К настоящему времени разработано много сплавов металлов, обладающих разными качествами, для различных областей применения. Первым из них стала бронза. Сплав, его изготовление, использование и характерности рассмотрены дальше.
Варианты состава
Материал этот не что иное как смесь меди с легирующими элементами, в качестве которых используют неметаллы и металлы. При этом цинк и никель не должны являться ключевыми среди них.
Путем варьирования соотношений между элементами меняют свойства бронзы. В согласии с этим есть несколько ее разновидностей, выделяемых на основе легирующих добавок. В их качестве применяют:
Первой была разработана бронза оловянная (в начале 3 тысячелетия до н. э.). В минимальном количестве этот компонент придаёт твердость, легкоплавкость, упругость. При повышении его концентрации до 5% уменьшается эластичность, а при 20% бронза приобретает хрупкость. Путем доведения олова до самой большой доли в 33% сплаву придаёт серебристо-белую окраску.
Материал с бериллием выделяется самыми большими упругостью (закаленный) и твердостью, а еще устойчивостью к химии. Он подойдет для обработки путем резания и сварки.
Внешний вид бронзы
Цинк и кремний увеличивают текучесть, что важно для литья, а еще придают поверхности стойкость к износу. Кремниево-цинковая бронза отличается отсутствием искр при механическом влиянии и хорошим сопротивлением сжатию.
Свинец делает лучше коррозионную стойкость, антифрикционные свойства, крепость, тугоплавкость.
Алюминий увеличивает плотность, антифрикционные свойства, коррозионную стойкость и воздействию химии. Бронза подобного состава подойдет для резки.
Фосфор применяется в совокупности с некоторыми прочими добавками с целью раскисления сплава. Его наличие отражается в наименовании при содержании более 1% (оловянно-фосфористая бронза).
Введение любых легирующих добавок уменьшает проводимость тепла. Стало быть, чем их меньше, тем сплав по этому показателю ближе к меди, а наиболее легированные бронзы имеют худшую проводимость тепла.
Что же касается меди, ее содержание определяет не только технологичные и рабочие параметры, но и цвет, который имеет бронза. Красная покраска говорит о концентрации меди более 90%. При содержании ее около 85% (наиболее нередко встречается) бронза имеет позолоченый цвет. Если сплав состоит из меди частично, белым цветом он напоминает серебро. Для получения серой и черной покраски необходимо уменьшить процент меди до 35. Этот цвет материала тоже встречается нередко, однако необходимо брать во внимание, что этот сплав как правило приобретает темную окраску со временем в результате влияния самых разных факторов (температуры, воды и т. д.). Более того технологии, разрешающие добавлять в бронзу придающие ей насыщенный черный цвет легирующие детали, начали использовать не так давно, а изделия из рассматриваемого сплава такой покраски широко популярны давно.
Аналогичным образом, в зависимости от числа компонентов эти материалы разделяют на 2-ух- (один легирующих элемент) и многокомпонентные. Их доля может составлять от 2,5%.
Плюс к этому, есть классификация бронзы, которая основана на внутренней структуре, а конкретно количестве фаз в твёрдом растворе. Она предполагает ее деление на одно- и двухфазные варианты.
Напоследок, ввиду очень широкой популярности оловянного типа сплав разделяют на оловянные и безоловянные бронзы.
Производство
Исходным сырьем для бронзы служат чистейшие металлы либо сплавы, в том числе бронзовые отходы. Другой вариант более широко распространен, в первую очередь, ввиду меньшей цены. В качестве флюса, предотвращающего слишком активное окисление расплава металла, используют кокс. Из всех начальных материалов составляют шихту, рассчитывая ее состав на основе целевых показателей и применяемой технологии производства.
Процесс плавки выполняют в конкретной очередности:
- в заранее разогретую до нужной температуры печь (в большинстве случаев применяют электродуговые и работающие от электричества устройства ввиду их большой эффективности) помещают тигель с шихтой;
- после полного прогрева и расплавления металла в его состав включают служащую катализатором фосфористую медь;
- после выдержки добавляют связующие и легирующие элементы бронзы, перемешивая;
- чтобы удалить газовых примесей выполняют дегазацию путем продувки азотом или аргоном;
- для уменьшения интенсивности окисления перед разливкой опять добавляют фосфористую медь.
В течении всего процесса нужен контроль режима температур и количества добавляемых в расплав элементов.
Характеристики рассматриваемого материала определяются 2-мя факторами: составом и структурой.
Как было отмечено, состав бронзы создают с целью придания ей требуемых показателей. Одними из главных среди них считаются эластичность бронзы, твердость и крепость. Варьировать первые две характеристики позволяет изменение концентрации олова. Так, его доля в составе бронзы связана прямой зависимостью с твердостью и обратной с пластичностью.
Самое большое воздействие на твердость и крепость оказывает концентрация бериллия. Некоторые содержащие его марки бронзы превосходят по второму параметру стали. Чтобы придать пластичности бериллиевый сплав подвергают закалке. При этом основное значение имеют не количественные критерии содержания веществ, а выраженность создаваемых ими параметров. Другими словами, при одинаковом количестве 2-ух самых разных компонентов, один из них может менять свойства материалов в намного большей степени, чем другой.
Что же касается структуры, она определяет вмещающую способность материала в отношении к элементам. Это можно рассмотреть на примере олова. Так, однофазная структура имеет до 6 — 8% этого элемента. При превышении его количеством предела растворимости, составляющего 15%, сформировывается вторая фаза твёрдого раствора. Это оказывает влияние на баланс твердости и гибкости. Так, однофазные варианты более эластичны, тогда как двухфазная бронза тверже, но непрочная. Это определяет последующую обработку: материалы первого типа подойдут для ковки, а двухфазные сплавы — для литья.
Дальше как пример рассмотрены главные характеристики литьевой оловянной бронзы. Ее плотность устанавливается содержанием олова и при его доле 8 — 4% составляет 8,6 — 9,1 кг/см 3 . Температура плавления равна в зависимости от состава 880 — 1060°С. Проводимость тепла этого материала — 0,098 — 0,2 кал/(см*с*С). Это маленькое значение. Проводимость электричества составляет 0,087 — 0,176 мкОм*м, что тоже чуть-чуть. Интенсивность коррозии в морской воде равна 0,04 мм/год, на воздухе — 0,002 мм/год. То есть такая бронза обладает большой стойкостью к ней.
Есть еще одна классификация бронзы, которая основана на технологии обработки, используемой при изготовлении из нее каких-нибудь изделий. В согласии с этим выделяют два типа сплавов:
Литейные бронзы служат для создания отливок сложной формы (деталей разных устройств и т. д.), так как изменяются только в расплавленном состоянии, тогда как деформируемую бронзу отделывают способами ковки, прокатывания, резания, производя металлургический прокат в виде проволки, ленты, труб, плит, втулок, прутьев. Более того, бронза подойдет для пайки и сварки.
Повторная обработка
Для декоративного эффекта и в защитных целях возможно нанесение на поверхность бронзовых изделий лака, хрома, позолоты, никеля.
Также, для рассматриваемого материала есть своеобразный способ обработки поверхности, именуемый искусственным патинированием. Он построен на процессе естественного старения бронзы, состоящем в формировании пленки зелено-белого цвета карбонатного либо оксидного состава, называемой патиной, в результате влияния воздуха и находящихся в нем элементов. Искусственное создание подобного покрытия носит декоративный (придание винтажности) и защитный смысл.
Эту процедуру выполняют путем нагрева после нанесения на поверхность серного состава. Есть и обратная технология, другими словами убирание патины со старых бронзовых изделий.
Плюсы и минусы
Бронза обладает большим количеством немаловажных достоинств. Среди них:
- многообразие параметров и, поэтому, областей применения;
- возможность создания вариантов для разных вариантов обработки (литья либо деформирования) в зависимости от потребностей;
- маленькая усадка (0,5 — 1,5%);
- возможность многократной обработки без потери параметров, другими словами бронзу можно перерабатывать;
- большие коэффициенты стойкости к воздействию химии среды (воды, воздуха, кислот);
- высокая упругость многих вариантов.
Главным минусом считается большая цена отдельных марок, к примеру, оловянной бронзы. Виды иного состава, например силумин, намного дешевле. Аналогичным образом, стоимость рассматриваемых материалов в большей мере устанавливается входящими в их состав легирующими элементами.
Использование
Оловянный материал с 2% олова подойдет для ковки при нормальной температуре ввиду высокой пластичности. Варианты с его концентрацией 15% отличаются твердостью и прочностью. Такая бронза имела широкую сферу применения в античности. Предметы из нее были обнаружены при археологических раскопках. Она служила для изготовления посуды, оружия, денег, статуй, зеркал, украшений. Но самыми известно использование бронзы этого состава для производства колоколов, в связи с чем оловянную бронзу даже в наше время называют колокольной.
Колокол из бронзы
Закаленную бронзу, содержащую бериллий применяют для изготовления пружин, мембранных тканей и рессор.
Для производства изделий, эксплуатирующихся в особо плохих условиях (большой влажности, химически активных средах и т. д.), применяют бронзу, обогащенную алюминием. Она обладает большими устойчивостью к коррозии и прочностью.
В виде материала для подвергающихся фрикционным и ударным нагрузкам деталей (подшипников и т. д.) подходит свинцовая бронза.
Сплав, который содержит цинк и кремний, применяют для изготовления предметов методом литья ввиду его текучести. Более того материал такого рода выделяется отсутствием искр при механическом влиянии.
Алюминиево-никелевая бронза особо важна для деталей, регулярно присутствующих в соленой воде, ввиду высокой устойчивости к процессам коррозии. Это сравнительно новый материал, который используют для изготовления компонентов шельфовых нефтяных платформ.
Более того, большинство марок бронзы выделяется отсутствием магнитности и небольшой усадкой. Ввиду этого они годятся для изготовления электротехнических изделий, а еще предметов декора.
Также многие варианты сплава имеют невысокую теплопроводность, благодаря чему их используют для производства ванн, рукомойников, сантехнических деталей.
Напоследок, подавляющая часть бронзовых сплавов отличается плохой электропроводностью. Одним из исключений считается серебряный сплав, близкий по этому параметру к меди.
Кроме названных сфер, бронзу применяют в машино-, судо-, авиастроении, для производства агрегатов подвижных узлов благодаря стойкости к износу, химических приборов и трубо-проводов ввиду химической стойкости.
Маркировка
Сейчас встречается много марок бронзы. Они выделяются составом, определяющим параметры и сферу использования. Для комфорта на основе этого была сделана система маркировки, включающая буквенные и цифровые символы. Так, легирующие добавки обозначают буквами, первыми в наименовании представляющих их элементов химии. Цифры означают содержание элементов сплава в долях процента. При этом данные определения не имеют данных о количестве меди. Данное значение высчитуют как разница между общим составом бронзы и количеством легирующих добавок.
Маркировка бронзы дает возможность очень просто определить требуемую для определенной задачи марку. Для этого нужно только воспользоваться специализированными таблицами. Они содержат информацию о составе, параметрах сплава и сферах его использования.
Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
