Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
З незапам'ятних часів людство видобувало бронзу. Безліч археологічних розкопок, в яких були знайдені найдавніші артефакти - вироби з бронзи, підтверджують поширення цього сплаву в далекому минулому.
Її використовували як у військових цілях - для виготовлення холодної зброї, гармат і ядер для них, так і для створення прекрасних творів мистецтва - ювелірних прикрас і скульптур.
Історія
Одне з найбільш відомих місць, де були знайдені бронзові вироби, розташовувалося в районі річки Кубань. У цьому місці археологом Миколою Веселовським в 1897 році була розкопана так звана Майкопская культура, що існувала у другій половині IV тисячоліття до нашої ери.
Бронзові артефакти, знайдені в майкопських курганах, були виготовлені в основному зі сплаву міді і миш'яку, тому вважається, що історично першими були саме такі сплави, звані миш'яковистим бронзами.
Вона нічим не поступалася за своїми властивостями сплавів міді з оловом або свинцем, і навіть перевершувала їх по ряду характеристик. Вона широко застосовувалася в різних областях людської діяльності тих часів, починаючи від виготовлення відповідальних деталей і закінчуючи ювелірними виробами.
склад бронзи
Бронза - це сплав міді з такими металами, як олово, алюміній, свинець, берилій, і неметалами - миш'як, кремній і фосфор. Крім того, такі сплави можуть додатково легованих фосфором, цинком, марганцем, залізом і нікелем.
Склад бронзи залежить від марки сплаву і вказується в її позначенні. Наприклад, до складу сплаву, що має маркування БрАМц7-1, входять 7% алюмінію, 1% марганцю і 92% міді.
Таким чином, основним компонентом цього металу є мідь (від 35% до 90% і вище). Другим же компонентом може бути або миш'як, або олово або берилій, свинець, алюміній, кремній і інші компоненти. Для додання особливих властивостей в сплав можуть додаватися додаткові компоненти - цинк, залізо, нікель, марганець, фосфор і інші.
Особливості бронзи і властивості
Основні властивості всіх бронзових сплавів - це пластичність і твердість. Залежно від співвідношення основних і додаткових компонентів, можна отримувати велику різноманітність нових властивостей. Крім того, кількість міді в сплаві визначає його колір.
Так, золотиста бронза вийде, якщо в складі сплаву буде близько 85% міді, а при зменшенні її кількості до 50% вийде сплав, який має сріблястий колір. Зменшення ж кількості міді до 35% і нижче приведе до отримання на виході сірої і навіть чорної бронзи, а збільшення кількості міді до 90% і вище призведе до утворення червоної бронзи.
Однією зі старих марок бронзових сплавів є дзвонова бронза, яка використовувалась і понині для лиття дзвонів. Вона містить 20% олова і 80% міді. Її недолік - підвищена крихкість через наявність в сплаві великий вміст олова.
Як уже було згадано вище, найбільш використовуваними є сплави міді та олова з додаванням невеликої кількості інших компонентів. Широке застосування таких сплавів обумовлено, перш за все, що історично склалися причинами, які призвели до витіснення миш'якової бронзи з виробництва.
Такими причинами є наступні:
- вироблення за багато століть родовищ теннантіта і інших бляклих руд, багатих міддю і миш'яком. Такі руди були найбільш зручні для вичинки миш'якової бронзи, так як залягали не надто глибоко, що робило процес виробництва більш дешевим в порівнянні з іншими джерелами міді і миш'яку;
- висока токсичність виробництва такої бронзи, викликана наявністю в родовищах миш'яку, що з неминучістю призводило до втрати здоров'я і подальшої можливості працювати у досвідчених металургів і ковалів;
- непридатність металургійного шлюбу і зламаних виробів з миш'якової бронзи для подальшої переплавки на сортовий метал. У кращому випадку такі вироби йшли на виготовлення біжутерії або невідповідальних деталей.
Ті, що прийшли на зміну миш'якове бронзам сплави міді та олова хоч і відрізнялися більшою дорожнечею виробництва, але були економічно кращі, тому що розвиток гужового транспорту і налагодження внаслідок цього торговельних зв'язків між містами і країнами призводило до збільшення імпорту немишьяковой бронзи.
Види бронзи і характеристики
Розвиток же великого промислового виробництва взагалі призвело до того, що олов'яні бронзи стали чи не найбільш масовим видом бронз. І лише в останні сто років цей вид стали витісняти сплави міді з замінниками олова, такі як алюмінієві, кремнієві і, особливо, берилієві бронзи.
Таким чином, існують такі види:
- безолов'яним. До неї відносять бронзу, в якій другими компонентами є алюміній, кремній, берилій та інші метали і неметали. Кожен з цих компонентів надає їй особливі властивості. Наприклад, алюміній наділяє сплав підвищеними антифрикційними властивостями і високу корозійну стійкість, берилій підвищує міцність і твердість, а кремній і цинк покращують її плинність і стійкість до стирання;
- олов'яна. Мідно-олов'яний сплав, в якому мідь переважає. Є одним з перших, освоєних людиною. Має високу, у порівнянні з чистою міддю, твердістю і міцністю, а також більш легкоплавка. У таких сплавах олово завжди є другим за кількістю після міді і основним легуючим компонентом.
Третіми ж за кількістю є такі додаткові компоненти, як миш'як, цинк і свинець. Цей метал через дуже низької усадки в основному призначається для лиття, так як з трудом піддається обробці тиском, різання і заточування. Навіть схильність до ліквації і низька плинність не заважають використовувати цей сплав для виготовлення конфігураційний-складних виливків, в тому числі і в художньому лиття.
Бронза з додаванням цинку носить назву "адміралтейською» і використовується для виготовлення деталей, що мають частий або постійний контакт з морською водою (суднобудування). Така особливість пов'язана з тим, що цинк надає сплаву підвищену корозійну стійкість в вказаному середовищі.
Однак, для додання бронзі корозійної стійкості в солоній морській воді її все частіше збагачують алюмінієм і нікелем. Такі сплави, часто звані «морськими», йдуть на виготовлення елементів нафтових платформ, які працюють на морських і океанських шельфах.
Щоб надати бронзі додаткові характеристики, в неї легируют невеликі кількості фосфору, срібла, цинку, миш'яку, марганцю та інших компонентів. Так, внесення невеликої кількості срібла підвищує електропровідність бронзи і робить її порівнянної з електропровідністю міді.
Області застосування і маркування
Існують спеціальні таблиці, в яких наводяться маркування та опису всіх бронзових сплавів, що випускаються промисловістю. Однак, навіть не звертаючись до подібних таблиць, можна визначити тип і хімічний склад, якщо знати, як розшифровується її маркування.
З простої маркування можна дізнатися їх склад. Характерним її ознакою в позначенні є літери «Бр», що означає «Бронза».
Далі за ними слідують букви, що позначають, крім міді, наявність відповідних компонентів. Ці буквені позначення, встановлені нормативними документами, такі: А - алюміній, Б - берилій, К - кремній, Ж - залізо, Н - нікель, Мц - марганець, Мг - магній, С - свинець, О - олово, Т - титан, Ф - фосфор, Ц - цинк.
Після літерних позначень через дефіси йдуть числа, що позначають процентний вміст кожного компонента (після міді). А також застосовуються позначення, в яких після кожної букви вказується процентний вміст того чи іншого компонента. Щоб дізнатися вміст міді, потрібно з 100% відняти процентний вміст всіх компонентів.
Ось приклади маркувань та їх розшифровок: БрО5Ц6С5 - бронзовий сплав, в якому вміст олова становить 5%, цинку - 6%, свинцю - 5%, міді - 84%; БрО3Ц8С4Н1 - зміст олова - 3%, цинку - 8%, свинцю - 4%, нікелю - 1%, міді - 84%; БрО10Ф1 - зміст олова - 10%, фосфору - 1%, міді - 89%; БрБ2 - зміст берилію - 2%, міді - 98%; БрАЖМц10-3-1, 5 - вміст алюмінію - 10%, заліза - 3%, марганцю - 1, 5%, міді - 85, 5%; БрАЖН10-4-4 - вміст алюмінію - 10%, заліза - 4%, нікелю - 4%, міді - 82%.
Завдяки своїм різноманітним властивостям цей метал знаходить найширше застосування в різних сферах. З нього виготовляють такі вироби:
- елементи декору (світильники, статуетки, свічники, попільнички, решітки, прикраси перил та інші);
- різну фурнітуру (замки, ручки, накладні петлі, крани, змішувачі та іншу сантехніку);
- деталі машин і механізмів (втулки, ущільнювачі, шестерні, підшипники, частини апаратури, що працюють під водою);
- деталі для високоточної техніки, навігаційних приладів, схем автомобілів;
- численні фітинги (відводи, кути, перехідники, муфти, трійники та інше);
- в незначній кількості ювелірні прикраси.
Бронза широко застосовується в ракетній техніці і машинобудуванні, авіації і суднобудуванні. З неї роблять предмети високохудожнього мистецтва для театрів, залів і палаців, відливають пам'ятники і скульптури.
Завдяки розвитку металургії, цей метал набуває все нові і незвичайні властивості, недоступні ковалям і металургам минулого. Винайдений древніми, сплав продовжує справно служити людству і прогресу протягом багатьох і багатьох століть.