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.
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, 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.
Сплавы с10% - 18% цинка и 2% - 4% олова отличаются красивым красновато-желтымцветом, хорошо выполняют малейшие углубления формы, достаточно вязки дляобработки и приобретают от действия атмосферных влияний красивый зеленыйналет (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 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.
Под влиянием влажности и углекислоты воздуха и тому подобных причин, на бронзе, с течением времени, появляется иногда превосходный голубовато-зеленый налет, или слой основных медных солей, столь ценимый в бронзовых предметах знатоками и носящий название Aerugo nobilis, Patina, Verde antico.
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
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.
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:
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 .
.jpg)
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 легирующим составом практически из любого металла. Исключение составляют только цинк и никель. Изначально этот сплав состоял из меди и олова, но по некоторым сведениям ещё раньше люди научились производить сплав из меди и мышьяка. Поэтому следует различать оловянные и безоловянные бронзы (алюминиевые, бериллиевые, и другие). Значительными отличиями по механическим свойствам также обладают литейные сплавы от сплавов обрабатываемые давлением. можно на нашем сайте.
За счёт добавления легирующих элементов в сплав бронзы, кристаллическая решётка меди укрепляется. По этой причине бронза прочнее меди в чистом виде, обладает большей коррозионной стойкостью и наименьшей усадкой. Путём добавления разных металлов в сплав, возможно также увеличить и улучшить антифрикционные свойства изделий, вязкость, износостойкость, упругость, а также свариваемость.
Бронзы обладают устойчивостью к коррозии в воздушной среде, даже при морском климате, в парах влаги и в серной кислоте. В морской воде и в соляной кислоте применяется алюминиевая бронза. В щелочной среде и в среде твёрдых газов наиболее хорошо проявляет себя кремнистая бронза. Благодаря разнообразию качеств сплавов меди с различными легирующими составами, бронза обрела широкое применение во многих областях.
Ниже в таблице приведены основные механические показатели, характерные для бронз, не прошедших процедуру закалки и старения.
Следует также отметить, что сплавы, подвергнутые закалке и старению, могут обладать ещё большей прочностью, что однако влечёт за собой увеличение хрупкости. К примеру бериллиевая бронза после закалки в воде при температуре 780°C, а также двухчасового старения при температуре 320°C, имеет предел прочности на растяжение около 1300 МПа, а твёрдость 3500 МПа по Бринеллю.
Но давайте обратимся к истории, прежде чем говорить о бронзовой промышленности в наши дни. Бронзу открыли примерно в 5-4 тысячелетии до нашей эры. По некоторым источникам её возможно начали применять на территории современного Таиланда, ведь на территории Юго-Восточной Азии находятся одни из крупнейших месторождений олова. Но по подтверждённым сведениям, самые древние находки из бронзы датируются приблизительно 4 тысячелетием до нашей эры, были обнаружены на территории прилегающей к реке Кубань и принадлежат к Майкопской культуре. По подтверждённым сведениям безоловянная бронза из сплава с мышьяком была произведена раньше оловянной. Примерно в это время учёные и начинают отсчёт начала бронзового века, который продлился около двух тысяч лет, до распада сложившихся отношений в обществе и в частности Циркумпонтийской провинции (центра металлургической промышленности того времени).
С пришествием конца бронзового века, этот метал не утратил своего значения. Ярким примером тому служит изображение (XV в до н.э.), найденное в египетской гробнице, принадлежавшей одному чиновнику. На представленном здесь изображении представлен процесс отливки дверей для некого храма. По иероглифам удалось установить, что металл, из которых выполнены ворота — бронза, доставленная из Сирии.
Оловянная бронза в прошлом обладала наибольшей коррозионной стойкостью, прочностью и легко поддавалась полировке, за что ценилась наравне с золотом и серебром. Stannum (Sn, прочный, олово) — редкий и ценный легкоплавкий, ковкий, пластичный металл, известный человечеству примерно с 4 тысячелетия до нашей эры.
В земной коре содержится 2*10 -4 -2*10 -3 % Sn от общей массы. Основное сырье для получения Sn — это касситерит (SnO 2). Месторождения касситерита находятся, в основном, в Юго-Восточной Азии, а также Австралии и Южной Америке.
Касситерит был обнаружен людьми случайно, в виду сродства по массе с золотом. Когда люди намывали золото, вместе с ним получали кристаллы касситерита, и стали изучать его свойства ещё в неолитическую эру. Также касситерит обладает сродством глубоким залежам медесодержащих полиметаллическим соединениям халькопирита, в связи с чем он и нашёл широкое применение.
Сейчас олово производится в основном из касситерита по пирометаллургической схеме, подобно тому как получают медь. Мы не будем углубляться в тонкости получения олова и меди, так как это не укладывается в рамки данной статьи, а лишь вкратце очертим этапы получения олова.
В настоящий момент значение оловянной бронзы не столь велико, потому как из сплава меди с алюминием, например, можно получать изделия с высокой стойкостью к коррозии и значительно снизить при этом цену на металлопрокат. В прошлом же получать алюминий в промышленных масштабах было невозможно в виду того, что люди не знали о нём до XIX века, и долгое время этот метод получения алюминия был весьма дорогостоящим.
Получение меди рассматривалось нами в статье касающейся медной промышленности, также мы освещали вопросы получения алюминия, получение чистого олова мы рассмотрели в этой статье. Получение же бронзы происходит путём сплавления меди и легирующих металлов. Плавка оловянных бронз производится в индукционных электропечах, а также в тигельных горнах. Сплавы с алюминием также производятся в индукционных или дуговых электропечах, либо в коксовых, нефтяных печах, тиглях из графита или горнах.
Шихта (сырьё для сплава в необходимых пропорциях) бывает самой разной, в зависимости от необходимого состава сплава.
Основу оловянных сплавов составляет:
Шихта и её состав
|
ОЦСНЗ-7-5-1 |
||||||
Для получения алюминиевых бронз применяют:
Для кремнистой бронзы используются в шихте:
Все ингредиенты добавляются в печь в установленной последовательности. Печь и сырьё предварительно подготавливается. Для получения каждого вида сплава характерны свои технологические особенности.
История бронзы
Известные скульпторы древней Греции Мирон и Поликлет работали с бронзой .
Из этого материала сделана и римская статуя Марка Аврелия на коне датирована 2-ым веком нашей эры.
Уже тогда мастера умели работать с бронзой, используя ее для создания предметов искусства.
Однако, «бронзовым веком » названы не времена античности, а период с 3500 до 1200 годов до нашей эры.
Именно тогда люди открыли свойства медной руды. Наши предки заметили, что в камень плавится. Это и стало началом новой эры.
Человечество отказалось от каменных орудий, заменив их металлическими. Древки стрел, посуда, , — все это древние люди делали из бронзы.
Свойства бронзы
Сейчас сплав, как и тысячелетия назад, представляет собой соединение и . Оба металла содержатся в медной руде.
Для приготовления бронзы олова всегда требуется меньше, чем красноватого металла.
Избирательно могут быть введены в состав и , , , .
Последний, к примеру, добавляют, дабы избежать разделения при его охлаждении.
В формах для отливки медь застывает быстрее, отделяясь от олова. Здесь-то на помощь и приходит цинк, заставляющий затвердевать равномерно.
Примеси были и в бронзе, изготовляемой древними людьми. Но, тысячелетия назад дополнительные металлы попадали в сплав случайно.
Наши предки не умели тщательно отделять олово и медь от руды, поэтому плавили все вместе.
Слова «бронза» появилось только во времена Римской империи. Один из ее городов назывался Брундизий. В него торговцы свозили медь. С Британских островов на продажу доставляли олово.
Жители города стали специализироваться на производстве сплава, именовав его в честь Брундизия. Этот город, кстати, стоит и поныне. Теперь он принадлежит Италии и зовется Бриндизи.
Любят изготавливать из бронзы реплики , или, говоря проще, копии старинных изделий, хранящихся в мира.
Сплав олова с медью не драгоценный, но именно из него сделано около половины доисторической и античной эпох.
Одевая реплику древнего или , человек приобщается к истокам культуры.
Мастера ювелирного дела часто золотят бронзу . Покрытие защищает ее от коррозии и подчеркивает красоту , если они есть в изделии.
Если же сплав не дополняют , то делают это намеренно. На воздухе металл окисляется и покрывается мутной пленкой зеленоватого цвета с прожилками.
Она называется «» и придает изделию старинный или, как сегодня принято выражаться, винтажный вид.
В советские времена, кстати, славился магазин комиссионных товаров на столичной улице Дмитрова.
В нем реализовывали старинные изделия из бронзы австрийского производства.
Чаще всего, это были пепельницы, , . В послевоенные годы, солдаты, вернувшиеся на родину с заграничных полей брани, привезли с собой немало таких изделий.
Не зная истинной цены трофеев, служивые продавали их за бесценок и были весьма удивлены, когда открывшийся в 70-е годы салон стал отдавать бронзовые штучки с молотка за тысячи рублей. Предметы покупали коллекционеры и любители антикварных .
Применение бронзы
Бронзу и сейчас часто используют для изготовления предметов интерьера: — дверных ручек, кранов, ваз, витых подставок для цветочных горшков и так далее.
Колокольный звон был бы не так красив, если бы их отливали не из сплава олова с медью, а какого-то другого состава.
В смеси для отливки колоколов много, практически половина, олова. Именно в таких пропорциях сплав становится максимально упругим и звучным.
Звучны и выстрелы артиллерийских орудий. Снаряды для них так же отливают из бронзы . Она содержит лишь 8% олова.
Это делает металл вязким, устойчивым к разрыву, . Бронзу вообще часто используют там, где нужно наделать шуму.
Чего стоят одни ударные инструменты, к примеру, так называемые тарелки на барабанных установках.
Интересно, что удельный вес сплава всегда тяжелее среднего веса своих составляющих.
Кстати, чем быстрее сплав бронзы охлаждают, тем она тяжелее. Вес обуславливается степенью сжатия вещества.
Стоит отметить, что последнее время появились и безоловянные бронзы . Производители ищут новые составы из-за дороговизны олова по сравнению с альтернативными добавками.
Медь смешивают с марганцем, , . Среди сплавов без добавления олова особо ценят бериллиевые и алюминиевые.
Им можно придать дополнительную прочность с помощью обработки высокими температурами, чего оловянная бронза не терпит.
Все бронзы устойчивы к химическим воздействиям, поэтому пригождаются при производстве арматур, в том числе эксплуатируемых в условиях высокой влажности.
Есть медный сплав и в автомобилях. Вкладки подшипников зачастую именно бронзовые. Чтобы изготовить любую деталь из сплава требуются формы для .
Их еще называют модели-матрицы. Для мелких элементов они делаются из воска.
Для крупных деталей форма должна быть разборной, составляться из нескольких частей.
Поэтому при производстве масштабных бронзовых изделий используют обычно пластиковые матрицы.
На последок, заметим, что не будучи драгоценным именно бронзовый сплав «отвоевал» право идти на медали за третьи места в различных соревнованиях.
Бронза имеет такое колоссальное значение в истории человечества, что не грех изготавливать золотые награды за первые, за вторые, и бронзовые за третье позиции на пьедесталах почета.
