Что такое бронза: виды сплава, состав и свойства

Характеристика бронзыБронза - это сплав меди с оловом, алюминием, свинцом, кремнием и бериллием. В состав сплава могут входить самые разные металлы, по названиям которых дается имя: оловянная бронза, алюминиевая. Процент примесей не должен превышать 2,5%. Исключением являются никель и цинк - медные сплавы с этими элементами называются мельхиором и латунью соответственно. Однако незначительное количество цинка все же может присутствовать в составе - его количество должно быть ниже суммы всех остальных примесей, иначе сплав будет считаться латунью.

Само название произошло от итальянского «bronzo». Впервые сплав начали использовать еще в 35-33 веке до н.э. (точные даты не установлены), когда начался бронзовый век, пришедший на смену медному. Благодаря улучшению обработки меди и олово удалось получить достаточно прочный и красивый сплав, который продержался почти до 11 века до н.э. Ее использовали для производства наконечников стрел и копий, кинжалов, ножей, мечей и другого холодного оружия, для производства деталей мебели, зеркал, посуды, ваз, кувшинов, украшений, статуй и монет.

В Средние века бронзу применяли для изготовления церковных колоколов и пушек, последние изготовлялись из специальной пушечной бронзы до XIX века.

Физические свойства

Физические свойства сплава зависят от его состава и могут значительно колебаться. В отличие от латуни бронза обладает более высокой антикоррозийной стойкостью и антифрикционными свойствами. Она более прочна и оказывает стойкое сопротивление воздуху, воде, соли, органическим кислотам. Также бронзу легко паять и сваривать.

  1. Какими свойствами обладает бронзаПлотность: 7800-8700 кг/м3.
  2. Температура плавления: 930Со - 1140Со.
  3. Цвет колеблется от красного до белого.
  4. Обладает повышенной сопротивляемостью износу и низким коэффициентом трения, справляется даже при низкой температуре до -250Со.
  5. Некоторые виды бронзы имеют высокую паростойкость, теплопроводность и электропроводность и используются в технике, работающей в тяжелых условиях.

Получение

Бронзу получают путем сплавления меди с разными металлами для повышения определенных характеристик. Для этого используют индукционные печи и тигельные горны, пригодные для плавки любых медных сплавов. Плавку обычно проводят под слоем древесного угля или флюса. Для плавки могут использовать как свежую руду, которая еще не подвергалась обработке, так и вторичные отходы. Последние обычно добавляют к свежей медь в процессе сплавления.

При использовании только свежей руды соблюдают следующий порядок: в разогретую предварительно печь складывают уголь или флюс, загружают медь и прогревают до ее расплавления - 1150Со - 1170Со. Затем металл окисляют добавлением фосфористой меди, иногда ее вводят в несколько приемов - 50% сразу, 50% - в ковше. После раскисления вводят дополнительные добавки, прогретые до 100Со - 120Со.

Если дополнительные металлы тугоплавкие, то их сперва полностью растворяют в жидкой меди, а затем прогревают до определенной температуры. Вытащив сплав из печи, его раскисляют вводом 50% фосфористой меди, чтобы избавиться от окислов.

Если используют вторичные металлы или отходы, то сперва чистую медь расплавляют, раскисляют фосфористой медью и добавляют вторичные металлы. После расплавления последний в жидкую медь вводят добавки и дожидаются их расплавления. После нагревания до определенной температуры сплав раскисляют фосфористой медью, засыпают просушенным флюсом или прокаленным древесным углем. Смесь нагревают и оставляют на 20-30 минут, временами перемешивая. Когда время закончится, с поверхности удаляют выступивший шлак и разливают по формам.

Виды бронзы

Оловянная

Разновидности сплавов бронзыОловянная бронза наиболее широко применяется в современной промышленности. Это сплав меди с оловом (в классическом соотношении 80% к 20%), который обладает хорошей прочностью и твердостью, при этом легче плавится и обладает высокой антикоррозийной стойкостью и антифрикционными свойствами.

Оловянная бронза с трудом поддается ковке, прокатке, резке, заточке и штамповке и в основном пригодна исключительно для цельного литья. Небольшая осадка (не более 1%) позволяет использовать материал при создании особо точных изделий в художественном литье.

По желанию к сплаву могут добавить другие металлы.

  1. Цинк (не более 10%) повышает коррозионную стойкость сплава и используется для создания элементов кораблей и судов, которым придется часто контактировать с морской водой.
  2. Благодаря добавлению свинца и фосфора можно существенно улучшить антифрикционные свойства бронзы, также сплав легче обрабатывается давлением и резанием.

Безоловянные

В некоторых случаях применение олова недопустимо. В этом случае на помощь приходят другие металлы, добавление которых позволяет получить необходимые характеристики. И хотя оловянная бронза является эталоном и наиболее востребована, безоловянные бронзы не уступают ей.

Свинцовистая или свинцовая

Свинцовая бронза является прекрасным антифрикционным сплавом, хорошо сопротивляются давлению, обладает повышенной прочностью и тугоплавкостью. Ее применяют для изготовления подшипников, подвергающихся наибольшему давлению при работе.

Кремнецинковая

Использование бронзыКремнецинковая бронза состоит из меди (97,12%), кремния (0,05%) и олова (1,14%). Она довольно текучая и пластичная, что позволяет использовать ее в качестве материала для изделий сложной формы. Она обладает повышенным сопротивлением при сжатии, не магнитится и не дает искры при обработке. Отличается упругостью и антифрикционными свойствами, не теряет пластичности при пониженных температурах, хорошо спаивается. Часто содержит никель или марганец.

Бронзу используют при изготовлении пружин, подшипников, решеток, направляющих втулок, испарителей и сетей.

Бериллиевая

Бериллиевая бронза является наиболее твердой из всех видов. Она обладает повышенными антикоррозийными свойствами и жаропрочностью, устойчива при низких температурах, не дают искр при ударах и не магнитятся. Металл закаляют при 750Со - 790Со, состаривают - при 300Со - 325Со. В бериллиевую бронзу иногда добавляют никель, железо или кобальт, чтобы облегчить технологию закалки. Кроме того, никелем можно заменить бериллий.

Материал используют для создания пружин и пружинящих деталей, мембран, для деталей часов.

Алюминиевая

Алюминиевая бронза состоит из меди (95%) и алюминия (5%). Имеет приятный золотой цвет и блеск, выдерживает длительное воздействие агрессивной среды, например, кислот. Сплав обладает большей плотностью отливки, жаропрочностью и повышенной прочностью, хорошо переносит низкие температуры. Из недостатков стоит отметить более слабую коррозийную стойкость, более сильную усадку, а также сильное газопоглощение в жидком состоянии.

Бронзу используют для изготовления деталей автомобилей и в пороховом производстве, выплавляют шестеренки, втулки, монеты и медали.

Остальные металлы

Помимо указанных выше, в бронзе могут присутствовать и другие элементы. Никель и железо увеличивают температуру рекристаллизации и способствуют измельчению зерна. Хром и цирконий снижают электропроводность и повышают жаропрочность бронзы.

Маркировка

Бронза и ее сфера использованияЧтобы выбрать правильный вариант металла, достаточно внимательно посмотреть на его маркировку. Это поможет безошибочно определить особенности и характеристику выбранного вида.

Первыми идут буквы «Бр» - это означает «Бронза». Затем в ряд расположены одна или несколько букв, за которыми прячутся добавки: О - Олово, А - Алюминий, К - Кремний, Н - Никель, Мц - Марганец, Ж - Железо, С - Свинец, Ф - Фосфор, Ц - Цинк, Б - Бериллий. Следом через дефис записаны цифры - это процентное содержание каждой добавки по очереди.

Например, обозначение Бр А Ж Н -10 -4 -5 можно расшифровать так: Бронза с содержанием Алюминия (10%), Железа (4%) и Никеля (4%).

Применение

Бронзу активно используют в промышленность и самых разных сферах. В первую очередь бронзу применяют в одноименном прокате: ее выпускают в виде труб, проволоки, листов и прутьев. Металл можно встретить и в автомобилестроении, химической, пищевой, строительной и топливной промышленностях. Из нее производят шестеренки, подшипники, втулки, пружины и другие детали, которые подвергаются воздействию агрессивной окружающей среды и часто работают при повышенном давлении. В отличие от латуни бронза прекрасно переносит механические нагрузки и более пластична.

Из металла производят предметы искусства, скульптуры, кованные изделия, украшения, посуду и художественные предметы.