металл бронза что за металл
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:
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:
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.
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.
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.).
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.
Бронза: состав сплава, свойства и применение
С незапамятных времён человечество добывало бронзу. Множество археологических раскопок, в которых были найдены древнейшие артефакты — изделия из бронзы, подтверждают распространение этого сплава в далёком прошлом.
История
Одно из наиболее известных мест, где были найдены бронзовые изделия, располагалось в районе реки Кубань. В этом месте археологом Николаем Веселовским в 1897 году была раскопана так называемая Майкопская культура, существовавшая во второй половине IV тысячелетия до нашей эры.
Бронзовые артефакты, найденные в майкопских курганах, были изготовлены в основном из сплава меди и мышьяка, поэтому считается, что исторически первыми были именно такие сплавы, называемые мышьяковистыми бронзами.
Она ничем не уступала по своим свойствам сплавам меди с оловом или свинцом, и даже превосходила их по ряду характеристик. Она широко применялась в различных областях человеческой деятельности тех времён, начиная от изготовления ответственных деталей и заканчивая ювелирными изделиями.
Состав бронзы
Бронза — это сплав меди с такими металлами, как олово, алюминий, свинец, бериллий, и неметаллами — мышьяк, кремний и фосфор. Кроме того, такие сплавы могут дополнительно легироваться фосфором, цинком, марганцем, железом и никелем.
Состав бронзы зависит от марки сплава и указывается в её обозначении. Например, в состав сплава, имеющего маркировку БрАМц7−1, входят 7% алюминия, 1% марганца и 92% меди.
Таким образом, основным компонентом этого металла является медь (от 35% до 90% и выше). Вторым же компонентом может являться либо мышьяк, либо олово или бериллий, свинец, алюминий, кремний и другие компоненты. Для придания особых свойств в сплав могут добавляться дополнительные компоненты — цинк, железо, никель, марганец, фосфор и другие.
Особенности бронзы и свойства
Основные свойства всех бронзовых сплавов — это пластичность и твёрдость. В зависимости от соотношения основных и дополнительных компонентов, можно получать большое разнообразие новых свойств. Кроме того, количество меди в сплаве определяет его цвет.
Так, золотистая бронза получится, если в составе сплава будет около 85% меди, а при уменьшении её количества до 50% получится сплав, имеющий серебристый цвет. Уменьшение же количества меди до 35% и ниже приведёт к получению на выходе серой и даже чёрной бронзы, а увеличение количества меди до 90% и выше приведёт к образованию красной бронзы.
Одной из старых марок бронзовых сплавов является колокольная бронза, применяемая и поныне для литья колоколов. Она содержит 20% олова и 80% меди. Её недостаток — повышенная хрупкость из-за наличия в сплаве большого содержания олова.
Как уже было упомянуто выше, наиболее используемыми являются сплавы меди и олова с добавлением небольшого количества других компонентов. Широкое применение таких сплавов обусловлено, прежде всего, исторически сложившимися причинами, которые привели к вытеснению мышьяковой бронзы из производства.
Такими причинами являются следующие:
Пришедшие на смену мышьяковым бронзам сплавы меди и олова хоть и отличались большей дороговизной производства, но были экономически предпочтительны, так как развитие гужевого транспорта и налаживание вследствие этого торговых связей между городами и странами приводило к увеличению импорта немышьяковой бронзы.
Виды бронзы и характеристики
Развитие же крупного промышленного производства вообще привело к тому, что оловянные бронзы стали чуть ли не самым массовым видом бронз. И лишь в последние сто лет этот вид стали вытеснять сплавы меди с заменителями олова, такие как алюминиевые, кремниевые и, особенно, бериллиевые бронзы.
Таким образом, существуют следующие виды:
Третьими же по количеству являются такие дополнительные компоненты, как мышьяк, цинк и свинец. Этот металл из-за очень низкой усадки в основном предназначается для литья, так как с трудом поддаётся обработке давлением, резанию и заточке. Даже склонность к ликвации и низкая текучесть не мешают использовать этот сплав для изготовления конфигурационно-сложных отливок, в том числе и в художественном литье.
Бронза с добавлением цинка носит название «адмиралтейской» и используется для изготовления деталей, имеющих частый или постоянный контакт с морской водой (судостроение). Такая особенность связана с тем, что цинк придаёт сплаву повышенную коррозионную стойкость в указанной среде.
Однако, для придания бронзе коррозионной стойкости в солёной морской воде её всё чаще обогащают алюминием и никелем. Такие сплавы, часто называемые «морскими», идут на изготовление элементов нефтяных платформ, работающих на морских и океанских шельфах.
Чтобы придать бронзе дополнительные характеристики, в неё легируют небольшие количества фосфора, серебра, цинка, мышьяка, марганца и других компонентов. Так, внесение небольшого количества серебра повышает электропроводность бронзы и делает её сравнимой с электропроводностью меди.
Области применения и маркировка
Существуют специальные таблицы, в которых приводятся маркировки и описания всех бронзовых сплавов, выпускаемых промышленностью. Однако, даже не обращаясь к подобным таблицам, можно определить тип и химический состав, если знать, как расшифровывается её маркировка.
По простой маркировке можно узнать их состав. Характерным её признаком в обозначении являются буквы «Бр», что означает «Бронза».
Далее за ними следуют буквы, обозначающие, помимо меди, наличие соответствующих компонентов. Эти буквенные обозначения, установленные нормативными документами, следующие: А — алюминий, Б — бериллий, К — кремний, Ж — железо, Н — никель, Мц — марганец, Мг — магний, С — свинец, О — олово, Т — титан, Ф — фосфор, Ц — цинк.
После буквенных обозначений через дефисы идут числа, обозначающие процентное содержание каждого компонента (после меди). А также применяются обозначения, в которых после каждой буквы указывается процентное содержание того или иного компонента. Чтобы узнать содержание меди, нужно из 100% вычесть процентное содержание всех компонентов.
Вот примеры маркировок и их расшифровок: БрО5Ц6С5 — бронзовый сплав, в котором содержание олова составляет 5%, цинка — 6%, свинца — 5%, меди — 84%; БрО3Ц8С4Н1 — содержание олова — 3%, цинка — 8%, свинца — 4%, никеля — 1%, меди — 84%; БрО10Ф1 — содержание олова — 10%, фосфора — 1%, меди — 89%; БрБ2 — содержание бериллия — 2%, меди — 98%; БрАЖМц10−3−1,5 — содержание алюминия — 10%, железа — 3%, марганца — 1,5%, меди — 85,5%; БрАЖН10−4−4 — содержание алюминия — 10%, железа — 4%, никеля — 4%, меди — 82%.
Благодаря своим разнообразным свойствам этот металл находит самое широкое применение в различных сферах. Из него изготавливают следующие изделия:
Бронза широко применяется в ракетной технике и машиностроении, авиации и судостроении. Из неё делают предметы высокохудожественного искусства для театров, залов и дворцов, отливают памятники и скульптуры.
Благодаря развитию металлургии, этот металл приобретает всё новые и необычные свойства, недоступные кузнецам и металлургам прошлого. Изобретённый древними, сплав продолжает исправно служить человечеству и прогрессу на протяжении многих и многих веков.
Бронза металл. Описание, особенности и применение бронзы
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 филигранно 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 огне камень плавится. Это и стало началом новой эры. Человечество отказалось от каменных орудий, заменив их металлическими. Древки стрел, посуда, украшения, — все это древние люди делали из античной бронзы.
Свойства бронзы
Сейчас состав бронзы, как и тысячелетия назад, представляет собой соединение олова и меди. Оба металла содержатся в медной руде.
Для приготовления бронзы, олова всегда требуется меньше, чем красноватого металла. Избирательно могут быть введены в состав и марганец, кремний, фосфор, цинк. Последний, к примеру, добавляют дабы избежать разделения сплава при его охлаждении.
Из бронзы изготавливают множество статуэток, шкатулок, пепельниц и в наше время
В формах для отливки медь застывает быстрее, отделяясь от олова. Здесь-то на помощь и приходит цинк, заставляющий сплав 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.
Ювелиры любят изготавливать из бронзы реплики, или, говоря проще, копии старинных изделий, хранящихся в музеях мира. Сплав олова с медью не драгоценный, но именно из него сделано около половины украшений доисторической и античной эпох.
Одевая реплику древнего колье или браслета, человек приобщается к истокам культуры. Мастера ювелирного дела часто золотят бронзу. Покрытие защищает ее от коррозии и подчеркивает красоту камней, если они есть в изделии.
Если же сплав не дополняют позолотой, то делают это намеренно. На воздухе металл окисляется и покрывается мутной пленкой зеленоватого цвета с прожилками. Она называется патина 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, статуэтки животных, украшения. 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 интерьеров.
Применение бронзы
Бронзу и сейчас часто используют для изготовления предметов интерьера: — дверных ручек, кранов, ваз, витых подставок для цветочных горшков и бронзовых смесителей, 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, твердым. Бронзу вообще часто используют там, где нужно наделать шуму.
Чего стоят одни ударные инструменты, к примеру, так называемые тарелки на барабанных установках.
Интересно! 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, железом, свинцом. 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 отлива. 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, серебряные за вторые, и бронзовые за третье позиции на пьедесталах почета.