Металл бронза химические свойства

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. 

Классификация бронзы

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:

• Деформируемые – хорошо поддающиеся механической обработке: штамповке, рифлению, ковке. Содержание олова в них не более 6%, что обеспечивает необходимую пластичность. Из деформируемых оловянных бронз изготавливают листы, бронзовую проволоку, бронзовый пруток, бронзовую ленту.

• Литейные – предназначенные для фасонных отливок. Из литейных оловянных бронз делают различные детали для машин, работающих в соленой морской воде, вкладыши подшипников, шестерёнки.

Свойства бронзы

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.

• 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

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.

В результате получается широкий ассортимент металлопроката:

Применение бронзы

Бронза используется в современном машиностроении, ракетной технике, авиации, судостроении и других отраслях промышленности.

Благодаря устойчивости к механическому истиранию и высокой коррозионной стойкости бронзовая продукция применяется для изготовления деталей машин и приборов, участвующих в подвижных узлах в процессе трения. Детали из бронзы требуют периодической замены, то есть являются расходными.

Из безоловянных бронзовых сплавов изготавливают прокат для составляющих химических приборов, регулирующей арматуры отопительных систем и трубопроводов другого назначения.

Бронзу используют для литья скульптур и памятников, так как материал долговечен, не подвергается атмосферным влияниям и устойчив против механических повреждений. Изделия высокохудожественных форм в театрах, дворцах, залах (люстры, торшеры, канделябры) также изготавливаются из бронзы. 

Видео — как делают бронзовые статуэтки

Из чего состоит бронза: состав сплава бронзы, основные свойства и виды, области применения и маркировка

Её использовали как в военных целях — для изготовления холодного оружия, пушек и ядер для них, так и для создания прекрасных произведений искусства — ювелирных украшений и скульптур.

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

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

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:

• выработка за многие века месторождений теннантита и других блёклых руд, богатых медью и мышьяком. Такие руды были наиболее удобны для выделки мышьяковой бронзы, так как залегали не очень глубоко, что делало процесс производства более дешёвым по сравнению с другими источниками меди и мышьяка;
• высокая токсичность производства такой бронзы, вызванная наличием в месторождениях мышьяка, что с неизбежностью приводило к потере здоровья и дальнейшей способности трудиться у опытных металлургов и кузнецов;
• непригодность металлургического брака и сломанных изделий из мышьяковой бронзы для дальнейшей переплавки на сортовой металл. В лучшем случае такие изделия шли на изготовление бижутерии или неответственных деталей.

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

Таким образом, существуют следующие виды:

1. безоловянная. К ней относят бронзу, в которой вторыми компонентами являются алюминий, кремний, бериллий и другие металлы и неметаллы. Каждый из этих компонентов придаёт ей особые свойства. Например, алюминий наделяет сплав повышенными антифрикционными свойствами и высокой коррозионной устойчивостью, бериллий повышает прочность и твёрдость, а кремний и цинк улучшают её текучесть и устойчивость к истиранию;
2. оловянная. Медно-оловянный сплав, в котором медь преобладает. Является одним из первых, освоенных человеком. Обладает высокой, по сравнению с чистой медью, твёрдостью и прочностью, а также более легкоплавка. В таких сплавах олово всегда является вторым по количеству после меди и основным легирующим компонентом.

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.

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:

• элементы декора (светильники, статуэтки, подсвечники, пепельницы, решётки, украшения перил и прочие);
• различную фурнитуру (замки, ручки, накладные петли, краны, смесители и прочую сантехнику);
• детали машин и механизмов (втулки, уплотнители, шестерни, подшипники, части аппаратуры, работающие под водой);
• детали для высокоточной техники, навигационных приборов, схем автомобилей;
• многочисленные фитинги (отводы, углы, переходники, муфты, тройники и прочее);
• в незначительном количестве ювелирные украшения.

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.

Состав и структура сплава бронзы, а также зависимость его свойств от такого состава

Как известно, после золотого века настал серебряный, после него бронзовый, а затем железный. По поводу первых двух исторических периодов мнения историков сильно расходятся. Материальные доказательства бронзового века настолько солидны и многочисленны, что сомневаться в этом этапе развития человечества, возможности нет.

Ну а названо это время в честь главного ее материала – бронзы. И данная статья посвятит вас в химический состав бронзы, магнитные, технологические, физические и механические свойства сплава бронзы.

В общем виде бронза – это сплав меди. Вторым компонентом могут выступать различные металлы за исключением цинка – такой сплав называют латунью, и никеля – он носит название мельхиор.

В соответствии с характером второго ингредиента бронзы делятся на оловянные, то есть, содержащие олово, и безоловянные – все остальные, где вторым компонентом выступает другой металл.

Состав мелких примесей при этом не учитывается.

• Про состав черной, белой, синей, зеленой, оловянной, алюминиевой и других бронз, пропорции меди и олова в них, а также о том, чем отличается бронза от латуни по составу, читайте ниже.
• Состав и структура металла бронза рассмотрены в видео ниже:

Состоят из олова и меди. Как показывают исследования, медь может растворить до 15,8% олова, что автоматически указывает на возможность появления разных фаз твердых растворов.

Так оно и есть: до достижения доли олова в 6–8% устойчивой является α-фаза, обеспечивающая хорошую ковкость и пластичность сплава.

При увеличении доли олова появляются такие качества, как хрупкость и твердость, что не мешает использовать бронзы с содержанием олова до 65%, поскольку тогда в сплаве имеются и другие интересные качества.

Свойства и даже цвет сплава зависят от олова. Так, при доле меди в 90–99%, цвет бронзы ближе красному. Цвет сплава, содержащего 85% меди, желтый, содержащего более 50% – белый, а при доле меди в 35% сплав становится серо-стальным.

Соответствующим образом меняются и свойства.

• При малом содержании олова – до 2%, бронзу можно ковать на холоде, а не только при нормальной температуре.
• При содержании олова более 5%, ковать сплав можно лишь при температуре красного каления, из-за чего бронза считается не совсем подходящим сплавом для ковки.
• Если же твердый раствор включает более 15% олова, такое качество как ковкость сплав теряет, приобретая взамен высокую твердость.
• При очень большом содержании олова сплав вновь становится мягким.

Разновидности

• деформируемые – с низким содержанием олова. Такие сплавы можно ковать и прокатывать, а также резать и затачивать. Они отличаются упругостью и высоким сопротивлением усталости, поэтому часто используются при изготовлении пружин;
• литейные – с более высоким содержанием олова. Изделия из нее получают литьем. Несмотря на не слишком высокую текучесть, бронзу используют для получения отливок самой сложной конфигурации, поскольку она дает очень малую усадку – менее 1%, в то время как у чугуна усадка составляет 1,5%, а у стали – 2%.

Превосходные бронзовые изделия – статуэтки, посуду, украшения на перилах и так далее, получают именно литьевым методом.

Примеси

Бронза может включать разнообразные случайные примеси в очень малом количестве. В то же время в состав вводят специальные добавки с тем, чтобы получить дополнительные свойства.

• Цинк – может составлять до 10–15% по массе. Он растворяется в α-растворе и улучшает механические свойства: увеличивает текучесть, плотность отливки и прочее. При этом металл заметно понижает стоимость изделия, поскольку намного дешевле олова. Такая бронза носит название адмиралтейской и более устойчива к морской воде.
• Свинец добавляют для придания сплаву антифрикционных свойств и возможности обрабатывать изделия резанием.
• Фосфор увеличивает жидкотекучесть и износостойкость.

Маркируется бронза буквами Бр. Далее в названии указываются легирующие добавки, а через дефис – их процентное соотношение. Доля меди не указывается, а вычисляется.

Безоловянные металлы

Представляют собой сплав меди с другими металлами, за исключением цинка и никеля. Такие бронзы называются в соответствии с легирующим элементом, доля которого в сплаве самая большая – алюминиевая бронза, например, бериллиевая и так далее. Маркируется она точно таким же образом. Так, Бр.АМц-7-1 означает, что в сплаве содержится 7% алюминия, 1% марганца и, соответственно, 92% меди.

Другие металлы в сплаве с медью создают иные свойства. Хотя, справедливости ради, большинство из них разработано в попытке удешевить бронзу, исключив из нее дорогое олово.

• Алюминиевые бронзы – отличаются более высокими антикоррозийными и механическими свойствами, к тому же сплав с алюминием дешевле. Однако, несмотря на то, что алюминиевая бронза более жидкотекучая, она дает большую усадку, поэтому редко используется для получения сложных отливок. Алюминий с медью образует твердый раствор, состав которого зависит как от доли алюминия, так и от условий получения, в частности, от скорости охлаждения. В результате такие его качества, как пластичность или прочность заметно меняются. Однофазные алюминиевые бронзы отличаются прекрасным сочетанием прочности и пластичности (максимальная нагрузка составляет 400–450 МПа, а пластичность равна 60%). Двухфазные более прочны и тверды, но требуют разной обработки в зависимости от своей структуры. К тому же дают куда большую усадку.
• Кремнистые бронзы могут включать до 3% кремния и отличаются антифрикционными свойствами и упругостью. Структура однофазная, что обеспечивает хорошую пластичность и относительную легкость обработки. Для отливок применяется редко. Если доля кремния превышает 3%, появляется хрупкая γ-фаза, поэтому состав сплава меняется редко.
• Бериллиевые бронзы отличаются высокой коррозионной стойкостью, износоустойчивостью, повышенным сопротивлением усталости, а также очень высоким пределом упругости. Сплав является теплостойким материалом – «работает» до температуры в 340 С, обладает хорошей теплопроводностью и электропроводностью. Бериллиевые бронзы можно подвергать закалке и старению, что очень положительно сказывается на их механических качествах.
• Марганцовая бронза содержит марганец, и, как правило, включает также цинк, а порой и олово. Свойства сплавов заметно отличаются и применяются для разных целей.
• Довольно известна мышьяковая бронза, но уже лишь как исторический материал. По своим качествам она превосходила оловянную, причем образовывала большое количество сортов для разных целей. Однако исчерпание поверхностных залежей мышьяка, токсичность производства и невозможность переплавки, в конце концов, привели к ее исчезновению.

1. Характеристики и особые свойства свинцовых, бериллиевых, алюминиевой и других бронз рассмотрены ниже.
2. Хотите отливать солдатиков у себя дома? Тогда смотрите следующее видео и запаситесь бронзой:

О свойствах столь разнообразного сплава говорить сложно, поскольку качества бронзы очень сильно зависят от характера и количества легирующей добавки. Но так как именно оловянная остается наиболее известной и чаще всего используемой, ее технические характеристики с учетом фазового состава и будут приводиться в качестве примера.

Плотность и масса

• В целом плотность оловянной бронзы колеблется от 8,6 до 9,1 г/куб см при изменении доли олова от 8 до 4%.
• Бронзы алюминиевые, например, литейные, плотность имеют меньшую – от 7,5 до 8,2 г/куб. см;
• Бериллиевые бронзы имеют меньший диапазон плотности 8,2–8,4 г/куб. см.

Температуры

Эти характеристики тоже определяются качественным и количественным составом сплава. Промышленное значение имеет температура начала плавания, температура горячей обработки, если речь идет о деформируемых бронзах, и температура отжига – термической обработки с целью упрочнения вещества.

МаркаТемпература плавления, СТемпература горячей обработки, СТемпература отжига, С

БрОФ8-0,3	880	–	600–650
БрОФ-7-0,2	900	–	600–650
БрОФ6,5-0,4	995	700–800	600–650
БрОФ4-0,25	1060	700–800	600–650
БрОЦ4-3	1045	700–800	550–650
БрОЦС4-4-2,5	1018	–	550–650
БрОЦС4-4-4	1015	–	–

Теплоемкость и теплопроводность

Теплопроводность металлов всегда выше, чем неметаллов. Однако для определенных целей нужны очень разные показатели. Медь прекрасно проводит тепло, как и электричество, но ее сплав в значительной мере эту способность утрачивает. Поэтому вещество не используют для изготовления сварочных электродов или узлов трения, поскольку оно не может быстро отдать или отвести тепло.

• В зависимости от доли олова теплопроводность изменяется от 0,098 до 0,2 кал/(см*с*С).
• Средняя теплоемкость сплава меди с оловом составляет 0,385 кДж / (кг*К), что практически соответствует меди. Даже железо способно хранить тепло в большей степени.

Коррозийные свойства

Оловянные бронзы отличаются высокой коррозионной стойкостью. Скорость коррозии на воздухе не превышает 0,002 мм/год при содержании олова в сплаве 5–8%.

В морской воде оловянная бронза даже более устойчива, чем сама медь, а также латунь. В зависимости от содержания олова этот показатель повышается: так, сплав с долей олова 6% корродирует на 0,04 мм в год, а с долей металла 10% – на 0,016 мм в год.

Сплавы неустойчивы к действию аммиака, минеральных кислот, особенно соляной и азотной. Однако в присутствии ингибиторов скорость коррозии уменьшается в 10–15 раз.

Электропроводность

Этот показатель у большинства бронз намного ниже, чем у меди, что коррелирует с низкой теплопроводностью. В зависимости от состава, а здесь важны и доля олова, и характер второго легирующего компонента, если он есть, удельное электросопротивление изменяется от 0,087 до 0,176 мкОм*м.

Серебряная бронза – с добавкой серебра 0,25%, имеет такое же удельное сопротивление, как у меди, но, к сожалению, этот состав имеет высокую температуру рекристаллизации.

Сплав меди и олова никому вреда никогда не причинял. И его изготовление, и применение совершенно безопасны для здоровья человека и для окружающей среды.

• Угрозу могут представлять собой вводимые легирующие добавки. Так, получение мышьяковой бронзы в старину несло ощутимую опасность, поскольку при этом использовался мышьяк, а последний является ядом.
• Такую же опасность представляет изготовление бериллиевой бронзы, поскольку сам бериллий является токсичным веществом. Готовый сплав совершенно безопасен.

Поскольку бронза – сплав с медью, то есть, является весьма дорогостоящим ломом цветных металлов, то вопросов с ее утилизацией не возникает. Бронза с легкостью переплавляется и может использоваться чуть ли не до бесконечности.

Бронзы – целый ряд самых разнообразных сплавов с самыми разнообразными свойствами. Бронза известна с самых давних времен, но не исчерпала своих возможностей.

У вас завалялась пара бронзовых монет, требующих чистки? Тогда этот видеоролик поможет справиться с такой задачей:

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:

1. бериллий, который придает бронзе повышенную прочность;
2. кремний и цинк – элементы, благодаря которым поверхность бронзового изделия становится очень устойчивой к истиранию и улучшается текучесть бронзы, что особенно важно для выполнения литейных операций;
3. свинец, придающий бронзе устойчивость к коррозии;
4. алюминий, наделяющий бронзу достойными антифрикционными свойствами и высокой устойчивостью к коррозии.

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:

• деформируемые (используемые для производства изделий, которые обрабатывают методом пластической деформации);
• литейные (изделия из них производят методом литья).

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.

• Тигель с исходным сырьем помещают в печь, предварительно разогретую до требуемой температуры.
• Чтобы металл после расплавления сильно не окислялся, к нему добавляют измельченный древесный уголь – флюс.
• После того как металл полностью расплавится и хорошо прогреется, в его состав вводят фосфористую медь, играющую роль кислотного катализатора.
• После некоторой выдержки в прогретом состоянии в расплавленный металл добавляют легирующие и связующие элементы (лигатуры), после чего полученный сплав тщательно перемешивается.
• Перед разливкой расплавленного металла в него вновь добавляют фосфористую медь, которая в данном случае необходима для снижения активности окислительных процессов.

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.