Для чего применяют бронзу

Бронза – состав, свойства и характеристики сплава

Своей высокой популярностью бронза обязана не только своим декоративным характеристикам, но и целому ряду других свойств. Между тем немногие из тех, кто использует данный металл, могут назвать состав бронзы, а ведь именно он определяет характеристики этого медного сплава.

Бронза литейная БрОЗЦ8С4Н1 в чушках используется для производства антифрикционных деталей

Основные легирующие добавки

Бронза – это цветной сплав на основе меди, определяющей большую часть его характеристик. Производить и использовать бронзу для изделий различного назначения человек начал еще с древних времен, о чем свидетельствуют результаты археологических раскопок. Изначально использовалась бронза, состав которой был обогащен оловом. К сплавам данного типа относится, в частности, так называемая колокольная бронза (из нее на протяжении многих веков отливали колокола).

Кроме бронз, содержащих в своем составе олово, сегодня активно используются и сплавы меди, в которых данного химического элемента нет. Вместо олова в качестве основной легирующей добавки в таких медных сплавах применяются:

  1. бериллий, который придает бронзе повышенную прочность;
  2. кремний и цинк – элементы, благодаря которым поверхность бронзового изделия становится очень устойчивой к истиранию и улучшается текучесть бронзы, что особенно важно для выполнения литейных операций;
  3. свинец, придающий бронзе устойчивость к коррозии;
  4. алюминий, наделяющий бронзу достойными антифрикционными свойствами и высокой устойчивостью к коррозии.

На вопрос же о том, какой металл обязательно присутствует в любой бронзе, можно ответить однозначно: это медь.

Химический состав различных марок бронзы (нажмите для увеличения)

Кроме разделения по химическому составу, существует классификация бронзовых сплавов по технологии обработки:

  • деформируемые (используемые для производства изделий, которые обрабатывают методом пластической деформации);
  • литейные (изделия из них производят методом литья).

Современная промышленность выпускает множество марок бронзы, отличающихся своим химическим составом и, соответственно, характеристиками и областью применения. Многие опытные мастера даже по цвету бронзы могут определить, к какому типу она относится. Однако далеко не все это умеют. Самым верным и наиболее простым способом получения информации о том, что содержится в составе бронзы определенной марки и к какому типу она относится, является расшифровка маркировки, которая включает в себя как буквенные, так и цифровые обозначения.

Струны для гитары: слева из обычной оловянной бронзы (20% олова), справа из фосфорной (7,7% олова, 0,3% фосфора)

Все марки бронзовых сплавов, выпускаемые современными предприятиями в строгом соответствии с требованиями нормативных документов (ГОСТов), перечислены в специальных таблицах, из которых можно получить информацию не только о химическом составе сплава определенной марки, но и о сферах его применения и характеристиках. Впрочем, даже не пользуясь такими таблицами, можно определить тип сплава и его химический состав, если знать, по какому принципу формируется его обозначение.

Механические свойства и применяемость оловянных бронз (к — литье в кокиль, п — литье в песчаную форму)

Понять, что перед вами бронза, сплав меди, можно по первым буквам «Бр», присутствующим в маркировке. После них ставятся буквы, по которым можно узнать, какие еще металлы, кроме меди, содержатся в химическом составе данного сплава. Нормативным документом установлены следующие правила обозначения химических элементов, присутствующих в составе бронзы:

Обозначение добавок в составе бронзы

Что характерно, в маркировке бронзы любой марки не указывается количество меди, содержащейся в ее химическом составе. При этом цифры, присутствующие в обозначении, указывают на количественное содержание (в целых долях процента) остальных элементов. Соответственно, количество меди, содержащееся в бронзе определенной марки, высчитывается как разность между 100% всего состава и количеством добавок. Например, в бронзе марки Бр АЖ 9-4, содержится 9% железа и 4% алюминия, остальные 87% составляет медь.

Бронзовый металлопрокат выпускается в виде ленты, проволоки, труб, втулок, плит и прутков

Количество чистой меди, содержащейся в составе бронзы, оказывает влияние не только на технологические и эксплуатационные характеристики изделия, но и на цвет его поверхности. Так, изделия из наиболее распространенных марок бронзовых сплавов, в составе которых около 85% меди, отличаются золотистым цветом. Если количество меди уменьшить до 50%, то на выходе может получиться белая бронза, очень похожая по своему цвету на серебро. При желании может быть получена серая и даже черная бронза – такого результата можно добиться, если уменьшить количество меди в составе сплава до 35% и ниже.

Читайте также:  Как покрыть древесину медью

Многие старые бронзовые изделия, поверхность которых имеет практически черный цвет, приобрели его не из-за использования для их производства сплава определенного состава, а в результате воздействия времени и различных внешних факторов (пожары, длительное нахождение в сырой земле и др.). В древности просто не могло существовать технологий производства бронзы, состав которой дополняют редкоземельные металлы, придающие ей насыщенный черный цвет.

Марки и сферы их применения

Естественно, что различные химические элементы в состав любой бронзы вводят не бесцельно, а для того, чтобы улучшить ее свойства. Так, содержание в бронзе такого металла, как олово, оказывает влияние на ее пластичность. Чем больше в составе бронзы содержится данного металла, тем более твердым и, соответственно, более хрупким становится сплав. Однако самое значительное влияние на твердость и прочность бронзы оказывает такой химический элемент, как бериллий. Некоторые марки бронзовых сплавов, содержащие в своем химическом составе бериллий, превосходят по своим прочностным характеристикам высококачественные стали. Если подвергнуть бериллиевую бронзу процедуре закалки, то она наряду с высокой прочностью приобретает упругость, что позволяет изготавливать из такого материала пружины, рессоры и мембраны различного назначения.

Свойства и применение бериллиевых бронз (нажмите для увеличения)

Из бронзовых сплавов, химический состав которых обогащен алюминием, производят изделия, которые должны сочетать достаточно высокую прочность с исключительной коррозионной устойчивостью. Благодаря характеристикам бронзовых сплавов данного типа изделия из них успешно эксплуатируются в самых неблагоприятных условиях (повышенная влажность, воздействие морской воды и др.). В тех случаях, когда из бронзы необходимо изготовить изделие, которое в процессе эксплуатации будет подвергаться значительным ударным и фрикционным нагрузкам, лучше применять сплавы, содержащие в своем химическом составе свинец. Из такой бронзы, в частности, производятся подшипники, используемые в механизмах различного назначения.

Особенности безоловянных алюминиевых бронз

Бронзы, в составе которых, кроме меди, содержится кремний и цинк, отличаются повышенной текучестью в расплавленном состоянии, поэтому их используют преимущественно для производства сложных деталей методом литья. Отличительным свойством бронз данного типа является и то, что при механическом воздействии на изделия, которые из них изготовлены, не образуются искры. Такое качество очень важно во многих случаях.

Относительно новым видом бронз, которые были разработаны в связи с развитием нефтедобывающей промышленности, являются медные сплавы, состав которых обогащен алюминием и никелем. Такие бронзы, отличающиеся исключительной коррозионной устойчивостью, часто называют морскими, потому что изделия из них способны сохранять все свои первоначальные характеристики даже после длительной эксплуатации в соленой морской воде. Получить такие сплавы, которые активно используются для производства элементов нефтяных платформ, устанавливаемых на морских и океанских шельфах, удалось благодаря развитию металлургической промышленности.

Большая часть марок бронзовых сплавов не магнитится, что дает возможность успешно использовать их для производства изделий электротехнического назначения.

Как производят бронзу

За длительный период существования технологии производства бронзы изменились только инструменты и оборудование, а суть осталась прежней. Как и в древние времена, в качестве сырья для получения этого медного сплава может выступать шихта или бронзовые отходы, а флюсом, который предотвращает слишком интенсивное окисление металла в расплавленном состоянии, является древесный уголь.

Эта установка центробежного литья позволят производить бронзовые заготовки весом до 50 кг

Сам процесс плавки, в результате которой и получают бронзу, выполняется в следующей последовательности.

  • Тигель с исходным сырьем помещают в печь, предварительно разогретую до требуемой температуры.
  • Чтобы металл после расплавления сильно не окислялся, к нему добавляют измельченный древесный уголь – флюс.
  • После того как металл полностью расплавится и хорошо прогреется, в его состав вводят фосфористую медь, играющую роль кислотного катализатора.
  • После некоторой выдержки в прогретом состоянии в расплавленный металл добавляют легирующие и связующие элементы (лигатуры), после чего полученный сплав тщательно перемешивается.
  • Перед разливкой расплавленного металла в него вновь добавляют фосфористую медь, которая в данном случае необходима для снижения активности окислительных процессов.

На всех этапах производства надо очень тщательно следить за соблюдением правильного температурного режима в печи и самом сплаве. Следует также контролировать количество легирующих и связующих компонентов, добавляемых в расплавленный металл.

Естественное и искусственное патинирование

Многие наверняка задавались вопросом о том, почему старые бронзовые изделия выглядят не как обычная, а как зелено-белая бронза. Такой цвет появляется из-за образования пленки, которая называется патина. Фактором, который влияет на процесс образования такой пленки и интенсивность его протекания, является взаимодействие поверхности бронзового изделия с окружающим воздухом и содержащимися в нем компонентами (выхлопные газы, дым, водные пары и др.).

Читайте также:  Как наплавить чугун полуавтоматом

Патина, которая может быть оксидного или карбонатного происхождения, представляет собой защитную пленку. Ее наличие делает вид изделия более благородным (достаточно взглянуть на фото старых бронзовых предметов, чтобы понять это).

Сахарница из патинированной бронзы

На сегодняшний день разработаны технологии, которые позволяют не только снимать с поверхности бронзового изделия слой патины, но и выполнять искусственное патинирование, чтобы придать бронзовому предмету некоторую винтажность. Выполняют такое патинирование с помощью препаратов, содержащих в своем составе серу. После их нанесения на поверхность изделия его нагревают до определенной температуры.

Кроме искусственной патины, поверхность бронзовых изделий может покрываться слоем лака, позолоты, хрома или никеля.

Источник

Бронза

Бронза — это многокомпонентное соединение, которое состоит из меди с добавлением различных металлов и неметаллов. Открыли бронзу еще в 5 тысячелетии до н.э., а активно применять начали в 4 тыс. до н.э. с чем связывают начало бронзового века. За это время люди создали множество бронзовых сплавов с разными легирующими элементами: алюминием, свинцом, фосфором, бериллием, марганцем, кремнием, железом, хромом, оловом.

Виды бронзы

Бронза классифицируются по наличию олова в составе, способности к механической деформации, типу главного легирующего элемента. В зависимости от состава бронза бывает двух категорий:

  • Оловянная. В эту категорию входят сплавы, в которых содержится более 4% олова. Изделия из оловянных бронз отличаются минимальным уровнем усадки в процессе литья, податливостью к обработке, износостойкостью.
  • Безоловянная. В ней нет олова, при этом по физико-механическим качествам она не уступает оловянным сплавам, а по некоторым показателям и превосходят их.

По технологичности бронза делятся на:

  • Деформируемую. Материал без ограничений поддается механообработке, включая штамповку, гибку, ковку, нанесение перфорации. Олова в нем не более 6%, что объясняет наличие необходимых пластических свойств заготовок.
  • Литейную. Предназначается для отливки фасонных металлоизделий со сложным профилем. Ее использование позволяет получать детали машин и механизмов, работающих при контакте с агрессивными средами, в условиях трения и износа.

Область применения бронзовых металлоизделий зависит от типа присадки, которая использовалась в их создании:

  • Бериллиевая бронза. Характеризуется хорошими пружинящими качествами, жаропрочностью, устойчивостью к коррозии, сохраняет первоначальные характеристики при отрицательных температурах.
  • Алюминиевая бронза. Ее ключевые особенности — это плотность, небольшой удельный вес, стойкость к химически активным веществам и негативному воздействию атмосферных явлений.
  • Кремниевая бронза. К плюсам кремниевых соединений относится упругость, к тому же они не магнитятся, не искрят при ударах.
  • Свинцовая бронза. Среди преимуществ можно выделить низкий коэффициент трения, устойчивость к термическим и ударным нагрузкам.
  • Оловянная бронза. Сочетает в себе все вышеперечисленные характеристики и относится к наиболее востребованной во всех сферах промышленности.

Физико-химические свойства

По внешним признакам бронзовые, латунные, медные и алюминиевые изделия имеют много схожих признаков. В сравнении с латунью продукция из бронзы характеризуется более выраженной стойкостью к абразивному износу. Медный металлопрокат имеет более высокую тепло- и электропроводность, а если сравнивать бронзу с алюминием, то она будет иметь большую плотность.

На свойства продукции оказывает прямое влияние ее химический состав. Введение даже незначительного объема легирующих веществ меняет физические характеристики металла.

Влияние легирующих компонентов:

  • олово, фосфор и железо — повышают коррозионную устойчивость, прочность и твердость;
  • свинец — увеличивает податливость материала к раскрою и резке;
  • цинк и хром — отвечают за литейные качества и жаропрочность;
  • никель, кремний, марганец и цирконий — повышают упругость, способность к пластической деформации;
  • бериллий — образует на поверхности изделий защитную пленку, которая препятствует окислению.

Методы получения

В производстве бронзы применяется несколько технологий. Классический способ заключается в плавке меди и дополнительных элементов во вращающихся втулках из стали или чугуна. В процессе плавки безоловянных сплавов самый важный параметр — это контроль температуры и однородности расплава, который заливается в формы. Бериллиевые и кремнистые сплавы выплавляются в электрических индукционных печах с использованием древесного угля. Конечным продуктом переплавки сырья является получение чушек и слитков, которые идут на дальнейшую переработку.

Читайте также:  Гост 19903 2015 какая марка стали

Сфера применения

Бронзовый прокат востребован во многих сферах деятельности человека. Его популярность обусловлена широким сортаментом и большим выбором типоразмеров металлопродукции. Самые распространенные виды металлопроката из бронзы:

  • Втулки относятся к расходникам в машиностроении и приборостроении. Они используются как подшипники скольжения для бытовых приборов и различного оборудования, включая насосы, паровые турбины, металлопрокатные станы, редукторы, генераторные установки. В машиностроительной отрасли они служат для оснащения тяжелой техники, экскаваторов, бульдозеров.
  • Круги в зависимости от диаметра поставляются в бухтах и в виде профилей. Они используются в производстве комплектующих и запасных частей для механизмов и установок в железнодорожной, автотракторной, машиностроительной промышленности.
  • Трубы из бронзы обладают хорошей пропускной способностью. Они незаменимы в создании систем водоснабжения, отопления, а также топливных систем, сточных и водосборных, вентиляционных и климатических. Манометрические трубки применяются в изготовлении пружинной продукции для точных приборов.
  • Проволока служит для полуавтоматической сварки, а также идет на изготовление сварочных электродов, обмотки, кабелей, проводов. Из нее делают ювелирные украшения и бижутерию, тканую сетку для фильтрации и очистки газов, жидкостей и суспензий, деления на фракции материалов с сыпучей структурой.
  • Лента выполняет роль полуфабриката для упругих чувствительных элементов в приборостроении. Благодаря внешней привлекательности бронзовый прокат нашел применение в создании интерьерного и архитектурного декора.
  • Прутки с квадратным и шестигранным сечением используются как заготовки для крепежа и метизов — болтов, гаек, шурупов, заклепок.

Расшифровка маркировки бронзовых сплавов

В маркировочном коде каждой марки бронзы с помощью букв и цифр зашифрована информация, которая характеризует тип сплава, обозначения легирующих компонентов и примесей по нисходящей. Буквы указывают на вид легирующего компонента, а цифры — на его усредненное содержание в процентах.

Например, марка БрОЦС4-4-2,5 — это бронза (Бр), легированная оловом (О), цинком (Ц) и свинцом (С). Олова и цинка в сплаве по 4%, свинца 2,5%. Соответственно процентное содержание меди в данном сплаве будет составлять 100 — (4 + 4 + 2,5)= 89,5%.

У деформируемых бронз сначала идет подряд буквенное обозначение, а потом проставляются цифры, к примеру, как у сплава БрОФ2-0,25. У литейных марок после обозначения каждого легирующего элемента проставляется его объем в процентах. Примером может служить литейный сплав БрА10Ж3Мц2, где:

  • Бр — это бронза;
  • А10 — 10% алюминия;
  • Ж3 — 3% железа;
  • Мц2 — 2% марганца.

Отличия бронзовых сплавов

Каждый тип бронзы отличается набором уникальных характеристик, которые определяются содержанием химических элементов.

  • БрБ2. К ценным свойствам можно отнести податливость сварке и пайке серебряными припоями, высокие показатели электро- и теплопроводности, отсутствие искрения. Это позволяет использовать ее для изготовления инструментов, применяемых для работы на взрывоопасных предприятиях — в шахтах, на рудниках, заводах по переработке нефти и газа.
  • БрАЖ9-4. Алюминиево-железные бронзы улучшаются под действием термообработки, закалке и отпуску, в результате у материала повышается пластичность, твердость и устойчивость к истиранию.
  • БрАЖН10-4-4. Для металла, легированного алюминием, никелем, железом, характерна жаропрочность, прочность на разрыв, атмосферостойкость, низкая электропроводность, стойкость к эрозии.
  • БрОФ. Применяется в промышленном производстве металлоизделий путем прессования, волочения, холодной прокатки под давлением. Главной особенностью марок БрОФ является коррозионная стойкость.
  • БрОЦ4-3. Бесспорный плюс оловянисто-цинковых бронз — отличная деформируемость. Они хорошо поддаются обработке как в холодном, так и в горячем состоянии.
  • БрОЦС4-4-2,5. Преимущества деформируемых сплавов — это отличные антикоррозионные, антифрикционные и пружинящие показатели, податливость токарной и фрезерной обработке.
  • БрОЦС5-5-5. Литейные бронзы, обладающие универсальными эксплуатационными параметрами, прекрасно режутся, не боятся трения и термического воздействия, хорошо поддаются плавке, равномерно заполняя изложницы любой конфигурации.
  • БрАЖМц. Медь с присадками алюминия, железа и марганца сохраняет исходный уровень прочности при нагреве, длительном воздействии агрессивных сред, включая морскую воду, растворов большинства кислот и щелочей, продуктов нефтепереработки, органических веществ.

Заполните данные ниже и наши менеджеры обязательно свяжутся с Вами в самое ближайшее время, а также проконсультируют по интересующим вопросам

Источник

Поделиться с друзьями
Металл и камни