fallback-image

Бронза: склад та маркування, види сплавів і їх властивості, сфери застосування

Бронза, яка так здавна відома людям, являє собою найцінніший сплав з унікальними характеристиками. У статті буде докладно розглянуто склад бронзи, її види та особливі властивості кожного з них. Також цікаво буде дізнатися про сучасну сфері застосування цього сплаву.

Що таке бронза?

Бронза є багатокомпонентним сплавом, що складається з двох і більше елементів, основний з яких мідь. Інші елементи називаються легуючими і використовуються для удосконалень показників металу. Частка легуючих складових в бронзі може бути від 2,5%. Застосовують в цій якості марганець, олово, свинець, хром, фосфор, залізо та інші елементи, крім цинку. Поєднання міді і цинку, носить найменування латуні.

Залежно від кількісного вмісту в сплаві міді добавок, бронза матиме різний відтінок кольору. Вогненно червоні відтінки говорять про високий відсоток міді, а ось холодний сталевий колір — про наявність в бронзі не більше 35% міді.

Історія бронзового сплаву

Бронза, як відомо ще зі шкільних підручників, застосовувалася з дуже давніх часів. Найдавнішими сплавами, зроблені людьми, були сплави міді та олова. Знахідки в районі Месопотамії і Південного Ірану свідчать про те, що перші бронзові вироби датуються III тисячоліттям до н.е. З міді виготовляли все: посуд (тарілки, глечики та горщики) зброя (мечі, наконечники стріл і сокири), дзеркала, гроші у вигляді монет і, звичайно, найрізноманітніші прикраси. Античні грецькі скульптори (V-IV століття до н.е.) також оцінили якості бронзи при литві великогабаритних статуй. Подібна технологія використовується і в наш час.

У середньовіччі, таке рясне на війни, зі сплаву міді та олова відливали гармати і снаряди для артилерії. Найбільш відоме втілення бронзи — дзвін, варіюючи склад, розмір і товщину стінок, майстри домагалися найприємніших звучань бронзового дзвони, яке розливалося по окрузі.

Служачи людям своїми унікальними властивостями, вона не втрачає своєї популярності. Походження слова пов’язують з перським словом, що позначає мідь — berenj. Надалі воно було трансформовано в італійське слово bronzo.

маркування бронзи

Щоб позначити той чи інший сплав його маркують таким чином:

  • Спочатку варто буквене поєднання «Бр» — бронза;
  • Далі, літери, що вказують на основні легуючі елементи;
  • В кінці цифри, що визначають зміст легуючих елементів в матеріалі.

Так, прикладом може служити маркування БрО5 — вміст у сплаві 5% олова, БрА5 — 5% алюмінію.

Маркування необхідна не тільки для визначення складу і властивостей бронзи, а й її питомої ваги. Щоб це зробити, досить скористатися таблицею з довідника. Але якщо марка невідома, тоді допоможе хімічний аналіз. Це необхідно для обчислення обсягу заготівлі, так як її формула відображає відношення маси до об’єму. Знаючи питому вагу окремо взятого сплаву можна обчислити об’єм деталі з певною масою і навпаки, який буде вага у бруска заданої величини.

властивості бронзи

Як вже було зазначено, властивості бронзи безпосередньо залежать від наявності в ній одній або декількох легуючих елементів, а також від їхнього процентного вмісту.

Бронза володіє:

  • Більш високу корозійну стійкість, міцність і більш низьким коефіцієнтом тертя, ніж у латуні;
  • Стійкістю на повітрі, в солоній воді, вуглекислих розчинах і розчинах, що містять органічні кислоти;
  • Здатністю до зварювання і пайку;
  • Відтінками від червоного до білого;
  • Інші показники залежать від складу.

склад бронзи

Далеко не всяке поєднання в сплаві міді та іншого елемента є бронзою. Мідь і цинк, як уже було сказано, утворюють жовтувато-золотистий сплав під назвою латунь. А ось мідь з нікелем втілюються в мельхіор, що використовувався колись для дивно звучать ложок, а в більшій мірі для монет. Він цінується за те, що довго не втрачає свій сріблястий відтінок і сяйво.

олов’яне бронза

Основний легуючий компонент такої бронзи олово. Додатково в сплав вводиться свинець, фосфор, миш’як і цинк. Олово наділяє мідь особливими якостями — кращої легкоплавкістю, твердістю і пружністю. Таке поєднання властивостей ідеально підходить для полірування. Інші легуючі елементи роблять сплав стійким до корозії і зручнішим для лиття.

При введенні олова до позначки 5% від загальної маси, починає знижуватися пластичність сплаву, а при 20% олова матеріал стає крихким. З цієї причини сплави, де частка олова перевищує 6-ти% бар’єр, придатні в основному для лиття, але для прокату або кування не годяться. Для того щоб бронзовий сплав був більш придатний для механічної обробки в нього вводять про 5% свинцю, який забезпечує полегшене стружколоманіе. Фосфор розкислює сплав, який називають фосфористим, якщо відсоток цього елемента більш одиниці.

Застосування цинку допомагає значно здешевити матеріал, практично не надаючи будь-якого впливу на якість сплаву олова з міддю. Таким чином, до складу вводитися до 10% цинку без зміни механічних властивостей, знижуючи собівартість продукції.

Найбільша частка олова може становити 33%, при якій бронза знаходить приємний сріблясто-білий колір. Залежно від зміни частки цього елемента, досягається колір матеріалу від червоного до жовтого.

Спеціальна бронза (без олова)

Сплави з міддю, що не містять олова в якості легуючого компонента, називають спеціальної або безоловяной бронзою. Такі сплави міді з алюмінієм, залізом, свинцем, кремнієм і т.д. бувають самого різного призначення. Вони можуть значно перевершувати по якостям сплави з оловом, а їх колірна гамма ще багатша різноманітністю.

Алюмінієва бронза виграє по механічним якостям в порівнянні з олов’яної. Разом з тим алюмінієві сплави хімічно стійкі. Сплав міді з кремнієм і цинком показує відмінну текучість в рідкому стані.

Берилієва бронза вигідно відрізняється від інших по пружності, володіючи при цьому високу твердість. Крім того, відзначається висока зварюваність, хімічна стійкість берилієвої-мідного сплаву. Він відмінно працює з ріжучим інструментом, подаючись його обробці. З цієї причини цей сплав підходить для виготовлення таких деталей і елементів, як мембрани, пружини, контакти з пружними властивостями. Вони легко і надійно зварюються і є довговічними.

характеристики бронзи

технологічні характеристики

За своїми технологічними властивостями бронзи можуть бути:

  • Деформуємі або легко піддаються механічному впливу. Такими властивостями володіють сплави, що містять не більше 6% олова. Їх пластичність дозволяє виробляти штампування, кування і виготовляти рифлені бронзові матеріали. Саме з деформованих сплавів роблять бронзову дріт, стрічку і листи і т.п .;
  • Ливарні — розраховані на фасонне лиття. З таких ливарних бронз на основі міді та олова виготовляють машинні деталі, які можуть працювати в морській воді, а також шестерінки і вкладиші для підшипників.

Теплопровідність бронзових сплавів

Якщо говорити про теплопровідності, то вона падає з введенням легуючих добавок. Незважаючи на те, що мідь дуже добре проводить тепло, її сплави з іншими компонентами втрачають більший відсоток цього показника. Невисока теплопровідність робить бронзу непридатною для вузлів тертя, зварювальних електродів і інших елементів, де потрібна швидка віддача і відведення тепла. Однак, низьколеговані бронзові сплави близькі по теплопровідності до міді.

виробництво бронзи

Процес отримання цього металу відбувається в електроіндукціонних печах або тигельних горнах, де мідь сплавляється з легуючими добавками. Плавка проходить під пластом флюсу або деревного вугілля. Суміш вихідного матеріалу для плавлення може бути приготовлена ??як зі свіжих металів, так і з вторсировини.

Процес виробництва бронзи:

  1. У розігріту піч поміщається певна порція вугілля або флюсу;
  2. У піч завантажують мідь, де вона плавитися і розігрівається до потрібної температури;
  3. Розплавлений матеріал раскисляют за допомогою фосфористої міді;
  4. У розкислення розплав додають легуючі компоненти, доведені до гарячого стану. Тугоплавкі легирующие добавки вводячи у вигляді лігатур;
  5. Все перемішується до повного розчинення складових і нагрівається до температури по технології;
  6. Перед тим як почати розливання, роблять повторне розкислення фосфористої міддю для видалення її окислів;
  7. Отриманий бронзовий сплав прекрасно плавиться і заповнює формувальні ємності у вигляді злитків стандартної і круглої форми;
  8. Злитки проходять прокатку або прес-обробку.

Сфера застосування

Завдяки своїм різноманітним властивостям бронзу застосовують в машинобудуванні, ракето- та авіабудуванні, суднобудуванні і багатьох інших галузях. Якість антикорозійного стійкості, зносостійкості і низький коефіцієнт тертя зробило її незамінним матеріалом для машин і агрегатів, які залучені в рухливі вузли з високим тертям. З іншого боку, бронзові деталі потребують періодичного оновлення. Завдяки хімічної стійкості безолов’яні сплави бронзи застосовується для прокату елементів хімпрріборов, виготовлення регулюючої арматури для різних трубопроводів.

Незмінна популярність застосування бронзи у виготовленні скульптур обумовлена ??її придатністю для лиття, а також атмосферної стійкістю, довговічністю і міцністю. Важливий фактор зовнішньої привабливості бронзової скульптури — колір і блиск, що притягає погляд. Крім того, бронза надає виробу солідності з ефектом старовини. З цієї причини з бронзових сплавів виготовляють складні люстри, канделябри і інші елементи декору в театрах і палацах.