Бронза представляет собой многокомпонентный или двойной сплав, основой которого является медь, дополненная рядом элементов для улучшения её качеств. Эти добавки, называемые легирующими, составляют более 2,5 % от общей массы сплава. В роли легирующих компонентов выступают марганец, олово, бериллий, свинец, кремний, хром, фосфор, железо, алюминий и другие.
Сплавы классифицируются по маркировке, включающей аббревиатуру «Бр», символы, обозначающие ключевые легирующие добавки, и цифры, показывающие их процентное содержание. Так, БрО5 обозначает оловянную бронзу, а БрА5 — алюминиевую. Химический состав и маркировка бронзы устанавливаются соответствующими ГОСТами.
Медно-оловянная бронза — один из самых старинных сплавов, созданных человеком. Первые изделия из неё начали производить ещё в третьем тысячелетии до нашей эры в Месопотамии. Изготавливали в основном необходимые в повседневной жизни предметы. Археологи находят в качестве доказательств оружие (кинжалы, топоры, мечи, наконечники стрел), мебель, зеркала, посуду (кувшины, вазы, тарелки). Также бронза использовалась для чеканки монет и изготовления украшений.
Примерно в V–IV веках до нашей эры греческие скульпторы освоили технику литья больших бронзовых статуй, которая остаётся востребованной и по сей день. В Средние века бронза нашла применение в изготовлении пушек и артиллерийских ядер. Также из неё отливали колокола и добивались уникального звучания за счёт изменения состава сплава и размеров отливки.
Состав и основные признаки
Бронза классифицируется на основе химического состава:
- Оловянная состоит в основном из меди с определённым процентом олова как ключевого легирующего элемента. К олову могут добавляться свинец, фосфор и цинк для улучшения таких свойств меди, как плавкость, упругость и твёрдость. Это делает сплав более подходящим для полировки и улучшает его механические, литейные и антифрикционные характеристики.
- Безоловянная, или специальная, бронза не содержит олова в качестве легирующего элемента. Но при этом сплав не уступает оловянной бронзе по своим характеристикам, а в некоторых случаях даже превосходит её.
Также бронза делится по технологическому признаку:
- Деформируемая. Легко обрабатывается механически, идеально подходит для штамповки, рифления и ковки. Олова в этих сплавах не более 6 %, что обеспечивает необходимую пластичность. Из деформируемой оловянной бронзы изготавливают листы, проволоку, прутки и ленты.
- Литейная. Предназначена для создания фасонных отливок. Из оловянной литейной бронзы изготавливают детали для машин, эксплуатируемых в условиях солёной морской воды, а также вкладыши подшипников и шестерни.
Бронза, по сравнению с той же латунью, обладает лучшей коррозийной устойчивостью, прочностью и антифрикционными качествами. Сплав демонстрирует высокую стойкость к воздействию воздуха, солёной воды, углекислых сред и различных органических кислот. Бронза хорошо подходит для сварки и пайки как твёрдыми, так и мягкими припоями.
Разнообразие цветов и свойств
Раскладка под плитку наружная № 9 (бронза)
Цвет бронзы может варьироваться от красного до белого в зависимости от количества и типа добавок. Влияние легирующих элементов на свойства бронзы значительно. Например, олово, кремний и алюминий повышают прочность, коррозийную устойчивость и упругость сплавов. Сочетание со свинцом, цинком и фосфором улучшает антифрикционные характеристики. Никель и железо делают зерно более мелким и повышают температуру рекристаллизации. Кремний с марганцем увеличивают жаростойкость. Хром, цирконий и бериллий улучшают жаропрочность и незначительно снижают электропроводность.
Самые популярные виды бронзы
Рассмотрим кратко широко используемые в различных отраслях виды:
- Бериллиевая бронза выделяется высокой твёрдостью и пластичностью после закалки, из неё производят пружины и инструменты.
- Алюминиевая бронза устойчива к коррозии и агрессивным средам, используется для изготовления лент и труб.
- Кремнецинковая бронза, благодаря высокой текучести, подходит для сложноформованных изделий.
- Свинцовистая бронза применяется в производстве высоконагруженных подшипников за счёт хороших антифрикционных свойств.
- Оловянная бронза сочетает в себе вышеперечисленные качества и остаётся очень популярным сплавом в промышленности.
Производство бронзы
Производство бронзы осуществляется путём расплавления меди вместе с легирующими добавками. Этот процесс преимущественно проходит в электрических индукционных печах или тигельных плавильнях. Используемая шихта может быть сформирована из чистых металлов, отходов предыдущего производства или переработанных металлов. Для защиты от окисления и улучшения качества расплава плавление выполняется под слоем флюса или в атмосфере древесного угля.
В нагретую печь сначала добавляют нужное количество угля или флюса, затем следует загрузка меди. После того как она полностью расплавится и достигнет необходимой температуры, осуществляется процесс раскисления за счёт добавления фосфористой меди. Потом в расплав вносят предварительно подогретые легирующие элементы, а тугоплавкие из них вводят в виде лигатур. Расплав тщательно перемешивают для полного растворения компонентов и доводят до требуемой температуры. Перед заливкой в формы расплав вновь обрабатывают фосфористой медью для удаления оксидов.
Бронза обладает отличной текучестью и равномерно заполняет формы, что позволяет получать плоские и круглые слитки. Далее они обрабатываются методом прокатки или прессования. И в результате получается широкий ассортимент металлопродукции, включая бронзовую ленту, проволоку, трубу, втулки, круг и пруток.
Бронза находит применение во множестве современных отраслей — от машино- и ракетостроения до авиации и судостроения. Благодаря высокой устойчивости к механическому износу и коррозии она широко используется для изготовления компонентов, функционирующих в условиях трения, и подвижных частей машин, которые требуют периодической замены. Из безоловянных бронзовых сплавов изготавливают детали для химического оборудования, регулирующую арматуру для систем отопления и трубопроводы специального назначения.
Бронза также востребована для создания скульптур и монументов, которые получаются долговечными и устойчивыми к атмосферным и механическим воздействиям. Из неё производят и великолепные художественные изделия, включая осветительные приборы в театрах и дворцах, например люстры, торшеры, канделябры.
