Какой состав бронза имеет в процентном соотношении. Ее свойства и использование
Какой состав бронза имеет в процентном соотношении. Ее свойства и использование
Бронза — это сплав двух металлов. Он широко используется в разных сферах человеческой жизни: от автомобилестроения до дизайна интерьера.
Из чего состоит бронза?
Это медь, сплавленная с оловом. Также для ее изготовления вместо последнего может быть использован алюминий, марганец, бериллий и другие элементы. Кроме того, в составе присутствуют различные примеси в малых количествах.
Также на основе меди создается латунь, для получения которой используется цинк.
В наше время существуют марки этого сплава, у которых разный состав. Бронза различных видов может сильно отличаться. Разные марки используются в различных целях.
Цвет этого сплава напрямую зависит от процентного соотношения меди и олова, из которых он состоит. С уменьшением количества первой и увеличением второго расцветка теряет красный и приобретает серый оттенок.
Когда впервые появилась бронза?
Этот сплав известен с очень древних времен. Его начали изготавливать и использовать намного раньше, чем железо. Только медь и олово входили в его состав. Бронза того времени не содержала примесей. Она была впервые получена около пяти тысяч лет назад, то есть в ІІІ тысячелетии до н. э. Период, когда использовался этот сплав, так и называется — «бронзовый век». Он длился до І тысячелетия до н. э., то есть до того времени, как люди научились добывать железо.
Бронза широко использовалась для изготовления всевозможных изделий, в том числе украшений, статуэток, оружия и посуды.
Бронза. Состав и применение
Из этого сплава изготавливают прокат: прутки, арматуру, листы, а также всевозможную другую продукцию, к примеру сетку, подшипники, какие-либо детали различной аппаратуры. Также бронза применяется в строительстве и архитектуре для изготовления памятников, элементов декора. Кроме того, этот сплав находит свое применение в сантехнике — из него делают трубы.
Основной группой являются оловянистые бронзы. Из названия понятно, что олово является одним из основных металлов, входящих в состав. Бронза такого вида делится на два вида: та, для обработки которой используется высокое давление, а также литейная.
К обрабатываемым давлением относится Бр. ОЦС 4-4-2,5. В ее состав входит олово в количестве от трех до пяти процентов, свинец (от 1,5 до 3,5 процентов), цинк (от трех до пяти процентов), а также немного железа (0,05%). Все остальное — медь.
В эту же группу входит бронза, состав которой включает в себя от шести до семи процентов олова, 0,1-0,25 процентов фосфора, а также 0,02% железа и столько же свинца. Это Бр. ОФ 6,5-0,15.
Следующая группа — литейная бронза. Добавки в виде железа не входят в ее состав. Бронза такого вида часто используется для изготовления художественных предметов, фасонных изделий и т. д.
Бр. ОЦС6-6-3 состоит из пяти-семи процентов олова, 5,5-6,8 процентов цинка и меди.
В состав Бр. ОЦСН3-7-5-1 входит 2,5-4,5 процента олова, 6,5-7,5 процента цинка, а также 4,6-5,4% свинца и 0,8-1,2% никеля.
Нередко в наше время олово стали заменять другими металлами, так как это дешевле. Такие сплавы формируют другие группы.
Бронза, не содержащая олова, зачастую не уступает по качеству. Такие ее виды широко применяют в автомобилестроении и прочих подобных отраслях.
Алюминиевые бронзы
Этот металл наиболее часто выступает в роли замены олова. Его количество в сплаве может составлять около 10 процентов. Бронза, состав и свойства которой известны с древних времен, немного отличается от алюминиевой. Она дороже стоит, так как олово, с древности использовавшееся для производства данного сплава, имеет более высокую стоимость, нежели алюминий.
Однако, хоть она и дешевле, алюминиевая бронза все же обладает высокой прочностью, антифрикционными свойствами. Из нее в основном изготавливают втулки, подшипники, червячные колеса и прочее.
Наиболее распространенной маркой этой группы бронз является Бр. АЖН10-4-4. Ее состав включает в себя 9,5-11 процентов алюминия, 3,5-5,5 процентов марганца и столько же железа. Остальное — медь.
Бериллиевые бронзы
В такого рода сплавах содержится около двух процентов бериллия.
Они обладают повышенной прочностью и твердостью, так как подвергаются специальной термической обработке, которая способствует повышению характеристик материала. Основное применение эти бронзы находят в сфере изготовления инструментов, таких как молотки, зубила и т. д.
Кремнистые бронзы
Эта группа сплавов содержит в своем составе 2-3 процента кремния. Они обладают устойчивостью к коррозии, а также хорошими литейными свойствами.
Из такого рода материала чаще всего изготавливают ленту, проволоку, пружинистые изделия и тому подобное.
Никелевые бронзы
В качестве примеси содержат никель. В число их основных особенностей входят вязкость, хорошая устойчивость к кислотам и высоким температурам.
Патинированная бронза
В наше время очень распространен также этот вид. Патинирование бронзы придает ей эффект старины и играет декоративную функцию. Но, кроме этого, оно также защищает материал от коррозии. Метод патинирования этого сплава схож с технологией чернения серебра. В итоге проведения процедуры получается черная бронза, состав которой не изменен.
Латунь
Состав бронзы и латуни имеет одну основную общую черту — основной составляющей является медь. Это также важнейший и широко используемый сплав на основе данного металла. Однако в качестве второго элемента в этом случае используется цинк, а не олово. Также в малом количестве присутствуют добавки в виде свинца, железа, кремния.
Какая добавка содержится в конкретной марке латуни, можно понять из маркировки, в которую после буквы Л (которая означает «латунь») введена еще одна, к примеру С (свинец) в обозначении ЛС59-1. Отсюда можно понять, что в сплаве содержится 59 процентов меди, 1 — свинца, а остальное — цинк.
Цвет латуни и ее свойства зависят от процента содержания в ней меди. Выделяют три основных группы: красная, желтая и белая. Красная содержит в своем составе более 80 процентов меди, этот вид латуни еще называется «томпак». Ее применяют для изготовления тонких листов.
В желтой процент меди ниже — 40-80%. Она в основном используется для производства ключей, гарнитур, также ее применяют в автомобилестроении.
Белая разновидность латуни содержит 20-40% меди. Она очень хрупкая, поэтому может быть сформирована только посредством литья.
Бериллиевая бронза — состав, свойства, марки и применение сплава
Сплав, состоящий из меди и бериллия и подвергнутый термической обработке называют бериллиевой бронзой, обладающей уникальными свойствами, и нашедшей применение в современном смартфоне и телефоне.
1 Сплав бериллия с медью – что он собой представляет?
Бериллиевая бронза – это дисперсионно-упрочняемый сплав системы «медь–бериллий» (Cu–Be) с содержанием бериллия от 1,6 до 3 процентов. Также к таким бронзам причисляют системы «медь–бериллий–кобальт» (сокращенно – МКБ) и «медь–бериллий–никель» (МНБ). МКБ и МНБ могут содержать не более 0,8 процентов бериллия.
Фото бериллиевой бронзы
Особенность бериллийсодержащих бронз заключается в том, что с изменением температуры растворимость легирующих элементов, имеющихся в них, также изменяется. В твердом растворе при закалке из однофазной зоны отмечается образование повышенного числа атомов легирующей добавки (если сравнивать их количество при состоянии равновесия конкретной системы). Получающийся в результате этого процесса твердый пересыщенный раствор с точки зрения термодинамики является неустойчивым.
На фото — бериллийсодержащие бронзы
При малейшем изменении условий он распадается. С увеличением температуры процесс распада становится более интенсивным, с уменьшением – замедляется. Упрочняющий эффект зависит от величины дисперсности выделений, которые формируются при распаде указанного раствора.
Термическая обработка бериллиевой бронзы
Предельная растворимость бериллия в меди в двойной системе Cu-Be при 870°С составляет 2,7% (по массе), и она резко уменьшается с понижением температуры. Это указывает на возможность применения упрочняющей термообработки к меднобериллиевым сплавам. Бериллиевые бронзы являются дисперсионно-твердеющими сплавами, причем эффект упрочнения при термической обработке у них максимальный среди всех сплавов на медной основе. Они подвергаются закалке и последующему старению.
Технологические свойства и режимы обработки бериллиевых бронз
При термической обработке бериллиевых бронз существенным является выбор температуры нагрева под закалку (Tзак). Ее значение определяет полноту перевода легирующих элементов в твердый раствор и возможность его гомогонизации. С точки зрения указанных факторов, предпочтительно повышение температуры закалки.
Нагрев под закалку выше оптимальной температуры способствует дополнительному пересыщению твердого раствора бериллием (особенно для сплава БрБ2,5) и вакансиями. Оба эти фактора ускоряют распад твердого раствора при последующем старении, но повышение температуры закалки приводит к росту зерен α-твердого раствора, что приводит к понижению пластичности и упругих свойств и ухудшает штампуемость. Для получения мелкого зерна при нагреве до температуры закалки в структуре бронзы должно сохраняться некоторое количество равномерно распределенных включений избыточной β-фазы, которые препятствуют собирательной рекристаллизации α-твердого раствора. Получению мелкозернистой сгруктуры способствует также никель: дисперсные частицы фазы NiBe не растворяются полностью при нагреве под закалку и сдерживают рост зерен α-раствора.
Диапазон температур нагрева под закалку бериллиевых бронз составляет 760—800°С. Выше указанных температур бронзы нагревать не следует из-за опасности роста зерен и ухудшения служебных характеристик сплава. Нагрев под закалку ниже оптимальной температуры уменьшает пересыщение α-твердого раствора бериллием в закаленном сплаве и интенсифицирует прерывистый распад при старении с образованием грубой двухфазной структуры с некогерентным выделением γ-частиц в приграничных участках. Закалка с низких температур стимулирует прерывистый распад особенно сильно при высокотемпературном старении (выше 350°С). Локализованный в приграничных участках прерывистый распад твердого раствора приводит к охрупчиванию сплава.
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.
2 Особые свойства системы медь–бериллий
Самым распространенным представителем бронз интересующего нас класса является сплав БрБ2, который принято называть высоколегированной бронзой (в ней присутствует порядка двух процентов легирующего бериллия). А вот композиции МКБ и МНБ часто именуют низколегированными бериллиевыми сплавами из-за относительно малого содержания в них Ве. Также востребованностью пользуется бронза марки БрВ2,5 (содержание легирующего компонента – 2,5 процента).
Можно выделить такие основные свойства описываемых сплавов:
повышенная тепло- и электропроводность, ненамного уступающая теплопроводности меди;
отличный уровень противодействия износу, ползучести и усталости;
высокий предел упругости;
отсутствие искр при ударах;
повышенная коррозионная стойкость, показатель твердости и временного сопротивления.
Все эти свойства становятся еще лучше в тех случаях, когда бериллиевые сплавы подвергают закалке и другим видам термообработки (в частности, искусственному старению). Максимальной пластичности описываемые бронзы достигают после закалки, выполняемой при температуре около 775 градусов. В подобном состоянии сплав отличается легкостью деформирования.
Фото бериллиевого сплава с бронзой
Стандартная величина сопротивления (временного) распространенной композиции БрБ2 равняется 450 МПа. Она повышается практически вдвое при пластическом деформировании сплава на 40 %. Механические характеристики систем «медь–бериллий» становятся очень высокими после старения, которое производится следом за процессом закалки (например, сопротивление упомянутого сплава БрБ2 становится равным 1400 МПа).
Важные для промышленности свойства интересующих нас сплавов не ограничиваются указанными характеристиками. Кроме всего прочего, бронзы, в коих присутствует бериллий, обладают отличной теплостойкостью. Изделия из них функционируют без изменения своих возможностей при температурах до +340 °С. А при более высоких температурах (около +500°) механические показатели бериллиевых сплавов идентичны показателям алюминиевых и оловянно-фосфористых композиций при температуре эксплуатации +20°.
Рассматриваемые бронзы подходят для выпуска из них фасонных отливок хорошего качества. Но обычно такие сплавы изготавливаются в виде разнообразных полуфабрикатов, прошедших операцию деформирования (проволока, тонкая лента, полосы и так далее). Бериллиевые сплавы поддаются без особых проблем механической обработке (пайка, сварка, резка), правда, существуют и определенные ограничения на выполнения указанных операций.
На фото — фасонные отливки из бериллиевой бронзы
Так, пайка бронз с бериллием по сравнению с обработкой иных композиций на основе меди считается более трудной.
Бериллиевые сплавы необходимо паять сразу же после того, как была выполнена их зачистка (механическая). При этом используется флюс и специальные серебряные припои. Заметим, что в применяемом флюсе обязательно должны присутствовать фтористые соли. В последние годы широкое распространение получила именно вакуумная пайка бронз под слоем флюса, гарантирующая уникальное качество соединения.
Электродуговая сварка бериллиевых сплавов сейчас почти не используется, что связано с их большим кристаллизационным температурным интервалом. А вот их роликовая, точечная, шовная сварка и сварка в инертной атмосфере освоены достаточно хорошо. Добавим, что особые механические свойства систем «медь–бериллий» не позволяют осуществлять сварочные работы после термической обработки бронз. Об этом обязательно нужно помнить, разрабатывая технологию их сварки.
Где используются сплавы данной группы
Бронзы медно-бериллиевой группы находят широкое применение в тех областях, в которых от деталей требуется их соответствие особым характеристикам. Объясняется это не только их уникальными эксплуатационными свойствами, но и дороговизной их производства.
Наиболее распространенными областями применения сплавов бериллиевой группы, является производство электронных и электрических компонентов:
разъемов гнездового типа, элементов интегральных микросхем.
Детали, изготовленные из бронз медно-бериллиевой группы, сегодня можно встретить практически в любом компьютерном устройстве, планшете, смартфоне и сотовом телефоне.
Исключительные антикоррозионные свойства бериллиевых бронз, их прочность и антифрикционные характеристики делают их оптимальным материалом для производства элементов нефтеперерабатывающего оборудования и буровых установок. В частности, из них производят трубы для бурильных установок, элементы резьбовых соединений, опоры для установки насосов, использующихся для перекачки нефти и продуктов ее переработки.
Гаечный ключ взрывобезопасный из бериллиевой бронзы
Свойства сплавов на основе бериллия и меди позволяют применять их для производства следующих изделий.
Элементов электронных устройств, двигателей и других систем, использующихся для оснащения современных транспортных средств.
Деталей самолетов и различного оборудования, работающих в условиях переменных нагрузок и скачков температур. Бериллиевые бронзы используются для изготовления деталей шасси летательных средств, элементов навигационного оборудования, других ответственных изделий.
Электродов и сварочных стержней для оснащения оборудования контактной сварки. Целесообразность использования низколегированных бериллиевых бронз для производства подобной продукции обусловлена их исключительной жаропрочностью и электропроводностью. Важно и то, что электроды, изготовленные из данного материала, характеризуются длительным сроком эксплуатации по причине высокой износостойкости.
Из бронз медно-бериллиевой группы также производят поршни для оснащения оборудования, на котором выполняются операции литья под давлением, стенки камер для кристаллизации литейных заготовок, кокили для литья деталей из различных металлов. Использование бериллиевой бронзы для производства подобной продукции, позволяет не применять дополнительных приспособлений для обеспечения защиты их стенок, испытывающих значительные механические и термические нагрузки.
Области применения и маркировка
Из всего вышесказанного можно сделать следующее заключение — на бронзы этого класса практически не оказывает влияние время и коррозия. Более того, с течением времени, бронза не теряет своих механических и других свойств. Уникальные параметры этого материала обеспечивают тепло — и электропроводность не уступающую, чистой меди.
Все это позволяет применять в технически сложных конструкция и можно сказать, что многие товаропроизводители применяют этот материал для повышения качества своей продукции.
Легирование бериллиевых бронз
Легирование бериллиевых бронз направлено на улучшение их свойств. В качестве легирующих элементов используют Ni, Co и Ti. Эти элементы подавляют прерывистый распад и замедляют непрерывный. Такое влияние никеля и кобальта связывают с тем, что эти элементы, имеющие меньший атомный радиус, чем медь, уменьшают период решетки α-раствора, что приводит к сохранению когерентности матрицы и выделений, т.е. к отностильной стабилизации γ’-фазы. Кроме того, Ni и Ti могут образовывать соединения типа NiВе, Cu3Тi, которые обеспечивают дополнительное упрочнение.
Бериллиевые бронзы отличаются высоким сопротивлением малым пластическим деформациям из-за сильного торможения дислокаций дисперсными частицами, выделившимися из твердого раствора при старении, а следовательно, они имеют высокий предел упругости. С увеличением этого сопротивления уменьшаются микропластические деформации при заданном напряжении и. следовательно, уменьшается релаксация напряжений. Все это приводит к повышению релаксационной стойкости сплавов — основной характеристики, определяющей свойства упругих элементов.
Бериллиевые бронзы часто подвергают низкотемпературной термомеханической обработке (НТМО), заключающейся в применении пластической деформации между операциями закалки и старения. В этом случае деформация закаленного сплава обеспечивает равномерный распад по всему объему твердого раствора при старении и получение высоких упругих характеристик.
Виды бронзы, ее свойства и применение
Чаще всего их делят на категории по трем критериям – химическому составу, способу обработки и структуре.
По химическому составу, в зависимости от наличия олова:
Оловянные;
Безоловянные.
Вторые, в свою очередь, бывают:
Алюминиевые;
Кремнистые;
Марганцовистые.
Также существуют марки бериллиевой бронзы, свинцовистой и другие. Это зависит от присутствия легирующих элементов.
По технологическим свойствам (способу обработки):
Обрабатываемые давлением (деформируемые);
Литейные.
Однофазные – состоят из кристаллов твердого раствора одного вида;
Двухфазные – присутствуют кристаллы двух разных фаз.
Что такое бронза?
Бронза является многокомпонентным сплавом, состоящим из двух и более элементов, основной из которых медь. Остальные элементы называются легирующими и используются для усовершенствований показателей металла. Доля легирующих составных в бронзе может быть от 2,5%. Применяют в этом качестве марганец, олово, свинец, хром, фосфор, железо и другие элементы, кроме цинка. Сочетание меди и цинка, носит наименование латуни.
В зависимости от количественного содержания в сплаве меди добавок, бронза будет иметь различный цветовой оттенок. Огненно красные оттенки говорят о высоком проценте меди, а вот холодный стальной цвет – о наличие в бронзе не более 35% меди.
История бронзового сплава
Бронза, как известно еще со школьных учебников, применялась с очень давних времен. Самыми древними сплавами, сделанные людьми, были сплавы меди и олова. Находки в районе Месопотамии и Южного Ирана свидетельствуют о том, что первые бронзовые изделия датируются III тысячелетием до н.э. Из меди изготавливалось все: посуда (тарелки, кувшины и горшочки) оружие (мечи, наконечники стрел и топоры), зеркала, деньги в виде монет и, конечно, самые разнообразные украшения. Античные греческие скульпторы (V-IV век до н.э.) также оценили качества бронзы при отливке крупногабаритных статуй. Подобная технология используется и в наше время. В средневековье, такое обильное на войны, из сплава меди и олова отливали пушки и снаряды для артиллерии. Наиболее известное воплощение бронзы – колокол, варьируя состав, размер и толщину стенок, мастера добивались самых приятных звучаний бронзового колокола, которое разливалось по округе.
Служа людям своими уникальными свойствами, она не теряет своей популярности. Происхождение слова связывают с персидским словом, обозначающим медь – berenj. В дальнейшем оно было трансформировано в итальянское слово bronzo.
Маркировка бронзы
Чтобы обозначить тот или иной сплав его маркируют следующим образом:
Вначале стоит буквенное сочетание «Бр» — бронза;
Далее, буквы, указывающие на основные легирующие элементы;
В конце цифры, определяющие содержание легирующих элементов в материале.
Так, примером может служить маркировка БрО5 – содержание в сплаве 5% олова, БрА5 — 5% алюминия.
Маркировка необходима не только для определения состава и свойств бронзы, но и ее удельного веса. Чтобы это сделать, достаточно воспользоваться таблицей из справочника. Но если марка неизвестна, тогда поможет химический анализ. Это необходимо для вычисления объема заготовки, так как ее формула отражает отношение массы к объему. Зная удельный вес отдельно взятого сплава можно вычислить объем детали с определенной массой и наоборот, какой будет вес у бруска заданной величины.
Свойства бронзы
Как уже было отмечено, свойства бронзы напрямую зависят от наличия в ней одной или нескольких легирующих элементов, а также от их процентного содержания.
Бронза обладает:
Более высокой коррозионной стойкостью, прочностью и более низким коэффициентом трения, нежели у латуни;
Стойкостью на воздухе, в соленой воде, углекислых растворах и растворах, содержащих органические кислоты;
Способностью к сварке и пайке;
Оттенками от красного до белого;
Другие показатели зависят от состава.
Где применяют
Качества сплавов зависят от легирующих компонентов. Соответственно, области использования материала самые разные:
Отливки высокой точности. Некоторые материалы обладают малой усадкой при литье.
Антифрикционные элементы. Те, что работают при постоянном трении. В том числе в парах трения «сталь-бронза». С этими же свойствами связан «эффект безызносности».
Ответственные элементы конструкций, работающие при переменных нагрузках.
Шестерни, зубчатые колеса.
Части механизмов, работающих в агрессивных или влажных средах. Например, в соленой воде.
Пружины, мембраны – благодаря хорошим упругим свойствам.
Бытовое применение – фурнитура, фитинги, сантехнические изделия.
Производство ювелирных изделий.
Ну и конечно – скульптуры, предметы декора, быта.
Применение бронзы в промышленности
Бронза — очень востребованный материал и играет важную роль в таких отраслях промышленности как машиностроение, судостроение, металлургия, электротехника, химическая промышленность. Рассмотрим, как применяется бронза в данных отраслях более детально.
Оловянная бронза имеет очень низкую способность к усадке и поэтому её используют для производства многих деталей для оборудования и транспорта, например, пружин, втулок, подшипников скольжения. Более подробно о бронзовых подшипниках можно узнать в статье «Сферы и области применения подшипников».
Алюминиевая бронза имеет ниже стоимость, чем оловянная, но, несмотря на это, обладает высокой коррозийной устойчивостью, что позволяет применять этот сплав для производства химической аппаратуры и той, что используется в морской воде. Те виды бронзы, легирующие компоненты которых придают сплаву пластичности и упругости, применяют для создания прокладок машин, деталей для измерительной техники, зубчатых колес, шестерен.
Электротехника использует те сплавы, которые имеют высокую стойкость к коррозии и электропроводимость. Например, бериллиевая бронза позволяет получить детали для планшетов и мобильных устройств, а также пружинные контакты и интегральные схемы.
Бронзовое сантехническое оборудование обладает высокими коррозийными свойствами, которые не позволяют воде и сырости влиять на изделия. Помимо этого, такая сантехника долговечная, обладает высокими гигиеническими и эстетическими свойствами.
Маркировка
Все категории бронз маркируют русскими буквами. Порядок маркировки такой:
1. Сначала пишут буквы Бр.
2. Потом буквы, обозначающие легирующие элементы:
3. Затем пишут цифры, обозначающие, сколько процентов каждого элемента содержится в материале.
А вот дальше для деформируемых и литейных марок начинаются различия:
Для деформируемых цифры пишутся в конце, в том же порядке, что и соответствующие легирующие элементы. Разделяются дефисами. Например: БрАЖ9-4. Безоловянная, обрабатываемая давлением. Состав: алюминий – примерно 9%, железо – примерно 4%, остальное – медь.
Для литейных количество легирующего элемента пишется сразу после соответствующей буквы. Например: БрО4Ц7С5. Литейная оловянная бронза. Состав: олово – примерно 4%, цинк – примерно 7%, свинец – примерно 5%. Остальное – медь.
Не нужно думать, что если в маркировке указано только три элемента, то в материале, кроме них и меди ничего нет. В ней могут присутствовать и другие вещества. Просто их количество очень мало. Химический состав для разных марок будет приведен ниже.
И еще. Иногда в конце маркировки ставится буква Л. Это означает, что сплав литейный, но с таким же составом он может быть и деформируемым.
Использование
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.
Как производят
Металл льют из чистых компонентов либо из сплавов в форме чушек.
Прежде всего, медь добывают на месторождениях. Она достаточно часто встречается. Ее добывают из самородной меди и минералов. Из последних получают металл несколькими путями. Самые распространенные – окислительный отжиг и огневое рафинирование.
Затем определяют состав шихты. Это зависит от состава марки и от имеющегося сырья.
Плавку меди проводят в специальных печах. Процесс проходит в несколько этапов:
Загрузка. Сырье загружают в сухие прогретые тигли.
Расплавление. Плавку ведут с добавлением древесного угля (флюса), чтобы металл меньше окислялся.
В хорошо прогретый металл вводят фосфористую медь, играющую роль кислотного катализатора.
После выдержки при высокой температуре вводят предварительно нагретые легирующие и связующие компоненты (лигатуры).
Жидкий металл отливают в песчаные или металлические формы.
Методы получения
В производстве бронзы применяется несколько технологий. Классический способ заключается в плавке меди и дополнительных элементов во вращающихся втулках из стали или чугуна. В процессе плавки безоловянных сплавов самый важный параметр — это контроль температуры и однородности расплава, который заливается в формы. Бериллиевые и кремнистые сплавы выплавляются в электрических индукционных печах с использованием древесного угля. Конечным продуктом переплавки сырья является получение чушек и слитков, которые идут на дальнейшую переработку.
Патина на бронзовых изделиях
Вообще, патина – это налет или пленка на медных сплавах и меди. Именно из-за нее некоторые бронзовые изделия имеют благородный зеленовато-белый цвет.
Патина бывает естественная и искусственная.
Естественная патина – оксидно-карбонатный налет на поверхности изделий, который появляется под действием окружающей среды. Пленка образуется с разной интенсивностью. Это зависит от того, в какой среде находится изделие (воздух, пары, газы, содержание солей хлора в воде и воздухе). Естественный слой предохраняет предмет от дальнейшей коррозии.
Искусственная патина – та же пленка, но образовалась она после нанесения на предмет специальных составов. Обычно это кислоты, сера.
Патинирование изделий делают, чтобы придать изделию благородный вид, винтажность, декоративность. Перед этим естественный слой патины осторожно снимают. Наносят смесь для патинирования и нагревают изделие. Составы для патинирования обычно очень токсичны.
Разновидности
Специалисты выделяют такие виды бронзы:
Свинцовая — состав, в котором основной легирующей добавкой является свинец. Готовый материал устойчив к воздействию высокого давления. Используется при изготовлении подвижных элементов в промышленном оборудовании.
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.
Бериллиевая бронза — твердый материал. Устойчив к воздействию высоких температур и коррозии. В состав входят кобальт, никель и железо.
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.
Плюсы и минусы
Чтобы оценить бронзовый сплав, необходимо поговорить о его сильных и слабых сторонах.
Наличие смесей с разными видами металлов и дополнительных компонентов позволяет использовать их в различных направлениях промышленности.
Создание сплавов с разными характеристиками. Можно варьировать соотношение и процентное содержание легирующих компонентов.
Материал можно перерабатывать повторно.
Высокий показатель упругости.
Устойчивость к коррозии, воздействию кислот и щелочей.
Недостаток — высокая стоимость бронзовых сплавов. Из-за этого покупатели часто отдают предпочтение другим материалам.
Состав сплава бронзы и его основные компоненты
В современной промышленности существует большое количество различных сплавов черных и цветных металлов. Одним из самых древних и известных является бронза — сплав, в котором главным компонентом является медь. По историческим фактам известна целая эпоха, так называемый бронзовый век, в котором изготовление соответствующего медного сплава было основой металлургической промышленности. Этот период начинался приблизительно с конца IV тысячелетия до н. э., когда значительно улучшилась обработка меди и олова, и продолжался до XII века до н. э.
Основные свойства бронзовых сплавов
Физические свойства могут сильно меняться в зависимости от легирующих компонентов, но тем не менее можно выделить основные общие свойства материала:
Плотность бронзы составляет от 7800−8700 кг/м3.
Хорошая износостойкость, низкий коэффициент трения, сопротивление хрупкому разрушению при очень низких температурах (до 250 °С).
Температура плавления 940−1140 °С.
Легко поддается пайке и сварке.
Количество чистой меди в составе сплава, помимо физико-химических свойств, влияет на цвет. Так,
золотистый цвет имеют изделия с процентным содержанием меди около 85%. При уменьшении процента меди до 50% может получиться белый цвет, очень похожий на серебро, а при понижении до 35% и менее — черный.
Изготовление бронзы происходит посредством выплавки: исходное сырье помещается в горн или индукционную печь, где оно расплавляется с дальнейшим его перемешиванием и разливкой в требуемые формы.
Виды бронзы и их применение
С развитием металлургии и открытием разных видов металлов, появилось большое количество бронз, но основным металлом в формуле является медь. В зависимости от того, какие компоненты входят в состав, изменяются и свойства материала.
Знание этих особенностей позволяет применять бронзовые сплавы в различных видах промышленности в зависимости от предъявляемых к материалу требований. Бронзу часто выпускают в виде прокатных труб, проволоки и листов. Используется металл в производстве подшипников, втулок, рессор и прочих деталей, подверженных воздействию высокого давления и износа. Высокие антикоррозийные свойства позволяют применять данный материал также в условиях агрессивной внешней среды и при работе с различной химией. Помимо этого, применение бронзы распространено в художественных ковке и литье, из нее делают различные скульптуры, памятники и украшения.
Оловянная
Сплав меди и олова называется оловянным. Эти бронзы применялись в бронзовом веке, дошли до наших дней и являются наиболее применяемыми в промышленности. Из этого вида сплава часто отливались различные колокола, в связи с чем данный материал иногда называется колокольной бронзой.
Оловянистый материал почти не поддается механической обработке, поэтому изделия из него создаются исключительно литьем; имеет высокую твердость и прочность, а также антикоррозийные свойства. Стандартный сплав меди и олова характеризуется количественным соотношением 80:20, но может дополняться некоторыми металлами для изменения свойств:
Добавление цинка (менее 10%) позволяет повысить антикоррозийную стойкость. Используется для создания деталей, которым нужно часто контактировать с водой и другими окислителями.
Свинец и фосфор повышают антифрикционные свойства. Кроме того, сплав с добавлением этих металлов проще подвергается обработке.
Иногда наличие олова в изделии недопустимо и его заменяют другими металлами, позволяющими достичь требуемых характеристик, например, свинец, кремний, цинк, бериллий или алюминий. Такая бронза называется безоловянной, или специальной.
Свинцовая
Основной легирующий компонент — свинец, содержание которого может достигать 30%. Материал имеет хорошие антифрикционные свойства и высокую теплопроводность, может выдерживать давление до 30 мПа, поэтому применяется для изготовления подшипников, подвергающихся высокому давлению.
Кремниецинковая
Данный сплав состоит из 97% меди, 1.1% олова, 0.05% кремния и цинка. Является довольно пластичным и текучим, что позволяет применять его как материал в изделиях сложной формы. Имеет хорошее сопротивление при сжатии, обладает антифрикционными свойствами и упругостью. Не искрит при обработке, хорошо сопротивляется низким температурам, зачастую содержит добавки никеля и марганца.
Бериллиевая
Бериллиевый сплав является самым твердым из всех существующих видов бронз. Обладает высокими антикоррозийными свойствами, не искрит при обработке, не магнитится. В процессе закалки приобретает хорошую деформируемость и упругость.
Алюминиевая
Состав бронзы в процентах выглядит как 95% меди и 5% алюминия. Сплав очень хорошо сопротивляется агрессивным средам, жаропрочный, но имеет низкие антикоррозийные свойства и дает сильную усадку.
Сплав меди с цинком называется красной бронзой — латунью, а с никелем — мельхиором. Эти соединения являются отдельными материалами, их малое количество может присутствовать в любом сплаве, но должно быть ниже суммы всех остальных компонентов.
Маркировка сплавов
Для того чтобы определить состав бронзы и ее свойства, нужно знать принцип формирования его маркировки. Маркировка составляется в соответствии с ГОСТом, согласно которому принимаются следующие обозначения:
Сначала ставятся буквы Бр, что означает Бронза;
Затем в ряд идет перечисление легирующих компонентов: А — алюминий, О — олово, Н — никель, Ц — цинк, Мц — марганец и так далее;
После каждой буквы указана цифра, которая показывают процент содержания примеси в сплаве;
Количество меди в сплаве не прописывается, а высчитать его можно по указанному составу бронзы как разность в процентах между 100% от всего состава и суммой всех добавок.
Например, марка БрО3Ц7С5Н1 говорит о том, что это бронза, в составе которой 3% олова, 7% цинка, 5% свинца и 1% никеля. Остальные 84% состава приходятся на медь.
Знание принципов маркировки сплава позволит определять его состав и свойства, что поможет не ошибиться с выбором нужного материала.
Загрузка...
