Какой состав бронза имеет в процентном соотношении. Ее свойства и применение

Что такое бронза?

Бронза — это сплав, основой которого является медь и другие металлы. Состав может изменяться в зависимости от чего меняются и параметры готового материала. В качестве дополнительных компонентов могут использоваться марганец, железо, хром, фосфор. Оптимальное содержание легирующих примесей в бронзовом сплаве — 2.5%.

От количества меди в составе материала зависит его цвет. Например, в ярких огненных заготовках из бронзы содержится более 35% меди. Смесь цинка с медью нельзя относить к разновидностям бронзы. Это отдельная смесь, которая называется латунь.

История открытия

Первые находки бронзовых сплавов были обнаружены в третьем тысячелетии до нашей эры. Тогда люди смешивали медь с оловом, чтобы получить материал с особенными характеристиками и внешним видом. В то время из бронзы изготавливалась посуда, статуэтки, украшения, орудия труда. Большую популярность сплав бронзы получил во времена средневековья. Из них изготавливали оружие и снаряды.

Структура и состав

Состав сплава бронзы состоит из определённых компонентов. Не каждая смесь может называться бронзовым материалом. Например, латунь и мельхиор имеют в составе большое количество меди, однако не относятся к бронзе. Таким образом дополнительными компонентами выступают различные металлы за исключением цинка и никеля. Характеристики смеси зависят от количества легирующих металлов. Смеси на основе меди можно разделить на две группы:

1. Оловянные — процент олова в таких бронзовых сплавах больше чем других легирующих примесей. У готового материала высокие показатели упругости и твердости. Он легко плавится, что облегчает обработку. Чтобы улучшить устойчивость к коррозии и литейные качества смеси, в ее состав добавляют другие легирующие примеси
2. Специальные — в составе этих смесей не содержится олова. В качестве дополнительных компонентов выступает железо, кремний, алюминий. Характеристики материла зависят от используемых легирующих примесей.

Специальные бронзовые смеси считаются более универсальными, нежели оловянные.

Сплав бронзы

Свойства и характеристики

Чтобы понимать где можно использовать этот материал, нужно учитывать свойства и характеристики бронзы. Свойства смеси:

• хорошая свариваемость;
• устойчивость к воздействию кислот и солёной воды;
• высокая устойчивость к коррозии;
• температура плавления — до 1140 градусов по Цельсию;
• плотность — до 8700 кг/м3.

Свойства могут изменять в зависимости от процентного содержания легирующих компонентов.

Производство материала

Качество бронзы зависит от процесса её производства. Для этого применяются индукционные печи и дополнительные вещества для плавки. Процесс производства:

1. Разогревается печь, в которую засыпается уголь. При отсутствии древесного материала используется флюс.
2. Печь заполняется медью. Она должна расплавиться.
3. Расплавленный металл нужно раскислить фосфористой медью
4. Расплав насыщается легирующими примесями. Температура отжига равномерно увеличивается.
5. Расплавленные компоненты перемешиваются и продолжают нагреваться.
6. Последний этап перед отливкой в формы — повторное раскисление смеси.

Расплавленный металл разливается по формам, которые проходят через пресс-обработку. После охлаждения отливок их используют в дальнейшем производстве.

Разлив по формам

Свойства и характеристики

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

Бронза – сплав достаточно тяжелый. Но и масса изделия из него, и плотность зависят от доли входящих компонентов.

• 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.

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.

Токсичность

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:

Разновидности

Специалисты выделяют такие виды бронзы:

1. Свинцовая — состав, в котором основной легирующей добавкой является свинец. Готовый материал устойчив к воздействию высокого давления. Используется при изготовлении подвижных элементов в промышленном оборудовании.
2. Кремнецинковая — помимо основного компонента в этом составе содержится олово и кремний. У смеси хорошая пластичность и текучесть. С материалом легко работать и изготавливать из него изделия сложной формы. Хорошо сваривается, устойчив воздействию низких температур.
3. Бериллиевая бронза — твердый материал. Устойчив к воздействию высоких температур и коррозии. В состав входят кобальт, никель и железо.
4. Алюминиевая — в состав смеси входит 95% меди и 5% алюминия. Материал обладает золотым оттенком, блестит на свету. Устойчив к воздействию щелочей и кислот. Не изменяет характеристик при воздействии низких температур, обладает высокой прочностью.

Если нужно укрепить структуру материала, в него добавляется никель. Электропроводность снижают с помощью хрома.

Производство материала

Бронзу получают из чистых металлов или сплавов в чушках. Второй более распространен, так как дешевле и позволяет получить любые литьевые бронзы.

1. Первым этапом является добыча меди и олова на месторождениях. Олово содержится в касситеритах, станнинах и так далее. Медь более распространена: ее добывают из самородной меди и множества минералов – халькопирита, борнита, халькозина. Выделяют металл несколькими разными способами, из которых пирометаллургический, то есть, окислительный отжиг и огневое рафинирование, является наиболее распространенным.
2. Затем рассчитывают состав шихты: это зависит от состава будущего изделия и от метода получения – из вторичных сплавов, из металла и вторичных сплавов и так далее.
3. Сама по себе плавка, например, из чушек, включает несколько этапов:
   загрузка– материал загружают в просушенные и нагретые графито-карборудные или графито-шамотные тигли. Лучше всего подходят электрические и электродуговые печи, так как с их помощью можно осуществить плавку как можно быстрее. Это важно, поскольку при сплавлении металлов велика вероятность поглощения газов расплавом;
4. расплавление – в первую очередь плавят медь, а затем добавляют различные компоненты, улучшающие механические свойства сплава, и основные легирующие добавки;
5. перегрев – расплав прогревают до 1200 С под слоем древесного угля. Если исходные металлы загрязнены, применяют жидкие солевые флюсы;
6. дегазация – расплав очищают от газовых примесей путем продувки аргоном или азотом.
7. Из готового сплава получают отливки. Чаще всего для этого используют литниковые системы. Литье производится в глиняные или металлические формы. Возможно получение отливок способом центробежного литья.

В 2016 году отмечен рост цен на медь – до 4%, и олово – до 10,3%. Соответственно, повышается стоимость продукции из бронзы и бронзового лома. Последний в октябре имел стоимость от 190 до 210 р. за кг.

Цена продукции – пруток, отливка, лист, зависит от состава сплава. Так, пруток разной марки можно приобрести и за 308, и за 803 р. за кг.

Далее затронута маркировка и применение бронзы.

Маркировка

Чтобы покупатели и производители разбирались в бронзовых сплавах, была создана специальная маркировка бронзы. Она представляет собой набор цифр и букв, которые обозначают наименование компонентов и их процентное содержание в составе:

1. В начале маркировки указывают буквы «Бр», которые обозначают название материала.
2. После основного обозначения ставится буква, указывающая на легирующие добавки.
3. Закрывает маркировку цифра обозначающая процентное содержание легирующего компонента.

Пример марки бронзы — БрО5. В сплаве содержится 5% олова. Маркировка всех составов с медным основанием указывается в таблицах, которые можно найти в интернете.

Оловянные бронзы с цинком

Для того чтобы повысить прочностные характеристики оловянных бронз, в них добавляют цинк в достаточно больших объемах. При этом, главным условием, является введение улучшающего сплав элемента, в объемах не превышающих его растворимость в альфа фазе. Одним из популярных вариантов цинково-оловянных бронз является сплав марки БрОЦ4-3, который обладает отличными физико-механическими характеристиками, стойкостью к коррозийным процессам, хорошей деформируемостью в разогретом состоянии.

Это способствует применению сплава в различных производственных областях. Металлопродукция востребована в машиностроении, электротехнической отрасли, энергетике, приборостроении. Изделие используется для изготовления деталей различных механизмов, пружин для высокоточных приборов и прочее.

Довольно часто, оловянные бронзы легируют не чистым цинком, а с добавлением свинца. Особенностью данного металла является то, что он практически не растворяется в оловянно-медных сплавах в твердом виде. Оловянные бронзы с добавлением свинца и цинка представлены такими популярными марками как БрОЦС4-4-2, БрОЦС4-4-4. Благодаря наличию свинца, заметно повышаются антифрикционные свойства сплава и при этом, улучшается податливость обработке резкой.

Оловянные бронзы в которых присутствуют свинец и цинк, можно обрабатывать давлением только в холодном состоянии. Это связано с тем, что низкая температура плавления свинца не позволяет производить деформацию в разогретом состоянии. Оловянные бронзы данной категории, широко используются в подшипниках скольжения и в качестве полуфабриката при изготовлении деталей бытового и промышленного оборудования.

Плюсы и минусы

Чтобы оценить бронзовый сплав, необходимо поговорить о его сильных и слабых сторонах.

Плюсы:

1. Наличие смесей с разными видами металлов и дополнительных компонентов позволяет использовать их в различных направлениях промышленности.
2. Создание сплавов с разными характеристиками. Можно варьировать соотношение и процентное содержание легирующих компонентов.
3. Материал можно перерабатывать повторно.
4. Высокий показатель упругости.
5. Устойчивость к коррозии, воздействию кислот и щелочей.

Недостаток — высокая стоимость бронзовых сплавов. Из-за этого покупатели часто отдают предпочтение другим материалам.

От струн до подшипников

Формула успеха бронзы в сочетании редких качеств «союза металлов».

Потому и применение его с окончания Бронзового века только увеличилось.

Трубач играет гимн…

Музыка не была бы такой прекрасной и выразительной, если бы не удивительный певучий сплав. Вначале свойства бронзы оценили священники. В Средние века церковь требовала все больше «колокольной бронзы». Азиатские служители культов вовсю использовали звонкий голос бронзы: из нее делали колокольчики, «поющие чаши», гамеланы, гонги.

Нынче бронза поет струнами фортепьяно, контрабасов, клавесинов, банджо, гитар.

Саксофоны из фосфористой бронзы имеют неповторимый голос.

Для промышленности

Ясно, что промышленность не преминула урвать свой кусок бронзового пирога.

• Машиностроение (подшипники, запорная арматура, втулки, узлы трения арматуры); металлопрокат (листы, трубы, прутки).
• Бронзовая проволока — для проводов, кабелей, сварочных электродов.
• Авиация и судостроение, ракетная техника и самые простые вкладыши подшипников — везде востребованы наши сплавы.
• В ювелирной промышленности алюминиевая бронза с ее золотистым цветом используется для изготовления дешевой бижутерии. Бронзовые сплавы нередко применяли для чеканки монет, особенно в древности.

Изделия из бронзы

Область применения

Бронзовые сплавы применяются в различных сферах промышленности. Высокие показатели устойчивости к трению и коррозии позволяет использовать бронзовые изделия в агрессивных условиях, в качестве подвижных деталей для промышленного оборудования.

Применяется бронза в современной промышленности, изготовлении скульптур, домашней утвари, деталей для трубопроводов.

Бронзовые изделия

Она такая разная

История почтила бронзу, отдав ей целую эпоху в развитии человечества. Бронзовый век продвинул человечество вперед, способствовал развитию ремесел, городов и…переделу территориальной собственности.

Бронза – «разносторонний» сплав. Ее использовали как стратегический металл (бронзовое оружие — ножи, щиты, мечи, орудийные стволы) и как материал для произведений искусства. Бронзовые статуи признавались вершиной древнегреческого искусства.

Бронзовые зеркала были знакомы загадочным этрускам еще в VI веке до нашей эры, и использовались в Японии XVIII века нашей эры.

Бронзовый наконечник копья (7-4 век до н.э.).

Изготовление бронзы в древности было связано с магией, колдовскими обрядами. Кузнецы были сродни знахарям или жрецам, знатоками трав и минералов. В русском «Сборнике … ремесленных приемов» можно прочесть:

«… возьми зеленую медь, прибавь желтый мышьяк (аурипигмент), получишь белую медь…».

Сахарница из патинированной бронзы

Развивались технологии производства и ширилось использование сплава.

Он не медный!

Наш сплав в искусстве звенел всегда. А мы о славном «Медном всаднике» хотим поведать. О том, что стоит во второй столице, Санкт-Петербурге. Знаменитой конной статуе Петра Великого, что стоит на постамент, Гром-камне. Изваять царя-реформатора пригласили француза Фальконе. Русскому скульптору Федору Гордееву доверили сделать змею, да и то по эскизу француза.

Статуэтка, отлитая из бронзы

Скульптура — визитная карточка и хранитель (как издавна считают) города. Только вот всадник и конь не медные. Они бронзовые. «Медным» его прозвали с легкой руки Пушкина нашего Александра Сергеевича. Вот так поэзия (поэма «Медный всадник») переборола правду…

Рекомендуем: РОДИЙ — царственная роза платиноидов

Впрочем, пример у Пушкина был вполне достойный – еще старик Гомер без колебаний именовал бронзовое оружие медным.

Больше не значит лучше: четверть века назад в Китае на холме воздвигли огромную статую Будды из металла, точнее бронзового сплава. Статуя считается крупнейшей в мире.

Цена на бронзовый сплав

Стоимость бронзовых сплавов зависит от нескольких факторов:

1. Какие легирующие добавки входят в состав сплава и в каком процентном содержании.
2. В какой форме продаётся изделие. Чем сложнее конструкция, тем дороже она будет стоить.
3. Внешний вид и состояние. Если на поверхности предмета из бронзы присутствуют трещины, царапины, окалины или вмятины, его стоимость снижается.

Для оптовых покупателей закупка производится по сниженным ценам. Стоимость бронзового прутка — 500 рублей.

Бронза считается древнейшим сплавом. Она используется в разных направлениях промышленности благодаря разнообразию материалов на её основе. Характеристики этого металла позволяют использовать его под воздействием кислот и щелочей, а также устанавливать бронзовые детали в промышленное оборудование.

Технология получения

Бронза – продукт сплавления меди с легирующими добавками.

Процесс происходит в электроиндукционных печах либо тигелях-горнах:

1. Как шихта-исходник при производстве материала используются металлы из руды либо вторсырье (бытовые, промышленные отходы).
2. Печь разогревают, загружают уголь либо флюс, затем медь.
3. Расплав меди дегазируют (раскисляют).
4. Добавляют подогретые тугоплавкие компоненты-лигатуры.
5. Массу перемешивают, подогревают, пока не расплавится все содержимое.
6. Вновь добавляют раскислитель (фосфористую медь) для изъятия медных окислов.
7. Финальный этап изготовления бронзы – разливка по формам.

На выходе получают плоские либо объемные слитки. Их отправляют в прокатный либо кузнечно-прессовый цех.

Продукция металлопроката: труба, лента, круг, втулки, пруток, проволока.

Химический состав и марка литейных бронз

Соответствие марок оловянных бронз по ГОСТ 613-79 и замененного ГОСТ 613-65