Применение различных сплавов бронзы в быту и народном хозяйстве

Сплавы меди известны с самых древних времен и широко распространены и сейчас. За исключением составов, включающих цинк или никель, все остальные виды относят к бронзам. Существует их весьма внушительное количество, свойствами они обладают самыми разными, так что сфера их применения огромна. И данная статья расскажет вам о применении бронзы в машиностроении (автомобилестроении), промышленности, в строительстве, быту и иных областях.

Виды бронзы

Основным компонентом бронзы является медь, к которой добавляются другие металлы (обычно олово). При этом доля остальных веществ составляет не более 2,5%, что позволяет улучшать показатели получаемого сплава. Если медь соединяется с цинком, получается латунь, при замене цинка никелем – мельхиоровый состав. Имеются и другие варианты. К примеру, БрА5 – сорт бронзы, получаемый при добавлении алюминия. Мы работаем с маркой БрО5, изготавливаемой на основе олова, поскольку данный материал полностью соответствует государственным требованиям.

Литейные формы

Литейные формы бывают двух типов: одноразовыми и многоразовыми. Все зависит от материала из которого они изготовлены. Если для изготовления используется глинисто-песчаная смесь, то для сохранения ее формы требуются металлические опоки, предотвращающие разрушение смеси.

Многоразовые формы изготавливаются из сталей с горизонтальной или вертикальной линией разъема. Для повышения литейных способностей медного сплава используются смазки, которые предотвращают появление спаев, пригаров и прочих дефектов.

Немного об истории

Первые бронзовые изделия появились еще в 3 веке до н.э. Родиной этого удивительного металла считается Ближний Восток – самые старые находки из соединения меди и олова были найдены в Иране, а также Сирии, на территории Турции и Ирака. Чаще всего из бронзы изготавливались хозяйственные и рабочие предметы. Из сохранившихся изделий чаще всего встречаются бытовые, военные и ювелирные предметы.

Далее наступил период, когда этот металл стал основным источником денежной индустрии – из него изготавливали монеты разного достоинства. Приблизительно в V веке н.э. в Элладе было начато изготовление скульптур из бронзы. Отсюда берет начало традиция изготовления бронзовых миниатюр и фигурок, актуальная и в наши дни.

С наступлением средних веков бронза перешла в состав вооружения и стала главным ресурсом для отлива пушек, ядер, снарядов. Обратили внимание на этот металл и мастера по отливке колоколов – из бронзы получаются прекрасные изделия, дающие глубокий и приятный звук.

Бронзовый наконечник копья (7-4 век до н.э.).

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

Как различаются виды

Классификация сплавов проводится в зависимости от выбранных компонентов. Бронза, изготовленная с добавлением олова, часто также содержит свинец или фосфор – это обеспечивает эффект легирования. За счет олова сплав становится более твердым и прочным, лучше переносит плавление и отлично сохраняет форму. Получаемый материал легко поддается шлифовке, а наличие специальных компонентов позволяет добиться более высоких рабочих и визуальных показателей.

Встречается и бронза, в составе которой нет олова. Такие варианты имеют новую структуру, отличающуюся от традиционной, однако по своим свойствам они практически равны классическому сплаву.

Технические свойства металла могут влиять на его характеристики.

Литейный материал формируется методом изготовления декоративных и стильных товаров (к примеру, нашей продукции). Он также широко распространен в производстве подшипников, деталей сложных механизмов, а также узлов для приборов, предназначенных для работы в морской воде.

Деформируемые материалы предназначены для формирования механическим методом. При этом металл режут, куют, покрывают рифлением. Как правило, этот вариант отличается гибкостью и относительной мягкостью – из него производят кабели, ленты, прутки и листовую продукцию.

Бронзовый пруток.

Литейные модели

Художественное литье бронзы и латуни предусматривает получение максимально гладкой поверхности, поэтому для воссоздания модели используются достаточно твердые материалы:

1. древесина;
2. гипс;
3. слоновая кость.

Для получения максимально гладкой поверхности, она подвергается устранению пористости шпатлеванием, грунтованием и покрытием лаком. Литейные модели изготавливаются разъемными; неразъемными — подходят для отливки изделий простой формы; специальными для деталей имеющих достаточно сложную конфигурацию.

Свойства бронзы

Рассматривая данный сплав в сравнении с другими металлическими смесями (например, цинковым составом), стоит отметить, что настоящая бронза невосприимчива к естественным процессам разрушения, сохраняется долгое время и устойчива к агрессивному воздействию (вибрации, трению). Она также остается прочной и красивой даже при длительном контакте с водой, воздухом, кислотной средой или соляными растворами. Большинство типов бронзы поддается спайке или сварке.

Расцветка сплава зависит от компонентов, входящих в его состав. Самый светлый типаж – белый. Темные классы имеют красноватый оттенок.

На тон и качество бронзы влияют следующие добавки:

• цинк и свинец снижают восприимчивость к трению;
• алюминий и кремний продлевают срок службы, защищают от коррозии и деформации;
• никель и железо повышают способность сплава к рекристаллизации, делают вещество гладким и однородным;
• кремний или марганец добавляют для повышения устойчивости к появлению ржавчины, налетов окисла и интенсивному нагреву;
• материал, не предназначенный для проведения электроэнергии, изготавливается с добавлением хрома или бериллия.

Наиболее популярными классами бронзового сплава, используемого в промышленности, являются:

1. Бериллиевый (за счет твердости). Поддается закаливанию, отличается эластичностью. При естественном или искусственном старении металла проявляется его повышенная стойкость к механическим процессам. Данный показатель часто усиливается при помощи предварительной деформации. Служит для изготовления крупных и мелких деталей машин, а также для выпуска инвентаря.
2. Алюминиевый (благодаря высокой плотности). Характеризуется стойкостью к воздействию химикатов, не меняется под влиянием природных факторов, пригоден для использования в морской воде. Легко поддается обработке и резке, популярен в изготовлении плоского и ленточного проката.
3. Кремниево-цинковый (преимущество – отличная текучесть). При механической обработке (обточке, фрезеровке) не высекает искры. Подходит для отливки сложных или декоративных форм.
4. Свинцовый – устойчив к трению, ударам. За счет этих показателей чаще других используется для деталей, несущих большую нагрузку.
5. Оловянный – объединяет все вышеозначенные преимущества, а потому пользуется наибольшим спросом.

Структура и состав

• Свойства сплава – от цвета до жидкотекучести в расплавленном виде, зависят от двух главных факторов: качественного состава бронзы и его структуры. Качественный состав – это набор металлов или неметаллов, участвующих в создании сплава в ощутимом значимом количестве. Причем последнее определяется не собственно массой или объемом вещества, а выраженностью тех свойств, которые он создает. Добавка всего лишь 0,25% серебра значительно увеличивает электропроводность, а чтобы получить антифрикционные свойства добавить нужно не менее 4% кремния.

Состав указывается на маркировке, что позволяет правильно подобрать материал для тех или иных работ.

• Второй фактор менее известен – это структура сплава или твердого раствора. Дело в том, что в меди может раствориться только 15,8% олова, в то время как в сплаве его может быть заметно больше. Это и обуславливает появление сплавов с разной фазовой структурой. Однофазные – доля олова не превышает 6–8%, здесь существует только одна α-фаза. Такой состав отличается эластичностью и высокой ковкостью. Причем в бронзу с содержанием олова до 2%, можно ковать на холоде без нагрева, а с содержанием металла до 8% – при нагреве.
• Двухфазные – при превышении доли олова в 15%, то есть максимума растворимости, в твердом растворе появляются 2 фазы. При этом такое качество, как ковкость совершенно исчезает, а сплав начинает набирать твердости и некоторой хрупкости. Такой сплав используют для литья.

Дополнительные элементы, влияющие на свойства, на фазовый состав оказывает малое влияние.

Как получают бронзу

Изготовление бронзы является ответственным и довольно трудным процессом, при котором в расплавленную медь вводятся вспомогательные металлы. Выплавка проводится в горнах или индукционных печах. Для нагрева используют природное топливо (уголь) или флюс.

Первый этап – закладка меди в печь и разогрев до достижения жидкого состояния. После этого в вещество вводится фосфористая медь, к которой позже присоединяют легирующие составляющие. Полученный сплав перемешивается, задается новая температура обработки. На завершающей стадии вновь применяют фосфористую медь, что позволяет избавиться от любых окислений.

Расплавление бронзы отличается простотой, а потому данный металл часто используется для отливки художественных изделий и миниатюр. Используя специальные формы и правильно заполняя их, специалисты мастерской «Бронзамания» выпускают товары идеального внешнего вида. Заготовки, предназначенные для художественного литья, выполняются в круглом или уплощенном формате.

Бронза в расплавленной состоянии.

Основные этапы

Чтобы получить качественные литые изделия требуется строгое соблюдение технологической последовательности. Процесс литья выглядит следующим образом:

1. Изготовление модели или копии по эскизу, чертежу. Материалы для модели –легко плавящиеся при невысоких температурах: стеарин, парафин, воск и прочие. Способность полного заполнения объема внутреннего пространства в форме сделало эти материалы широко используемыми.
2. Примыкание к модели литниковой системы производится приклеиванием, спаиванием или механическим креплением. Таким образом, формируют питатели, каналы, выпоры и другие элементы.
3. Изготовление литьевой формы производится из огнеупорной смеси. В основной состав смесей водит глина шамотная или глиноземная и кварцевый песок.
4. Освобождение формы от модельного состава производится путем нагревания паром или погружением в нагретую воду.
5. Обыкновенно литье бронзы производится свободной заливкой с использованием центробежных машин, избыточного или недостаточного давления (вакуума).
6. Охлаждение производится на воздухе или с использованием термостата.
7. После остывания, модельная форма разрушается. Производится обрубка литниковой системы. Заготовка отправляется на чистку с помощью промывки или химическими составами.

Применение бронзы

Безупречные рабочие качества сделали бронзу одним из самых распространенных материалов в сфере машиностроения, авиации, судостроения и крупной промышленности. Этот металл не поддается действию влаги, не истирается, его практически невозможно деформировать. Поэтому бронза применяется в производстве прокатных изделий, предназначенных для работы в агрессивной химической среде, а также для выпуска деталей и труб разных профилей.

Надежность и долгий срок службы – дополнительные характеристики, за счет которых бронза получила широкую известность в области скульптуры и искусства. Из нее выполняют детали внутреннего интерьера – подсвечники, корпусы люстр, декор. Поэтому специалисты мастерской «Бронзамания» могут гарантировать длительную службу всех изделий, доступных в продаже – наши товары сохраняют прекрасный вид и функциональность десятилетиями, не реагируя на погодные условия и другие неблагоприятные факторы.

Готовое изделие.

Что представляет собой латунь?

Латунь является практически тем же сплавом, что и бронза. Но вместо легирующего состава в виде олова здесь в сочетании с медью используют цинк. Иногда в сплав добавляют свинец, железо, никель, марганец, прочие элементы.

Получать латунь умели еще древние римляне. Именно они первыми научились соединять расплавленную медь с цинковой рудой. Чистый цинк в целях изготовления латуни стали применять лишь в конце 18-го века в Британии. Англичане нередко использовали сплав для создания поддельного золота, ведь латунь, как и благородный металл, обладает привлекательным солнечным блеском.

Сегодня материал широко используется для создания так называемого биметалла – сплава, где сталь сочетается с латунью. Такое решение способствует производству металла, который обладает устойчивостью к коррозии, а также истиранию. Вместе с тем изделия из биметалла имеют хорошую пластичность.

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.