Бронза: особенности древнейшего сплава в истории человечества

Бронза представляет собой сплав меди и специальных добавок, которые необходимы для придания металлу определенных технологических свойств. Бронза может содержать следующие компоненты: Sn (олово), Mn (марганец), Be (бериллий), Pb (свинец), Si (кремний), Cr (хром), P (фосфор), Fe (железо) и прочие элементы.

Бронзовый сплав имеет устойчивость к истиранию, коррозии, агрессивным средам, вроде морской воды. Эти свойства достигаются за счет добавления легирующих компонентов в определенных пропорциях. Соотношение компонентов регламентируется нормативными документами: ГОСТ, отраслевые стандарты, методики, стандарты предприятий.

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:

1. 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
2. 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:

1. Разогревается печь, в которую засыпается уголь. При отсутствии древесного материала используется флюс.
2. Печь заполняется медью. Она должна расплавиться.
3. Расплавленный металл нужно раскислить фосфористой медью
4. Расплав насыщается легирующими примесями. Температура отжига равномерно увеличивается.
5. Расплавленные компоненты перемешиваются и продолжают нагреваться.
6. 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

Как отличить в домашних условиях?

На практике есть несколько простых и проверенных способов, помогающих определить металлы.

Как отличить бронзу от латуни при помощи магнита?

• Если дело доходит до разнообразных сплавов, то различить бронзу от латуни бывает довольно сложно, потому как они могут быть практически идентичными. Многие специалисты считают, что бронза тяжелее латуни. Это действительно так и связано с содержанием в составе олова, и свинца, которые являются довольно тяжелыми.
• Латунь гораздо легче из-за наличия в составе цинка. Можно провести несколько простых опытов, для того чтобы выяснить, какой из металлов находится перед вами. Практически всегда бронза магнитится, из-за наличия в составе олова.
• То есть, если поднести достаточно сильный магнит, вы увидите значительное намагничивание. Чем выше содержание олова в металле, тем сильнее намагничивается. Латунь в свою очередь не проявляет магнитных свойств, то есть при поднесении магнита она совсем не прилипает.

Обработка материалов

Определение по весу

Это еще один из методов отличия металлов. Для выявления разницы достаточно просто взвесить в руках одинаковые объемом бруски из разных сплавов. Бронзовый экземпляр будет весить намного тяжелее заготовки из латуни.

Однако на массу изделия влияет и плотность соединений. Поэтому использовать вес как четкий критерий отличия металлов рекомендуется не всегда. Например, бронза с низким содержанием олова (2-8%) отличается тем, что будет весить легче латунного аналога.

Как проверить бронзу нагреванием, опиливанием в домашних условиях

Мы предоставляем вам еще два варианта проверки:

• Используйте газовую горелку, так как она дает наиболее высокие температурные значения (до 600 градусов). Для этой операции домашней плиты будет недостаточно. Кроме того, опыт придется производить в отдельном помещении (мастерской или гараже). Возьмите заготовку и долго подержите её над огнем. Бронзовая не изменит внешнего вида. А на поверхности латунного изделия появятся темные пятна.
• Если у вас существует возможность полного расплавления исходного образца, то проведите такой опыт. При перегреве появилось белое пламя и разбрасывающие хлопья такого же цвета. Значит, выгорает Zn и перед вами латунь. Она обладает хорошей пластичностью. Во время деформации она не потеряет своих физических свойств, а бронза обязательно при перегреве раскрошится и сломается.
• Опиливание является наиболее доступным методом, который вы можете провести дома без финансовых затрат. Возьмите ножовку и попробуйте отпилить образцы. Латунное изделие хорошо и легко поддается распиловке, образуя при этом пласты. Стружка будет иметь витиеобразный вид. Металл с содержанием олова под воздействием острого предмета будет ломаться на маленькие кусочки, давая мелкую пыль. Попытавшись согнуть или расплющить образец, вы не добьетесь положительного результата, только испортите заготовку.

Это интересно: Удельное сопротивление меди. Формула для вычисления

Использование сверла и маркировка

При помощи дрели можно легко определит латунь. Но важно помнить, что инструмент повредит металлический предмет. Дело в том, что во время работы дрели из-под сверла выходит стружка, которая у меди довольно длинная и витиеватая, а у латуни она, наоборот, короткая и игольчатая. Ведь металл значительно мягче своего сплава.

Иногда на куске исследуемого материала можно увидеть маркировку, которая легко подскажет, что находится перед человеком. Так, отметка на меди начинается с буквы «М», а на латуни — с «Л». Но в других странах маркировка изделий несколько отличается от российской:

1. В США можно на латунном сплаве увидеть значки С2, С3, С4.
2. В Евросоюзе на меди и на латуни ставится буква C, но после неё на металле можно увидеть A, B, C, D, а на сплаве — L, M, N, P, R.

Этот способ позволяет довольно легко отличить чистую медь от латуни. Если присутствует маркировка, то не стоит прибегать к другим методам распознавания.

Разновидности

Специалисты выделяют такие виды бронзы:

1. Свинцовая — состав, в котором основной легирующей добавкой является свинец. Готовый материал устойчив к воздействию высокого давления. Используется при изготовлении подвижных элементов в промышленном оборудовании.
2. 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.
3. Бериллиевая бронза — твердый материал. Устойчив к воздействию высоких температур и коррозии. В состав входят кобальт, никель и железо.
4. 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.

Технология получения

Бронза – продукт сплавления меди с легирующими добавками.

Процесс происходит в электроиндукционных печах либо тигелях-горнах:

1. Как шихта-исходник при производстве материала используются металлы из руды либо вторсырье (бытовые, промышленные отходы).
2. Печь разогревают, загружают уголь либо флюс, затем медь.
3. Расплав меди дегазируют (раскисляют).
4. Добавляют подогретые тугоплавкие компоненты-лигатуры.
5. Массу перемешивают, подогревают, пока не расплавится все содержимое.
6. Вновь добавляют раскислитель (фосфористую медь) для изъятия медных окислов.
7. Финальный этап изготовления бронзы – разливка по формам.

На выходе получают плоские либо объемные слитки. Их отправляют в прокатный либо кузнечно-прессовый цех.

Продукция металлопроката: труба, лента, круг, втулки, пруток, проволока.

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:

1. В начале маркировки указывают буквы «Бр», которые обозначают название материала.
2. После основного обозначения ставится буква, указывающая на легирующие добавки.
3. 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.

Женская бижутерия в каталоге магазина SeViMi

New

Женский браслет Дракон

39.00 руб.
New

Серьги серебристые Стиль

33.00 руб.

Серьги в стиле минимализм Изящество

35.00 руб.
New

Серьги с черной эмалью Rich

43.00 руб.
NewПерламутр

Серьги Нежность с перламутром

37.00 руб.

Плюсы и минусы

Чтобы оценить бронзовый сплав, необходимо поговорить о его сильных и слабых сторонах.

Плюсы:

1. Наличие смесей с разными видами металлов и дополнительных компонентов позволяет использовать их в различных направлениях промышленности.
2. Создание сплавов с разными характеристиками. Можно варьировать соотношение и процентное содержание легирующих компонентов.
3. Материал можно перерабатывать повторно.
4. Высокий показатель упругости.
5. Устойчивость к коррозии, воздействию кислот и щелочей.

Недостаток — высокая стоимость бронзовых сплавов. Из-за этого покупатели часто отдают предпочтение другим материалам.

Зачем в медь добавили цинк и почему не отливают цинковые статуи

Медь сплавляют с цинком чтобы получить сплавы со свойствами, которых нет у меди и цинка по-отдельности. Медь — хороший проводник тепла и электрического тока. Медь пластична, тянется, штампуется. Медные провода, медные трубки для холодильников, нагревателей или кондиционеров, медная посуда полностью реализуют свойства меди как тепло и электропроводность, так и высокую пластичность. Коррозионная стойкость и химическая инертность к бытовым растворам позволяют выпускать медную посуду, сковородки, кастрюли. Но обратная сторона свойств меди – она имеет недостаточную прочность, твердость, коррозионную стойкость при высокой стоимости для широкого применения в технике как конструкционный материал. Пять тысяч лет люди модифицируют медь, добавляя другие металлы в расплав для измерения ее свойств.

Область применения

Бронзовые сплавы применяются в различных сферах промышленности. Высокие показатели устойчивости к трению и коррозии позволяет использовать бронзовые изделия в агрессивных условиях, в качестве подвижных деталей для промышленного оборудования.

Применяется бронза в современной промышленности, изготовлении скульптур, домашней утвари, деталей для трубопроводов.

Бронзовые изделия

От струн до подшипников

Формула успеха бронзы в сочетании редких качеств «союза металлов».

Потому и применение его с окончания Бронзового века только увеличилось.

Трубач играет гимн…

Музыка не была бы такой прекрасной и выразительной, если бы не удивительный певучий сплав. Вначале свойства бронзы оценили священники. В Средние века церковь требовала все больше «колокольной бронзы». Азиатские служители культов вовсю использовали звонкий голос бронзы: из нее делали колокольчики, «поющие чаши», гамеланы, гонги.

Нынче бронза поет струнами фортепьяно, контрабасов, клавесинов, банджо, гитар.

Саксофоны из фосфористой бронзы имеют неповторимый голос.

Для промышленности

Ясно, что промышленность не преминула урвать свой кусок бронзового пирога.

• Машиностроение (подшипники, запорная арматура, втулки, узлы трения арматуры); металлопрокат (листы, трубы, прутки).
• Бронзовая проволока — для проводов, кабелей, сварочных электродов.
• Авиация и судостроение, ракетная техника и самые простые вкладыши подшипников — везде востребованы наши сплавы.
• В ювелирной промышленности алюминиевая бронза с ее золотистым цветом используется для изготовления дешевой бижутерии. Бронзовые сплавы нередко применяли для чеканки монет, особенно в древности.

Изделия из бронзы

Цена на бронзовый сплав

Стоимость бронзовых сплавов зависит от нескольких факторов:

1. Какие легирующие добавки входят в состав сплава и в каком процентном содержании.
2. В какой форме продаётся изделие. Чем сложнее конструкция, тем дороже она будет стоить.
3. Внешний вид и состояние. Если на поверхности предмета из бронзы присутствуют трещины, царапины, окалины или вмятины, его стоимость снижается.

Для оптовых покупателей закупка производится по сниженным ценам. Стоимость бронзового прутка — 500 рублей.

Бронза считается древнейшим сплавом. Она используется в разных направлениях промышленности благодаря разнообразию материалов на её основе. Характеристики этого металла позволяют использовать его под воздействием кислот и щелочей, а также устанавливать бронзовые детали в промышленное оборудование.

Соответствие марок оловянных бронз по ГОСТ 613-79 и замененного ГОСТ 613-65