Использование бронзы. Что такое бронза и из чего её делают? Почему Пушкин назвал бронзовый памятник «Медным всадником»

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:

1. Оловянные бронзы

2. Безоловянные бронзы

3. Свойства бронзы

4. Бенинская бронза

Бронза - это сплав меди, обычно с оловом как основным легирующим элементом, но применяются и сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка и никеля. Название «бронза» происходит от итал. bronzo которое, в свою очередь, либо произошло от персидского слова «berenj», означающего «латунь», либо от названия города Бриндизи, из которого этот материал доставлялся в Рим.

Бронза – это сплав меди, олова и цинка.

Бронза (франц. bronze, от итал. - bronzo) - это сплав меди с разными химическими элементами, главным образом металлами (олово, алюминий, бериллий, свинец, кадмий, хром и др.).

Оловянные бронзы

Наиболее древние бронзовые артефакты были обнаружены археологом Веселовским в 1897 году в районе реки Кубань (т.н. Майкопская культура). Бронза майкопских курганов в основном представлена сплавом меди с мышьяком. Постепенно знания о прочном и пластичном металле распространились на Ближний Восток и Египет. Здесь, после перехода к оловянно-медному сплаву, бронза обрела положение одного из важнейших декоративных материалов.

Первые изделия из бронзы получены за 3 тыс. лет до н. э. восстановительной плавкой смеси медной и оловянной руд с древесным углём. Значительно позднее бронзу стали изготовлять добавкой в медь олова и других металлов.

Бронза применялась в древности для производства оружия и орудий труда (наконечников стрел, кинжалов, топоров), украшений, монет и зеркал. В средние века большое количество бронзы шло на отливку колоколов. Колокольная бронза обычно содержит 20% олова. До середины 19 в. для отливки орудийных стволов использовалась так называемая пушечная (орудийная) Б. - сплав меди с 10% олова. В 19 в. началось применение Б. в машиностроении (втулки подшипников, золотники паровых машин, шестерни, арматура). Особенно ценными для машиностроения оказались антифрикционные свойства и стойкость против коррозии оловянных Б. В развитых промышленных странах появилось большое число марок машинных Б. разного состава, содержавших до 10-15% олова, до 5-10% цинка, а также небольшие добавки свинца и фосфора.

В 20 в. начали изготовлять заменители оловянных бронз, не содержащие дефицитного олова и часто превосходящие их по многих свойствам. Наиболее распространены алюминиевые Б. с 5-12% алюминия и добавками железа, марганца и никеля. В 20-30-е гг. разработаны безоловянные бронзы (бериллиевые, кремненикелевые и др.), способные сильно упрочняться при закалке с последующим искусственным старением. Например, сплав меди с 2% бериллия после термической обработки приобретает большую прочность, чем многие стали, и очень высокий предел текучести - 1280 Мн/м2 (128 кгс/мм2).

Олово на механические свойства меди влияет аналогично цинку: повышает прочность и пластичность. Сплавы меди с оловом обладают высокой антикоррозионной стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами. Этим обусловливается применение бронз в химической промышленности для изготовления литой арматуры, а также в качестве антифрикционного материала в других отраслях.

Оловянная бронза хорошо обрабатывается давлением и резанием. Она имеет очень малую усадку при литье: менее 1 %, тогда как усадка латуней и чугуна составляет около 1,5 %, а стали - более 2 %. Поэтому, несмотря на склонность к ликвации и сравнительно невысокую текучесть, бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё. Оловянные бронзы знали и широко использовали ещё в древности. Большинство античных изделий из бронзы содержат 75-90 % меди и 25-10 % олова, что делает их внешне похожими на золотые, однако они более тугоплавкие. Они не утратили своего значения и в настоящее время. Оловянная бронза - непревзойдённый литейный сплав.

Оловянные бронзы легируют цинком, никелем и фосфором. Цинка добавляют до 10 %, в этом количестве он почти не изменяет свойств бронз, но делает их дешевле. Оловянная бронза с добавлением цинка называется «адмиралтейской бронзой» и обладает повышенной короззионной стойкостью в морской воде. Из нее делались, например, астролябии и другие штурманские инструменты для мореплавания. Свинец и фосфор улучшают антифрикционные свойства бронзы и её обрабатываемость резанием.

Безоловянные бронзы

В силу высокой стоимости олова были найдены заменители оловянной бронзы. Они содержат олово в меньшем количестве по сравнению с ранее применявшимися бронзами или не содержат его совсем.

В древности иногда использовался сплав меди с мышьяком - мышьяковистая бронза, в некоторых культурах использование мышьяковистой бронзы даже предшествовало выплавке обычной. Использовались и сплавы, в которых мышьяком замещалась лишь часть олова.

В настоящее время существует ряд марок бронз, не содержащих олова. Это двойные или чаще многокомпонентные сплавы меди с алюминием, марганцем, железом, свинцом, никелем, бериллием и кремнием. Величина усадки при кристаллизации у всех этих бронз более высокая, чем у оловянных.

По некоторым свойствам безоловянные бронзы превосходят оловянные. Алюминиевые, кремниевые и особенно бериллиевые бронзы - по механическим свойствам, алюминиевые - по коррозионной стойкости, кремнецинковые - по текучести. Алюминиевая бронза благодаря красивому золотисто-жёлтому цвету и высокой коррозионной стойкости иногда также применяется как заменитель золота для изготовления бижутерии и монет.

Прочность алюминиевой и бериллиевой бронзы может быть увеличена при помощи термической обработки.

Также необходимо упомянуть сплавы меди и фосфора. Они не могут служить машиностроительным материалом, поэтому их нельзя отнести к бронзам. Однако они являются товаром на мировом рынке и предназначаются в качестве лигатуры при изготовлении многих марок фосфористых бронз, а также и для раскисления сплавов на медной основе.

Свойства бронзы

Присутствие посторонних металлов в настоящей бронзе (сплавах меди с оловом) носитиногда случайный характер и обусловливается неполной чистотой исходногоматериала (некоторые образчики античной бронзы), но обыкновенно прибавка известного количества тех или других веществ производится заведомо, с определенными целями, и тогда такая бронза получает особые названия(марганцовая бронза, фосфорная бронза и т.д.).

От прибавки олова медь становится более легкоплавкой, твердой, упругой, а следовательнозвучной, способной к полировке, но менее тягучей, а потому бронза,главным образом, идет на отливку различных предметов.

Качества бронзы зависят от состава, способов приготовления и последующей обработки. Если сплавы меди с оловом, содержащие от 7% до 15% этого последнего инаиболее употребительные в практике, подвергнуть медленному охлаждению,то происходит разделение сплава и часть более богатая медью застывает ранее; такое явление, называемое ликвацией бронзы, служит большой помехой при отливке больших бронзовых предметов; его до известной степени можно устранить прибавкой некоторых веществ (напр., фосфористоймеди, цинка) или быстро охлаждая отлитые предметы (обратно, примесьсвинца обусловливает более легкое разделение сплава, так что следуетизбегать прибавки этого последнего свыше 3%).

При закалке бронзыпроисходит явление совершенно обратное тому, которое наблюдается длястали: бронза становится мягкой и до известной степени ковкой. Цвет бронзы, с увеличением процентного содержания олова, переходит изкрасного (90% - 99% меди) в желтый (85% меди), белый (50%) истально-серый (до 35% меди).

Что касается тягучести, то при 1% - 2% олова сплавы ковки на холоду, но менее нежели чистая медь; при 5% олова бронзу можно ковать только при температуре красного каления, а присодержании свыше 15% олова ковкость совершенно пропадает; сплавы с очень большим процентом олова опять становятся несколько мягкими и вязкими. Сопротивление разрыву зависит частью от состава, частью от агрегатногосостояния, обусловливаемого способом охлаждения; при полной однородностии одинаковом составе, бронза с мелко кристаллическим строением обладаетбольшею способностью сопротивления.

Удельный вес бронзы обыкновенно больше, чем среднее из удельного веса составных частей, и меняется отпроковки и более или менее быстрого охлаждения. По исследованиям Риша(Riche), сплав, отвечающий формуле SnСu3, имеет наибольший уд. вес 8,91(следовательно, при его образовании происходит наибольшее сжатие); строение его кристаллическое, цвет синеватый; при медленном охлаждении он остается совершенно однородным; по всей видимости, здесь имеется определенное химическое соединение. Подобными же свойствами обладаетсплав SnCu4.

Под влиянием влажности и углекислоты воздуха и томуподобных причин, на бронзе, с течением времени, появляется иногдапревосходный голубовато-зеленый налет, или слой основных медных солей,столь ценимый в бронзовых предметах знатоками и носящий название Aerugonobilis, Patina, Verde antico. Patina предохраняет бронзу от дальнейшегоизменения; имеет ли влияние на быстроту появления ее состав бронзы -вопрос спорный; известно, что образование patina можно ускорить искусственным образом, но только в ущерб красоте.

Не так давно был поднят вопрос по поводу того, что бронзовые статуи в больших городах (Лондоне, Берлине) или прямо чернеют, или же образовавшаяся на них зеленая patina постепенно приобретает более темный, почти черный цвет.

Комиссия, собранная по этому поводу в Берлине, решила, что такое явлениезависит от дымной и пыльной атмосферы больших городов, где зданияотапливаются по преимуществу каменным углем, содержащим сернистые соединения.

Для сохранения статуй рекомендуют чистить их растворомспермацета в бензине. Античная бронза была известна людям гораздо раньше латуни; в очень отдаленные времена ею, как известно, пользовались для выделки оружия,монет, различных украшений и т.п. (бронзовый век).

Бронзу получали тогда выплавкой медных и оловянных руд, а потому в античной бронзе нерідко содержатся, в виде примеси, железо, кобальт, никель, свинец, цинк,серебро и др. Наиболее старинная бронза, золотистого цвета, содержит приблизительно 88% меди и 12% олова.

Бронза для орудий должна отличаться твердостью, вязкостью, упругостью, обладатьбольшим сопротивлением разрыву и возможной индифферентностью поотношению к химическим агентам; этим требованиям удовлетворяют сплавыуказанного состава, но только до известной степени. Так называемаястальная бронза Ухациуса (Stahlbronze) содержит 8% олова.

Для увеличения сопротивления разрыву такую бронзу подвергают сильному давлению, загонця при помощи гидравлического пресса в высверленное жерло пушки стальной конус большего диаметра. Колокольный металл отличается от предыдущего большим содержаниемолова; средний состав его: 78% меди и 22% олова; уд. вес 8,368. Содержание серебра в некоторых колоколах составляет случайную илиизлишнюю примесь: ошибочно думают, что серебро увеличивает звучность колоколов. Сплав меди с оловом указанного состава обладает всеми теми свойствами, которые можно требовать от хорошего колокола, т.е.звучностью, достаточной твердостью и прочностью (противодействиемразрыву). В изломе он мелкозернист, желтовато-серого цвета) легкоплавок, хрупок.

Известный тон колокола зависит от его формы, отливки и состава. Сплавы, идущие на изготовление музыкальных ударных инструментов и для китайских там-там или гонг-гонг, имеют состав подобный колокольному металлу. Особенная звучность китайских инструментов достигается быстрым охлаждением сплава (закалкой) и продолжительной проковкой. Новая статуйная бронза.

Употребление для литейных работ бронзы, состоящей только из меди и олова, кроме сравнительной дороговизны, представляет не мало и других неудобств: такая бронза довільно трудноплавка, не так хорошо отливается в форму, при затвердевании легкоподвергается ликвации, что невыгодно отражается на наружном виде отлитыхпредметов и на образовании равномерного слоя медных солей (patina);притом она трудно поддается обработке резцом. Эти неудобства могут бать устранены известным изменением состава бронзы, а потому в настоящее время при отливке статуй часть олова в бронзе заменяют цинком.

От примеси свинца бронза становится более способной к обработке, но уже при количествахсвыше 3% сплавы весьма легко подвергаются ликвации. По Д"Арсе, наиболее пригодна для отливки статуй бронза, состоящая из 82% меди, 18% цинка, 3%олова и 1,5% свинца. Нормальная бронза Эльстера содержит 862/3 % меди,62/3 % олова, 31/3 % свинца и 31/3 % цинка. Фосфорная бронза, предложенная Кюнцелем в 1871 г., состоит из 90%меди, 9% олова и 0,5% - 0,5% фосфора; употребляется для отливки пушек, колоколов, статуй, подшипников, различных частей машин и т.п.

Прибавка фосфора (в виде фосфорной меди или олова) увеличивает упругость бронзы, сопротивление разрыву и твердость; расплавленный металл легко отливаетсяи хорошо выполняет углубления формы. Изменяя весовые отношения составныхчастей, можно придать сплавам желаемые свойства: сделать их мягкими как медь или вязкими как железо, и твердыми как сталь; от ударов и толчко встроение фосфористой бронзы не меняется; при содержании фосфора свыше 0,5% цвет ее золотистый.

Алюминиевая бронза - сплавы меди с алюминием, содержащие от 5% до 10%этого последнего и 90% - 95% меди. Цвет бронзы, при содержании 5% алюминия, весьма похож на золото; кроме красоты, она отличается многими другими превосходными качествами (между прочим сплавы с 8% - 5% алюминиявесьма тягучи).

В торговле имеется алюминиевая бронза пяти сортов, с различной степенью тягучести и противодействия разрыву; она хорошо сопротивляется окислению и действию морской воды, гораздо лучше, чем другие сплавы. Примесь кремния меняет цвет и свойства алюминиевойбронзы. Как материал для изготовления различных частей машин, она вытесняет на бумажных фабриках и пороховых заводах фосфорную бронзу.

Кремневая бронза обладает таким же сопротивлением разрыву, как фосфористая бронза и отличается большой электропроводностью, употребляется для телефонных проволок. Вейлеровская кремневая бронза(для телефонных проволок) содержит, по анализу Гампе, 97,12% меди, 1,62% цинка, 1,14% олова и 0,05 кремния.

Марганцовая бронза получается сплавлением марганцовистого чугунка (ферромангана) с медью, затем с медью и цинком или же с медью, цинком и оловом. Вronce Сompany в Англии изготовляет пять сортов ее, которые отличаются друг от друга по своим свойствам (твердости, вязкости, сопротивлению разрыву) и применяются для различных целей. Кроме этих сортов бронзы, существуют еще многие другие сплавы,имеющие различные применения; такова, напр., бронза для зеркал, медалей, монет, подшипников и различных частей машин и т.д.

Цвет бронзы, с увеличением процентного содержания олова, переходит из красного (90% - 99% меди) в желтый (85% меди), белый (50%) и стально-серый (до 35% меди). Что касается тягучести, то при 1% - 2% олова сплавы ковки на холоду, но менее нежели чистая медь; при 5% олова бронзу можно ковать только при температуре красного каления, а при содержании свыше 15% олова ковкость совершенно пропадает; сплавы с очень большим процентом олова опять становятся несколько мягкими и вязкими. Сопротивление разрыву зависит частью от состава, частью от агрегатного состояния, обусловливаемого способом охлаждения; при полной однородности и одинаковом составе, бронза с мелко кристаллическим строением обладает большею способностью сопротивления.

Удельный вес бронзы обыкновенно больше, чем среднее из удельного веса составных частей, и меняется от проковки и более или менее быстрого охлаждения. По исследованиям Риша (Riche), сплав, отвечающий формуле SnСu3, имеет наибольший уд. вес 8,91 (следовательно, при его образовании происходит наибольшее сжатие); строение его кристаллическое, цвет синеватый; при медленном охлаждении он остается совершенно однородным; по всей видимости, здесь имеется определенное химическое соединение. Подобными же свойствами обладает сплав SnCu4.

Patina предохраняет бронзу от дальнейшего изменения; имеет ли влияние на быстроту появления ее состав бронзы - вопрос спорный; известно, что образование patina можно ускорить искусственным образом, но только в ущерб красоте. Не так давно был поднят вопрос по поводу того, что бронзовые статуи в больших городах (Лондоне, Берлине) или прямо чернеют, или же образовавшаяся на них зеленая patina постепенно приобретает более темный, почти черный цвет. Комиссия, собранная по этому поводу в Берлине, решила, что такое явление зависит от дымной и пыльной атмосферы больших городов, где здания отапливаются по преимуществу каменным углем, содержащим сернистые соединения. Для сохранения статуй рекомендуют чистить их раствором спермацета в бензине.

Античная бронза была известна людям гораздо раньше латуни; в очень отдаленные времена ею, как известно, пользовались для выделки оружия, монет, различных украшений и т.п. (бронзовый век). Бронзу получали тогда выплавкой медных и оловянных руд, а потому в античной бронзе нередко содержатся, в виде примеси, железо, кобальт, никель, свинец, цинк, серебро и др. Наиболее старинная бронза, золотистого цвета, содержит приблизительно 88% меди и 12% олова.

Пушечный или артиллерийский металл состоит (в круглых цифрах) из 90 -91 ч. меди и 9 - 10 ч. олова (содержит также иногда небольшие количества цинка и свинца). Сплавы с таким составом весьма склонны к ликвации. Уд. вес артиллерийского металла, содержащего 10% олова, равен 8,87. Бронза для орудий должна отличаться твердостью, вязкостью, упругостью, обладать большим сопротивлением разрыву и возможной индифферентностью по отношению к химическим агентам; этим требованиям удовлетворяют сплавы указанного состава, но только до известной степени. Так называемая стальная бронза Ухациуса (Stahlbronze) содержит 8% олова. Для увеличения сопротивления разрыву такую бронзу подвергают сильному давлению, загоняя при помощи гидравлического пресса в высверленное жерло пушки стальной конус большего диаметра.

Колокольный металл отличается от предыдущего большим содержанием олова; средний состав его: 78% меди и 22% олова; уд. вес 8,368. Содержание серебра в некоторых колоколах составляет случайную или излишнюю примесь: ошибочно думают, что серебро увеличивает звучность колоколов. Сплав меди с оловом указанного состава обладает всеми теми свойствами, которые можно требовать от хорошего колокола, т.е. звучностью, достаточной твердостью и прочностью (противодействием разрыву). В изломе он мелкозернист, желтовато-серого цвета) легкоплавок, хрупок. Известный тон колокола зависит от его формы, отливки и состава. Сплавы, идущие на изготовление музыкальных ударных инструментов и для китайских там-там или гонг-гонг, имеют состав подобный колокольному металлу. Особенная звучность китайских инструментов достигается быстрым охлаждением сплава (закалкой) и продолжительной проковкой.

Новая статуйная бронза. Употребление для литейных работ бронзы, состоящей только из меди и олова, кроме сравнительной дороговизны, редставляет не мало и других неудобств: такая бронза довольно трудноплавка, не так хорошо отливается в форму, при затвердевании легко подвергается ликвации, что невыгодно отражается на наружном виде отлитых предметов и на образовании равномерного слоя медных солей (patina); притом она трудно поддается обработке резцом. Эти неудобства могут быть устранены известным изменением состава бронзы, а потому в настоящее время при отливке статуй часть олова в бронзе заменяют цинком.

Сплавы с 10% - 18% цинка и 2% - 4% олова отличаются красивым красновато-желтым цветом, хорошо выполняют малейшие углубления формы, достаточно вязки для обработки и приобретают от действия атмосферных влияний красивый зеленый налет (patina). Большее содержание олова делает бронзу слишком хрупкой, а от излишней прибавки цинка она теряет свой цвет и покрывается некрасивым темным налетом металлических соединений. От примеси свинца бронза становится более способной к обработке, но уже при количествах свыше 3% сплавы весьма легко подвергаются ликвации. По Д"Арсе, наиболее пригодна для отливки статуй бронза, состоящая из 82% меди, 18% цинка, 3% олова и 1,5% свинца. Нормальная бронза Эльстера содержит 862/3 % меди, 62/3 % олова, 31/3 % свинца и 31/3 % цинка.

Фосфорная бронза, предложенная Кюнцелем в 1871 г., состоит из 90% меди, 9% олова и 0,5% - 0,5% фосфора; употребляется для отливки пушек, колоколов, статуй, подшипников, различных частей машин и т.п. Прибавка фосфора (в виде фосфорной меди или олова) увеличивает упругость бронзы, сопротивление разрыву и твердость; расплавленный металл легко отливается и хорошо выполняет углубления формы. Изменяя весовые отношения составных частей, можно придать сплавам желаемые свойства: сделать их мягкими как медь или вязкими как железо, и твердыми как сталь; от ударов и толчков строение фосфористой бронзы не меняется; при содержании фосфора свыше 0,5% цвет ее золотистый.

Марганцовая бронза получается сплавлением марганцовистого чугуна (ферромангана) с медью, затем с медью и цинком или же с медью, цинком и оловом. Вronce Сompany в Англии изготовляет пять сортов ее, которые отличаются друг от друга по своим свойствам (твердости, вязкости, сопротивлению разрыву) и применяются для различных целей.

Бенинская бронза

Бенинская бронза - коллекция из более чем 1000 латунных пластинок с изображениями из королевского дворца королевства Бенин. Название дважды обманчиво - не только из-за материала, но и потому, что границы средневекового королевства не совпадали с границами современных государств, и дворец находился на территории современной Нигерии, а не соседнего Бенина.

«Бронзовые» (то есть латунные) изделия изображают ряд сцен, в том числе изображения животных, рыб, людей и сцены придворной жизни. Изображения отлиты попарно, хотя каждое изделие изготавливалось индивидуально. Предполагается, что изначально эти латунные украшения были приделаны к стенам и столбам дворца, при этом некоторые из них служили как наставления по придворному протоколу для прибывших ко двору.

Бронзовые изделия из Нигерии вызвали в Европе большой интерес к африканской культуре. По мнению историков, они были отлиты в 13 - 16 веках.

Нигерия, на территории которой находилась значительная часть Королевства Бенин, в 1950-1970-е годы выкупила у Британского музея около 50 предметов и постоянно обращается с просьбой о возврате остальных.

Источники

ru.wikipedia.org Википедия - свободная энциклопедия

chemport.ru - Химический портал

mirslovarei.com - Мир словарей

slovopedia.com - Словопедия - толковые словари

italmas.com - Колокольный завод

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.

В современной промышленности существует большое количество различных сплавов черных и цветных металлов. Одним из самых древних и известных является бронза - сплав, в котором главным компонентом является медь. По историческим фактам известна целая эпоха, так называемый бронзовый век, в котором изготовление соответствующего медного сплава было основой металлургической промышленности. Этот период начинался приблизительно с конца IV тысячелетия до н. э., когда значительно улучшилась обработка меди и олова, и продолжался до XII века до н. э.

Физические свойства могут сильно меняться в зависимости от легирующих компонентов, но тем не менее можно выделить основные общие свойства материала:

Плотность бронзы составляет от 7800−8700 кг/м3.
Хорошая износостойкость, низкий коэффициент трения, сопротивление хрупкому разрушению при очень низких температурах (до 250 °С).
Температура плавления 940−1140 °С.
Легко поддается пайке и сварке.

Количество чистой меди в составе сплава, помимо физико-химических свойств, влияет на цвет. Так,

золотистый цвет имеют изделия с процентным содержанием меди около 85%. При уменьшении процента меди до 50% может получиться белый цвет, очень похожий на серебро, а при понижении до 35% и менее - черный.

Изготовление бронзы происходит посредством выплавки: исходное сырье помещается в горн или индукционную печь, где оно расплавляется с дальнейшим его перемешиванием и разливкой в требуемые формы.

С развитием металлургии и открытием разных видов металлов, появилось большое количество бронз, но основным металлом в формуле является медь. В зависимости от того, какие компоненты входят в состав, изменяются и свойства материала.

Знание этих особенностей позволяет применять бронзовые сплавы в различных видах промышленности в зависимости от предъявляемых к материалу требований. Бронзу часто выпускают в виде прокатных труб, проволоки и листов. Используется металл в производстве подшипников, втулок, рессор и прочих деталей, подверженных воздействию высокого давления и износа. Высокие антикоррозийные свойства позволяют применять данный материал также в условиях агрессивной внешней среды и при работе с различной химией. Помимо этого, применение бронзы распространено в художественных ковке и литье, из нее делают различные скульптуры, памятники и украшения.

Оловянная

Сплав меди и олова называется оловянным. Эти бронзы применялись в бронзовом веке, дошли до наших дней и являются наиболее применяемыми в промышленности. Из этого вида сплава часто отливались различные колокола, в связи с чем данный материал иногда называется колокольной бронзой.

Оловянистый материал почти не поддается механической обработке, поэтому изделия из него создаются исключительно литьем; имеет высокую твердость и прочность, а также антикоррозийные свойства. Стандартный сплав меди и олова характеризуется количественным соотношением 80:20, но может дополняться некоторыми металлами для изменения свойств:

Добавление цинка (менее 10%) позволяет повысить антикоррозийную стойкость. Используется для создания деталей, которым нужно часто контактировать с водой и другими окислителями.
Свинец и фосфор повышают антифрикционные свойства. Кроме того, сплав с добавлением этих металлов проще подвергается обработке.

Иногда наличие олова в изделии недопустимо и его заменяют другими металлами, позволяющими достичь требуемых характеристик, например, свинец, кремний, цинк, бериллий или алюминий. Такая бронза называется безоловянной, или специальной.

Свинцовая

Основной легирующий компонент - свинец, содержание которого может достигать 30%. Материал имеет хорошие антифрикционные свойства и высокую теплопроводность, может выдерживать давление до 30 мПа, поэтому применяется для изготовления подшипников, подвергающихся высокому давлению.

Кремниецинковая

Данный сплав состоит из 97% меди, 1.1% олова, 0.05% кремния и цинка. Является довольно пластичным и текучим, что позволяет применять его как материал в изделиях сложной формы. Имеет хорошее сопротивление при сжатии, обладает антифрикционными свойствами и упругостью. Не искрит при обработке, хорошо сопротивляется низким температурам, зачастую содержит добавки никеля и марганца.

Бериллиевая

Бериллиевый сплав является самым твердым из всех существующих видов бронз. Обладает высокими антикоррозийными свойствами, не искрит при обработке, не магнитится. В процессе закалки приобретает хорошую деформируемость и упругость.

Алюминиевая

Состав бронзы в процентах выглядит как 95% меди и 5% алюминия. Сплав очень хорошо сопротивляется агрессивным средам, жаропрочный, но имеет низкие антикоррозийные свойства и дает сильную усадку.

Сплав меди с цинком называется красной бронзой - , а с никелем - мельхиором. Эти соединения являются отдельными материалами, их малое количество может присутствовать в любом сплаве, но должно быть ниже суммы всех остальных компонентов.

Для того чтобы определить состав бронзы и ее свойства, нужно знать принцип формирования его маркировки. Маркировка составляется в соответствии с ГОСТом, согласно которому принимаются следующие обозначения:

Например, марка БрО3Ц7С5Н1 говорит о том, что это бронза, в составе которой 3% олова, 7% цинка, 5% свинца и 1% никеля. Остальные 84% состава приходятся на медь.

Знание принципов маркировки сплава позволит определять его состав и свойства, что поможет не ошибиться с выбором нужного материала.

Классификацию бронзы стали изучать еще в средневековые времена. Сплавы использовали для изготовления различных предметов для быта (период был назван бронзовым веком). Об этом свидетельствуют археологические находки: посуда (сосуды для питья, чашки, блюда), оружие (мечи, наконечники для пик), предметы обихода (статуэтки), а также украшения (кольца, цепи и монеты).

В средневековье шёл активный захват земель, происходили постоянные войны, и для нужд армий в качестве оружия отливали пушки и пушечные ядра из бронзы. Наиболее распространённой являлась колокольная бронза с добавлением олова.

Сырье для изготовления

Бронза – это сплав на основе меди с добавлением легирующих компонентов с разным процентным соотношением. Наиболее распространённые в качестве добавок – хром, никель, алюминий, олово, свинец и другие. Механические и физические свойства бронз отличаются в зависимости от того, какие компоненты будут введены в сплав. На оттенок будет влиять объём содержащихся в нём легирующих веществ. Красный цвет свидетельствует о повышенном содержании меди, а серо-стальной цвет – о наличии в бронзе не более 30% меди.

Классификация бронзовых сплавов

Существует несколько классификаций, одна из них – по химическому составу.

Это сплавы, в состав которых обязательно в качестве легирующего элемента входит олово. Оно придаёт большую твёрдость и одновременно легкоплавкость. Дополнительно вводятся цинк, фосфор и свинец. Эти добавки придают сплаву устойчивость к коррозии и делают его более подходящим для процесса литья. Фосфор выступает раскислителем сплава, если его процентное содержание составляет более единицы.

Цинк способствует удешевлению материала, не влияет на качественные характеристики сплава олова с медью. Поэтому практикуется вводить в сплав до 10% цинка – это не вызовет изменений механических свойств, но уменьшится себестоимость изделий.

Наибольшее содержание олова может быть в пределах 30%, тогда бронза приобретает светло-серебристый цвет. В зависимости от процентной доли этого вещества, изменяется оттенок сплава от красного до жёлтого.

Изделия из оловянистых бронз лучше подвергаются обработке – токарной и фрезерной, а также полировке. В качестве добавочных элементов в сплав вводят:

цинк;
фосфор;
свинец.

Эти компоненты положительно влияют на механические, литейные и антифрикционные свойства (сопротивление износу) бронзы.

Сплав с содержанием олова до 20% имеет двухфазную структуру и применяется только в литом виде. Оловянистые бронзы полностью заполняют форму для литья, обладают небольшой усадкой, это делает возможным получать отливки сложной конфигурации. Применяются для получения фасонных изделий и для художественного литья, а также из них изготавливают механизмы и детали агрегатов, эксплуатируемых в морской солёной воде.

Безоловянные бронзы (специальные) – которые не содержат в своём составе химического элемента олова.

Классификация безоловянных бронз составлена с учётом того, какой основной легирующий элемент присутствует в составе.

Алюминий – основной компонент легирования, содержится в составе от 6 до 12%. В индустрии применяются двух- и многокомпонентные сплавы. Более востребованы многокомпонентные алюминиевые бронзы с добавлением никеля, железа и марганца.

Al в составе оказывает значимое влияние на физические свойства бронз. По плотности алюминиевые бронзы ниже, чем в чистом виде. Этот фактор позволяет применять их в судостроении и в авиакосмическом секторе. А также из алюминиевой бронзы производят детали и соединения, подвергающихся большим нагрузкам и трению (для дорожных машин, станков, для теплового оборудования).

Кремнистые сплавы

В промышленной области применяют бронзы, содержащие 4–5% Mn. Отличаются повышенной прочностью, высокой пластичностью и стойкостью к коррозии. Предназначены для производства деталей для центробежных насосов, рабочих колёс.

Структура такого сплава даёт возможность получать высокие антифрикционные свойства. Данная бронза идёт на изготовление вкладышей подшипников скольжения, функционирующих под высоким давлением при большой скорости.

Бериллиевые сплавы

Сплавы обладают повышенными прочностными характеристиками, а также высоким пределом текучести, упругости, отличаются высокой электропроводностью и теплопроводностью, высоким сопротивлением ползучести и коррозии. Из них изготавливают пружины и детали ответственного назначения. Основным сектором применения является электротехника – производят оптоволоконные кабеля и интегральные схемы. Бериллиевый сплав позволяет производить детали малых размеров для электронных устройств (мобильных телефонов, планшетов и т. д.).

Маркировка

Все марки сплавов бронз выпускаются заводами со строгим соблюдением требований нормативной документации (ГОСТов).

Маркировка бронзы начинается с аббревиатуры Бр, после следует буква основного легирующего компонента, затем остальных, а цифры обозначают процентный состав легирующих добавок. Например, марка БрАЖН 10-4-4 – это алюминиевая бронза, содержащая алюминий –10%, железо – 4%, никель – 4%, остальное – медь.

При маркировке бронз приняты следующие обозначения легирующих элементов:

Маркировка нужна как для определения свойств и состава бронзы, так и для определения удельного веса. Для этого составлены таблицы в технических справочниках. Если марка сплава неизвестна, тогда делается химический анализ. Эти данные нужны для определения объёма заготовки (формула представлена соотношением массы к объёму). Имея значения удельного веса сплава, можно высчитать объём детали с заданной массой, и наоборот: можно узнать вес бруска с определёнными параметрами.

Виды легирующих добавок

Разные химические элементы вводят в бронзовый сплав с определённой целью, чтобы он обладал необходимыми механическими свойствами. Содержание олова в бронзе влияет на характеристики пластичности. Чем больше содержится этого элемента, тем большей твёрдостью и, значит, хрупкостью характеризуется сплав.

Бериллий значительно влияет на прочность и твёрдость. Если бериллиевой бронзе провести закалку, то она вместе с прочностью приобретёт высокую упругость, поэтому из данной бронзы изготавливают пружинистые детали (рессоры, мембраны) и сами пружины.

Алюминий и никель придают бронзовому сплаву высокое упрочнение и коррозионную устойчивость. Из бронз, в составе которых присутствуют указанные химические элементы, изготавливают детали и механизмы, предназначенные для работы в критических условиях (морская вода, щёлочи). Например, части нефтяных платформ на океанских прибрежьях.

Свинец добавляют в бронзовый сплав для получения отличных антифрикционных и противоударных свойств. Изделия из свинцовых бронз могут подвергаться значительным длительным нагрузкам (например, подшипники в механизмах).

Бронзы, легированные кремнием и цинком, обладают повышенными свойствами текучести в жидком (расплавленном) виде, поэтому из них изготавливают детали сложной формы методом литья.

Особенности производства

Процесс выплавки происходит следующим образом:

печь выводят на требуемый температурный режим, затем в неё помещают тигель с сырьём (медью);
во избежание раскисления металла после расплавления, в него добавляют плавень (древесный уголь);
когда металл в полном объёме расплавится и прогреется, в него вводят фосфористую медь, которая является кислотным катализатором;
далее в расплавленный металл вводят легирующие элементы и связующие (лигатуры), после этого полученный состав тщательно перемешивается;
окончательной операцией является разливка металла, но перед её совершением в расплав ещё раз добавляют фосфористую медь для предотвращения возникновения окислов.

На всех этапах выплавки бронзы особенно тщательно необходимо следить за соблюдением температуры плавления. Следует также правильно дозировать количество легирующих веществ и лигатуры, добавляемых в сплав.

Сфера применения

Бронза легко плавится и с равномерностью заполняет форму для слитка. Получаются слитки круглой и плоской конфигурации. Далее их подвергают ковке, прокатке, прессованию. Широк сортамент бронзового проката:

лента и проволока;
трубы;
втулки;
прутки.

Классификация бронзы помогает определить, какие изделия для какой отрасли нужно изготовить.

Используют бронзовые сплавы в машиностроительной и судостроительной отрасли, авиационной технике и при изготовлении ракет.

Устойчивость к механическим и динамическим нагрузкам и высокая стойкость к коррозии, позволяет применять детали из бронзы в механизмах машин и приборов в подвижных узлах, подверженных усиленному трению. Из безоловянных бронз с содержанием алюминия производят изделия для приборов, используемых в химической отрасли, а также регулирующей и запорной арматуры в системах отопления и трубопроводах.

Бронзовый сплав устойчив к механическим повреждениям и неблагоприятным внешним метеоусловиям, поэтому его применяют для отливки скульптур, статуй и барельефов. Бронза обладает хорошими текучими свойствами, аккуратно и точно заполняет формы для заливки, поэтому из неё получаются изделия сложных конфигураций (художественное литьё – люстры, торшеры, статуэтки, картины-миниатюры и др.).

Великолепно смотрятся бронзовые балюстрады, декоративные элементы лестниц и карнизов. Предметы интерьера – подсвечники, вешалки, рамы для зеркал и картин. Бронзовые детали мебели придают некоторую винтажность и роскошь помещению.