Бронза: состав, характеристика, свойства и применение, марки, виды

Варианты состава

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

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

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

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

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

Внешний вид бронзы

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

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

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

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

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

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

Этимология

Современные лингвисты выдвигают следующие гипотезы происхождения слова «бронза»:

Романскую, согласно которой слово пришло в романские языки, либо от персидского «berenj», означающего «медь», либо от названия города Бриндизи, из которого этот материал доставлялся в Рим;
Протославянскую, согласно которой слово имеет протославянское происхождение, и буквально означает «бранный металл» (общеславянские корень «bron», особенно характерный для южнославянских языков, и суффикс «za», который по всей вероятности обозначал либо непосредственно литой сплав, либо технологический процесс его отливки и остывания; как в случае с общеславянским же словом «железо» — «zelé(želě)-zo»), что так или иначе сохранилось практически во всех славянских языках, а в словенском языке слово «bron» (без каких-либо постфиксов) до сих пор означает бронзу;

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:

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: СВИНЕЦ — необходимая болезнь цивилизаций

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.

Свойства металла

В отличие от латуни бронза устойчивее переносит коррозию и любые механические воздействия, имеет лучшие антифрикционные свойства (показатель низкого коэффициента трения материалов). Она менее подвержена разрушению при длительном контакте с кислородом, солёной водой, углекислым газом, органическими кислотами. Большая часть разновидностей бронзовых сплавов подлежит варке и пайке посредством мягкого или твёрдого припоя.

Токарный станок для работы с бронзой Источник mashtc.ru

Цвет металла определяется от количества и наименования добавленных компонентов. Варьируется он в диапазоне от белого, до красного. Физические свойства бронзы определяются в зависимости от легирующих элементов:

Показатель прочности определяется в зависимости от присутствия олова, никеля, алюминия и кремния.
Увеличение антифрикционных свойств происходит за счёт за счёт добавления свинца или фосфора.
Рост температуры рекристаллизации осуществляется за счёт снижения размера зёрен сплава. Отражается это при добавлении никеля и железа.
Стойкость к высоким температурам сказывается при внесении частиц кремния или марганца. Кроме того, увеличение жаропрочности происходит при добавлении хрома, циркония и бериллия, которые также сказываются на понижении коэффициента электропроводности.

Что дороже латунь или бронза?

Стоимость металлов на рынке почти не отличается. В одних пунктах приема цена бронзы может быть выше латунных сплавов, в других наоборот. Если вы хотите узнать стоимость, зайдите в раздел «Сдать лом латуни». Рассматривая среднюю рыночную стоимость можно отметить:

Повышенный спрос на латунь. Данный металл чаще применяется для изготовления бытовых изделий, сантехнического оборудования, труб и других распространенных товаров.
Компоненты. Латунные сплавы в основном изготавливают с применением цинка, бронзовые — с оловом и рядом других добавочных веществ.
Характеристики. Со свойствами и физико-химическими данными сложнее. Здесь параметры зависят от процента содержания меди и дополнительных компонентов.

Учитывая данные факторы, спрос и состав металлов латуни более востребован, поэтому средняя цена данного металла на 10–20 рублей за кг выше, чем у бронзового лома.

Классификация бронзы

По химическому составу различают:

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.

Основные легирующие компоненты

Основной компонент, который определяет большую часть технических характеристик бронз – медь. Для придания сплаву необходимых параметров применяют специальные добавки – легирующие компоненты. Одним из распространенных легирующих компонентов, содержащихся в бронзе, является олово. Именно из оловянных бронз производили отливку колоколов и называли «колокольной» бронзой.

Также в качестве легирующего элемента могут быть использованы:

Be – бериллий. Повышает прочность бронзы.
Si – кремний и Zn, цинк для повышения устойчивости поверхности к истиранию. Эти же элементы увеличивают текучесть бронз, что положительно сказывается на качестве литья.
Pb – свинец. Повышает антикоррозионные свойства металла.
Al – алюминий. Повышает устойчивость к коррозии, устойчивость к окислению при высоких температурах и уменьшает реакцию металла с соединениями серы и продуктами выхлопа двигателей.

Процентное соотношение компонентов бронз

Процентное соотношение элементов, также как и химический состав, закладывается в аббревиатуру марки сплава. В ней не указывается процентное содержание основного элемента – меди, но указывается содержание всех легирующих элементов в процентном соотношении.

К примеру, в марке БрО3Ц12С5 содержание компонентов такое:

олово – 3%;
цинк – 12%;
свинец – 5%;
остальные 80% приходятся на медь.

Количество процентов меди в сплаве оказывает влияние на его цвет. Чем больше меди, тем более яркий золотистый цвет имеет бронза. При содержании меди 50% цвет сплава станет белым, близким к цвету серебра. В соответствии с поставленными задачами можно получить различный цвет металла путем варьирования процентного соотношения легирующих элементов и меди.

По химическому составу

Исходя непосредственно из химического состава бронзы, выделяют следующие ее разновидности.

Оловянная. В составе материала данного подвида присутствует 3,5-7% олова. Сплав может похвастаться высокой прочностью, надежностью и упругостью после предварительно проведенной обработки давлением. Материал обладает отличными литейными качествами. Усадка может достигать 1% (как в случае с литейным чугуном).

Безоловянная. В данную категорию входят такие разновидности сплавов, в химическом составе которых нет дорогого олова. Вместо него включают более доступные и недорогие материалы.
Алюминиевая. Максимально пластичный материал. Его литейные свойства оказываются более низкими, нежели у дорогой оловянистой бронзы, однако в составе отсутствуют микропоры. В составе предусмотрен никель, фосфор и железо – компоненты, улучшающие свойства алюминиевого сплава.
Кремниевая. Высокопрочный подвид материала, устойчив к появлению коррозии, является электропроводным. Материал не боится низких или высоких температур, щелочной среды. Чтобы металл имел более высокие прочностные характеристики, химический состав дополнительно легируют марганцем и обрабатывают путем холодной деформации.
Берилловый сплав разрешено подвергать термической обработке с применением закалки и искусственного старения. Основным недостатком данного вида можно считать высокую стоимость бериллия.

По обработке

Бронзовые сплавы разделяются, исходя из типов обработки.

Деформируемая. В производстве деталей из бронзы используется такие популярные технологии, как ковка, протяжка, резка, фрезеровка.
Литейная. Отдельный вид бронзового сплава. Детали, которые состоят из этого металла, изготавливают путем металлургии.

По структуре

Разные виды бронзовых сплавов разделяются и по своей структуре. Выделяют следующие варианты.

Однофазные. Имеющиеся в таком металле компоненты в твердом растворе формируют только одну определенную фазу.
Двухфазные. Продукцию получают при помощи литья, потому что деформируется она исключительно под воздействием высоких температурных показателей. Из двухфазного сплава возможно получить отливки максимально сложных и замысловатых конфигураций.

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:

В начале маркировки указывают буквы «Бр», которые обозначают название материала.
После основного обозначения ставится буква, указывающая на легирующие добавки.
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.

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.

Разделение ремёсел и торговли

— Реклама —

Добывание металла из руды и отливка предметов из меди и бронзы требовали производственной специализации, а распространение изделий — определенных форм обмена. В странах Древнего Востока это рано привело к выделению ремесла и торговли. В Европе, где в то время еще существовал первобытнообщинный строй, этот процесс общественного разделения труда не мог не привести к подобным же, хотя и более ограниченным, результатам.

Однако бронза являлась слишком редким и дорогим материалом, и поэтому после ее появления основные орудия труда по-прежнему были каменными и деревянными. Она шла главным образом на оружие и украшения.

Выплавка на основе оборотных материалов

Для того чтобы изготовить бронзу с использованием вторичных металлов и отходов, плавку следует производить в следующем порядке. Сначала расплавляют медь и раскисляют ее фосфористыми добавками. Затем добавляют в расплав оборотные материалы. После этого дожидаются полного расплавления металлов и вводят легирующие элементы в соответствующей последовательности. В том случае, если шихта состоит из малого количества чистой меди, следует сначала расплавлять оборотные металлы, а затем добавлять медь и легирующие элементы. Плавка проводится под слоем флюса или древесного угля.

После расплавления шихты и нагрева ее до требуемой температуры проводится окончательное раскисление смеси фосфористой медью. Далее расплав накрывают сверху прокаленным углем либо просушенным флюсом. Расход последнего составляет 2-3 процента от массы металла. Нагретый расплав выдерживается 20-30 минут, периодически помешивается, а затем с его поверхности удаляется выделенный шлак. Все, бронза готова для литья. Для лучшего снятия шлака в ковш можно добавить кварцевый песок, который сгущает его. Чтобы определить, готова ли бронза для разливки в формы, проводится специальная технологическая проба. Излом такого образца должен быть однородным и чистым.

Как определить латунь или бронза по характеру излома и оценке готового изделия

Вы спросите, зачем это делать? Отвечаем. Латунные поделки гораздо легче бронзовых. Если вы нашли ненужные для вас вещи и хотите их сдать на пункт металлолома, то вас могут просто обмануть. Ничего страшного, если вы принесли единичный экземпляр, но при сдаче большой партии вы можете потерять значительную сумму.

Изначально посмотрите на характер вещей. Например, если они относятся к судостроению, то они сделаны из меди с оловом, которые спокойно выносят морскую воду. Значит, вам уже не придется делать дополнительные испытания.

Если вы решились на проведение опыта с распиловкой, то необходимо приобрести специальное оборудование, например, металлорежущий станок. На изломе латунного изделия вы увидите пластообразный надрез с мелкозернистой структурой, гладкой поверхностью белесого цвета. При ломании возникают небольшие крошки. Бронзовые же дробятся на большие куски и имеют желто-коричневую палитру.

Посмотрите, как сохранился внешний вид старого предмета после проведенного на воздухе времени. Если не произошло никаких изменений и деформаций, то это медно – оловянный сплав, ведь именно эти элементы не подвержены негативным последствиям атмосферных осадков.

В нашей статье мы подробно рассказали вам, как определить бронзу или латунь в домашних условиях, какими обладают химическими свойствами и где применяются изделия из них. Используйте предоставленную информацию в своих целях. Посмотрите видео для закрепления материала:

Стилизация интерьерной бронзы в направлении Прованс

Достичь легкости и непревзойденности в интерьере достаточно сложно. И как обойтись без двоякого лицемерного цвета, который, как по настроению, переливается из светлого в темный оттенок? Тона — этот момент присущ только переходным цветам, и бронзат — один из них. Попробуйте отойти от стереотипов, создавая просторные светлые комнаты при помощи зонирования и обманных зеркал. Добавьте в интерьер небольшой кусочек бронзы:

кованые ручки или решетки;
рамки для фото;
ободок у изголовья кровати.

Минимальное сочетание и максимальный эффект — не виден, а что-то в этом есть: индивидуальность бронзового. Он настолько силен, что даже незаметен. То же самое правило, кстати, распространяется на правила окрашивания волос. Чем меньше виден бронзовый цвет волос на фоне темного оттенка, тем пышнее кажется объем локонов.

Производство материала

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

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.
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.
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;

расплавление – в первую очередь плавят медь, а затем добавляют различные компоненты, улучшающие механические свойства сплава, и основные легирующие добавки;

перегрев – расплав прогревают до 1200 С под слоем древесного угля. Если исходные металлы загрязнены, применяют жидкие солевые флюсы;

дегазация – расплав очищают от газовых примесей путем продувки аргоном или азотом.
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 2020 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

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

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:

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
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:

Разогревается печь, в которую засыпается уголь. При отсутствии древесного материала используется флюс.
Печь заполняется медью. Она должна расплавиться.
Расплавленный металл нужно раскислить фосфористой медью
Расплав насыщается легирующими примесями. Температура отжига равномерно увеличивается.
Расплавленные компоненты перемешиваются и продолжают нагреваться.
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