Формула бронзы в химии

Состав бронзы

Бронза – это двойной или многокомпонентный сплав, состоящий из меди и других элементов, улучшающих основные свойства металла, кроме цинка. Такие элементы называются легирующими. В составе бронзы их более 2,5% по массе. В качестве легирующих компонентов применяются марганец, олово, бериллий, свинец, кремний, хром, фосфор, железо, алюминий и другие элементы. Маркируют сплавы сочетанием «Бр», буквами, которые обозначают основные легирующие компоненты и цифрами, указывающими их содержание. Например: БрО5 – оловянная бронза, БрА5 – алюминиевая бронза. Химический состав бронзовых сплавов и их марки определены соответствующими ГОСТ. Купить бронзу вы можете на нашем сайте.

Бронза на основе меди и олова – это один из наидревнейших сплавов, полученных человеком. В III тысячелетии до нашей эры в Месопотамии и Южном Иране появились изделия из бронзы. Все, необходимое для быта человека, в древности изготавливалось из этого сплава. Археологи обнаружили оружие (кинжалы, топоры, наконечники стрел, мечи), мебель и предметы интерьера (зеркала), а также посуду (кувшины, вазы, тарелки). Кроме того, из бронзы изготавливали монеты и всевозможные украшения. Около V-IV веков до нашей эры античные скульпторы Греции научились отливать крупные бронзовые статуи, кстати, эта технология актуальна и сегодня. В средние века бронза использовалась для производства пушек и артиллерийских снарядов. Издавна из этого сплава отливали колокола. Изменяя состав и размер отливки, мастера создавали колокола с удивительным звучанием.

Видео — изготовление бронзового колокола

Классификация бронзы

По химическому составу различают:

Оловянные бронзы – это сплавы с основным легирующим компонентом оловом. Кроме олова, в качестве дополнительных компонентов могут присутствовать свинец, фосфор и цинк. С добавкой олова медь приобретает большую легкоплавкость, упругость, твёрдость. Следовательно, сплав лучше поддаётся полировке. Дополнительные компоненты улучшают механические, литейные, а также антифрикционные свойства.

Безоловянные (специальные) бронзы – это сплавы, не содержащие, в качестве легирующего элемента, олова. Они не уступают по свойствам оловянным бронзам, а по некоторым даже превосходят их.

По технологическому признаку бронзы делятся на:

  • Деформируемые – хорошо поддающиеся механической обработке: штамповке, рифлению, ковке. Содержание олова в них не более 6%, что обеспечивает необходимую пластичность. Из деформируемых оловянных бронз изготавливают листы, бронзовую проволоку, бронзовый пруток, бронзовую ленту.
  • Литейные – предназначенные для фасонных отливок. Из литейных оловянных бронз делают различные детали для машин, работающих в соленой морской воде, вкладыши подшипников, шестерёнки.

Свойства бронзы

Если провести сравнение с латунью, то бронза характеризуется более высокой коррозионной стойкостью, прочностью и антифрикционными свойствами. Она довольно стойкая на воздухе, в соленой воде, углекислых растворах и растворах многих органических кислот. Большинство видов бронзы поддаётся сварке и пайке твёрдыми и мягкими припоями.

В зависимости от количества добавок цвет бронзы может быть от красного до белого. Рассмотрим, как легирующие элементы влияют на свойства бронзы. Олово, никель, кремний и алюминий увеличивают прочность, стойкость к коррозии, а также упругие свойства бронз. В сочетании со свинцом, цинком и фосфором повышаются и антифрикционные свойства. Никель и железо значительно измельчают зерно и увеличивают температуру рекристаллизации. Кремний и марганец увеличивают жаростойкость. Хром, цирконий и бериллий повышают жаропрочность сплавов и немного снижают электропроводность.

Давайте вкратце ознакомимся с наиболее часто используемыми видами бронзы.

  • Бериллиевая бронза является лидером по показателю твёрдости среди других сплавов меди. В закалённом состоянии обладает хорошей пластичностью, технологичностью, а в состаренном состоянии – высокими механическими свойствами. Дополнительно повысить уровень механических свойств можно при помощи пластической деформации перед старением. Из бериллиевой бронзы изготавливают пружины, мембраны и инструменты.
  • Алюминиевая бронза характеризуется высокой плотностью, устойчивостью к агрессивным факторам окружающей среды и химическим элементам, хорошей стойкостью к морской воде. Такой вид бронзы поддаётся обработке режущими инструментами. Из неё изготавливают ленты и полосы труб.
  • Кремнецинковая бронза позволяет изготавливать изделия сложных форм, за счёт повышенной текучести в расплавленном состоянии. Такая бронза обладает высокой степенью сопротивления сжатия и не искрит при механических воздействиях.
  • Свинцовистая бронза обладает отличными антифрикционными свойствами, хорошо противостоит ударным нагрузкам, а также отличается высокой прочностью и тугоплавкостью. Применяется она для сильно нагруженных подшипников.
  • Оловянная бронза обладает всеми указанными выше свойствами и является наиболее широко применяемой в современной промышленности.

Получение

Бронзу получают путём сплавления меди и легирующих компонентов. Процесс происходит в электрических индукционных печах или в тигельных горнах. Шихта для плавки может состоять из свежих металлов, а также из отходов производства и вторичных металлов. Плавка проводится под слоем флюса или древесного угля.

В разогретую печь помещают необходимое количество угля или флюса, а затем загружают медь. После расплавления и нагрева меди до соответствующей температуры, расплав раскисляют фосфористой медью. Далее в расплав вводят подогретые легирующие элементы. В виде лигатур вводятся тугоплавкие легирующие элементы. Расплав перемешивают до растворения компонентов и нагревают до необходимой температуры. Перед разливкой расплав снова раскисляют фосфористой медью для устранения её окислов.

Бронза хорошо плавится и равномерно заполняет формы для слитков. Сплавы выпускают в виде слитков плоской и круглой формы. Слитки обрабатывают прокаткой или прессованием.

В результате получается широкий ассортимент металлопроката:

Применение бронзы

Бронза используется в современном машиностроении, ракетной технике, авиации, судостроении и других отраслях промышленности. Благодаря устойчивости к механическому истиранию и высокой коррозионной стойкости бронзовая продукция применяется для изготовления деталей машин и приборов, участвующих в подвижных узлах в процессе трения. Детали из бронзы требуют периодической замены, то есть являются расходными. Из безоловянных бронзовых сплавов изготавливают прокат для составляющих химических приборов, регулирующей арматуры отопительных систем и трубопроводов другого назначения.

Читайте также:  Как сделать фуговальный станок своими руками

Бронзу используют для литья скульптур и памятников, так как материал долговечен, не подвергается атмосферным влияниям и устойчив против механических повреждений. Изделия высокохудожественных форм в театрах, дворцах, залах (люстры, торшеры, канделябры) также изготавливаются из бронзы.

Видео — как делают бронзовые статуэтки

Бронза оловянная литейная
БрО10 БрО10С10 БрО10С12Н3 БрО10Ф1 БрО10Ц2
БрО19 БрО3.5Ц7С5 БрО3Ц12С5 БрО3Ц7С5Н БрО3Ц7С5Н1
БрО4Ц4С17 БрО4Ц7С5 БрО5С25 БрО5Ц5С5 БрО6С6Ц3
БрО6Ц6С3 БрО7С15Н2 БрО8Н4Ц2 БрО8С12 БрО8Ц4
БрОС10-10 БрОЦ10-2
Бронза оловянная литейная в чушках
БрО3Ц13С4 БрО3Ц8С4Н1 БрО5Ц6С5

Поставщик Ауремо ООО www.auremo.org
Купить: Санкт-Петербург +7(812)680-16-77, Днепр +380(56)790-91-90, info[æ]auremo.org
Бронза сплавы и марки труба, лента, проволока, лист, круг Бронза сплавы и марки

Бронза оловянная, обрабатываемая давлением
БрОФ2-0.25 БрОФ4-0.25 БрОФ6.5-0.15 БрОФ6.5-0.4 БрОФ7-0.2
БрОФ8-0.3 БрОЦ4-3 БрОЦС3-13-4 БрОЦС4-4-2.5 БрОЦС4-4-4
БрОЦС5-5-5 БрОЦС6-6-3 БрОЦСН3-8-4-1
Бронза безоловянная литейная
БрА10Ж3Мц2 БрА10Ж4Н4Л БрА10Мц2Л БрА11Ж6Н6 БрА7Ж1.5С1.5
БрА7Мц15Ж3Н2Ц2 БрА9Ж3Л БрА9Ж4 БрА9Ж4Н4Мц1 БрА9Мц2Л
БрС30 БрС60Н2.5 БрСу3Н3Ц3С20Ф БрСу6Н2 БрСу6С12Ф0.3
БрСу6Ф1
Бронза безоловянная, обрабатываемая давлением
БрА5 БрА7 БрАЖ9-4 БрАЖМц10-3-1.5 БрАЖН10-4-4
БрАЖНМц9-4-4-1 БрАМц10-2 БрАМц9-2 БрБ2 БрБ2.5
БрБНТ1.7 БрБНТ1.9 БрБНТ1.9Мг БрКМц3-1 БрКН1-3
БрКХКо0.4-0.6-1.6 БрМц5 БрСр0.1 БрХ1 БрХЦр0.3-0.09
БрХЦр0.6-0.05

Свойства и полезная информация:

Читайте также:  Точилка для ножей и ножниц

Литейные безоловянные бронзы (ГОСТ 493-79) характеризуются высокой прочностью и хорошими антифрикционными и коррозионными свойствами. Они применяются для изготовления деталей, работающих в особо тяжелых условиях (зубчатые колеса, втулки, клапаны, шестерни для мощных кранов и турбин, червяки, работающие в паре с деталями из упрочненных сталей, подшипники, работающие при высоких давлениях и ударных нагрузках).

Получение бронзы: Плавку бронзы проводят в печах любого типа, применяемых для плавки медных сплавов.

Шихта для плавки бронзы может быть составлена или из свежих металлов, или из свежих металлов с добавкой отходов и вторичных металлов. Плавку ведут под слоем древесного угля или под слоем флюса.

Плавку шихты из свежих металлов ведут в следующей последовательности: в хорошо разогретую печь загружают соответствующее количество древесного угля или флюса. Затем загружают медь и после ее расплавления и нагрева до температуры 1150—1170° С расплав раскисляют фосфористой медью (раскисление иногда ведут в два приема: в печи и в ковше; за каждый прием вводится по 50% фосфористой меди), после раскисления расплава в него вводят подогретые до 100—120° С соответствующие легирующие элементы.

Тугоплавкие легирующие элементы вводят в виде лигатур. После этого расплав перемешивают до полного растворения легирующего элемента и нагревают до заданной температуры. При выдаче сплава из печи в ковше перед разливкой расплав окончательно раскисляют остатком фосфористой меди для освобождения ее от окислов. Фосфористая бронза улучшает жидкотекучесть расплава.

В случае приготовления бронзы с использованием оборотных материалов (отходов своего производства и вторичных металлов) плавку ведут в следующей последовательности: вначале расплавляют медь, раскисляют ее фосфористой медью и добавляют к ней оборотные металлы. После полного расплавления оборотных металлов в расплав вводят легирующие компоненты в соответствующей последовательности. Если в шихту чистая медь входит в небольшом количестве, то в этом случае вначале расплавляют оборотные металлы, а потом медь и легирующие добавки.

Медь может загружаться также и с первыми порциями шихты. Плавку ведут под слоем древесного угля или под слоем флюса.

После расплавления всей шихты и нагрева расплава до требуемой температуры его окончательно раскисляют фосфористой медью и покрывают сверху хорошо прокаленным древесным углем или хорошо просушенным соответствующим флюсом. Расход флюса составляет 2—3% от массы шихты. Расплав, нагретый до заданной температуры, выдерживают под слоем флюса 20— 30 мин, периодически перемешивая, затем с поверхности расплава удаляют образовавшийся шлак и разливают по формам.

Для лучшего удаления шлака с поверхности расплава в ковш добавляют кварцевый песок, который сгущает шлак.

Готовность бронзы для разливки по формам определяют по технологическим пробам. Излом технологической пробы должен быть чистым и однородным.

В случае приготовления алюминиевой бронзы с использованием в шихте оборотных сплавов операцию раскисления расплава фосфористой бронзой не применяют, так как фосфор обладает меньшим сродством к кислороду, чем алюминий, кроме того, следует иметь в виду, что эта бронза весьма чувствительна к перегреву (свыше 1200° С).

В перегретом состоянии алюминиевая бронза окисляется и насыщается газами. Образующаяся при плавке алюминиевых бронз окись алюминия не восстанавливается раскислителями и весьма трудно удаляется из расплава. Окисные пленки алюминия, имея очень высокую температуру плавления, снижают жидкотекучесть бронзы и вызывают брак. Плавку следует вести интенсивно на верхнем пределе температур нагрева и не задерживать готовый сплав в печи. В качестве покрывного флюса при плавке алюминиевых бронз рекомендуется применять флюс, состоящий из 50% кальцинированной соды и 50% криолита. Перед разливкой алюминиевую бронзу рафинируют введением в расплав хлористого марганца или хлористого цинка в количестве 0,2—0,4% от массы шихты. После рафинирования расплав в ковше выдерживают 3—5 мин до прекращения газовыделения. Сплав при заданой температуре разливают по формам.

Для предупреждения ликвации в бронзу с высоким содержанием свинца (50—60%) рекомендуется вводить 2—2,3% Ni в виде медноникелевой лигатуры или в качестве флюсов следует применять сернокислые соли щелочных металлов. Никель, марганец и серебро, если они входят в состав бронзы, вводят в расплав до присадки олова.

Для улучшения качества бронзы ее иногда модифицируют малыми добавками тугоплавких металлов.

Краткие обозначения:
σв – временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа ε – относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ0,05 – предел упругости, МПа Jк – предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ0,2 – предел текучести условный, МПа σизг – предел прочности при изгибе, МПа
δ5,δ4,δ10 – относительное удлинение после разрыва, % σ-1 – предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σсж0,05 и σсж – предел текучести при сжатии, МПа J-1 – предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν – относительный сдвиг, % n – количество циклов нагружения
s в – предел кратковременной прочности, МПа R и ρ – удельное электросопротивление, Ом·м
ψ – относительное сужение, % E – модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV – ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2 T – температура, при которой получены свойства, Град
s T – предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа l и λ – коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB – твердость по Бринеллю C – удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o – T ), [Дж/(кг·град)]
HV – твердость по Виккерсу pn и r – плотность кг/м 3
HRCэ – твердость по Роквеллу, шкала С а – коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o – T ), 1/°С
HRB – твердость по Роквеллу, шкала В σ t Т – предел длительной прочности, МПа
HSD – твердость по Шору G – модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа
Читайте также:  Люфт патрона шуруповерта макита

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

В современной промышленности существует большое количество различных сплавов черных и цветных металлов. Одним из самых древних и известных является бронза — сплав, в котором главным компонентом является медь. По историческим фактам известна целая эпоха, так называемый бронзовый век, в котором изготовление соответствующего медного сплава было основой металлургической промышленности. Этот период начинался приблизительно с конца IV тысячелетия до н. э., когда значительно улучшилась обработка меди и олова, и продолжался до XII века до н. э.

Основные свойства бронзовых сплавов

Физические свойства могут сильно меняться в зависимости от легирующих компонентов, но тем не менее можно выделить основные общие свойства материала:

  • Плотность бронзы составляет от 7800−8700 кг/м3.
  • Хорошая износостойкость, низкий коэффициент трения, сопротивление хрупкому разрушению при очень низких температурах (до 250 °С).
  • Температура плавления 940−1140 °С.
  • Легко поддается пайке и сварке.

Количество чистой меди в составе сплава, помимо физико-химических свойств, влияет на цвет. Так,

золотистый цвет имеют изделия с процентным содержанием меди около 85%. При уменьшении процента меди до 50% может получиться белый цвет, очень похожий на серебро, а при понижении до 35% и менее — черный.

Изготовление бронзы происходит посредством выплавки: исходное сырье помещается в горн или индукционную печь, где оно расплавляется с дальнейшим его перемешиванием и разливкой в требуемые формы.

Виды бронзы и их применение

С развитием металлургии и открытием разных видов металлов, появилось большое количество бронз, но основным металлом в формуле является медь. В зависимости от того, какие компоненты входят в состав, изменяются и свойства материала.

Знание этих особенностей позволяет применять бронзовые сплавы в различных видах промышленности в зависимости от предъявляемых к материалу требований. Бронзу часто выпускают в виде прокатных труб, проволоки и листов. Используется металл в производстве подшипников, втулок, рессор и прочих деталей, подверженных воздействию высокого давления и износа. Высокие антикоррозийные свойства позволяют применять данный материал также в условиях агрессивной внешней среды и при работе с различной химией. Помимо этого, применение бронзы распространено в художественных ковке и литье, из нее делают различные скульптуры, памятники и украшения.

Оловянная

Сплав меди и олова называется оловянным. Эти бронзы применялись в бронзовом веке, дошли до наших дней и являются наиболее применяемыми в промышленности. Из этого вида сплава часто отливались различные колокола, в связи с чем данный материал иногда называется колокольной бронзой.

Оловянистый материал почти не поддается механической обработке, поэтому изделия из него создаются исключительно литьем; имеет высокую твердость и прочность, а также антикоррозийные свойства. Стандартный сплав меди и олова характеризуется количественным соотношением 80:20, но может дополняться некоторыми металлами для изменения свойств:

  • Добавление цинка (менее 10%) позволяет повысить антикоррозийную стойкость. Используется для создания деталей, которым нужно часто контактировать с водой и другими окислителями.
  • Свинец и фосфор повышают антифрикционные свойства. Кроме того, сплав с добавлением этих металлов проще подвергается обработке.

Иногда наличие олова в изделии недопустимо и его заменяют другими металлами, позволяющими достичь требуемых характеристик, например, свинец, кремний, цинк, бериллий или алюминий. Такая бронза называется безоловянной, или специальной.

Свинцовая

Основной легирующий компонент — свинец, содержание которого может достигать 30%. Материал имеет хорошие антифрикционные свойства и высокую теплопроводность, может выдерживать давление до 30 мПа, поэтому применяется для изготовления подшипников, подвергающихся высокому давлению.

Кремниецинковая

Данный сплав состоит из 97% меди, 1.1% олова, 0.05% кремния и цинка. Является довольно пластичным и текучим, что позволяет применять его как материал в изделиях сложной формы. Имеет хорошее сопротивление при сжатии, обладает антифрикционными свойствами и упругостью. Не искрит при обработке, хорошо сопротивляется низким температурам, зачастую содержит добавки никеля и марганца.

Бериллиевая

Бериллиевый сплав является самым твердым из всех существующих видов бронз. Обладает высокими антикоррозийными свойствами, не искрит при обработке, не магнитится. В процессе закалки приобретает хорошую деформируемость и упругость.

Алюминиевая

Состав бронзы в процентах выглядит как 95% меди и 5% алюминия. Сплав очень хорошо сопротивляется агрессивным средам, жаропрочный, но имеет низкие антикоррозийные свойства и дает сильную усадку.

Сплав меди с цинком называется красной бронзой — латунью, а с никелем — мельхиором. Эти соединения являются отдельными материалами, их малое количество может присутствовать в любом сплаве, но должно быть ниже суммы всех остальных компонентов.

Маркировка сплавов

Для того чтобы определить состав бронзы и ее свойства, нужно знать принцип формирования его маркировки. Маркировка составляется в соответствии с ГОСТом, согласно которому принимаются следующие обозначения:

  • Сначала ставятся буквы Бр, что означает Бронза;
  • Затем в ряд идет перечисление легирующих компонентов: А — алюминий, О — олово, Н — никель, Ц — цинк, Мц — марганец и так далее;
  • После каждой буквы указана цифра, которая показывают процент содержания примеси в сплаве;
  • Количество меди в сплаве не прописывается, а высчитать его можно по указанному составу бронзы как разность в процентах между 100% от всего состава и суммой всех добавок.

Например, марка БрО3Ц7С5Н1 говорит о том, что это бронза, в составе которой 3% олова, 7% цинка, 5% свинца и 1% никеля. Остальные 84% состава приходятся на медь.

Знание принципов маркировки сплава позволит определять его состав и свойства, что поможет не ошибиться с выбором нужного материала.

“>