Сплавы бронзы и их применение – применение оловянной бронзы
Виды бронзыОсновным 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.
Немного об историиПервые 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.).
Как различаются видыКлассификация 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.
Свойства бронзыРассматривая 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:
- 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. - 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.
- Кремниево-цинковый (преимущество – отличная текучесть). При механической обработке (обточке, фрезеровке) не высекает искры. Подходит для отливки сложных или декоративных форм.
- Свинцовый – устойчив к трению, ударам. За счет этих показателей чаще других используется для деталей, несущих большую нагрузку.
- Оловянный – объединяет все вышеозначенные преимущества, а потому пользуется наибольшим спросом.
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.
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.
Применение бронзыБезупречные 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.
Бронза состав сплава | Профлазермет
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.
Классификация сплава
В соответствии с наличием в составе легирующих компонентов принято выделять следующие виды бронз:
- оловянные – основной легирующий компонент в них олово;
- не содержащие олова вообще, то есть, безоловянные.
Выделяются бронзы:- деформируемые, предназначенные для обработки давлением;
- литейные для изготовления отливок.
Основные легирующие компоненты
Основной компонент, который определяет большую часть технических характеристик бронз – медь. Для придания сплаву необходимых параметров применяют специальные добавки – легирующие компоненты. Одним из распространенных легирующих компонентов, содержащихся в бронзе, является олово. Именно из оловянных бронз производили отливку колоколов и называли «колокольной» бронзой.
Также в качестве легирующего элемента могут быть использованы:
- Be – бериллий. Повышает прочность бронзы.
- Si – кремний и Zn, цинк для повышения устойчивости поверхности к истиранию. Эти же элементы увеличивают текучесть бронз, что положительно сказывается на качестве литья.
- Pb – свинец. Повышает антикоррозионные свойства металла.
- Al – алюминий. Повышает устойчивость к коррозии, устойчивость к окислению при высоких температурах и уменьшает реакцию металла с соединениями серы и продуктами выхлопа двигателей.
Марки бронз
Бронзы маркируются аббревиатурой «Бр», а также добавлением буквы или нескольких букв, которые обозначают легирующие добавки. Объем легирующих добавок определяется ГОСТами.
Различные марки бронз имеют свои индивидуальные особенности: химический состав, технические характеристики, область применения. По маркировке бронз можно узнать, какие в них входят компоненты, и по специальным таблицам определить назначение данного сплава и его технологические параметры.
Маркировка сплавов на примере оловянных бронз
Некоторые марки оловянных бронз показаны в приведенной ниже таблице. Здесь же можно найти важные технологические параметры сплава, а также область применения каждой конкретной марки бронз.
В данной таблице указан также способ литья бронз. «К» в соответствующем столбце означает, что литье производилось в кокиль, «П» – литье производилось в песчаную форму.
В столбце «марка» приведены наименования сплавов. «Бр» в названии марки обозначает бронзу, далее указываются присутствующие в сплаве легирующие компоненты.
Исходя из маркировок, видно, что в приведенных в таблице марках металла содержится олово. Некоторые помимо олова содержат цинк, свинец и фосфор.
Процентное соотношение компонентов бронз
Процентное соотношение элементов, также как и химический состав, закладывается в аббревиатуру марки сплава. В ней не указывается процентное содержание основного элемента – меди, но указывается содержание всех легирующих элементов в процентном соотношении.
К примеру, в марке БрО3Ц12С5 содержание компонентов такое:
олово – 3%;
цинк – 12%;
свинец – 5%;
остальные 80% приходятся на медь.
Количество процентов меди в сплаве оказывает влияние на его цвет. Чем больше меди, тем более яркий золотистый цвет имеет бронза. При содержании меди 50% цвет сплава станет белым, близким к цвету серебра. В соответствии с поставленными задачами можно получить различный цвет металла путем варьирования процентного соотношения легирующих элементов и меди.
Некоторые разновидности бронзовых сплавов
Наиболее часто требуется использование оловянных, бериллиевых, кремниевых и алюминиевых бронз.
Оловянная бронза
Оловянная бронза содержит олово в качестве основного легирующего компонента. Также могут содержаться фосфор, цинк, свинец, никель и пр.
В таблице приведены предельные содержания элементов в некоторых марках:
Как видно из таблицы, сплавы содержат не менее 80% меди. При увеличении объема олова в сплаве изменяются и его свойства:
- твердость и прочность металла возрастает;
- снижается пластичность;
- снижается ударная вязкость;
- увеличивается усталостная прочность.
Одним из легирующих компонентов является P (фосфор). Легирующим данный элемент называют в случае его содержания более 0,1%.
Фосфор при попадании в медный сплав раскисляет медь. Помимо этого, именно фосфор в качестве легирующей добавки увеличивает износостойкость металла. У данного состава есть и обратная сторона. Фосфор при превышении его содержания снижает пластичность получаемого металла. Поэтому при добавлении фосфора в качестве легирующего компонента в деформируемую оловянную бронзу крайне важно строго придерживаться ГОСТа и прочих регламентирующих документов.
Еще один легирующий компонент – Zn (цинк). Он добавляется в бронзу, которая не содержит фосфор. Цинк вводится в количестве, которое может раствориться. Часто вместе с цинком может быть введен свинец. Свинец слаборастворим, получаемые сплавы БрОЦС4-4-2,5 и БрОЦС4-4-4 представляют собой кристаллы твердого раствора и нерастворенные включения свинца. Добавление свинца повышает антифрикционные свойства металла и возможность его резки. Однако, свинец в качестве легирующего элемента снижает некоторые прочие механические свойства получаемого металла.
Также может добавляться Ni (никель). Элемент повышает прочность, пластичность и способность к деформации.
Бериллиевая бронза
К данному типу относятся безоловянные дисперсионно упрочняемые сплавы меди и бериллия. Это означает, что растворимость легирующего элемента напрямую зависит от температуры. Закалка производится из однофазной области, то есть сразу из расплава. Очень важно правильно подобрать используемую температуру процесса.
Именно эта величина определяет, насколько хорошо расплав перейдет в твердый раствор и насколько он будет гомогенным, что важно для придания металлу конкретных свойств. Оптимальная температура закалки 760-800 °С. При увеличении температуры более указанного диапазона есть вероятность увеличения зернистости металла и как результат снижения технологических параметров. Температура ниже указанного диапазона не позволяет твердому раствору насытиться бериллием в нужной степени.
Скорость охлаждения раствора должна быть не менее 30-60 градусов в секунду. Это необходимо для того, чтобы в твердом растворе не начался распад компонентов. Иногда в качестве дополнительной легирующей добавки для снижения предела скорости охлаждения могут быть введены Ni (никель) и Co (кобальт). Эти добавки повышают устойчивость твердого раствора в случае его переохлаждения. Для этих же целей может быть использован магний. Гибка металла
Наиболее часто применяются в промышленности и на производстве следующие сплавы:
- БрБ2 – с содержанием бериллия 2%;
- МНБ – сплав меди-никеля-бериллия, содержание бериллия не превышает 0,8%
- МКБ – соотношение меди-кобальта-бериллия с таким же содержанием бериллия, что и в МНБ.
И БрБ2, и МНБ и МКБ имеют высокую пластичность и прочность, легко подвергаются гибке и вытяжке, а также прочим видам пластических деформаций.
Содержание компонентов в некоторых бериллиевых бронзах отражено в таблице:
Кремниевая бронза
Данный безоловянный сплав имеет в своем составе Cu (медь) в размере 80%, Zn (цинк) 20 % и Si (кремний) около 3% и 1% марганца (БрКМц-3-1), проявляет устойчивость к деформации сжатия и растяжения. Высокие механические и антифрикционные свойства, пластичность при низких температурах позволяет применять этот сплав для антифрикционных деталей, пружин, подшипников и пр.
У кремний содержащих сплавов есть еще одно полезное свойство – текучесть. Они широко применяются при литье сложных деталей. Также благодаря составу бронза не дает искру при ударе.
Алюминиевая бронза
Алюминиевая бронза в качестве легирующего компонента содержит алюминий. Содержание алюминия может достигать 12%. В зависимости от содержания алюминия меняются и свойства получаемого металла.
Например, однофазная бронза, в которой алюминия до 9,4% легко подвергается деформации давлением при любой температуре. Это связано с ее высокой пластичностью. Примером такой марки является БрА7. Лазерная резка металла
Добавление алюминия в качестве легирующего компонента существенно повышает прочность металла и его устойчивость к коррозии в сложных условиях: соленая вода, повышенная влажность и пр. Данный тип металла применяется для нефтяных платформ, расположенных в море.
Al также оказывает существенное влияние на теплопроводность металла. При увеличении содержания алюминия падает теплопроводность получаемого металла, если сравнивать этот параметр с медью в чистом виде. Добавление даже 10% Al снижает теплопроводность меди в 390-401 Вт/(м*К) до 75 Вт/(м*К). Добавление дополнительных легирующих компонентов еще больше снижает теплопроводность.
Таким образом, можно сделать следующие выводы: технологические параметры бронз зависят от того, какие легирующие компоненты и в каком соотношении были введены при изготовлении металла.
Основным компонентом является медь, процентное соотношение легирующих добавок регламентируется ГОСТами и прочими нормативными документами.
Бронза | Определение, состав, использование, типы и факты
Brunswick Lion
Посмотреть все СМИ
- Ключевые люди:
- Жак Липшиц Жюль Далу Франческо ди Джорджио
- Похожие темы:
- алюминий бронза баббит металлический бронза фосфорная бронза скульптурная бронза
Просмотреть весь связанный контент →
бронза , сплав, традиционно состоящий из меди и олова. Современная бронза обычно состоит из 88 процентов меди и около 12 процентов олова. Бронза представляет исключительный исторический интерес и до сих пор находит широкое применение. Самые ранние бронзовые артефакты были изготовлены около 4500 г. до н.э., хотя использование бронзы в артефактах стало обычным явлением гораздо позже, во 2-м тысячелетии до н.э., во время бронзового века.
Бронза тверже меди из-за сплава этого металла с оловом или другими металлами. Бронза также более легкоплавкая (то есть легче плавится) и, следовательно, ее легче отливать. Он тверже чистого железа и гораздо более устойчив к коррозии. Замена железа на бронзу в инструментах и оружии примерно с 1000 г. до н.э. была результатом обилия железа по сравнению с медью и оловом, а не какими-либо присущими железу преимуществами.
Подробнее Из Британники
обработка меди: История
Колокольный металл, отличающийся звонким качеством при ударе, представляет собой бронзу с высоким содержанием олова 20–25 процентов. Скульптурная бронза с содержанием олова менее 10% и примесью цинка и свинца технически является латунью (медно-цинковый сплав). Бронза улучшается по твердости и прочности добавлением небольшого количества фосфора; фосфористая бронза может содержать 1 или 2 процента фосфора в слитке и лишь следы после литья, но, тем не менее, ее прочность повышается для таких применений, как плунжеры насосов, клапаны и втулки. Также полезными в машиностроении являются марганцевые бронзы, в которых может быть мало или совсем не быть олова, но значительное количество цинка и до 4,5% марганца.
Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и обновлена Эриком Грегерсеном.
Микроструктуры меди и медных сплавов: сплавы меди и олова
Медно-оловянные сплавы или оловянные бронзы известны своей коррозионной стойкостью. Оловянные бронзы прочнее и пластичнее красных и полукрасных латуней. Они обладают высокой износостойкостью и низким коэффициентом трения по стали. Оловянные бронзы с содержанием олова до 15,8% сохраняют структуру альфа-меди. Олово является упрочнителем твердого раствора в меди, хотя олово имеет низкую растворимость в меди при комнатной температуре.
Фазовые превращения при комнатной температуре протекают медленно и обычно не происходят, поэтому эти сплавы являются однофазными. Оловянные бронзы используются в подшипниках, шестернях, поршневых кольцах, клапанах и фитингах. Литые оловянные бронзы имеют обозначение UNS C9.с 0200 по C91700. Свинец добавляется в оловянные бронзы для улучшения обрабатываемости и герметичности. Свинец снижает прочность на растяжение и пластичность оловянных бронз, но состав можно отрегулировать, чтобы сбалансировать требования к обрабатываемости и прочности. Оловянные бронзы с высоким содержанием свинца в основном используются для подшипников скольжения. Эти сплавы имеют механизм медленного разрушения, который временно предотвращает истирание и заедание. Механизм медленного отказа работает за счет того, что свинец просачивается из сплава и размазывается по поверхности шейки. Литые свинцово-оловянные бронзы обозначаются как UNS C9.2200 до C94500.
Микроструктура литых оловянных бронз состоит из дендритов с сердцевиной, они имеют градиент состава, увеличивающий содержание олова по мере роста.
Последняя затвердевающая жидкость при охлаждении обогащается оловом и образует альфа- и дельта-фазы. Альфа- и дельта-фазы заполняют области между плечами дендритов. микроструктура свинцово-оловянных бронз аналогична бессвинцовым материалам с добавлением частиц свинца в междендритных границах. Свинец практически нерастворим в твердой меди и последним затвердевает в виде почти чистого свинца на границах зерен.
ПРИМЕЧАНИЕ: Размер файла Увеличенный и Наибольший Вид микрофотографий значительно больше, чем показанная миниатюра. Изображения увеличенного вида имеют размер от 11 до 120 КБ в зависимости от изображения. The Largest View Размер изображений варьируется от 125K до почти 500K.
Увеличенный вид микрофотографии | Семейство сплавов: | Медно-оловянные сплавы |
|---|---|---|
| Форма выпуска: | Литой | |
| Обработка: | В отливке | |
| Травитель: | ||
| Длина линейки шкалы: | ~ 50 микрон | |
| Сплав: | С90700 | |
| Закалка: | ||
| Материал: | Оловянная бронза | |
| Источник: | Университет Флориды |
Увеличенный вид микрофотографии | Семейство сплавов: | Медно-оловянные сплавы |
|---|---|---|
| Форма выпуска: | Кастинг | |
| Обработка: | В отливке | |
| Травитель: | ||
| Длина линейки шкалы: | ~ 50 микрон | |
| Сплав: | С90700 | |
| Закалка: | ||
| Материал: | Оловянная бронза | |
| Источник: | Университет Флориды |
Увеличенный вид микрофотографии | Семейство сплавов: | Медно-оловянные сплавы |
|---|---|---|
| Форма выпуска: | Литой | |
| Обработка: | В отливке | |
| Травитель: | ||
| Длина линейки шкалы: | ~ 25 микрон | |
| Сплав: | С93200 | |
| Закалка: | ||
| Материал: | Оловянная бронза с высоким содержанием свинца, 6-8 Pb | |
| Источник: | Университет Флориды |
Увеличенный вид микрофотографии | Семейство сплавов: | Медно-оловянные сплавы |
|---|---|---|
| Форма выпуска: | Литой | |
| Обработка: | В отливке | |
| Травитель: | ||
| Длина линейки шкалы: | ~ 125 микрон | |
| Сплав: | С93200 | |
| Закалка: | ||
| Материал: | Оловянная бронза с высоким содержанием свинца, 6-8 Pb | |
| Источник: | Университет Флориды |
2, P .15, Al .15, Si .005 Увеличенный вид микрофотографии | Семейство сплавов: | Медно-оловянные сплавы |
|---|---|---|
| Форма выпуска: | Литой | |
| Обработка: | В отливке | |
| Травитель: | ||
| Длина линейки шкалы: | ~ 25 микрон | |
| Сплав: | С93700 | |
| Закалка: | ||
| Материал: | Оловянная бронза с высоким содержанием свинца, 8-11 Pb | |
| Источник: | Университет Флориды |
|
