- Ц2-Ц4 цинк по ГОСТ 3640;
- Переплавленные стружки ЛК80-3Л, и так далее.
Все ингредиенты добавляются в печь в установленной последовательности. Печь и сырьё предварительно подготавливается. Для получения каждого вида сплава характерны свои технологические особенности.
С незапамятных времён человечество добывало бронзу. Множество археологических раскопок, в которых были найдены древнейшие артефакты - изделия из бронзы, подтверждают распространение этого сплава в далёком прошлом.
Её использовали как в военных целях - для изготовления холодного оружия, пушек и ядер для них, так и для создания прекрасных произведений искусства - ювелирных украшений и скульптур.
История
Одно из наиболее известных мест, где были найдены бронзовые изделия, располагалось в районе реки Кубань. В этом месте археологом Николаем Веселовским в 1897 году была раскопана так называемая Майкопская культура, существовавшая во второй половине IV тысячелетия до нашей эры.
Бронзовые артефакты, найденные в майкопских курганах, были изготовлены в основном из сплава меди и мышьяка, поэтому считается, что исторически первыми были именно такие сплавы, называемые мышьяковистыми бронзами .
Она ничем не уступала по своим свойствам сплавам меди с оловом или свинцом, и даже превосходила их по ряду характеристик . Она широко применялась в различных областях человеческой деятельности тех времён, начиная от изготовления ответственных деталей и заканчивая ювелирными изделиями.
Состав бронзы
Бронза - это сплав меди с такими металлами, как олово, алюминий, свинец, бериллий, и неметаллами - мышьяк, кремний и фосфор. Кроме того, такие сплавы могут дополнительно легироваться фосфором, цинком, марганцем, железом и никелем.
Состав бронзы зависит от марки сплава и указывается в её обозначении. Например, в состав сплава, имеющего маркировку БрАМц7−1, входят 7% алюминия, 1% марганца и 92% меди .
Таким образом, основным компонентом этого металла является медь (от 35% до 90% и выше). Вторым же компонентом может являться либо мышьяк, либо олово или бериллий, свинец, алюминий, кремний и другие компоненты. Для придания особых свойств в сплав могут добавляться дополнительные компоненты - цинк, железо, никель, марганец, фосфор и другие.
Основные свойства всех бронзовых сплавов - это пластичность и твёрдость. В зависимости от соотношения основных и дополнительных компонентов, можно получать большое разнообразие новых свойств. Кроме того, количество меди в сплаве определяет его цвет.
Так, золотистая бронза получится, если в составе сплава будет около 85% меди, а при уменьшении её количества до 50% получится сплав, имеющий серебристый цвет. Уменьшение же количества меди до 35% и ниже приведёт к получению на выходе серой и даже чёрной бронзы, а увеличение количества меди до 90% и выше приведёт к образованию красной бронзы.
Одной из старых марок бронзовых сплавов является колокольная бронза , применяемая и поныне для литья колоколов. Она содержит 20% олова и 80% меди. Её недостаток - повышенная хрупкость из-за наличия в сплаве большого содержания олова.
Как уже было упомянуто выше, наиболее используемыми являются сплавы меди и олова с добавлением небольшого количества других компонентов. Широкое применение таких сплавов обусловлено, прежде всего, исторически сложившимися причинами, которые привели к вытеснению мышьяковой бронзы из производства.
Такими причинами являются следующие:
- выработка за многие века месторождений теннантита и других блёклых руд, богатых медью и мышьяком. Такие руды были наиболее удобны для выделки мышьяковой бронзы, так как залегали не очень глубоко, что делало процесс производства более дешёвым по сравнению с другими источниками меди и мышьяка;
- высокая токсичность производства такой бронзы, вызванная наличием в месторождениях мышьяка, что с неизбежностью приводило к потере здоровья и дальнейшей способности трудиться у опытных металлургов и кузнецов;
- непригодность металлургического брака и сломанных изделий из мышьяковой бронзы для дальнейшей переплавки на сортовой металл. В лучшем случае такие изделия шли на изготовление бижутерии или неответственных деталей.
Пришедшие на смену мышьяковым бронзам сплавы меди и олова хоть и отличались большей дороговизной производства, но были экономически предпочтительны , так как развитие гужевого транспорта и налаживание вследствие этого торговых связей между городами и странами приводило к увеличению импорта немышьяковой бронзы.
Развитие же крупного промышленного производства вообще привело к тому, что оловянные бронзы стали чуть ли не самым массовым видом бронз. И лишь в последние сто лет этот вид стали вытеснять сплавы меди с заменителями олова, такие как алюминиевые, кремниевые и, особенно, бериллиевые бронзы.
Таким образом, существуют следующие виды:
- безоловянная. К ней относят бронзу, в которой вторыми компонентами являются алюминий, кремний, бериллий и другие металлы и неметаллы. Каждый из этих компонентов придаёт ей особые свойства. Например, алюминий наделяет сплав повышенными антифрикционными свойствами и высокой коррозионной устойчивостью, бериллий повышает прочность и твёрдость, а кремний и цинк улучшают её текучесть и устойчивость к истиранию;
- оловянная. Медно-оловянный сплав, в котором медь преобладает. Является одним из первых, освоенных человеком. Обладает высокой, по сравнению с чистой медью, твёрдостью и прочностью, а также более легкоплавка. В таких сплавах олово всегда является вторым по количеству после меди и основным легирующим компонентом.
Третьими же по количеству являются такие дополнительные компоненты, как мышьяк, цинк и свинец . Этот металл из-за очень низкой усадки в основном предназначается для литья, так как с трудом поддаётся обработке давлением, резанию и заточке. Даже склонность к ликвации и низкая текучесть не мешают использовать этот сплав для изготовления конфигурационно-сложных отливок, в том числе и в художественном литье.
Бронза с добавлением цинка носит название «адмиралтейской » и используется для изготовления деталей, имеющих частый или постоянный контакт с морской водой (судостроение). Такая особенность связана с тем, что цинк придаёт сплаву повышенную коррозионную стойкость в указанной среде.
Однако, для придания бронзе коррозионной стойкости в солёной морской воде её всё чаще обогащают алюминием и никелем . Такие сплавы, часто называемые «морскими», идут на изготовление элементов нефтяных платформ, работающих на морских и океанских шельфах.
Чтобы придать бронзе дополнительные характеристики, в неё легируют небольшие количества фосфора, серебра, цинка, мышьяка, марганца и других компонентов. Так, внесение небольшого количества серебра повышает электропроводность бронзы и делает её сравнимой с электропроводностью меди.
Области применения и маркировка
Существуют специальные таблицы, в которых приводятся маркировки и описания всех бронзовых сплавов, выпускаемых промышленностью. Однако, даже не обращаясь к подобным таблицам, можно определить тип и химический состав, если знать, как расшифровывается её маркировка.
По простой маркировке можно узнать их состав. Характерным её признаком в обозначении являются буквы «Бр», что означает «Бронза ».
Далее за ними следуют буквы, обозначающие, помимо меди, наличие соответствующих компонентов. Эти буквенные обозначения, установленные нормативными документами, следующие: А - алюминий, Б - бериллий, К - кремний, Ж - железо, Н - никель, Мц - марганец, Мг - магний, С - свинец, О - олово, Т - титан, Ф - фосфор, Ц - цинк.
После буквенных обозначений через дефисы идут числа, обозначающие процентное содержание каждого компонента (после меди). А также применяются обозначения, в которых после каждой буквы указывается процентное содержание того или иного компонента. Чтобы узнать содержание меди, нужно из 100% вычесть процентное содержание всех компонентов.
Вот примеры маркировок и их расшифровок: БрО5Ц6С5 - бронзовый сплав, в котором содержание олова составляет 5%, цинка - 6%, свинца - 5%, меди - 84%; БрО3Ц8С4Н1 - содержание олова - 3%, цинка - 8%, свинца - 4%, никеля - 1%, меди - 84%; БрО10Ф1 - содержание олова - 10%, фосфора - 1%, меди - 89%; БрБ2 - содержание бериллия - 2%, меди - 98%; БрАЖМц10−3−1,5 - содержание алюминия - 10%, железа - 3%, марганца - 1,5%, меди - 85,5%; БрАЖН10−4−4 - содержание алюминия - 10%, железа - 4%, никеля - 4%, меди - 82%.
Благодаря своим разнообразным свойствам этот металл находит самое широкое применение в различных сферах. Из него изготавливают следующие изделия:
- элементы декора (светильники, статуэтки, подсвечники, пепельницы, решётки, украшения перил и прочие);
- различную фурнитуру (замки, ручки, накладные петли, краны, смесители и прочую сантехнику);
- детали машин и механизмов (втулки, уплотнители, шестерни, подшипники, части аппаратуры, работающие под водой);
- детали для высокоточной техники, навигационных приборов, схем автомобилей;
- многочисленные фитинги (отводы, углы, переходники, муфты, тройники и прочее);
- в незначительном количестве ювелирные украшения.
Бронза широко применяется в ракетной технике и машиностроении, авиации и судостроении . Из неё делают предметы высокохудожественного искусства для театров, залов и дворцов, отливают памятники и скульптуры.
Благодаря развитию металлургии, этот металл приобретает всё новые и необычные свойства , недоступные кузнецам и металлургам прошлого. Изобретённый древними, сплав продолжает исправно служить человечеству и прогрессу на протяжении многих и многих веков.
История бронзы
Известные скульпторы древней Греции Мирон и Поликлет работали с бронзой .
Из этого материала сделана и римская статуя Марка Аврелия на коне датирована 2-ым веком нашей эры.
Уже тогда мастера умели работать с бронзой, используя ее для создания предметов искусства.
Однако, «бронзовым веком » названы не времена античности, а период с 3500 до 1200 годов до нашей эры.
Именно тогда люди открыли свойства медной руды. Наши предки заметили, что в камень плавится. Это и стало началом новой эры.
Человечество отказалось от каменных орудий, заменив их металлическими. Древки стрел, посуда, , — все это древние люди делали из бронзы.
Свойства бронзы
Сейчас сплав, как и тысячелетия назад, представляет собой соединение и . Оба металла содержатся в медной руде.
Для приготовления бронзы олова всегда требуется меньше, чем красноватого металла.
Избирательно могут быть введены в состав и , , , .
Последний, к примеру, добавляют, дабы избежать разделения при его охлаждении.
В формах для отливки медь застывает быстрее, отделяясь от олова. Здесь-то на помощь и приходит цинк, заставляющий затвердевать равномерно.
Примеси были и в бронзе, изготовляемой древними людьми. Но, тысячелетия назад дополнительные металлы попадали в сплав случайно.
Наши предки не умели тщательно отделять олово и медь от руды, поэтому плавили все вместе.
Слова «бронза» появилось только во времена Римской империи. Один из ее городов назывался Брундизий. В него торговцы свозили медь. С Британских островов на продажу доставляли олово.
Жители города стали специализироваться на производстве сплава, именовав его в честь Брундизия. Этот город, кстати, стоит и поныне. Теперь он принадлежит Италии и зовется Бриндизи.
Любят изготавливать из бронзы реплики , или, говоря проще, копии старинных изделий, хранящихся в мира.
Сплав олова с медью не драгоценный, но именно из него сделано около половины доисторической и античной эпох.
Одевая реплику древнего или , человек приобщается к истокам культуры.
Мастера ювелирного дела часто золотят бронзу . Покрытие защищает ее от коррозии и подчеркивает красоту , если они есть в изделии.
Если же сплав не дополняют , то делают это намеренно. На воздухе металл окисляется и покрывается мутной пленкой зеленоватого цвета с прожилками.
Она называется «» и придает изделию старинный или, как сегодня принято выражаться, винтажный вид.
В советские времена, кстати, славился магазин комиссионных товаров на столичной улице Дмитрова.
В нем реализовывали старинные изделия из бронзы австрийского производства.
Чаще всего, это были пепельницы, , . В послевоенные годы, солдаты, вернувшиеся на родину с заграничных полей брани, привезли с собой немало таких изделий.
Не зная истинной цены трофеев, служивые продавали их за бесценок и были весьма удивлены, когда открывшийся в 70-е годы салон стал отдавать бронзовые штучки с молотка за тысячи рублей. Предметы покупали коллекционеры и любители антикварных .
Применение бронзы
Бронзу и сейчас часто используют для изготовления предметов интерьера: — дверных ручек, кранов, ваз, витых подставок для цветочных горшков и так далее.
Колокольный звон был бы не так красив, если бы их отливали не из сплава олова с медью, а какого-то другого состава.
В смеси для отливки колоколов много, практически половина, олова. Именно в таких пропорциях сплав становится максимально упругим и звучным.
Звучны и выстрелы артиллерийских орудий. Снаряды для них так же отливают из бронзы . Она содержит лишь 8% олова.
Это делает металл вязким, устойчивым к разрыву, . Бронзу вообще часто используют там, где нужно наделать шуму.
Чего стоят одни ударные инструменты, к примеру, так называемые тарелки на барабанных установках.
Интересно, что удельный вес сплава всегда тяжелее среднего веса своих составляющих.
Кстати, чем быстрее сплав бронзы охлаждают, тем она тяжелее. Вес обуславливается степенью сжатия вещества.
Стоит отметить, что последнее время появились и безоловянные бронзы . Производители ищут новые составы из-за дороговизны олова по сравнению с альтернативными добавками.
Медь смешивают с марганцем, , . Среди сплавов без добавления олова особо ценят бериллиевые и алюминиевые.
Им можно придать дополнительную прочность с помощью обработки высокими температурами, чего оловянная бронза не терпит.
Все бронзы устойчивы к химическим воздействиям, поэтому пригождаются при производстве арматур, в том числе эксплуатируемых в условиях высокой влажности.
Есть медный сплав и в автомобилях. Вкладки подшипников зачастую именно бронзовые. Чтобы изготовить любую деталь из сплава требуются формы для .
Их еще называют модели-матрицы. Для мелких элементов они делаются из воска.
Для крупных деталей форма должна быть разборной, составляться из нескольких частей.
Поэтому при производстве масштабных бронзовых изделий используют обычно пластиковые матрицы.
На последок, заметим, что не будучи драгоценным именно бронзовый сплав «отвоевал» право идти на медали за третьи места в различных соревнованиях.
Бронза имеет такое колоссальное значение в истории человечества, что не грех изготавливать золотые награды за первые, за вторые, и бронзовые за третье позиции на пьедесталах почета.
История бронзы суть история человеческой цивилизации. Это первый сплав, полученный человеком еще на заре 3 тысячелетия до н. э. Изменялся его состав, совершенствовалась технология получения, но своего огромного значения он не утрачивал никогда.
2 медных сплава, однако, к бронзе отношения не имеют: это – сплав меди с , и мельхиор – с . Латунь заметно уступает бронзам по коррозионной стойкости и твердости. Это сплав пластичный и сохраняет превосходную ковкость при самых разных . И если в искусстве предпочтение отдается бронзе, то выигрывает.
Плюсы и минусы
Столь давняя известность и длительное использование материала может объясняться только массой его превосходных качеств. А также возможности эти качества изменить, используя в качестве легирующей добавки другой компонент.
- Разнообразие – одно из лучших свойств материала. Оловянные, алюминиевые, серебряные, бериллиевые бронзы применяются чрезвычайно широко в самых неожиданных сферах, поскольку добавка других металлов придают составу совершенно другие качества. Так, большинство бронзовых сплавов относительно плохо проводят электричество. Чего нельзя сказать о серебряной бронзе: при доле в какие-то 0,25% серебра сплав проводит ток не хуже меди.
- Бронзовые составы могут быть литьевыми и деформируемыми. То есть, для определенных целей можно получить сплав, подвергающийся холодной ковке – деформация при нормальной температуре, и сплав, который можно отливать.
- Бронзовые отливки дает минимальную усадку – от 0,5 до 1,5%. Это свойство объясняет популярность материала не только среди скульпторов, но и в сфере приборо- и станкостроения.
- Бронза – материал, который можно использовать и второй раз, и третий, и четвертый. Сплав отлично переносит повторные плавки.
- Сплав безопасен. Если при изготовлении его некоторые компоненты могут быть опасными – бериллий, например, то готовый материал совершенно нетоксичен.
- Она отличается исключительной коррозийной стойкостью: ни городской загазованный воздух, ни морская вода не вызывают деформации материала или снижения его качеств. Даже действию большинства кислот бронза не подвержена, поэтому часто используется при изготовлении кислотоупорной аппаратуры.
- Еще одно интересное качество многих сплавов – высокая упругость. Материал применяют при изготовлении разнообразных высокоточных пружин, отличающихся долговечностью.
К недостаткам сплава можно отнести его стоимость. Медь, а тем более – металлы хотя относительно распространенные, но дорогие в получении. Другие виды бронз – алюминиевая, например, стоит намного меньше, поскольку легирующим компонентом выступает более доступный по стоимости материал.
Можно назвать недостатком и низкую теплопроводность большинства сплавов. Однако это качество тоже нашло применение – при изготовлении аксессуаров для ванной или самих ванн и умывальников.
Разновидности
Различают бронзы по нескольким признакам, указывающим на состав и на более характерные свойства.
По составу выделяют:
- оловянные – сплавы могут быть двух- и многокомпонентными. Однако олово здесь остается вторым по массе ингредиентом;
- безоловянные – все остальные: алюминиевая, бериллиевая, кремниевая, и так далее. Каждый из компонентов придает бронзе какие-то свойства. Так, бериллий обеспечивает материалу исключительную упругость и очень высокую износостойкость, а добавка кремния обеспечивает антифрикционные свойства.
По применению различают бронзы такие:
- деформируемые – сплавы легко поддаются ковке, их можно прокатывать, ковать, резать;
- литьевые – изделия получают методом литья, поскольку деформируется она только при высокой температуре. Из сплава получают отливки самой сложной конфигурации.
Более специфическое разделение бронз связано со структурой:
- однофазные – компоненты в твердом растворе образуют одну какую-то фазу;
- двухфазные в растворе появляются 2 фазы, что приводит обычно к радикальной смене свойств.
Про основные свойства, механические характеристики бронзы и отличие химического состава данного металла от латуни читайте ниже.
Свойства и характеристики
Более распространены в народном хозяйстве оловянные бронзы. Как правило, при описании свойств указывают параметры литьевых оловянных, поскольку этим способом получают большее количество изделий.
К основным техническим характеристикам сплава относят следующие качества:
- плотность – определяется массовой долей олова. Так, при его содержании от 8 до 4%, плотность изменяется от 8,6 до 9,1 кг/куб. см;
- в зависимости от состава сплава температуры плавления его изменяется от 880 до 1060 С;
- оловянная бронза тепло проводит плохо – от 0,098 до 0,2 кал/(см*с*С);
- теплоемкость составляет в среднем 0,385 кДж / (кг*К);
- электропроводность большинства бронз тоже не слишком велика и значительно меньше, чем у меди: величина удельного электросопротивления составляет 0,087– 0,176 мкОм*м;
- материал очень медленно корродирует и на воздухе, и при контакте с водой. Так, скорость коррозии на воздухе составляет 0,002 мм/год, а в морской воде – 0,04 мм в год.
О том, какие металлы и что еще входит в состав бронзы, какова ее формула и хим. содержание, узнаете ниже.
О том, как покрасить металл «под бронзу», расскажет данное видео:
Структура и состав
- Свойства сплава – от цвета до жидкотекучести в расплавленном виде, зависят от двух главных факторов: качественного состава бронзы и его структуры. Качественный состав – это набор металлов или неметаллов, участвующих в создании сплава в ощутимом значимом количестве. Причем последнее определяется не собственно массой или объемом вещества, а выраженностью тех свойств, которые он создает. Добавка всего лишь 0,25% серебра значительно увеличивает электропроводность, а чтобы получить антифрикционные свойства добавить нужно не менее 4% кремния.
- Второй фактор менее известен – это структура сплава или твердого раствора
. Дело в том, что в меди может раствориться только 15,8% олова, в то время как в сплаве его может быть заметно больше. Это и обуславливает появление сплавов с разной фазовой структурой.
- Однофазные – доля олова не превышает 6–8%, здесь существует только одна α-фаза. Такой состав отличается эластичностью и высокой ковкостью. Причем в бронзу с содержанием олова до 2%, можно ковать на холоде без нагрева, а с содержанием металла до 8% – при нагреве.
- Двухфазные – при превышении доли олова в 15%, то есть максимума растворимости, в твердом растворе появляются 2 фазы. При этом такое качество, как ковкость совершенно исчезает, а сплав начинает набирать твердости и некоторой хрупкости. Такой сплав используют для литья.
Дополнительные элементы, влияющие на свойства, на фазовый состав оказывает малое влияние.
Производство материала
из чистых металлов или сплавов в чушках. Второй более распространен, так как дешевле и позволяет получить любые литьевые бронзы.
- Первым этапом является добыча меди и олова на месторождениях. Олово содержится в касситеритах, станнинах и так далее. Медь более распространена: ее добывают из самородной меди и множества минералов – халькопирита, борнита, халькозина. Выделяют металл несколькими разными способами, из которых пирометаллургический, то есть, окислительный отжиг и огневое рафинирование, является наиболее распространенным.
- Затем рассчитывают состав шихты: это зависит от состава будущего изделия и от метода получения – из вторичных сплавов, из металла и вторичных сплавов и так далее.
- Сама по себе плавка, например, из чушек, включает несколько этапов: – материал загружают в просушенные и нагретые графито-карборудные или графито-шамотные тигли. Лучше всего подходят электрические и электродуговые печи, так как с их помощью можно осуществить плавку как можно быстрее. Это важно, поскольку при сплавлении металлов велика вероятность поглощения газов расплавом;
- расплавление – в первую очередь плавят медь, а затем добавляют различные компоненты, улучшающие механические свойства сплава, и основные легирующие добавки;
- перегрев – расплав прогревают до 1200 С под слоем древесного угля. Если исходные металлы загрязнены, применяют жидкие солевые флюсы;
- дегазация – расплав очищают от газовых примесей путем продувки аргоном или азотом.
- Из готового сплава получают отливки. Чаще всего для этого используют литниковые системы. Литье производится в глиняные или металлические формы. Возможно получение отливок способом центробежного литья.
В 2016 году отмечен рост цен на медь – до 4%, и олово – до 10,3%. Соответственно, повышается стоимость продукции из бронзы и бронзового лома. Последний в октябре имел стоимость от 190 до 210 р. за кг.
Цена продукции – пруток, отливка, лист, зависит от состава сплава. Так, пруток разной марки можно приобрести и за 308, и за 803 р. за кг.
Область применения
Бронзовые сплавы, благодаря разнообразию своих свойств, находят самое разное .
- Самое известное – материал для скульптур и множества декоративных предметов: статуэток, пепельниц, светильников, решеток, украшения перил и прочего. Литьевая бронза позволяет получить самые сложные отливки, передающие буквально поры кожи.
- В ювелирном деле материал применяется заметно реже, хотя раньше составлял едва ли не основу женских украшений.
- Бронзовая фурнитура – накладные петли, замки, ручки, краны, смесители и даже сантехника. Сплав обеспечивает не только исключительную долговечность и стойкость к коррозии предметов, но и позволяет превратить их в изящнейший элемент декора.
- Из литейной бронзы разного состава получают множество деталей – шестерни, втулки, уплотнители, части аппаратуры, предназначенные работать под водой.
- Деформируемые бронзы находят применение в высокоточной технике.
- Другие виды сплавов используются в тех областях, где привычная оловянная бронза не применяется. Так, например, бериллиевая бронза обладает куда более высокой тепло- и электропроводностью, а потому активно используется в электротехнике.
Сплав превосходно показывает себя в условиях переменных динамических нагрузок. Поэтому из бериллиевой бронзы изготавливают детали навигационных самолетных приборов, схем автомобилей и прочее.
- Еще одно всем известное применение – фитинги самого разного рода. Для более активного использования в водоснабжении бронза является чересчур дорогостоящим материалом, однако наиболее ответственные узлы, а также многочисленные крепления изготавливают из медного сплава, поскольку он отличается чрезвычайной стойкостью к коррозии и подавляет активность бактерий.
Бронзы – самый старинный и известный сплав в истории человечества. Разнообразие его состава и свойств обеспечивает ему и сегодня самое широкое распространение.
О том, как отчистить изделия из бронзы, расскажет данный видеосюжет: