Существует еще одна классификация бронзы, основанная на технологии обработки, используемой для изготовления бронзовых предметов. В соответствии с ней различают два типа сплавов:
Бронза: состав сплава, свойства и применение
Человечество добывает медь с незапамятных времен. Многочисленные археологические раскопки, в ходе которых были найдены самые древние медные предметы, подтверждают широкое использование этого сплава в далеком прошлом.
Медь использовалась в военных целях, для изготовления холодного оружия, пушек и пушечных ядер, а также для создания прекрасных произведений искусства, таких как ювелирные изделия и скульптуры.
История
Одно из самых известных медных мест находилось в районе реки Кубань. В 1897 году археолог Николай Веселовский раскопал в этом районе так называемую майкопскую культуру, существовавшую во второй половине IV тысячелетия до нашей эры.
Эта культура существовала во второй половине 4-го тысячелетия до нашей эры. Бронзовые предметы, найденные в майкопских могилах, были изготовлены в основном из медно-арсенового сплава, поэтому предполагается, что мышьяково-медный сплав был исторически первым.
Он не уступал медно-оловянным или свинцовым сплавам и даже превосходил их по некоторым свойствам. В то время он использовался в различных областях человеческой деятельности — от изготовления критических деталей до ювелирных украшений.
Состав бронзы
Медь — это сплав меди с такими металлами, как олово, алюминий, свинец, бериллий и неметаллическими элементами — мышьяком, кремнием и фосфором. Кроме того, эти сплавы могут быть дополнительно легированы фосфором, цинком, марганцем, железом и никелем.
Состав бронзы зависит от марки сплава и указывается в обозначении сплава. Например, сплав под названием БрАМц7-1 содержит 7% алюминия, 1% марганца и 92% меди.
Таким образом, основным компонентом этого сплава является медь (от 35 % до 90 % и более). Вторым компонентом может быть мышьяк, олово, бериллий, свинец, алюминий, кремний и другие. Дополнительные компоненты, такие как цинк, железо, никель, марганец, фосфор и другие, могут быть добавлены в сплав для придания ему особых свойств.
Физико-химические свойства
Бронзовые, латунные, медные и алюминиевые изделия имеют много общего во внешнем виде. По сравнению с латунью изделия из бронзы более устойчивы к истиранию. Прокат из медного металла обладает более высокой тепло- и электропроводностью, а по сравнению с алюминием медь имеет более высокую плотность.
На свойства изделия напрямую влияет его химический состав. Даже небольшое количество легирующих элементов изменяет физические свойства металла.
Влияние легирующих элементов:
- 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
Для производства бронзы используются различные методы. Классический метод заключается в плавке меди и дополнительных элементов во вращающихся гильзах из стали или чугуна. При плавке сплавов без олова наиболее важным параметром является контроль температуры и однородности расплава, заливаемого в формы. Бериллиевые и кремниевые сплавы плавятся в электрических индукционных печах с использованием древесного угля. Конечным продуктом расплавленного сырья являются сосуды и слитки, которые используются для дальнейшей обработки.
Свойства бронзы
По сравнению с латунью бронза характеризуется более высокой коррозионной стойкостью, прочностью и низким трением. Она достаточно устойчива к воздействию воздуха, соленой воды, растворов углекислого газа и растворов многих органических кислот. Большинство бронз можно сваривать и паять твердым и мягким припоем.
В зависимости от количества добавок цвет бронзы варьируется от красного до белого. Давайте рассмотрим, как легирующие элементы влияют на свойства бронзы. Олово, никель, кремний и алюминий повышают прочность, коррозионную стойкость и долговечность бронзы. В сочетании со свинцом, цинком и фосфором также повышаются антифрикционные свойства. Никель и железо значительно измельчают зерна и повышают температуру рекристаллизации. Кремний и марганец повышают жаропрочность. Хром, цирконий и бериллий повышают термостойкость сплавов и немного снижают электропроводность.
Давайте кратко рассмотрим наиболее часто используемые медные сплавы.
- Бериллиевая бронза является лидером по показателю твёрдости среди других сплавов меди. В закалённом состоянии обладает хорошей пластичностью, технологичностью, а в состаренном состоянии – высокими механическими свойствами. Дополнительно повысить уровень механических свойств можно при помощи пластической деформации перед старением. Из бериллиевой бронзы изготавливают пружины, мембраны и инструменты.
- Алюминиевая бронза характеризуется высокой плотностью, устойчивостью к агрессивным факторам окружающей среды и химическим элементам, хорошей стойкостью к морской воде. Такой вид бронзы поддаётся обработке режущими инструментами. Из неё изготавливают ленты и полосы труб.
- Кремнецинковая бронза позволяет изготавливать изделия сложных форм, за счёт повышенной текучести в расплавленном состоянии. Такая бронза обладает высокой степенью сопротивления сжатия и не искрит при механических воздействиях.
- Свинцовистая бронза обладает отличными антифрикционными свойствами, хорошо противостоит ударным нагрузкам, а также отличается высокой прочностью и тугоплавкостью. Применяется она для сильно нагруженных подшипников.
- Оловянная бронза обладает всеми указанными выше свойствами и является наиболее широко применяемой в современной промышленности.
Получение
Медь производится путем плавления меди и легирующих материалов. Этот процесс осуществляется в электрических индукционных печах или тигельных печах. Материал для плавки может состоять как из свежих металлов, так и из отходов и переработанных металлов. Плавление происходит под слоем флюса или древесного угля.
В предварительно нагретую печь помещается необходимое количество углерода или флюса, а затем вставляется медь. После того как медь расплавлена и нагрета до подходящей температуры, расплав раскисляется фосфидом меди. Затем в расплав добавляют нагретые легирующие элементы. Тугоплавкие легирующие элементы вводятся в виде лигатур. Расплав перемешивают до растворения элементов и нагревают до нужной температуры. Перед отливкой расплав раскисляют фосфатом меди для удаления оксидов.
Бронза хорошо плавится и равномерно заполняет форму слитка. Сплавы производятся в виде плоских и круглых прутков. Прутки обрабатываются прокаткой или прессованием.
В результате получается широкий ассортимент металлопроката:
- бронзовая лента;
- бронзовая проволока;
- бронзовая труба;
- бронзовые втулки;
- бронзовый круг;
- бронзовый пруток.
Применение
Олово с содержанием олова 2 % подходит для ковки при нормальных температурах благодаря своей высокой пластичности. Варианты с концентрацией олова 15% характеризуются твердостью и прочностью. Эта медь имела широкий спектр применения в древности. Предметы из нее были обнаружены во время археологических раскопок. Она использовалась для изготовления посуды, оружия, денег, статуй, зеркал и украшений. Закаленная медь, содержащая бериллий, используется для производства перьев, мембран и пружин.
Обогащенная алюминием медь используется для изделий, которые подвергаются воздействию особо суровых условий (высокая влажность, химически активная среда и т.д.). Такая медь обладает высокой коррозионной стойкостью и высокой прочностью.
Освинцованная медь — подходящий материал для деталей, устойчивых к истиранию и вибрации (подшипники и т.д.). Сплав, содержащий цинк и кремний, используется для литья, потому что он вязкий. Он также характеризуется тем, что не искрит при механическом воздействии. Алюминий-никель-бронза особенно подходит для деталей, которые постоянно подвергаются воздействию морской воды, благодаря своей высокой коррозионной стойкости. Это относительно новый материал, используемый в производстве компонентов для морских нефтяных платформ.
Кроме того, большинство видов меди немагнитны и имеют низкую усадку. Поэтому они подходят для производства электротехнической продукции, а также декоративных изделий. Многие марки бронзы также обладают низкой теплопроводностью и поэтому используются для изготовления ванн, умывальников и сантехнической арматуры. Наконец, большинство бронзовых сплавов характеризуются низкой электропроводностью. Одним из исключений является сплав серебра, который приближается к меди в этом отношении. Помимо этих областей применения, медь используется благодаря своей износостойкости в машиностроении, судостроении, аэронавтике, при изготовлении подвижных деталей, а также благодаря своей химической стойкости в химическом оборудовании и трубопроводах.
Маркировка
Сегодня существует множество видов меди. Они отличаются по своему составу, который определяет параметры и область применения. Для упрощения на этой основе была разработана система маркировки, которая включает буквенно-цифровые и цифровые обозначения. Например, легирующие добавки обозначаются буквами, причем первая буква находится в названии химических элементов, которые они представляют. Цифровые обозначения указывают на состав сплава в долях процента. Однако нумерация не содержит никакой информации о содержании меди. Значение рассчитывается из разницы между общим составом меди и долей дополнительных сплавов.
Марку меди легко определить для конкретного применения. Марку бронзы можно легко определить с помощью определенных таблиц. Эти таблицы содержат информацию о составе, параметрах сплава и областях применения.
