Сантехник ...: Бронза — состав, характеристики, применение

Бронза известна человечеству более 3000 лет как высокопрочный сплав на основе меди и олова. Металл обладает повышенной прочностью, не подвержен коррозии, хорошо поддается ковке, из-за чего сфера его применения затрагивает большинство отраслей промышленности. Современные бронзовые сплавы, помимо главных компонентов, могут включать в себя некоторые другие легирующие добавки, от 2,5-3% и более. В статье мастер сантехник расскажет о характеристиках, свойствах и особенностях применения этого уникального материала.

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 в военной сфере.

Из неё изготавливали оружие, снаряды, броню.

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 °C;
Плотность — до 8700 кг/м³.

Свойства могут изменять в зависимости от процентного содержания легирующих компонентов.

Как производят бронзу

За длительный период существования технологии производства бронзы изменились только инструменты и оборудование, а суть осталась прежней. Как и в древние времена, в качестве сырья для получения этого медного сплава может выступать шихта или бронзовые отходы, а флюсом, который предотвращает слишком интенсивное окисление металла в расплавленном состоянии, является древесный уголь.

Сам процесс плавки, в результате которой и получают бронзу, выполняется в следующей последовательности:

Тигель с исходным сырьем помещают в печь, предварительно разогретую до требуемой температуры.
Чтобы металл после расплавления сильно не окислялся, к нему добавляют измельченный древесный уголь – флюс.
После того как металл полностью расплавится и хорошо прогреется, в его состав вводят фосфористую медь, играющую роль кислотного катализатора.
После некоторой выдержки в прогретом состоянии в расплавленный металл добавляют легирующие и связующие элементы (лигатуры), после чего полученный сплав тщательно перемешивается.
Перед разливкой расплавленного металла в него вновь добавляют фосфористую медь, которая в данном случае необходима для снижения активности окислительных процессов.

На всех этапах производства надо очень тщательно следить за соблюдением правильного температурного режима в печи и самом сплаве. Следует также контролировать количество легирующих и связующих компонентов, добавляемых в расплавленный металл.

Бронзовые сплавы и их разновидности

Исходя из химического состава бронза подразделяется:

Оловянная. В своем составе она содержит от 3,5 до 7% олова. Сплав обладает повышенными значениями предела прочности (свыше 40 кг/мм²) и упругости после предварительной обработки давлением. Такая бронза имеет высокие литейные свойства. Усадка сплава составляет 1%, что сравнимо с аналогичным показателем литейных чугунов. Жидкотекучесть металла позволяет получать отливки с толщиной стенки 1 мм. Единственный недостаток, которым обладает сплав, это образование микропористости во время кристаллизации отливки. К сплавам данного типа относится, в частности, так называемая колокольная бронза (из нее на протяжении многих веков отливали колокола).
Безоловянная. Сюда входят сплавы, химический состав которых не содержит дорогостоящего олова. Его заменяют более доступные металлы.

Вместо олова в качестве основной легирующей добавки в таких медных сплавах применяются:

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.

На вопрос же о том, какой металл обязательно присутствует в любой бронзе, можно ответить однозначно - это медь.

Кроме разделения по химическому составу, существует классификация бронзовых сплавов по технологии обработки:

Деформируемые (используемые для производства изделий, которые обрабатывают методом пластической деформации);
Литейные (изделия из них производят методом литья).

Маркировка

Современная промышленность выпускает множество марок бронзы, отличающихся своим химическим составом и, соответственно, характеристиками и областью применения. Многие опытные мастера даже по цвету бронзы могут определить, к какому типу она относится. Однако далеко не все это умеют. Самым верным и наиболее простым способом получения информации о том, что содержится в составе бронзы определенной марки и к какому типу она относится, является расшифровка маркировки, которая включает в себя как буквенные, так и цифровые обозначения.

Все марки бронзовых сплавов, выпускаемые современными предприятиями в строгом соответствии с требованиями нормативных документов (ГОСТов), перечислены в специальных таблицах, из которых можно получить информацию не только о химическом составе сплава определенной марки, но и о сферах его применения и характеристиках. Впрочем, даже не пользуясь такими таблицами, можно определить тип сплава и его химический состав, если знать, по какому принципу формируется его обозначение.

Понять, что перед вами бронза, сплав меди, можно по первым буквам «Бр», присутствующим в маркировке. После них ставятся буквы, по которым можно узнать, какие еще металлы, кроме меди, содержатся в химическом составе данного сплава. Нормативным документом установлены следующие правила обозначения химических элементов, присутствующих в составе бронзы:

Что характерно, в маркировке бронзы любой марки не указывается количество меди, содержащейся в ее химическом составе. При этом цифры, присутствующие в обозначении, указывают на количественное содержание (в целых долях процента) остальных элементов. Соответственно, количество меди, содержащееся в бронзе определенной марки, высчитывается как разность между 100% всего состава и количеством добавок. Например, в бронзе марки Бр АЖ 9-4, содержится 9% железа и 4% алюминия, остальные 87% составляет медь.

Количество чистой меди, содержащейся в составе бронзы, оказывает влияние не только на технологические и эксплуатационные характеристики изделия, но и на цвет его поверхности. Так, изделия из наиболее распространенных марок бронзовых сплавов, в составе которых около 85% меди, отличаются золотистым цветом. Если количество меди уменьшить до 50%, то на выходе может получиться белая бронза, очень похожая по своему цвету на серебро. При желании может быть получена серая и даже черная бронза – такого результата можно добиться, если уменьшить количество меди в составе сплава до 35% и ниже.

Многие старые бронзовые изделия, поверхность которых имеет практически черный цвет, приобрели его не из-за использования для их производства сплава определенного состава, а в результате воздействия времени и различных внешних факторов (пожары, длительное нахождение в сырой земле и др.). В древности просто не могло существовать технологий производства бронзы, состав которой дополняют редкоземельные металлы, придающие ей насыщенный черный цвет.

Плюсы и минусы

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

Плюсы:

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

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

Область применения

Ввиду всех вышеперечисленных качеств и достоинств бронза нашла широкое распространение в разных типах промышленности:

Машиностроении бронза ценится за счет двух основных свойств: высокий коэффициент трения по стали и коррозионностойкость. Исходя из этого сплав активно используется для изготовления гаек нажимных винтов, работающих в условиях воздействия агрессивных сред, вкладок и втулок механизмов, подшипников скольжения, шестерней, элементов червячной передачи, уплотнительных колец.
Электронике применяется берилловая бронза для производства интегральных схем, оптико-волоконных приборов, пружинных контактов, измерительной аппаратуры.
Судостроении бронзу используют как материал деталей, работающих в морской воде.
Бронза безразлична к перепадам температур. Сплав устойчив к воздействию хлора и снижает активность вредных для человека микроорганизмов. В связи с этим бронза активно используется в оборудовании для. Из данного сплава изготавливают фитинги для разводки трубопровода, шаровые краны, штуцера, ниппеля, накидные гайки.
Высокие литейные качества позволили применять бронзу в сфере искусства . Многие знаменитые скульптуры и памятники выполнены из нее. Среди них статуя "Писающий мальчик" в Брюсселе, скульптура "Мыслитель" в Париже и прочее.
Бронза широко используется в изготовлении предметов быта фурнитуры. Причиной служит эстетичный внешний вид сплава, подчеркивающий индивидуальность интерьера. Сюда входит изготовление пепельниц, подсвечников, держателей полотенец, петлей и ручек дверей и т. д.

Видео

В сюжете - История использования бронзовых сплавов, испытания бронзовых инструментов