Основные разновидности бронз их марки и назначение. Классификация, марки, характеристики бронзовых составов. Что такое бронза

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

Стремительное развитие металлургии требует от нас изучения характеристик разных металлов и их сплавов, и в этой статье будут подробно рассмотрены свойства бронзы и ее применение. Кроме того, скажем пару слов об ее видах и, конечно же, особенностях каждого из них.

1

У этого сплава длинная и интересная история, ведь в честь него даже назвали один из веков – бронзовый, и свою популярность он не утратил вплоть до наших времен. Бытует мнение, что само слово произошло от итальянского созвучного "bronzo", а последнее имеет персидские корни. Итак, это сплав меди с иными металлами, в основном оловом, причем их весовое соотношение может быть различным. В зависимости от процентного содержания того либо иного элемента получается различный цвет бронзы – начиная от красного (при большом содержании меди) и заканчивая стальным серым (в этом случае в сплаве не более 35% Cu).

Однако сочетание не всех металлов с медью называется бронзой. Так, например, если легирующим элементом выступает цинк, то полученный сплав желто-золотистого цвета будет носить название латунь. А вот если сплавлять Ni и Cu, образуется мельхиор, из которого чеканят монеты. Этот материал красивого серебристого цвета, который сохраняет внешний вид очень долго. Но в этом разделе остановимся на видах именно бронзы. Как уже было сказано в основном это сочетание меди с оловом, такие варианты называются оловянными. Это один из первых видов, который был освоен человеком.

Самое большое содержание олова достигает 33%, тогда материал имеет красивый белый, немного серебристый цвет. Далее же содержание этого элемента снижается. Меняется, конечно, и цвет, палитра тут довольно разнообразная – от красного до желтого. Твердость такой бронзы превышает показатель для чистой меди, кроме того, она имеет лучшие прочностные характеристики, при этом являясь более легкоплавким материалом. В этом случае олово выступает первым легирующим элементом, кроме него в сплаве могут присутствовать еще и мышьяк, свинец, цинк, но это вовсе не обязательно.

Также существует и еще ряд сплавов меди с иными металлами (алюминием, железом, кремнием, свинцом и т. д.), но уже без участия Sn. Они также имеют ряд достоинств, причем по некоторым параметрам им даже уступают оловянные бронзы, еще большим разнообразием характеризуется их палитра. Поэтому работа по созданию цветных сплавов сродни творчеству. Рассмотрим в следующем пункте более подробно свойства различных материалов, которые мы можем получить из меди с применение добавок.

2

Итак, не только цвет меняется из-за добавок. В случае с оловянными бронзами технические характеристики напрямую зависят от весового содержания главного и дополнительных легирующих элементов. Так, например, при 5% Sn пластичность сплава начинает падать, а если количество олова достигнет 20%, то резко ухудшаются и механические свойства материала, и он становится более хрупким, снижается твердость. Вообще, бронзы, в состав которых входит более 6 весовых процентов Sn, используются в литейном производстве, для ковочных же и прокатных работ они непригодны.

Если же добавить в сплав до 10% по весу цинка, то он практически не произведет никакого влияния на механические свойства оловянной бронзы, только лишь несколько удешевит ее. Чтобы улучшить обрабатываемость материала в него вводят до 5% свинца, благодаря включениям которого облегчается стружколомание. Ну а фосфор выступает в качестве раскислителя, и если в сплаве содержится более одного процента этого элемента, то такие бронзы часто называют фосфористыми.

Сравнивая оловосодержащие бронзы со сплавами, в состав которых не входит Sn, то первые значительно выигрывают по величине усадки, она у них минимальная, зато вторые имеют иные преимущества . Так, механические свойства алюминиевой бронзы значительно превосходят характеристики оловянной, кроме того, она имеет еще и большую химическую стойкость. Кремнецинковая же более жидкотекучая, а бериллиевая наделена высокими показателями упругости, на таком же уровне находится и ее твердость.

Для сфер, где применяются бронзы, особенно важна теплопроводность. Мы привыкли, что этот показатель для металлов довольно высокий. Но особенность всех сплавов в том, что, как правило, теплопроводность при введении добавок падает. Не стала исключением и обсуждаемая нами разновидность сплавов. Всем хорошо известно, насколько высока теплопроводность чистой меди, часто это даже становится причиной ограничений в ее использовании. А вот для бронз все совсем по-другому, это качество проявляет себя значительно меньше. Даже по сравнению с похожим теплопроводность бронзы в большинстве случаев заметно ниже. Исключением являются лишь низколегированные сплавы меди, естественно, они приближаются по этому показателю к чистому металлу.

Низкая теплопроводность становится причиной затрудненного отвода тепла, поэтому бронзы не используются в узлах трения, в качестве электродов для сварки или других механизмах, где устранять перегрев нужно максимально быстро.

3

Бронза широко используется в разных промышленных областях, причем и применение ее весьма различно. Так, например, литые оловосодержащие сплавы с высокой стойкостью против истирания являются прекрасным антифрикционным составом, и их используют в качестве подшипниковых материалов. Благодаря же великолепной стойкости бронзы вполне целесообразно делать арматуру и , твердость и механические показатели которых будут довольно высокие.

Также стоит отметить бериллиевые бронзы, отличающиеся прекрасной свариваемостью, химической стойкостью, поддающиеся обработке режущим инструментом. Все эти свойства делают данный материал пригодным для изготовления ответственных элементов, таких, как мембраны, пружины, пружинящие контакты и т. д. Так как теплопроводность большинства бронз невелика, то детали, сделанные из такого материала, легко свариваются.

Чтобы определить состав сплава, достаточно посмотреть на его маркировку, которая состоит из набора цифр и букв. Так, первым в обозначении всегда идет сочетание букв "Бр". Далее следуют обозначения веса легирующих добавок в процентном содержании, причем сначала буквенные символы, а за ними уже численные значения, разделенные дефисом в соответствующем порядке. Стоит отметить, что в бронзах не указывается количество меди.

Маркировка необходима не только чтобы узнать состав сплава и его характеристики (твердость, теплопроводность и другие), с ее помощью определяют и удельный вес любого вида бронзы. Для этого придется воспользоваться специализированными справочниками, если же марка сплава неизвестна, тогда следует сделать химический анализ. К слову, удельный вес этого сплава используется еще и при подготовке каких-либо работ. Если углубиться в формулу, то видно, что это отношение массы заготовки к ее объему. Следовательно, узнав из таблицы удельный вес любого типа этого "цветастого" сплава, мы можем оценить, какой объем будет иметь деталь определенной массы, или, наоборот, сколько будет весить брусок заданного объема.

В основе которого лежит медь. Вспомогательными металлами могут быть никель, цинк, олово, алюминий и другие. В этой статье мы рассмотрим виды, технологические признаки, хим. состав бронзы, а также способы ее изготовления.

Классификация

1. По химическому составу этот металл принято делить на две группы. Первая - это оловянные бронзы. В них олово является главным легирующим элементом. Вторая - безоловянные. Ниже мы поговорим об этом более подробно.

2. По технологическим признакам бронзы принято делить на деформируемые и литейные. Первые хорошо обрабатываются под давлением. Вторые используются при фасонных отливках.

Этот металл по сравнению с латунью обладает гораздо лучшими антифрикционными, механическими свойствами, а также коррозийной стойкостью. По сути, бронза - сплав меди и олова (как основного вспомогательного элемента). Никель и цинк здесь не являются главными легирующими элементами, для этого используют такие компоненты, как алюминий, олово, марганец, кремний, свинец, железо, бериллий, хром, фосфор, магний, цирконий и другие.

Оловянные бронзы: литейные

Давайте разберемся, что представляет собой такой металл. Оловянная бронза (фото, приведенное ниже, демонстрирует литые детали) - это сплав, у которого жидкотекучесть ниже, чем у других видов. Однако она имеет несущественную объемную усадку, что позволяет получать фасонные бронзовые отливки. Указанные свойства обуславливают активное применение бронзы при литье антифрикционных деталей. Также рассматриваемый сплав применяют при изготовлении арматуры, предназначенной для эксплуатации в водной среде (в том числе в морской воде) или в водяном паре, в маслах и под высоким давлением. Существуют и так называемые нестандартные литейные бронзы ответственного назначения. Они используются в производстве подшипников, шестерен, втулок, частей насосов, малоуплотнительных колец. Такие детали предназначены для работы в условиях высокого давления, при больших скоростях и малых нагрузках.

Свинцовые бронзы

Этот подвид литейных оловянных сплавов применяется в изготовлении подшипников, сальников и фасонных отливок. Характеризуются такие бронзы невысокими механическими свойствами, вследствие чего в процессе изготовления подшипников и втулок их просто наносят на стальную основу в виде весьма тонкого слоя. Сплавы же с повышенным содержанием олова имеют более высокие механические свойства. Поэтому они могут использоваться без стальной основы.

Оловянные бронзы: деформируемые

Сплавы, обрабатываемые давлением, принято делить на следующие группы: оловянно-фосфористые, оловянно-цинковые и оловянно-цинково-свинцовые. Они нашли свое применение в целлюлозно-бумажной промышленности (из них делают сетки) и машиностроении (производство пружин, подшипников и деталей машин). Кроме того, эти материалы применяются при изготовлении биметаллических изделий, прутков, лент, полос, зубчатых колес, шестерен, втулок и прокладок высоконагруженных машин, трубок контрольно-измерительных приборов, манометрических пружин. В электротехнике широкое применение бронзы (деформируемой) объясняется отличными механическими свойствами (наряду с высокими электрическими характеристиками). Она используется при изготовлении токоведущих пружин, контактов. В химической промышленности из оловянных бронз производят пружинную проволоку, в точной механике - арматуру, в бумажной промышленности - шаберы, в автомобильной и автотракторной - втулки и подшипники.

Эти сплавы могут поставляться в особо твердом, твердом, полутвердом и мягком (отожженном) состоянии. Оловянные бронзы обычно обрабатываются холодными (методом прокатки или волочением). Горячий металл подвергается только прессованию. Под давлением бронза прекрасно обрабатывается как в холодном, так и в горячем виде.

Бериллиевая бронза

Это сплав, относящийся к группе дисперсионно-твердеющих металлов. Он обладает высокими механическими, физическими и упругими свойствами. Бериллиевая бронза отличается высоким уровнем жаропрочности, коррозионной стойкости и циклической прочности. Она устойчива к низкой температуре, не магнитится и не дает искрений при ударах. Закалка бериллиевых бронз осуществляется при температурах 750-790 градусов по Цельсию. Добавка кобальта, железа и никеля способствует при замедлению скорости фазовых превращений, это существенно облегчает технологию старения и закалки. Кроме того, добавление никеля способствует повышению температуры рекристаллизации, а марганец может заменить, пусть и не в полной мере, дорогостоящий бериллий. Указанные выше характеристики бронзы позволяют использовать этот сплав при изготовлении пружин, пружинящих деталей, а также мембран в часовой промышленности.

Сплав меди с марганцем

Такая бронза отличается особыми высокими механическими качествами. Она обрабатывается давлением, как в холодном, таки в горячем состоянии. Данный металл характеризуется повышенной жаропрочностью, а также коррозионной стойкостью. Сплав меди с добавлением марганца нашел широкое применение в топочной арматуре.

Кремниевая бронза

Это сплав, в состав которого входит никель, реже - марганец. Такой металл отличается сверхвысокими механическими, антифрикционными и упругими свойствами. При этом кремниевая бронза не теряет своей пластичности в условиях низкой температуры. Сплав хорошо паяется, обрабатывается давлением и при высоких, и при низких температурах. Рассматриваемый металл не магнитится, не искрит при ударах. Этим объясняется широкое применение бронзы (кремниевой) в морском судостроении при изготовлении антифрикционных деталей, подшипников, пружин, решеток, испарителей, сеток и направляющих втулок.

Литейные безоловянные сплавы

Данный вид бронз характеризуется хорошими коррозионными, антифрикционными свойствами, а также высокой прочностью. Они используются для изготовления деталей, которые эксплуатируются в особо тяжелых условиях. Это, например, клапаны, втулки, шестерни для мощных турбин и кранов, червяки, которые работают в спарке с упрочненными стальными деталями, подшипники, работающие в условиях высокого давления и при ударных нагрузках.

Как сделать бронзу?

Изготовление этого металла необходимо проводить в специальных печах, применяемых для выплавки медных сплавов. Шихту для бронзы можно составить из свежих металлов или же с добавлением вторичных отходов. Процесс плавки обычно осуществляют под слоем флюса или древесного угля.

Процесс с использованием шихты из свежих металлов происходит в определенной последовательности. Сначала в сильно разогретую печь загружается необходимое количество флюса или древесного угля. Затем туда помещают медь. Дождавшись ее расплавления, повышают температуру нагрева до 1170 градусов. После этого расплав необходимо раскислить, для чего добавляют фосфористую медь. Этот процесс можно проводить в два приема: непосредственно в печи, а затем в ковше. В таком случае добавка вводится в равных пропорциях. Далее в расплав добавляют подогретые до 120 градусов необходимые легирующие элементы. Тугоплавкие компоненты следует вводить в виде лигатур. Далее расплавленная бронза (фото, приведенное ниже, демонстрирует процесс выплавки) перемешивается до полного растворения всех добавленных веществ и нагревается до заданной температуры. При выдаче полученного сплава из печи, перед разливкой, его необходимо окончательно раскислить остатком (50%) фосфористой меди. Это делается для высвобождения бронзы от окислов и повышения жидкотекучести расплава.

Выплавка на основе оборотных материалов

Для того чтобы изготовить бронзу с использованием вторичных металлов и отходов, плавку следует производить в следующем порядке. Сначала расплавляют медь и раскисляют ее фосфористыми добавками. Затем добавляют в расплав оборотные материалы. После этого дожидаются полного расплавления металлов и вводят легирующие элементы в соответствующей последовательности. В том случае, если шихта состоит из малого количества чистой меди, следует сначала расплавлять оборотные металлы, а затем добавлять медь и легирующие элементы. Плавка проводится под слоем флюса или древесного угля.

После расплавления шихты и нагрева ее до требуемой температуры проводится окончательное раскисление смеси фосфористой медью. Далее расплав накрывают сверху прокаленным углем либо просушенным флюсом. Расход последнего составляет 2-3 процента от массы металла. Нагретый расплав выдерживается 20-30 минут, периодически помешивается, а затем с его поверхности удаляется выделенный шлак. Все, бронза готова для литья. Для лучшего снятия шлака в ковш можно добавить который сгущает его. Чтобы определить, готова ли бронза для разливки в формы, проводится специальная технологическая проба. Излом такого образца должен быть однородным и чистым.

Алюминиевая бронза

Это сплав меди и алюминия в качестве легирующего элемента. Процесс плавки данного металла существенно отличается от приведенных выше, что объясняется химическими особенностями вспомогательного компонента. Рассмотрим, как сделать бронзу с использованием алюминиевых легирующих компонентов. При изготовлении этого вида сплава с использованием оборотных материалов в шихте операцию по раскислению фосфористыми компонентами не применяют. Это объясняется тем, что фосфор характеризуется меньшим сродством к молекулам кислорода, чем алюминий. Также следует знать, что данный вид бронзы весьма чувствителен к перегревам, поэтому температура не должна превышать 1200 градусов. В перегретом же состоянии алюминий окисляется, и бронзовый сплав насыщается газами. Кроме того, окись, образованная при плавке такого вида бронзы, не восстанавливается путем добавления раскислителей, и ее весьма трудно удалить из расплава. Окисная пленка имеет очень высокую температуру плавления, что существенно снижает жидкотекучесть бронзы и вызывает брак. Плавка проводится очень интенсивно, на верхних пределах температур нагрева. Кроме того, не следует задерживать готовый расплав в печи. При плавке алюминиевой бронзы в качестве покрывающего слоя рекомендуется использовать флюс, который состоит на 50% из и на 50% из криолита.

Готовый расплав перед разливкой по формам рафинируют путем введения в него хлористого марганца либо хлористого цинка (0,2-0,4% от общей массы шихты). После этой процедуры сплав следует выдержать пять минут до полного прекращения газовыделения. После чего смесь доводят до требуемой температуры и разливают в формы.

С целью предупреждения ликвации в расплав бронзы с высоким содержанием свинцовых примесей (50-60%) рекомендуется добавлять 2-2,3% никеля в виде медноникелевых лигатур. Или же в качестве флюсов необходимо использовать сернокислую соль щелочных металлов. Никель, серебро, марганец, если они входят в состав бронзы, следует вводить в расплав до процедуры присадки олова. Кроме того, для улучшения качества получаемого сплава ее иногда модифицируют незначительными добавками на основе тугоплавких металлов.

Бронза - это двойной или многокомпонентный сплав, состоящий из меди и других элементов, улучшающих основные свойства металла, кроме цинка. Такие элементы называются легирующими. В составе бронзы их более 2,5% по массе. В качестве легирующих компонентов применяются марганец, олово, бериллий, свинец, кремний, хром, фосфор, железо, алюминий и другие элементы. Маркируют сплавы сочетанием «Бр», буквами, которые обозначают основные легирующие компоненты и цифрами, указывающими их содержание. Например: БрО5 - оловянная бронза, БрА5 - алюминиевая бронза. Химический состав бронзовых сплавов и их марки определены соответствующими ГОСТ. Купить бронзу вы можете на нашем сайте.

Бронза на основе меди и олова - это один из наидревнейших сплавов, полученных человеком. В III тысячелетии до нашей эры в Месопотамии и Южном Иране появились изделия из бронзы. Все, необходимое для быта человека, в древности изготавливалось из этого сплава. Археологи обнаружили оружие (кинжалы, топоры, наконечники стрел, мечи), мебель и предметы интерьера (зеркала), а также посуду (кувшины, вазы, тарелки). Кроме того, из бронзы изготавливали монеты и всевозможные украшения. Около V-IV веков до нашей эры античные скульпторы Греции научились отливать крупные бронзовые статуи, кстати, эта технология актуальна и сегодня. В средние века бронза использовалась для производства пушек и артиллерийских снарядов. Издавна из этого сплава отливали колокола. Изменяя состав и размер отливки, мастера создавали колокола с удивительным звучанием.

Классификация бронзы

По химическому составу различают:

Оловянные бронзы - это сплавы с основным легирующим компонентом оловом. Кроме олова, в качестве дополнительных компонентов могут присутствовать свинец, фосфор и цинк. С добавкой олова медь приобретает большую легкоплавкость, упругость, твёрдость. Следовательно, сплав лучше поддаётся полировке. Дополнительные компоненты улучшают механические, литейные, а также антифрикционные свойства.
Безоловянные (специальные) бронзы - это сплавы, не содержащие, в качестве легирующего элемента, олова. Они не уступают по свойствам оловянным бронзам, а по некоторым даже превосходят их.

По технологическому признаку бронзы делятся на:

Деформируемые - хорошо поддающиеся механической обработке: штамповке, рифлению, ковке. Содержание олова в них не более 6%, что обеспечивает необходимую пластичность. Из деформируемых оловянных бронз изготавливают листы, бронзовую проволоку, бронзовый пруток, бронзовую ленту.

Литейные - предназначенные для фасонных отливок. Из литейных оловянных бронз делают различные детали для машин, работающих в соленой морской воде, вкладыши подшипников, шестерёнки.

Свойства бронзы

Если провести сравнение с латунью, то бронза характеризуется более высокой коррозионной стойкостью, прочностью и антифрикционными свойствами. Она довольно стойкая на воздухе, в соленой воде, углекислых растворах и растворах многих органических кислот. Большинство видов бронзы поддаётся сварке и пайке твёрдыми и мягкими припоями.

В зависимости от количества добавок цвет бронзы может быть от красного до белого. Рассмотрим, как легирующие элементы влияют на свойства бронзы. Олово, никель, кремний и алюминий увеличивают прочность, стойкость к коррозии, а также упругие свойства бронз. В сочетании со свинцом, цинком и фосфором повышаются и антифрикционные свойства. Никель и железо значительно измельчают зерно и увеличивают температуру рекристаллизации. Кремний и марганец увеличивают жаростойкость. Хром, цирконий и бериллий повышают жаропрочность сплавов и немного снижают электропроводность.

Давайте вкратце ознакомимся с наиболее часто используемыми видами бронзы .

является лидером по показателю твёрдости среди других сплавов меди. В закалённом состоянии обладает хорошей пластичностью, технологичностью, а в состаренном состоянии - высокими механическими свойствами. Дополнительно повысить уровень механических свойств можно при помощи пластической деформации перед старением. Из бериллиевой бронзы изготавливают пружины, мембраны и инструменты.
Алюминиевая бронза характеризуется высокой плотностью, устойчивостью к агрессивным факторам окружающей среды и химическим элементам, хорошей стойкостью к морской воде. Такой вид бронзы поддаётся обработке режущими инструментами. Из неё изготавливают ленты и полосы труб.
Кремнецинковая бронза позволяет изготавливать изделия сложных форм, за счёт повышенной текучести в расплавленном состоянии. Такая бронза обладает высокой степенью сопротивления сжатия и не искрит при механических воздействиях.
Свинцовистая бронза обладает отличными антифрикционными свойствами, хорошо противостоит ударным нагрузкам, а также отличается высокой прочностью и тугоплавкостью. Применяется она для сильно нагруженных подшипников.
обладает всеми указанными выше свойствами и является наиболее широко применяемой в современной промышленности.

Получение

Бронзу получают путём сплавления меди и легирующих компонентов. Процесс происходит в электрических индукционных печах или в тигельных горнах. Шихта для плавки может состоять из свежих металлов, а также из отходов производства и вторичных металлов. Плавка проводится под слоем флюса или древесного угля.

В разогретую печь помещают необходимое количество угля или флюса, а затем загружают медь. После расплавления и нагрева меди до соответствующей температуры, расплав раскисляют фосфористой медью. Далее в расплав вводят подогретые легирующие элементы. В виде лигатур вводятся тугоплавкие легирующие элементы. Расплав перемешивают до растворения компонентов и нагревают до необходимой температуры. Перед разливкой расплав снова раскисляют фосфористой медью для устранения её окислов.

Бронза – это сплав меди с другими металлами, реже – неметаллами. Чаще всего бронзой называют сплав меди с оловом. Оно придаёт сплаву твёрдости, устойчивости к истиранию, химическим веществам, снижает температуру плавления.

Дополнительная добавка свинца повышает хрупкость бронзовой стружки – это полезно при вытачивании деталей на металлорежущих станках. Вводят в бронзу и цинк – на свойства сплава он не влияет, но заметно удешевляет его: олово-то гораздо дороже цинка.

Существуют десятки разновидностей бронзы. Помимо обычных оловянистых, есть бронзы алюминиевые, бериллиевые, кремнистые, фосфористые. Существуют бронзы с высоким содержанием магния, никеля, хрома, железа. У каждой из них свои особые свойства. Например, бериллиевая бронза исключительно прочна и упруга.

Где используют бронзу?

Всюду, где на детали воздействуют высокие механические нагрузки, истирание, агрессивные вещества. Бронзовыми делают трубы для перекачки химически активных жидкостей, вкладыши подшипников, вентили сантехники, гребные винты , клапаны, пружины, шестерни. Если где-то в цеху есть взрывоопасные и легковоспламеняющиеся вещества, то рядом с ними работают молотками и отвёртками из бронзы: она не даёт искр.

Из бронзы льют колокола, а в старину из особой пушечной бронзы делали артиллерийские орудия. (Царь-колокол и Царь-пушка в Москве – бронзовые).

Расплавленная бронза лучше, чем медь и сталь, заполняет формы сложной конфигурации. У неё меньше усадка и при остывании не образуются пустоты. За это её любят мастера художественного литья.

Когда и почему наступил бронзовый век?

Этот период в истории человечества сменил медный век, а кое-где к бронзе перешли прямо из века каменного. В разных местах бронзовый век наступал в разные сроки и был разным по продолжительности. Самым древним бронзовым изделиям – 6000 лет, найдены они в Иране и Ираке.

Скорей всего, древние металлурги случайно обнаруживали руду, в которой, помимо меди, было и олово. При её выплавке они неожиданно для себя получали новый материал и быстро оценили его преимущества.

Медь мягкая, изделия из неё быстро теряют остроту краёв, деформируются. Бронзовые инструменты, оружие, утварь, украшения служили лучше, надёжней и дольше.

Почему Пушкин назвал бронзовый памятник «Медным всадником»?

Конная скульптура Петра I на знаменитом памятнике в Санкт-Петербурге, конечно, отлита из бронзы. И Пушкин об этом, само собой, знал. Хотя бы потому, что в той же поэме именует Петра «кумиром на бронзовом коне».

Но в пушкинские времена в русской поэзии именно медь была символом вечности и славы. В литературе «высокого штиля» назвать бронзовым можно было коня, но никак не великого императора.

Позднее, в XX веке слово «бронзовый» приобрело нынешний, более благородный оттенок. Хотя и пушкинская «медь» не сдала всех позиций. Услыхав строку: «Звенит колокольная медь», можно подумать, что речь, и вправду, идёт о меди. А колокола ведь льют из бронзы.

Выпускают ли сейчас бронзовые деньги?

Такие монеты в ходу в более чем трёх десятках стран. В их числе Мексика, Сингапур, Украина, Иран, Танзания, Уругвай, Новая Зеландия. В некоторых странах бронзовым делают только покрытие монеты или её внешнее кольцо (Канада, ЮАР, Иордания, Венесуэла и др.).

В СССР с 1926 года и до распада страны бронзовыми были монеты в 1, 2, 3 и 5 копеек. До введения евро бронзовые денежки «ходили» в ряде европейских стран. Бронзовой была и 50-рублёвая российская монета 1993 года.

Бронза – «монетный» материал: твёрдый, довольно лёгкий и недорогой. Последнее делает её особенно выгодной для государства: затраты на производство невелики. Отпадает нужда следить за её вывозом за границу — это не золото, не серебро. Чтоб уменьшить вес и себестоимость, монеты обычно чеканят из алюминиевой бронзы. К тому же, она прочнее, устойчивей к коррозии и золотисто-жёлтого цвета.

Чем чистят бронзовые изделия в быту?

Блеск и яркость бронзовых дверных ручек, подсвечников и т.п. можно восстановить, почистив их кашицей из лимонного сока и пищевой соды или «тестом» из порошка цикория, замешанного на воде.

Если изделия невелико или разбирается на части, можно прокипятить его с жёлтым горохом в течение нескольких часов.

Но, вообще-то, специалисты советуют просто протирать бронзу фланелевым лоскутом без всякой «химии». Чистая темноватая плёнка на поверхности металла останется, но она-то и придаёт ему очарование старины.