Бронза (Bronze) - это. Бронза — состав, свойства, применение

К настоящему времени разработано множество сплавов металлов, обладающих различными свойствами, для разных сфер применения. Первым из них стала бронза. Сплав, его производство, применение и особенности рассмотрены далее.

Варианты состава

Данный материал представляет собой смесь меди с легирующими элементами, в качестве которых применяют неметаллы и металлы. При этом цинк и никель не должны являться основными среди них.

Путем варьирования соотношений между компонентами изменяют свойства бронзы. В соответствии с этим существует несколько ее разновидностей, выделяемых на основе легирующих добавок. В их качестве используют:

• олово;
• бериллий;
• цинк;
• кремний;
• свинец;
• алюминий
• никель;
• железо;
• марганец;
• фосфор.

Первой была разработана бронза оловянная (в начале 3 тысячелетия до н. э.). В небольшом количестве данный элемент придает твердость, легкоплавкость, упругость. При повышении его концентрации до 5% снижается пластичность, а при 20% бронза обретает хрупкость. Путем доведения олова до максимальной доли в 33% сплаву придает серебристо-белую окраску.

Материал с бериллием отличается наибольшими упругостью (закаленный) и твердостью, а также химической устойчивостью. Он подходит для обработки путем резания и сварки.

Цинк и кремний повышают текучесть, что актуально для литья, а также придают поверхности устойчивость к истиранию. Кремниево-цинковая бронза характеризуется отсутствием искр при механическом воздействии и хорошим сопротивлением сжатию.

Свинец улучшает устойчивость к коррозии, антифрикционные свойства, прочность, тугоплавкость.

Алюминий повышает плотность, антифрикционные свойства, устойчивость к коррозии и химическому воздействию. Бронза такого состава подходит для резки.

Фосфор используется в совокупности с некоторыми прочими добавками с целью раскисления сплава. Его наличие отражается в названии при содержании более 1% (оловянно-фосфористая бронза).

Введение любых легирующих добавок понижает теплопроводность. Следовательно, чем их меньше, тем сплав по данному показателю ближе к меди, а наиболее легированные бронзы имеют худшую теплопроводность.

Что касается меди, ее содержание определяет не только технологические и эксплуатационные параметры, но и цвет, который имеет бронза. Красная окраска свидетельствует о концентрации меди более 90%. При содержании ее около 85% (наиболее часто встречается) бронза имеет золотистый цвет. Если сплав состоит из меди наполовину, белым цветом он напоминает серебро. Для получения серой и черной окраски нужно сократить процент меди до 35. Такой цвет материала тоже встречается нередко, однако нужно учитывать, что данный сплав может приобрести темную окраску с течением времени в результате воздействия различных факторов (температуры, воды и т. д.). К тому же технологии, позволяющие добавлять в бронзу придающие ей насыщенный черный цвет легирующие элементы, стали применять относительно недавно, а изделия из рассматриваемого сплава такой окраски обширно распространены издавна.

Таким образом, в зависимости от числа элементов данные материалы подразделяют на двух- (один легирующих компонент) и многокомпонентные. Их доля составляет от 2,5%.

Кроме того, существует классификация бронзы, основанная на внутренней структуре, а именно количестве фаз в твердом растворе. Она подразумевает ее разделение на одно- и двухфазные варианты.

Наконец, ввиду обширной распространенности оловянного типа сплав подразделяют на оловянные и безоловянные бронзы.

Производство

Исходным сырьем для бронзы служат чистые металлы либо сплавы, в том числе бронзовые отходы. Второй вариант более обширно распространен, прежде всего, ввиду меньшей стоимости. В качестве флюса, предотвращающего чрезмерно интенсивное окисление расплава металла, применяют древесный уголь. Из всех исходных материалов составляют шихту, рассчитывая ее состав на основе целевых параметров и используемой технологии производства.

Процесс плавки осуществляют в определенной последовательности:

• в предварительно разогретую до необходимой температуры печь (обычно используют электродуговые и электрические устройства ввиду их высокой эффективности) помещают тигель с шихтой;
• после полного прогрева и расплавления металла в его состав включают служащую катализатором фосфористую медь;
• после выдержки добавляют связующие и легирующие компоненты бронзы, перемешивая;
• с целью удаления газовых примесей осуществляют дегазацию путем продувки азотом или аргоном;
• для снижения интенсивности окисления перед разливкой снова добавляют фосфористую медь.

На протяжении всего процесса необходим контроль температурного режима и количества добавляемых в расплав компонентов.

Свойства

Характеристики рассматриваемого материала определяются двумя факторами: составом и структурой.

Как было отмечено, химический состав бронзы разрабатывают с целью придания ей требуемых параметров. Одними из основных среди них являются пластичность бронзы, твердость и прочность. Варьировать первые две характеристики позволяет изменение концентрации олова. Так, его доля в составе бронзы связана прямой зависимостью с твердостью и обратной с пластичностью.

Наибольшее влияние на твердость и прочность оказывает концентрация бериллия. Некоторые содержащие его марки бронзы превосходят по второму параметру стали. Для придания пластичности бериллиевый сплав подвергают закалке. При этом основное значение имеют не количественные показатели содержания веществ, а выраженность создаваемых ими свойств. То есть, при одинаковом количестве двух различных элементов, один из них может изменять характеристики материала в значительно большей степени, чем другой.

Что касается структуры, она определяет вмещающую способность материала по отношению к элементам. Это можно рассмотреть на примере олова. Так, однофазная структура содержит до 6 - 8% данного элемента. При превышении его количеством предела растворимости, составляющего 15%, формируется вторая фаза твердого раствора. Это влияет на баланс твердости и эластичности. Так, однофазные варианты более эластичны, в то время как двухфазная бронза тверже, но хрупкая. Это определяет дальнейшую обработку: материалы первого типа подходят для ковки, а двухфазные сплавы - для литья.

Далее в качестве примера рассмотрены основные характеристики литьевой оловянной бронзы. Ее плотность определяется содержанием олова и при его доле 8 - 4% составляет 8,6 - 9,1 кг/см 3 . Температура плавления равна в зависимости от состава 880 - 1060°С. Теплопроводность данного материала - 0,098 - 0,2 кал/(см*с*С). Это небольшое значение. Электропроводность составляет 0,087 - 0,176 мкОм*м, что также немного. Интенсивность коррозии в морской воде равна 0,04 мм/год, на воздухе - 0,002 мм/год. То есть такая бронза обладает высокой устойчивостью к ней.

Обработка

Существует еще одна классификация бронзы, основанная на технологии обработки, применяемой при производстве из нее каких-либо изделий. В соответствии с этим выделяют два типа сплавов:

• литейные;
• деформируемые.

Литейные бронзы служат для создания отливок сложной конфигурации (деталей различных устройств и т. д.), так как деформируются только в расплавленном состоянии, в то время как деформируемую бронзу обрабатывают способами ковки, прокатывания, резания, производя металлопрокат в виде проволоки, ленты, труб, плит, втулок, прутков. Кроме того, бронза подходит для пайки и сварки.

Дополнительная обработка

Для декоративного эффекта и в защитных целях возможно нанесение на поверхность бронзовых изделий лака, хрома, позолоты, никеля.

Кроме того, для рассматриваемого материала существует специфический способ обработки поверхности, называемый искусственным патинированием. Он основан на процессе естественного старения бронзы, состоящем в формировании пленки зелено-белого цвета карбонатного либо оксидного состава, называемой патиной, в результате воздействия воздуха и содержащихся в нем компонентов. Искусственное создание такого покрытия носит декоративный (придание винтажности) и защитный смысл.

Данную процедуру осуществляют путем нагрева после нанесения на поверхность серного состава. Существует и обратная технология, то есть удаление патины со старых бронзовых изделий.

Достоинства и недостатки

Бронза обладает множеством положительных качеств. Среди них:

• разнообразие свойств и, следовательно, сфер применения;
• возможность создания вариантов для различных способов обработки (литья либо деформирования) в зависимости от потребностей;
• небольшая усадка (0,5 - 1,5%);
• возможность многократной обработки без потери свойств, то есть бронзу можно перерабатывать;
• высокие показатели устойчивости к химическому воздействию среды (воды, воздуха, кислот);
• большая упругость многих вариантов.

Основным недостатком является высокая стоимость некоторых марок, например, оловянной бронзы. Виды другого состава, такие как алюминиевый сплав, значительно дешевле. Таким образом, стоимость рассматриваемых материалов в значительной степени определяется входящими в их состав легирующими элементами.

Применение

Оловянный материал с 2% олова подходит для ковки при нормальной температуре ввиду высокой пластичности. Варианты с его концентрацией 15% характеризуются твердостью и прочностью. Такая бронза имела обширную область применения в древности. Предметы из нее были обнаружены при археологических раскопках. Она служила для производства посуды, оружия, денег, статуй, зеркал, украшений. Однако наиболее известно применение бронзы данного состава для изготовления колоколов, в связи с чем оловянную бронзу до сих пор называют колокольной.

Закаленную бронзу, содержащую бериллий применяют для производства пружин, мембран и рессор.

Для изготовления изделий, эксплуатирующихся в особо неблагоприятных условиях (высокой влажности, химически активных средах и т. д.), используют бронзу, обогащенную алюминием. Она обладает высокими коррозионной стойкостью и прочностью.

В качестве материала для подвергающихся фрикционным и ударным нагрузкам деталей (подшипников и т. д.) подходит свинцовая бронза.

Алюминиево-никелевая бронза особо актуальна для деталей, постоянно находящихся в соленой воде, ввиду высокой коррозионной устойчивости. Это относительно новый материал, который применяют для производства элементов шельфовых нефтяных платформ.

Детали из бронзы

Кроме того, большинство марок бронзы отличается отсутствием магнитности и малой усадкой. Ввиду этого они подходят для производства электротехнических изделий, а также декоративных предметов.

Также многие варианты сплава имеют низкую теплопроводность, вследствие чего их применяют для производства ванн, умывальников, сантехнических деталей.

Наконец, большая часть бронзовых сплавов характеризуется плохой электропроводностью. Одним из исключений является серебряный сплав, близкий по данному параметру к меди.

Помимо названных сфер, бронзу используют в машино-, судо-, авиастроении, для изготовления агрегатов подвижных узлов благодаря износостойкости, химических приборов и трубопроводов ввиду химической устойчивости.

Маркировка

В настоящее время встречается множество марок бронзы. Они отличаются составом, определяющим параметры и сферу применения. Для удобства на основе этого была создана система маркировки, включающая буквенные и цифровые символы. Так, легирующие добавки обозначают буквами, первыми в названии представляющих их химических элементов. Цифры означают содержание компонентов сплава в долях процента. При этом данные обозначения не содержат данных о количестве меди. Данное значение высчитывают как разность между общим составом бронзы и количеством легирующих добавок.

Маркировка бронзы позволяет легко определить требуемую для конкретной задачи марку. Для этого достаточно воспользоваться специальными таблицами. Они содержат данные о составе, параметрах сплава и сферах его применения.

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.

Открытие её ознаменовало для человечества начало технической революции, и как любое великое изобретение, произошло оно случайно. Бронза тесно связана с медью и ее производством. Люди заметили, что медь, добытая из некоторых шахт, отличалась лучшими механическими и литейными свойствами. Изучив состав сплава, они поняли, что причиной этому было наличие в нем примесей олова. Так незаметно бронзовый век пришел на замену медному, открыв новые технологические перспективы развития перед человеком.

Бронзовые сплавы и их разновидности

По способу обработки бронзовые сплавы делятся:

• Деформируемая бронза . Для изготовления деталей из них применяют такие технологические операции как ковка, протяжка, резание, фрезерование.
• Литейная бронза. Детали из такого сплава производятся методами металлургии.

Исходя из химического состава бронза подразделяется:

• Оловянная . В своем составе она содержит от 3,5 до 7% олова. Сплав обладает повышенными значениями предела прочности (свыше 40 кг/мм2) и упругости после предварительной обработки давлением. Такая бронза имеет высокие литейные свойства. Усадка сплава составляет 1%, что сравнимо с аналогичным показателем литейных чугунов . Жидкотекучесть металла позволяет получать отливки с толщиной стенки 1 мм. Единственный недостаток, которым обладает сплав, — это образование микропористости во время кристаллизации отливки.
• Безоловянная . Сюда входят сплавы, химический состав которых не содержит дорогостоящего олова. Его заменяют более доступные металлы.

Маркировка происходит аналогично стали. Буквами указываются легирующие компоненты. Цифры, следующие за ними, показывают процент содержания этих элементов в составе. Количество меди определяется конечной разностью всех составляющих сплава. Например, шифровка Бр .АЖ 9-4 означает, что это бронза (Бр .) с содержанием алюминия (буква «А») 9% и железа (буква «Ж») 4%.

Металлургия предлагает огромный выбор безоловянных бронз и выделяет следующие их разновидности:

• Алюминиевая бронза (Бр .А5, Бр .АЖ 9-4) отличается наибольшей пластичностью среди всех видов бронзовых сплавов. Относительный коэффициент удлинения составляет 60%. Литейные свойства ниже, чем у оловянных бронз, но при этом данный состав сплава не образует микропор. Предел прочности находится в пределах 50-60 кг/мм2. Сплав коррозионно устойчив к морской воде. Добавление в состав сплава никеля, железо и фосфора позволяет улучшить физические свойства бронзы.
• Кремнистая (Бр . Кмц 3-1) выделяется устойчивостью работы в условиях щелочной среды и низких температур. Для повышения прочностных характеристик металла его химический состав легируютмарганцем и дополнительно обрабатывают холодной деформацией.
• Берилловая (Бр .Б2) имеет высокие показатели прочности (до 110 кг/мм2), коррозионностойкости и электропроводности. Это единственные бронзовые сплавы способные упрочняться термической обработкой: закалкой и искусственным старением. Из недостатков можно выделить высокую цену на бериллий . По этой причине данная бронза применяется только в изготовлении высоко ответственных узлов.

Применение бронзы

Ввиду всех вышеперечисленных качеств и достоинств бронза нашла широкое распространение в разных типах промышленности:

• В машиностроении бронза ценится за счет двух основных свойств: высокий коэффициент трения по стали и коррозионностойкость . Исходя из этого сплав активно используется для изготовления гаек нажимных винтов, работающих в условиях воздействия агрессивных сред, вкладок и втулок механизмов, подшипников скольжения, шестерней, элементов червячной передачи, уплотнительных колец.
• В электронике применяется берилловая бронза для производства интегральных схем, оптико-волоконных приборов, пружинных контактов, измерительной аппаратуры.
• В судостроении бронзу используют как материал деталей, работающих в морской воде.
• Бронза безразлична к перепадам температур. Сплав устойчив к воздействию хлора и снижает активность вредных для человека микроорганизмов. В связи с этим бронза активно используется в оборудовании для сантехники . Из данного сплава изготавливают фитинги для разводки трубопровода, шаровые краны, штуцера, ниппеля, накидные гайки.
• Высокие литейные качества позволили применять бронзу в сфере искусства . Многие знаменитые скульптуры и памятники выполнены из нее. Среди них статуя «Писающий мальчик» в Брюсселе, скульптура «Мыслитель» в Париже и прочее.
• Бронза широко используется в изготовлении предметов быта и фурнитуры . Причиной служит эстетичный внешний вид сплава, подчеркивающий индивидуальность интерьера. Сюда входит изготовление пепельниц, подсвечников, держателей полотенец, петлей и ручек дверей и т. д.

Цена на бронзовый сплав

Современные металлургические заводы и предприятия все больше предпочитают использовать переработку вторсырья для дальнейшего получения из него бронзы, нежели ведение добычи непосредственно из шахт. Связано это с большей экономической эффективностью. Дешевле переплавить уже имеющуюся бронзу, чем осваивать новые месторождения. Это и есть причина постоянных открытий пунктов приема металлолома . Осталось понять, как формируются цены на бронзовый лом.

Существует несколько критериев, по которым формируется стоимость на сплав бронзы:

• Химический состав . Чем больше сплав содержит дефицитных и, соответственно, дорогостоящих металлов в своем составе, тем выше цена бронзы. Сюда относятся медь, олово, бериллий. Содержание алюминия, кремния и цинка наоборот, ведет к удешевлению бронзы.
• Форма лома , т.е. в каком виде поставляется бронза: сетка, проволока, стружка, лист.
• Содержание примесей и внешний вид. Наличие на поверхности бронзовых сплавов полуды и таких примесей как сера, водород, фосфор (свыше 0,5%) отрицательно влияет на стоимость лома.
• Объем поставки . В целом, металлоприемщик отдает предпочтение в работе с ломом весом от 1 тонны. Поэтому чем больше масса партии, тем выше цена на бронзу.
• Месторасположение пункта приема. Разные регионы имеют разные расценки на бронзу. Связано это с соотношением спроса и предложения в конкретном регионе России.

Все вышеперечисленное учтено в государственном стандарте ГОСТ 1639-93. Согласно ему лом бронзовых сплавов подразделяется на следующие категории (в скобках указана ориентировочная ее стоимость за кг):

• Лом А-11-1.Представлен бронзой в виде кусков размерами не более 5х5 см. Засор в сплаве до 3%. (250 руб .)
• Лом А-11-2. Содержание в сплавах меди не меньше 80%. Поставляется кусками не более 5х5 см. В составах данного вторсырья бронзы примесь не должна превышать 7%. (230 руб. )
• Лом А-11-3. входит не менее 70% меди, а засора в сплаве не более 7%. (200 руб. )

Такая высокая стоимость сплава связана с истощением медных руд. По оценкам разных специалистов они должны полностью закончиться через 80-100 лет. Обеднение медных руд, в свою очередь, ведет к увеличению стоимости технологий и бурильного оборудования. Чем глубже руда, тем тяжелее ее оттуда «достать».

Доказательством всего вышесказанного является значение котировок на биржах цветных металлов, которые с середины 2015 года постоянно растут вверх.

Физические свойства

Бронза - сплав меди с такими металлами как олово, алюминий, кремний и т. д. Исключение составляют латуни (сплав меди с цинком) и мельхиоры (сплав меди с никелем).

Металл не поддается термообработке (кроме бериллиевой). Механические свойства полностью определяет химический состав и структура. Бронзовые сплавы имеют более низкую упругость (9000-12000 кг/мм2) по сравнению со сталью.

Бронза - это сплав меди с оловом, алюминием, свинцом, кремнием и бериллием. В состав сплава могут входить самые разные металлы, по названиям которых дается имя: оловянная бронза, алюминиевая. Процент примесей не должен превышать 2,5%. Исключением являются никель и цинк - медные сплавы с этими элементами называются мельхиором и латунью соответственно. Однако незначительное количество цинка все же может присутствовать в составе - его количество должно быть ниже суммы всех остальных примесей, иначе сплав будет считаться латунью.

Само название произошло от итальянского «bronzo». Впервые сплав начали использовать еще в 35-33 веке до н.э . (точные даты не установлены), когда начался бронзовый век, пришедший на смену медному. Благодаря улучшению обработки меди и олово удалось получить достаточно прочный и красивый сплав, который продержался почти до 11 века до н.э. Ее использовали для производства наконечников стрел и копий, кинжалов, ножей, мечей и другого холодного оружия, для производства деталей мебели, зеркал, посуды, ваз, кувшинов, украшений, статуй и монет.

В Средние века бронзу применяли для изготовления церковных колоколов и пушек, последние изготовлялись из специальной пушечной бронзы до XIX века.

Физические свойства

Физические свойства сплава зависят от его состава и могут значительно колебаться. В отличие от латуни бронза обладает более высокой антикоррозийной стойкостью и антифрикционными свойствами. Она более прочна и оказывает стойкое сопротивление воздуху, воде, соли, органическим кислотам. Также бронзу легко паять и сваривать .

Получение

Бронзу получают путем сплавления меди с разными металлами для повышения определенных характеристик. Для этого используют индукционные печи и тигельные горны , пригодные для плавки любых медных сплавов. Плавку обычно проводят под слоем древесного угля или флюса. Для плавки могут использовать как свежую руду, которая еще не подвергалась обработке, так и вторичные отходы. Последние обычно добавляют к свежей медь в процессе сплавления.

При использовании только свежей руды соблюдают следующий порядок: в разогретую предварительно печь складывают уголь или флюс, загружают медь и прогревают до ее расплавления - 1150Со - 1170Со. Затем металл окисляют добавлением фосфористой меди, иногда ее вводят в несколько приемов - 50% сразу, 50% - в ковше. После раскисления вводят дополнительные добавки, прогретые до 100Со - 120Со .

Если дополнительные металлы тугоплавкие, то их сперва полностью растворяют в жидкой меди, а затем прогревают до определенной температуры. Вытащив сплав из печи, его раскисляют вводом 50% фосфористой меди, чтобы избавиться от окислов.

Если используют вторичные металлы или отходы, то сперва чистую медь расплавляют, раскисляют фосфористой медью и добавляют вторичные металлы. После расплавления последний в жидкую медь вводят добавки и дожидаются их расплавления. После нагревания до определенной температуры сплав раскисляют фосфористой медью, засыпают просушенным флюсом или прокаленным древесным углем. Смесь нагревают и оставляют на 20-30 минут, временами перемешивая. Когда время закончится, с поверхности удаляют выступивший шлак и разливают по формам.

Оловянная

Оловянная бронза наиболее широко применяется в современной промышленности. Это сплав меди с оловом (в классическом соотношении 80% к 20%), который обладает хорошей прочностью и твердостью, при этом легче плавится и обладает высокой антикоррозийной стойкостью и антифрикционными свойствами.

Оловянная бронза с трудом поддается ковке, прокатке, резке, заточке и штамповке и в основном пригодна исключительно для цельного литья. Небольшая осадка (не более 1%) позволяет использовать материал при создании особо точных изделий в художественном литье.

По желанию к сплаву могут добавить другие металлы .

1. Цинк (не более 10%) повышает коррозионную стойкость сплава и используется для создания элементов кораблей и судов, которым придется часто контактировать с морской водой.
2. Благодаря добавлению свинца и фосфора можно существенно улучшить антифрикционные свойства бронзы, также сплав легче обрабатывается давлением и резанием.

Безоловянные

В некоторых случаях применение олова недопустимо. В этом случае на помощь приходят другие металлы, добавление которых позволяет получить необходимые характеристики. И хотя оловянная бронза является эталоном и наиболее востребована, безоловянные бронзы не уступают ей.

Свинцовистая или свинцовая

Свинцовая бронза является прекрасным антифрикционным сплавом, хорошо сопротивляются давлению, обладает повышенной прочностью и тугоплавкостью. Ее применяют для изготовления подшипников, подвергающихся наибольшему давлению при работе.

Кремнецинковая

Кремнецинковая бронза состоит из меди (97,12%), кремния (0,05%) и олова (1,14%). Она довольно текучая и пластичная, что позволяет использовать ее в качестве материала для изделий сложной формы. Она обладает повышенным сопротивлением при сжатии, не магнитится и не дает искры при обработке. Отличается упругостью и антифрикционными свойствами, не теряет пластичности при пониженных температурах, хорошо спаивается. Часто содержит никель или марганец.

Бронзу используют при изготовлении пружин, подшипников, решеток, направляющих втулок, испарителей и сетей.

Бериллиевая

Бериллиевая бронза является наиболее твердой из всех видов. Она обладает повышенными антикоррозийными свойствами и жаропрочностью, устойчива при низких температурах, не дают искр при ударах и не магнитятся. Металл закаляют при 750Со - 790Со, состаривают - при 300Со - 325Со. В бериллиевую бронзу иногда добавляют никель, железо или кобальт, чтобы облегчить технологию закалки. Кроме того, никелем можно заменить бериллий.

Материал используют для создания пружин и пружинящих деталей, мембран, для деталей часов.

Алюминиевая

Алюминиевая бронза состоит из меди (95%) и алюминия (5%). Имеет приятный золотой цвет и блеск, выдерживает длительное воздействие агрессивной среды, например, кислот. Сплав обладает большей плотностью отливки, жаропрочностью и повышенной прочностью, хорошо переносит низкие температуры. Из недостатков стоит отметить более слабую коррозийную стойкость, более сильную усадку, а также сильное газопоглощение в жидком состоянии.

Бронзу используют для изготовления деталей автомобилей и в пороховом производстве, выплавляют шестеренки, втулки, монеты и медали.

Остальные металлы

Помимо указанных выше, в бронзе могут присутствовать и другие элементы. Никель и железо увеличивают температуру рекристаллизации и способствуют измельчению зерна. Хром и цирконий снижают электропроводность и повышают жаропрочность бронзы.

Маркировка

Чтобы выбрать правильный вариант металла, достаточно внимательно посмотреть на его маркировку. Это поможет безошибочно определить особенности и характеристику выбранного вида.

Первыми идут буквы «Бр» - это означает «Бронза». Затем в ряд расположены одна или несколько букв, за которыми прячутся добавки: О - Олово, А - Алюминий, К - Кремний, Н - Никель, Мц - Марганец, Ж - Железо, С - Свинец, Ф - Фосфор, Ц - Цинк, Б - Бериллий. Следом через дефис записаны цифры - это процентное содержание каждой добавки по очереди.

Например, обозначение Бр А Ж Н -10 -4 -5 можно расшифровать так: Бронза с содержанием Алюминия (10%), Железа (4%) и Никеля (4%).

Применение

Бронзу активно используют в промышленность и самых разных сферах. В первую очередь бронзу применяют в одноименном прокате: ее выпускают в виде труб, проволоки, листов и прутьев. Металл можно встретить и в автомобилестроении, химической, пищевой, строительной и топливной промышленностях. Из нее производят шестеренки, подшипники, втулки, пружины и другие детали, которые подвергаются воздействию агрессивной окружающей среды и часто работают при повышенном давлении. В отличие от латуни бронза прекрасно переносит механические нагрузки и более пластична.

Из металла производят предметы искусства, скульптуры, кованные изделия, украшения, посуду и художественные предметы.

Бронзами в тесном смысле этого слова называют сплавы меди с оловом в различных весовых отношениях, но с преобладанием меди. Присутствие других металлов, кроме олова, в древних бронзах следует рассматривать как побочные примеси. Такими примесями в упомянутых бронзах являются: цинк, свинец, сурьма, железо, серебро, иногда никель, кобальт, золото, а также другие металлы, очевидно попадавшие в сплав непосредственно из медных и оловянных руд в самом процессе плавки.

Цвет бронзы изменяется в зависимости от ее состава; с увеличением процентного содержания олова в сплаве цвет бронз переходит из розового и красного (90—99% меди) в желтый (до 85% меди), затем в белый (до 72% меди) и, наконец/в стально-серый (до 35% меди).

Бронзы могут иметь также и золотистые оттенки: напр., античная золотистая бронза содержит, по F. Wibel"ю, около 88% меди и. 12% олова..

Латунью, или желтою медью, называют сплав меди с различным содержанием цинка, обычно около 32%; латунь характеризуется красивым желтым цветом.

У народов античного мира, греков и римлян, медь и ее сплавы бронза и латунь назывались одинаково: des у римлян, χαλχός у греков.

Древние египтяне, по указанию Berthelot, 1 называли медь и бронзу одним словом chomt.

Эти термины сохранились до нашего времени, иногда латунь, т. е. сплав меди с цинком, ошибочно называют желтой или зеленой медью, в отличие от красной или чистой меди.

Коринфская бронза (airin de Corinthe), по мнению Berthelot, 2 была сплавом меди с золотом и серебром, Berthelot 3 указывает, что под названием орихалк в древности, вероятно, разумели все желтые сплавы, напоминающие своим блеском золото; об этом сплаве Платон говорит в своей «Атлантиде» как о драгоценном металле.

По Брандту, бронза, употреблявшаяся римлянами и в средние века, редко была сплавом только меди и олова, но обыкновенно содержала свинец в таком количестве, что надо считать его прибавленным умышленно. G. Richter указывает, что в античных бронзах более раннего происхождения содержание олова было меньше, чем в бронзах более позднего происхождения; напр., некоторые топоры из Трои содержали лишь от 3,87% до 5,70% олова. Бронзы из Микен уже содержат олова больше, от 10 до 13%. В греческих бронзовых сосудах содержание олова бывает обычно от 10 до 14%, а в монетах от 2 до 17%. В зеркалах содержание олова обычно выше, чем в других бронзах, а именно, от 19 до 32%.

С давних времен китайцами и индусами изготовлялись музыкальные инструменты в форме тарелок, называющиеся там-там, гонгами и др., состоящие из сплава меди и 2.0% олова.

Особую группу среди древних бронз представляют китайские и японские художественные бронзы, отличающиеся своим составом от бронз других народов Азии и Европы.

Китайские и японские бронзы, замечательные по покрывающей их темной патине, содержат, по исследованию М. Morin, 4 свинец в количестве до 20%. Приводим из этой работы данные двух анализов бронз.

Некоторые китайские и японские бронзы бывают весьма хрупкими, разбивающимися при небольшом толчке.

Кроме бронз в прямом значении слова, японцы изготовляют другие медные сплавы, содержащие вместо олова драгоценные металлы: золото и серебро.

По исследованию проф. Roberts-Austen"a, 5 из этих сплавов, применяемых японскими художниками, наибольший интерес представляют два сплава: shaku do и shibu ichi. Первый из них, как показывают анализы, содержит до 4% золота; в schibu ichi содержание серебра доходит до 49%. Патины этих сплавов имеют весьма красивые цвета: на shaku do пурпурно-красный, а на shibu ichi — серый. Кроме того, японцы готовят особый сплав, называемый kuromi и содержащий медь, олово, кобальт и другие металлы.

В заключение приводим данные анализов различных древних: бронзовых предметов (табл. 1), сообщаемые G. Brinton Philips"ом; 6 анализы бронз с Кавказа, произведенные лабораторией Института исторической технологии, даны в таблице 2.

Таблица 1

Таблица 2. Примеры анализа древних бронз по данным Института исторической технологии (1933—1934 г.)

Как видно из приведенных примеров, состав древних бронз: представляет большое разнообразие.

Ледебур полагает, что эти «бронзы» представляют нечистую медь, в том виде, как она выплавлялась из руд, со всеми примесями.

Древние памятники из медных сплавов часто бывают весьма неоднородными в различных частях одного и того же предмета; кроме того, часто обнаруживаются поры и другие недостатки отливок: многие египетские бронзы имеют неметаллическую, сердцевину — сплавленное песчано-глинистое ядро, по терминологии Ратгена, представляющее прототип современных литейных шишек.

Новейшая художественная бронза отличается от бронзы древних европейских народов тем, что она содержит, кроме меди и олова, еще значительное количество (иногда до 35—40%) цинка, прибавляемого для удешевления сплава.

Говоря о химическом составе древних бронз и предметов из археологических раскопок, следует отметить различную окисляемость меди и олова в античных бронзах, находившихся в земле. Это явление впервые было замечено Berthelot в 1894 г. при анализе обломка браслета из сокровищницы Dahchoui"a (XII династии в Египте). 7

Для анализа было взято металлическое вещество из центральной части предмета, наиболее удаленной от поверхностного слоя патины. Патина анализировалась отдельно.

Анализ не разрушенной металлической части отличается значительно меньшим содержанием олова. Berthelot объясняет это тем, что медь окислилась сильнее олова, поэтому содержание олова в неметаллической части объекта выше, чем в металле.

Данное Berthelot объяснение было подтверждено позднейшими исследованиями Е. С. Ельчанинова над бронзовыми стрелами, 8 найденными на острове Березани (на Черном море), относящимися к VI или V веку до н. э. Оказалось, что части, подвергшиеся наибольшему разрушению, содержали олова сравнительно больше, чем менее разрушенные, т. е. под влиянием процессов медленных реакций при лежании в земле и действия почвенных вод медь потерялась в большей степени, чем олово.

Эту различную способность металлов к окислению следует иметь в виду при анализах древних бронз, чтобы не получить неправильного представления о первоначальном составе металла исследуемого предмета.

1 М. Berthelot, Les origines de ralchitnie, 1885 г., стр. 225.

2 М. Berthelot, Stir le cuivre des aneiens, Annales de ehimie et de physique, 1887 г., стр. 14.

3 Bertlielot, Les origirtes de l"alchimie, 1885 г., стр. 226,

4 L. Knab, Traiteclesalliagesetaes depots nietalliques, Paris, 1892 г., стр. 157.

5 L. Knab, указ. раб.

6 American Anthropologist, 1922 г., т. 24, стр. 129.

7 J. de Morgan, Fouilles a Dahchour, 1894 г., стр. 139.

8 Журнал Русского химического общества, 1903 г., стр. 1277.