Виды и состав сплавов бронзы, их различия и сфера применения, влияние состава на различные свойства металла


Какие металлы добавляются в состав сплава бронзы. Какими характеристиками обладает сплав. Где применяются подобные сплавы.

Что такое бронза

Бронза – сплавы меди, где основным легирующим компонентом могут выступать различные металлы и неметаллы. Свойства сплавов заметно зависит от соотношения компонентов и их качеств, а также фазового состава расплава.

Металл обладает массой превосходных свойств как пользовательских, так и декоративных. И сегодня мы рассмотрим состав сплава, виды, марки бронзы и их применение, краткое описание свойств материала и его характеристики, а также отличие бронзы от латуни.

Хотите расплавить бронзу для изготовления изделий? Тогда это видео вам поможет:

Понятие и особенности

Самый древний из известных составов включает в себя медь и олово, а также другие компоненты, содержание которых незначительно. Маркируется сплав в соответствии с составом, при этом доля меди не указывается, но может быть вычислена по содержанию других компонентов.

Так, марка БрАМЦ-7-1 означает, что речь идет о бронзе, в которой содержится 7% алюминия и 1% марганца. Соответственно, меди в сплаве содержится 92%, а олова нет вовсе, то есть, это марка безоловянной бронзы.

В зависимости от количества примесей сплав может иметь разный цвет. Материал, где доля меди составляет более 90%, имеет красноватый цвет, до 85% – желтый, а сплав с долей меди в 35% отличается серо-стальным цветом.

Но, что гораздо важнее, соотношение компонентов определяет свойства сплава. Так, красная бронза с долей олова в 2% отличается очень высокой пластичностью, ее можно ковать при нормальной температуре. А материал, содержащий 15% олова, становится твердым и прочным: в древности такой сплав использовали для изготовления оружия.

Эти свойства – пластичность и твердость в зависимости от сочетания ингредиентов и определили две самые важные исторические сферы применения сплава – искусство и война. Из бронзы отливали холодное оружие, пушечные ядра, сами орудия. Но она же использовалась для создания прекраснейших скульптур и украшений, составляющих достояние всего мира.

Современные сплавы имеют состав более сложный и включают самые необычные компоненты. Таким образом получают сплавы, пригодные для самых разных целей – от электротехники до водопроводов. Общее их свойство – основой остается медь.

2 медных сплава, однако, к бронзе отношения не имеют: это латунь – сплав меди с цинком, и мельхиор – с никелем. Латунь заметно уступает бронзам по коррозионной стойкости и твердости. Это сплав пластичный и сохраняет превосходную ковкость при самых разных составах. И если в искусстве предпочтение отдается бронзе, то в ювелирном деле латунь выигрывает.

Плюсы и минусы

bronza-metallСтоль 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 олово – 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, свинцовая 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.

Классификация цветных металлов

В зависимости от физических свойств и назначения, они подразделяются на такие группы:

  • Легкие цветные металлы. Список этой группы большой: в ее состав входит кальций, стронций, цезий, калий, а также литий. Но в металлургической промышленности чаще всего используются алюминий, титан и магний.
  • Тяжелые металлы пользуются большой популярностью. Это всем известные цинк и олово, медь и свинец, а также никель.

Цветные металлы список

  • Благородные металлы, такие как платина, рутений, палладий, осмий, родий. Золото и серебро широко применяются для изготовления украшений.
  • Редкоземельные металлы – селен и цирконий, германий и лантан, неодим, тербий, самарий и другие.
  • Тугоплавкие металлы – ванадий и вольфрам, тантал и молибден, хром и марганец.
  • Малые металлы, такие как висмут, кобальт, мышьяк, кадмий, ртуть.
  • Сплавы – латунь и бронза.

Этимология

Современные лингвисты выдвигают следующие гипотезы происхождения слова «бронза»:

  • Романскую, согласно которой слово пришло в романские языки, либо от персидского «berenj», означающего «медь», либо от названия города Бриндизи, из которого этот материал доставлялся в Рим;[1]
  • Протославянскую, согласно которой слово имеет протославянское происхождение, и буквально означает «бранный металл» (общеславянские корень «bron», особенно характерный для южнославянских языков, и суффикс «za», который по всей вероятности обозначал либо непосредственно литой сплав, либо технологический процесс его отливки и остывания; как в случае с общеславянским же словом «железо» — «zelé(želě)-zo»), что так или иначе сохранилось практически во всех славянских языках,[2] а в словенском языке слово «bron» (без каких-либо постфиксов) до сих пор означает бронзу;

Алюминий

Относится к легким металлам. Имеет серебристый цвет и точку плавления около семисот градусов. В промышленных условиях используется в сплавах. Он применяется везде, где нужен металл. У алюминия плотность низкая, а прочность – высокая. Этот металл легко режется, пилится, сваривается, сверлится, паяется и сгибается.

Легкие цветные металлы список

Сплавы образует с металлами различных свойств, такими как медь, никель, магний, кремний. Они обладают большой прочностью, не ржавеют при неблагоприятных погодных условиях. У алюминия высокая электро- и теплопроводность.

Производство материала

bronza-primenenieБронзу получают из чистых металлов или сплавов в чушках. Второй более распространен, так как дешевле и позволяет получить любые литьевые бронзы.

  1. 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.
  2. 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.
  3. Сама по себе плавка, например, из чушек, включает несколько этапов:
    • загрузка – 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.
  4. 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.

Далее затронута маркировка и применение бронзы.

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.).

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

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.

Область применения

Бронзовые сплавы применяются в различных сферах промышленности. Высокие показатели устойчивости к трению и коррозии позволяет использовать бронзовые изделия в агрессивных условиях, в качестве подвижных деталей для промышленного оборудования.

Применяется бронза в современной промышленности, изготовлении скульптур, домашней утвари, деталей для трубопроводов.

Изделия из бронзыБронзовые изделия

БРОНЗА — СОСТАВ БРОНЗЫ, СВОЙСТВА БРОНЗ, ПЛОТНОСТЬ БРОНЗЫ.

Бронза — это название сплава состоящего из меди и различных легирующих элементов, основной добавкой считается олово, что и определило название оловянистые бронзы. Высокие литейные свойства бронзы определяются исключительно малой усадкой, которую имеет бронза. Усадки оловянистой бронзы меньше чем у латуни и сталей. Усадку можно выразить в цифрах, если усадка бронзы 1, то у латуни это уже 1,5, а у сталей 2. Наиболее сложные по конфигурации отливки обычно делают из бронзы, например, художественное бронзовое литье.

Текучесть бронзы в расплавленном состоянии небольшая, вследствие большой разницы температур между бронзами с различным содержанием олова. По этой же причине бронза не дает концентрированной усадочной раковины и для отливки бронз нет необходимости иметь большие прибыли. По этой же причине отливки из бронзы редко удается получить высокой плотности, рассеянные усадочные поры по всему объему отливки понижают ее герметичность.

Влияние олова на механические свойства меди в сплаве бронзы,такое же, как и влияние цинка, но более резкое. Уже при содержании около пяти процентов олова пластичность бронзы начинает падать. Прочность бронзы начинает падать при содержании олова около двадцати процентов, когда в структуре слишком много В — фазы и сплав становится хрупким.

В литой бронзе наличие включений твердого эвтектоида обеспечивает высокую стойкость против истирания, и поэтому бронза с содержанием олова на десять и более процентов является одним из наилучших антифрикционных материалов и широко применяется как подшипниковый сплав. Плотность бронзы с учетом добавления различных элементов тоже различная и может колебаться процентов на двадцать относительно 8 г/см3.

Благодаря высокой химической стойкости бронзы из них делают трубопроводную арматуру. Таким образом основное применение бронзы это сложные отливки, вкладыши подшипников и трубопроводная арматура. Для удешевления в большинстве промышленных бронз добавляют от пяти до десяти процентов цинка. Цинк в этих количествах растворяется в меди и не влияет существенно на структуру сплава.

Для лучшей обрабатываемости в бронзу вводят от трех до пяти процентов свинца, который присутствует в виде обособленных включений, обеспечивающих ломкость стружки при ее обработке на металлорежущих станках. Фосфор вводится в бронзу как раскислитель и устраняет хрупкие включения окиси олова. При наличии около одного процента фосфора такую бронзу принято называть фосфористой. Фосфор при его содержании более 0,2 процента образует твердые включения, повышая антифрикционные свойства бронзы.

Бронзу маркируют начальными буквами Бр , затем следуют буквы, показывающие какие легирующие элементы содержаться в ней, а потом цифры показывающие количество процентов этих элементов в бронзе. Например, БрАЖ 9-4, БрОЦС 5-5-5, БрКМц 3-1, БрОФ 7-0,2, БрБ 2.

Кроме всех перечисленных сплавов бронз существуют сплавы бронзы с добавлением алюминия, кремния, бериллием и другими элементами. Малой величиной усадки оловянистые бронзы превосходят другие бронзы, но другие бронзы превосходят оловянистую по другим параметрам. бронза с алюминием и кремнием лучше по механическим свойствам, алюминиевая превосходит по химической стойкости, бронза с добавлением кремния и цинка имеет лучшую жидко текучесть. Бериллиевая бронза отличается от остальных высокой твердостью и упругостью.

Свойства бронз содержащие от пяти до десяти процентов алюминия обладают ценными технологическими и механическими свойствами. Эти бронзы кристаллизуются в узком интервале температур, из за этого приобретают высокую жидко текучесть и дают концентрированную усадочную раковину. Кроме простых бронз существуют бронзы с большим содержанием алюминия и добавления магния, железа и никеля.

Бронзы с содержанием алюминия применяются для изготовления различных втулок, направляющих седел, фланцев, шестеренок и много других преимущественно мелких по ответственных деталей.

Сплав бронзы с содержанием кремния около четырех процентов является как бы заменителем оловянистых бронз, но бронзы с кремнием лучшие показатели по коррозионной стойкости, механическим свойствам и плотности бронзы в отливках.

Бронзы с добавлением Бериллия около двух процентов БрБ 2 , бериллиевые бронзы, представляют особый интерес. Этот сплав дисперсионно твердеющий. При комнатной температуре растворимость бериллия в меди не превышает 0,2 процента, но закалка от 800 градусов фиксирует перенасыщенный раствор. Если закаленный сплав с содержанием бериллия подвергнуть искусственному старению при температуре 300 — 350 градусов, твердость сплава достигает 350 — 400 Hв.

Высокая прочность бронзы и упругость при высокой химической стойкости, хорошей свариваемости, обработке резанием делают бронзу с добавлением бериллия подходящим материалом для производства ответственных деталей, специальных пружин, мембран, пружин и контактов и много другого где требуются эти качества. Высокая стоимость бериллия препятствует широкому распространению этой бронзы и применяется для действительно для ответственных деталей со специальными свойствами.

Бронза с добавлением 30 процентов свинца является высоко качественным антифрикционным материалом широко применяемым в машиностроении. Структура такого сплава состоит из отдельных зерен меди и свинца. Если свинец равномерно вкраплен в медь, то антифрикционные свойства сплава высокие.

Бронза состав

Марка сплава Содержание элементов в процентах
Sn Zn Pb P Al Mn Fe Ni Be
БрОФ 7 6 — 8 0,1 — 0,25
БрОЦС 6 5 — 7 5 — 7 2 — 4
БрОФ 10 9 — 11 0,6 — 1,0
БрА 7 6 — 8
БрАМц 9 8 — 10 1,5 — 2,5
БрАЖН 10 9,5 — 11 3,5 — 5,5 3,5 — 5,5
БрБ 2 2,0 — 2,3

Литература

  • Бронза, сплав // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Область применения

Бронзовые сплавы, благодаря разнообразию своих свойств, находят самое разное применение.

  • 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:

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями в социальных сетях:

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

И подписывайтесь на обновления сайта в Контакте, Одноклассниках, Facebook,Google Plus или Twitter.

Цена на бронзовый сплав

Стоимость бронзовых сплавов зависит от нескольких факторов:

  1. Какие легирующие добавки входят в состав сплава и в каком процентном содержании.
  2. В какой форме продаётся изделие. Чем сложнее конструкция, тем дороже она будет стоить.
  3. Внешний вид и состояние. Если на поверхности предмета из бронзы присутствуют трещины, царапины, окалины или вмятины, его стоимость снижается.

Для оптовых покупателей закупка производится по сниженным ценам. Стоимость бронзового прутка — 500 рублей.

Бронза считается древнейшим сплавом. Она используется в разных направлениях промышленности благодаря разнообразию материалов на её основе. Характеристики этого металла позволяют использовать его под воздействием кислот и щелочей, а также устанавливать бронзовые детали в промышленное оборудование.

Примечания

  1. Henry and Renée Kahane, «Byzantium’s Impact on the West: The Linguistic Evidence», Illinois Classical Studies 06 (2) 1981, p. 395.
  2. Hedden, Thomas Dexter. The Names of the Metals in Slavic and Baltic and Their Significance for the Ethnogenesis of the Slavs, University of California in Berkeley, 1988, pt. 1, pp. 39-51, 168—188; pt. 2, p. 299.

Патинированная бронза

В наше время очень распространен также этот вид. Патинирование бронзы придает ей эффект старины и играет декоративную функцию. Но, кроме этого, оно также защищает материал от коррозии. Метод патинирования этого сплава схож с технологией чернения серебра. В итоге проведения процедуры получается черная бронза, состав которой не изменен.

черная бронза состав

Латуни

Это сплавы из меди и цинка с добавлением марганца, свинца, алюминия и других металлов. Стоимость латуни меньше, чем меди, а прочность, вязкость и коррозионная стойкость – выше. У латуни хорошие литейные свойства. Из нее производят детали путем штамповки, раскатки, вытяжки, вальцовки. Из этого металла делают гильзы для снарядов и многое другое.


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.