Під бронзою слід розуміти металевий сплав, в основі якого лежить мідь, а до неї додаються легуючі компоненти, підвищують твердість готового матеріалу. У вигляді лігатури найчастіше застосовують олово, хром, свинець, нікель, алюміній і інші метали. Фізичні властивості бронзового сплаву, а також його колір і твердість матимуть різні характеристики, які залежать від процентного складу компонентів лігатури.
Бронза, що має виражений червоний відтінок, складається з підвищеної кількості міді, а якщо у сплаву вийшов сіруватий відтінок стали, значить, вміст міді в ньому знижено до 30-35%. Бронза є затребуваним матеріалом, який застосовується в різних господарських і промислових сферах.
Особливості
бронзовий сплав складається з міді і лігатури, яка може бути як у вигляді металів, так і неметалів - від цього складу і залежать марки бронзи. Шляхом технологічних експериментів і наукових досліджень знайдені оптимальні співвідношення між бронзової основою і її компонентами. Як добавки найчастіше застосовуються:
- берилій;
- алюміній;
- цинк;
- олово;
- кремній;
- фосфор;
- залізо;
- марганець;
- свинець;
- нікель.
За історичними свідченнями, перший бронзовий матеріал був створений ще 3000 років тому і складався він з міді та олова . У невеликих пропорціях олово надає переплавлені речовини твердість, гнучкість і полегшує сам процес плавлення. Такі властивості олово проявляє, якщо його концентрація в матеріалі не перевищує 4-4,8%. Якщо взяти олова близько 5% і більше, готовий сплав втратить свою гнучкість, а при концентрації олова більше 20% отриманий матеріал буде крихким. Якщо в переплавку до міді додати берилій, то на виході вийде твердий матеріал, що володіє фізичної та хімічної підвищеною стійкістю.
Вироби з такого металевого сплаву можна різати або зварювати за допомогою будь-якого виду зварювання.
При поєднанні міді з кремнієм і цинком у готового матеріалу буде хороша пластичність, що відмінно підійде для лиття виробів. Готова продукція має підвищену зносостійкість і не іскрить при механічній обробці. Крім того, бронза з лігатурою з кремнію і цинку має високий рівень опору температурним стиску металу.
Якщо ж до міді додати свинець, то вийде метал, що володіє антикорозійними властивостями, стійкий до ковзання і тертя, міцний і погано піддається плавлення.
Поєднуючи мідь з алюмінієм, можна отримати матеріал, у якого буде висока щільність, знижений показник ковзання, підвищена стійкість до утворення іржі і стійкість до хімічних агресивних середовищ. Такий метал придатний для різання. Якщо ж до міді додати фосфор , То в сукупності з деякими іншими складами лігатури цей інгредієнт дозволить знизити кислотні показники сплаву.
Коли до міді додаються будь-якого виду лігатури, у неї в значній мірі погіршується таку властивість, як здатність проводити тепло. Чим більше лігатури в складі сплаву, тим гірше у нього показник рівня теплопровідності.
Що стосується зовнішнього вигляду бронзового сплаву, то при вмісті в ньому до 90% міді метал матиме червоний відтінок, а при вмісті міді до 85% матеріал вийде з жовтим відтінком.
Помічено, що якщо сплав складається з міді тільки на 50%, то матеріал з нього буде білого сталевого кольору, а щоб отримати чорне забарвлення, концентрацію міді знижують до 35%. З плином часу все мідні матеріали змінюють своє забарвлення: вона темніє під дією перепадів температур, кислот, солей, лугів різної концентрації.
Основна класифікація сплавів
Відповідно до того, скільки компонентів входить до складу бронзового сплаву, бронзу умовно поділяють на двокомпонентну (Метал і лігатура, що складається з 1 компонента) або багатокомпонентну. Крім того, бронзові матеріали діляться на безолов'яні і олов'яні склади. Безолов'яні склади не містять олова. Їх класифікація робиться з урахуванням того, який саме метал замість олова виконує функцію лігатури.олов'яні
Додаючи до міді олово, можна отримати ливарний сплав. Але, крім високого показника плавкости, цей склад має і хорошою твердістю. Нерідко в такий метал додають ще цинк, свинець і фосфор. Подібна добавка наділяє готовий матеріал стійкістю до корозії і робить його ще більш придатним для плавильно-ливарних робіт.
У олов'яному сплаві фосфор виступає в ролі раскислителя металу, а цинк знижує собівартість матеріалу через свою невеликої ціни, причому на характеристики отриманого металу він особливого впливу не робить. З метою економії в олов'яні сплави допускається включати до 10% цинку. Марки бронзи з вмістом олова є підходящим варіантом для виконання механічних обробок і полірування. Готові вироби з олов'яних марок будуть дуже зносостійкими.
Бронзовий сплав, який містить в собі до 8% домішки олова, застосовують для штампувальних робіт, прокатки і кування. З такого матеріалу роблять дріт, прутки різної форми, а також листовий прокат. Сплав, де олово займає до 20% у вигляді лігатури, застосовується для виготовлення литих виробів . В процесі лиття така бронза повністю заповнює форму і володіє при цьому незначною часткою усадки. Подібний матеріал дозволяє виготовляти складні фасонні вироби, а також предмети художньої значущості.
Крім того, олов'янистими бронзу застосовують для виготовлення вузлів і механізмів, які будуть працювати в морській воді.
алюмінієві
У сплавах бронзи часто застосовують алюміній. Лігатура містить від 6 до 12% такого матеріалу. Бронзові алюмінієві сплави можуть складатися з одного компонента (алюмінію) або ж багатьох добавок, коли в сплаві також присутні залізо, нікель і марганець. Додавання алюмінію до бронзи знижує щільність готового матеріалу, тому полегшений сплав знайшов широке застосування в суднобудуванні і авіакосмічній промисловості.
Матеріал з додаванням алюмінію має велику міцність при терті, тому сплав також використовують для виготовлення деталей для верстатів, вузлів теплообладнання, автодорожніх машин.
крем'янисті
До бронзі в пропорції від 3 до 5% може бути доданий кремній. Готовий сплав перевершує за своїми антикорозійним властивостям олов'яні сплави, а також має високі показники механічної стійкості і пружності. Крім того, сплави з кремнієм НЕ намагнічуються і добре піддаються електрозварювання і пайку.
Готові вироби з міді з кремнієм мають високі показники стійкості до агресивних хімічних середовищ у вигляді кислот і лугів, а також до газам. Такий матеріал застосовують для виготовлення газопровідних магістралей або стічної системи водопроводу.
Кремниста бронза може бути додатково легована марганцем.
марганцеві
У різних сферах промисловості затребуваний бронзовий сплав, який містить у своєму складі марганець: від 4 до 5%. Матеріал має характерні особливості: високу міцність, гнучкість і антикорозійну стійкість. З таких сплавів роблять деталі для різних механізмів. При змісті марганцю в бронзовому сплаві більше 1%, твердість матеріалу збільшується, але знижується в'язкість і плавкість речовини.
Крім того, сплави з марганцем погано піддаються зварюванні.
свинцеві
При додаванні до міді свинцевого компонента виходить високоміцний, стійкий до стирання сплав. Його застосовують при виготовленні підшипників, які обертаються тривалий час, під великим тиском і при великих швидкісних режимах. Бронзу зі свинцевою лигатурой використовують для виготовлення деталей апаратів, що працюють в агресивних хімічних середовищах, матеріал застосовують для захисту від радіаційного випромінювання, при виготовленні боєприпасів, скла, в якості різних фарбувальних пігментів друкарської фарби.
берилієві
Додавання берилію до міді утворює бронзовий сплав, у якого відзначають підвищені характеристики міцності, гнучкості та плинності. Крім того, матеріал володіє хорошою електропровідністю і є провідником тепла . Сплав стійкий до корозії, з нього випускаються вироби у вигляді пружин і складних механізмів, матеріал застосовують в електротехніці при виготовленні оптоволоконної продукції і мікросхем.
Бронзовий сплав з берилієм дозволяє виконувати з нього дрібні деталі, які можуть бути використані в приладобудуванні, комп'ютерної та телефонної техніки, мультимедійних пристроях і так далі. Норма вмісту берилію в сплаві коливається в межах 0,7-2,5%.
Після спеціальної термічної обробки сплав гартується, що надає йому властивості підвищеної твердості.
маркування
З метою відзначення сплавів з бронзи один від одного була введена певна їх маркування. А також існують спеціальні таблиці технічного призначення , За якими технолог може визначити, який саме марки бронзу йому застосовувати для виконання того чи іншого завдання, уточнити табличні дані про склад сплаву, його фізико-хімічні властивості та можливості застосування.
Один від одного існуючі марки бронзи відрізняються складом лігатури в процентному співвідношенні до міді. Маркування бронзових сплавів має буквене і цифрове позначення. Наприклад, розшифровка такої марки може означати, що букви в назві будуть відповідати хімічних елементів, а цифри повідомлять про частки процентного вмісту лігатури. За ГОСТом, цифрові дані не містять вказівок про зміст в сплаві міді , Оскільки зрозуміло, що вона є основним компонентом.
А ось всі норми лігатури повинні відповідати встановленим державним стандартам.
Бронзовий сплав маркується абревіатурою Бр. Далі йде буква, яка вказує основний компонент лігатури, а потім і інші складові частини. Що стосується цифр, то вони розташовані в порядку їх зменшення, вказуючи на процентне співвідношення лігатурних компонентів. Наприклад, бронза марки бражної 10-4-5 - це сплав з міді з алюмінієм, залізом і нікелем. Причому алюмінію в складі сплаву знаходиться 10%, заліза - 4%, нікелю - 5%. Всю іншу частину займає мідь.
Коли марка бронзового сплаву невідома, матеріал підлягає хімічному і фізичному аналізу. Точні дані потрібні для працівників, яким потрібно визначити вагу заготовки через питома вага сплаву. На кожному сталеплавильному виробництві є своя технічна лабораторія, яка і допомагає вирішити завдання подібного роду.
Бронза - що за метал і де використовується - дивіться у відео нижче.