Доклад на тему бронза

Пермский Государственный Технический университет

Кафедра Сварочного Производства и Технологии Конструкционных Материалов

Реферат Медные сплавы

Выполнил: студент группы ТХМ-10

Проверил: профессор, Игнатов М.Н.

1. Классификация медных сплавов

в) Медно-никелевые сплавы

2. Свойства основы сплава – медь

3. Диаграммы состояния медных сплавов

Медные сплавы — первые металлические сплавы, созданные человеком. Примерно до середины XXв. по мировому производству медные сплавы занимали 1-е место среди сплавов цветных металлов, уступив его затем алюминиевым сплавам. Со многими элементами медь образует широкие области твёрдых растворов замещения, в которых атомы добавки занимают места атомов меди в гранецентрированной кубической решётке. Медь в твёрдом состоянии растворяет до 39 % Zn, 15,8 % Sn, 9,4 % Al, a Ni — неограниченно. При образовании твёрдого раствора на основе меди растут её прочность и электросопротивление, снижается температурный коэффициент электросопротивления, может значительно повыситься коррозионная стойкость, а пластичность сохраняется на достаточно высоком уровне.

При добавлении легирующего элемента свыше предела растворимости образуются соединения, в частности электронные, т. е. характеризующиеся определённой электронной концентрацией (отношением суммарного числа валентных электронов к числу атомов, которое может быть равно 3/2, 21/13 или 7/4). Этим соединениям условно приписывают формулы CuZn, Cu5Sn, Cu31Sn8, Cu9Al4, CuBe и другие. В многокомпонентных медных сплавов часто присутствуют сложные металлические соединения неустановленного состава, которые значительно твёрже, чем раствор на основе меди, но весьма хрупки (обычно в двухфазных и многофазных медных сплавов доля их в структуре намного меньше, чем твёрдого раствора на основе меди).

1. Классификация медных сплавов

По характеру взаимодействия с медью легирующие элементы и примеси разделяют на три группы:

a) Элементы, взаимодействующие с медью с образованием твердых растворов (Ag, Al, As, Au, Cd, Fe, Ni, Pt, P, Sb, Sn, Zn). Они повышают ее прочность, но при этом существенно уменьшается значение тепло- и электропроводности (в первую очередь, из-за присутствия сурьмы и мышьяка).

b) Элементы, практически нерастворимые в меди в твердом состоянии и образующие с ней легкоплавкие эвтектики (Bi, Pb). Возникновение эвтектик по границам зерен приводит к разрушению слитков меди в процессе их горячей прокатки (явление красноломкости). Повышенное содержание висмута (более 0,005 %) вызывает хладноломкость меди.

c) Элементы (Se, S, O, Te), образующие с медью хрупкие химические соединения (например, Cu2O, Cu2S). Увеличение содержания серы в меди, с одной стороны, обеспечивает повышение качества ее механической обработки (резанием), с другой, вызывает хладноломкость меди. Присутствие кислорода в меди является причиной ее «водородной болезни», проявляющейся в образовании микротрещин и разрушении при обжоге (t> 400`C) в водородсодержащей среде. В данном случае водород, активно диффундирующий в металл, отнимает кислород у закиси меди Cu2Oс образованием паров воды. В металле возникают области с высоким давлением, вызывающим разрушение материала.

Сплавы меди с цинком называют латунями, томпаками (до 10 % Zn) или полутомпаками (от 10 до 20 % Zn); за исключением сплавов с никелем, все другие ее сплавы называют бронзами.

Латунь– это медный сплав с добавлением цинка. Цинк, содержание которого в составе может доходить до 40%, повышает прочность и пластичность сплава. Наиболее пластична латунь, с долей цинка около 30%. Она применяется для производства проволоки и тонких листов.

В состав также могут входить железо, олово, свинец, никель, марганец и другие компоненты. Они повышаю коррозийную устойчивость и механические свойства сплава.

Латунь хорошо подвергается обработке: сварке и прокатке, отлично полируется.

Широкий диапазон свойств, низкая себестоимость, легкость в обработке и красивый желтый цвет делают латунь наиболее распространенным медным сплавом с большой областью применения.

Все латуни делятся на деформируемые латуни, литейные латуни и ювелирные сплавы.

Деформируемые латуни бывают двойные и многокомпонентные.

Деформируемые латуни (другое название – томпак) имеют процентное содержание меди 90-97%. Они высоко пластичны, обладают высокой устойчивостью к коррозии, хорошими антифрикционными свойствами, легко свариваются со сталью. Томпак окрашен в приятный золотистый цвет, благодаря чему, сплав используется для изготовления фурнитуры, художественных изделий, знаков отличия.

Двойные деформируемые латуни используются в автомобилестроении, для изготовления различной аппаратуры, змеевиков, сильфонов, гаек, болтов, конденсаторных труб, толстостенных патрубков.

Многокомпонентные деформируемые латуни применяют для изготовления деталей часов, электромашин, морских судов, самолетов, химической аппаратуры. Из них производят вкладыши подшипников, арматуру, втулки, пружины и полиграфические матрицы.

Литейные латуни применяют для изготовления литых деталей арматуры, устойчивых к коррозии и высокой температуре деталей ответственного назначения.

Латуньмаркируется следующим образом: сначала идет буква Л, а за ней ставятся цифры, указывающие процентное содержание меди, а также других металлов в сплаве. Такая маркировка позволяет легко ориентироваться в свойствах и области применения. Так, например, латуни Л62 и Л68 используются вместо меди для изготовления деталей методом глубокой штамповки. Состав латуни должен соответствовать нормам ГОСТа.

БРО́НЗА (франц. bronze),сплавмеди с разными химическими элементами, главным образом металлами (олово,алюминий,бериллий,свинец,кадмий,хроми др.). Соответственно, бронза называется оловянной, алюминиевой, бериллиевой и т.п. Исключение составляют сплавы меди с цинком, которые называютсялатунь, и сплавы меди с никелем — медноникелевые сплавы.

При введении в медь различных элементов —легировании— атомы легирующей примеси увеличивают деформацию и концентрацию дефектов ее кристаллической решетки. Кроме этого, атомы примеси взаимодействуют сдислокациямии затрудняют их подвижность, упрочняя медь. Поэтому удельное сопротивление бронз выше, чем у чистой меди, выше также предел прочности на разрыв и твердость, меньше относительное удлинение перед разрывом. Бронзы лучше обрабатываются на металлорежущих станках и обладают более высокими литейными свойствами, чем медь.

Оловянная бронза — древнейший сплав, выплавленный человеком. Первые изделия из бронзы получены около 3 тыс. лет до н. э. восстановительной плавкой смеси медной и оловянной руд с древесным углем. Значительно позднее бронзы стали изготовлять добавкой в медь олова и других металлов. Бронза применялась в древности для производства оружия и орудий труда (наконечников стрел, кинжалов, топоров), украшений, монет и зеркал. В Средние века большое количество бронзы шло на отливку колоколов. Колокольная бронза обычно содержит 20% олова. До середины 19 в. для отливки орудийных стволов использовалась пушечная (орудийная) бронза — сплав меди с 10% олова.

В наши дни в практике нашли применение бронзы, содержащие до 14% олова. Оловянные бронзы обладают высокими антифрикционными свойствами, нечувствительны к перегреву, морозостойки, немагнитны. Главными недостатками оловянных бронз являются образование пор в отливках, что ведет к их невысокой герметичности. Оловянные бронзы легируют цинком, свинцом, никелем, фосфором. Фосфор образует соединение с медью, влияющее на характер кристаллизационных процессов в сплаве. Он водится в оловянную бронзу как раскислитель и устраняет хрупкие включения окиси олова. При содержания в бронзе около 1% фосфора, ее называют фосфористой. Легирование фосфором повышает механические, технологические, антифрикционные характеристики оловянных бронз. Введение никеля способствует повышению механических и противокоррозионных свойств. Легирование свинцом увеличивает плотность бронз, улучшает антифрикционные свойства и обрабатываемость резанием, однако при этом снижаются механические свойства. Введение железа способствует повышению механических свойств бронз, однако с увеличением концентрации железа резко снижаются коррозионная стойкость и технологические свойства.

Алюминиевые бронзы обладают высокими механическими, антифрикционными и противокоррозионными свойствами. Для снижения усадки, окисляемости и склонности к газонасыщению алюминиевые бронзы легируют железом, никелем, марганцем. Основное применение алюминиевых бронз — для изготовления ответственных деталей машин, работающих при интенсивном изнашивании и повышенных температурах.

Кремнистые бронзы характеризуются высокими антифрикционными, упругими свойствами, коррозионной стойкостью. Кремнистые бронзы уступают оловянным по величине усадки, но превосходят по коррозионной стойкости, механическим свойствам и плотности отливки. При добавлении кремния образуется сплав на основе твердого раствора кремния в меди, такой сплав хорошо обрабатывается давлением, пластичен. Кремнистые бронзы применяю для изготовления антифрикционных деталей, пружин, мембран приборов и оборудования.

Высокой механической прочностью обладает бериллиевая бронза. Она отличается высокой твердостью и упругостью, износостойкостью и стойкостью к воздействию коррозионных сред, что обеспечивает работоспособность изделий при повышенных температурах. Бериллиевая бронза хорошо обрабатывается резанием и сваривается. Используется для изготовления деталей, эксплуатируемых при повышенных скоростях перемещения, нагрузках, температуре.

Хромовые бронзы отличаются высокими механическими свойствами, высокой электропроводностью и теплопроводностью и повышенной температурой рекристаллизации. Эти сплавы широко применяются для электродов электросварочных аппаратов и изготовления коллекторов электромоторов, как более качественные сплавы, чем кадмиевая бронза и коллекторная медь, применяемые для этих целей.

в) Медно-никелевые сплавы

Сплавы на основе меди, содержащие никель в качестве главного легирующего элемента. Никель образует с медью непрерывный ряд твёрдых растворов. При добавленииникеля к медивозрастают её прочность и электросопротивление, снижается температурный коэффициент электросопротивления, сильно повышается стойкость против коррозии. Медно-никелевые сплавы хорошо обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии.

Мельхиор — однофазный сплав, представляющий собой твёрдый раствор; хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии, после отжига имеет предел прочности около 400 Мн/м2 (40 кгс/мм2). Наиболее ценное свойство Мельхиора — высокая стойкость против коррозии в воздушной атмосфере, пресной и морской воде. Увеличенное содержание никеля, а также добавки железа и марганца обеспечивают повышенную коррозионную и кавитационную стойкость, особенно в морской воде и в атмосфере водяного пара.

Нейзильбер — сплав меди с 5—35% Ni и 13—45% Zn. При повышенном содержании никеля имеет красивый белый цвет с зеленоватым или синеватым отливом и высокую стойкость против коррозии. Дорогие изделия из сплавов типа Нейзильбер под названием "пакфонг" завезены в Европу из Китая в 18 в. В 19 в. изделия из сплавов такого типа, обычно посеребрённые, производили под разными наименованиями: китайское серебро, мельхиор и др.

2. Свойства основы сплава – медь

Физические свойства меди

Цвет Меди красный, в изломе розовый, при просвечивании в тонких слоях зеленовато-голубой. Металл имеет гранецентрированную кубическую решетку с параметром а = 3,6074 Å; плотность 8,96 г/см 3 (20 °С). Атомный радиус 1,28 Å; ионные радиусы Cu + 0,98 Å; Сu 2 + 0,80 Å; t_пл 1083 °С; t_кип 2600 °С; удельная теплоемкость (при 20 °С) 385,48 дж/(кг·К), т.е. 0,092 кал/(г·°С). Наиболее важные и широко используемые свойства Меди: высокая теплопроводность — при 20 °С 394,279 вт/(м·К.), то есть 0,941 кал/(см·сек·°С); малое электрическое сопротивление — при 20 °С 1,68·10 -8 ом·м. Термический коэффициент линейного расширения 17,0·10 -6 . Давление паров над Медью ничтожно, давление 133,322 н/м 2 (т.е. 1 мм рт.ст.) достигается лишь при 1628 °С. Медь диамагнитна; атомная магнитная восприимчивость 5,27·10 -6 . Твердость Меди по Бринеллю 350 Мн/м 2 (т. е. 35 кгс/мм 2 ); предел прочности при растяжении 220 Мн/м 2 (т. е. 22 кгс/мм 2 ); относительное удлинение 60%, модуль упругости 132·10 3 Мн/м 2 (т.е. 13,2·10 3 кгс/мм 2 ). Путем наклепа предел прочности может быть повышен до 400-450 Мн/м 2 , при этом удлинение уменьшается до 2% , а электропроводность уменьшается на 1-3% . Отжиг наклепанной Меди следует проводить при 600-700 °С. Небольшие примеси Bi (тысячные доли%) и Рb (сотые доли%) делают Медь красноломкой, а примесь S вызывает хрупкость на холоде.

По химическим свойствам Медь занимает промежуточное положение между элементами первой триады VIII группы и щелочными элементами I группы системы Менделеева. Медь, как и Fe, Co, Ni, склонна к комплексообразованию, дает окрашенные соединения, нерастворимые сульфиды и т. д. Сходство с щелочными металлами незначительно. Так, Медь образует ряд одновалентных соединений, однако для нее более характерно 2-валентное состояние. Соли одновалентной Медь в воде практически нерастворимы и легко окисляются до соединений 2-валентной Меди; соли 2-валентной Меди, напротив, хорошо растворимы в воде и в разбавленных растворах полностью диссоциированы. Гидратированные ионы Cu 2+ окрашены в голубой цвет. Известны также соединения, в которых Медь 3-валентна. Так, действием пероксида натрия на раствор куприта натрия Na₂ CuO₂ получен оксид Сu₂ О₃ — красный порошок, начинающий отдавать кислород уже при 100 °С. Сu₂ О₃ — сильный окислитель (например, выделяет хлор из соляной кислоты).

Химическая активность Меди невелика. Компактный металл при температурах ниже 185 °С с сухим воздухом и кислородом не взаимодействует. В присутствии влаги и СО₂ на поверхности Меди образуется зеленая пленка основного карбоната. При нагревании Меди на воздухе идет поверхностное окисление; ниже 375 °С образуется СuО, а в интервале 375-1100 °С при неполном окислении Медь — двухслойная окалина, в поверхностном слое которой находится СuО, а во внутреннем — Сu₂ О.

Влажный хлор взаимодействует с Медью уже при обычной температуре, образуя хлорид СuCl₂ , хорошо растворимый в воде. Медь легко соединяется и с других галогенами. Особое сродство проявляет Медь к сере и селену; так, она горит в парах серы. С водородом, азотом и углеродом Медь не реагирует даже при высоких температурах. Растворимость водорода в твердой Медь незначительна и при 400 °С составляет 0,06 мг в 100 г Меди. Водород и других горючие газы (СО, СН₄ ), действуя при высокой температуре на слитки Меди, содержащие Сu₂ О, восстановляют ее до металла с образованием СО₂ и водяного пара. Эти продукты, будучи нерастворимыми в Меди, выделяются из нее, вызывая появление трещин, что резко ухудшает механические свойства Меди.

3. Диаграммы состояния медных сплавов

Медь с цинком образует кроме a -твердого раствора на основе меди ряд промежуточных фаз b, g и т. д.

Фаза b — это твердый раствор на основе электронного соединения CuZn (фаза Юм—Розери) с решеткой ОЦК. При охлаждении при температуре около 450 °С b -фаза переходит в упорядоченное состояние (b ® b ў), причем b ў -фаза в отличие от b -фазы является более твердой и хрупкой.

Фаза g — твердый раствор на основе электронного соединения Cu₅ Zn₈ отличается очень высокой хрупкостью и ее присутствие в промышленных конструкционных сплавах исключается.

Диаграмма, показывающая фазовый состав и структуру Cu — Sn-сплавов (оловянистых бронз). Представляет собой комбинацию нескольких перитектических диаграмм. Возможно образование следующих фаз: α — твердый раствор Sn в Cu; Sn — почти чистое олово (растворимость Cu в Sn меньше 0,01 %); β — твердый раствор электронного типа на базе соединения Cu₅ Sn, а пунктирная линия показывает процесс его упорядочения; δ — электронное соединение Cu₃₁ Sn₈ ; γ- твердый раствор на базе химического соединения Cu и Sn; ε — электронное соединение Cu₃ Sn; η — химическое соединение Cu₆ Sn₅

Диаграммасостояния Сu—Ni характеризуется образованием в процессе кристаллизации непрерывного ряда твердых растворов (Сu, Ni) с гранецентрированной кубической структурой. Установлено равновесие Ж ↔ Газ с азеотропным минимумом при температуре 2500 °С и концентрации 50—60%(ат.)Ni; указывается на наличие области расслоения на две фазы (газообразный и жидкий растворы разного состава) при концентрации 60—100 % (ат.) Ni. В интервале концентраций 0-60%(ат.) Ni область расслоения настолько узка, что практически вырождается в прямую линию.

медный сплав бронза цинк латунь

Чистая медь широко используется в электротехнике, в различного рода теплообменниках. Из высокотехничных латуней получают изделия глубокой вытяжки (радиаторные и конденсаторные трубки, сильфоны, гибкие шланги). Латуни, содержащие свинец, используют при работе в условиях трения (в часовом производстве, в типографических машинах).

Оловянные бронзы применяют для литья художественных изделий. При дополнительном легировании фосфором их используют для изготовления деталей, работающих на трение в коррозионной среде.

Алюминиевые бронзы, прежде всего, используют в качестве заменителей оловянных. Высокопрочные алюминиевые бронзы идут на изготовление шестеренок, пружин, втулок.

Из бериллиевой бронзы делают детали точного приборостроения, упругие элементы электронных приборов, мембраны.

Для менее ответственных деталей используют кремнистые бронзы.

Медно-никелевые сплавы нашли широкое применение как коррозионностойкие и электротехнические материалы.

Из мельхиоров изготавливают конденсаторные трубы, трубные доски конденсаторов, медицинский инструмент и т.д.

Нейзильберы используются как плакировочный материал для медицинских инструментов, из них также изготавливают детали точной механики и часовой конструкции.

1) Фетисов Г.П. Материаловедение и технология металлов.- М.: Высшая школа, 2006.-862 с.

Открытие её ознаменовало для человечества начало технической революции, и как любое великое изобретение, произошло оно случайно. Бронза тесно связана с медью и ее производством. Люди заметили, что медь, добытая из некоторых шахт, отличалась лучшими механическими и литейными свойствами. Изучив состав сплава, они поняли, что причиной этому было наличие в нем примесей олова. Так незаметно бронзовый век пришел на замену медному, открыв новые технологические перспективы развития перед человеком.

Бронзовые сплавы и их разновидности

По способу обработки бронзовые сплавы делятся:

• Деформируемая бронза. Для изготовления деталей из них применяют такие технологические операции как ковка, протяжка, резание, фрезерование.
• Литейная бронза. Детали из такого сплава производятся методами металлургии.

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.
• Безоловянная. Сюда входят сплавы, химический состав которых не содержит дорогостоящего олова. Его заменяют более доступные металлы.

Маркировка происходит аналогично стали. Буквами указываются легирующие компоненты. Цифры, следующие за ними , показывают процент содержания этих элементов в составе. Количество меди определяется конечной разностью всех составляющих сплава. Например, шифровка Бр .АЖ 9-4 означает, что это бронза ( Бр .) с содержанием алюминия (буква «А») 9% и железа (буква «Ж») 4%.

Металлургия предлагает огромный выбор безоловянных бронз и выделяет следующие их разновидности:

• Алюминиевая бронза ( Бр .А5, Бр .АЖ 9-4) отличается наибольшей пластичностью среди всех видов бронзовых сплавов. Относительный коэффициент удлинения составляет 60%. Литейные свойства ниже, чем у оловянных бронз, но при этом данный состав сплава не образует микропор. Предел прочности находится в пределах 50-60 кг/мм2. Сплав коррозионно устойчив к морской воде. Добавление в состав сплава никеля, железо и фосфора позволяет улучшить физические свойства бронзы.
• Кремнистая ( Бр . Кмц 3-1) выделяется устойчивостью работы в условиях щелочной среды и низких температур. Для повышения прочностных характеристик металла его химический состав легируют марганцем и дополнительно обрабатывают холодной деформацией.
• Берилловая ( Бр .Б2) имеет высокие показатели прочности (до 110 кг/мм2), коррозионностойкости и электропроводности. Это единственные бронзовые сплавы способные упрочняться термической обработкой: закалкой и искусственным старением. Из недостатков можно выделить высокую цену на бериллий . По этой причине данная бронза применяется только в изготовлении высоко ответственных узлов.

Применение бронзы

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

• В 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.
• В электронике применяется берилловая бронза для производства интегральных схем, оптико-волоконных приборов, пружинных контактов, измерительной аппаратуры.
• В 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 сантехники. 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 предметовбыта и фурнитуры. Причиной служит эстетичный внешний вид сплава, подчеркивающий индивидуальность интерьера. Сюда входит изготовление пепельниц, подсвечников, держателей полотенец, петлей и ручек дверей и т. д.

Цена на бронзовый сплав

Современные металлургические заводы и предприятия все больше предпочитают использовать переработку вторсырья для дальнейшего получения из него бронзы, нежели ведение добычи непосредственно из шахт. Связано это с большей экономической эффективностью. Дешевле переплавить уже имеющуюся бронзу, чем осваивать новые месторождения. Это и есть причина постоянных открытий пунктов приема металлолома . Осталось понять, как формируются цены на бронзовый лом.

Существует несколько критериев, по которым формируется стоимость на сплав бронзы:

• Химическийсостав. Чем больше сплав содержит дефицитных и, соответственно, дорогостоящих металлов в своем составе, тем выше цена бронзы. Сюда относятся медь, олово, бериллий. Содержание алюминия, кремния и цинка наоборот, ведет к удешевлению бронзы.
• Формалома, т.е. в каком виде поставляется бронза: сетка, проволока, стружка, лист.
• Содержание примесей и внешний вид. Наличие на поверхности бронзовых сплавов полуды и таких примесей как сера, водород, фосфор (свыше 0,5%) отрицательно влияет на стоимость лома.
• Объемпоставки. В целом, металлоприемщик отдает предпочтение в работе с ломом весом от 1 тонны. Поэтому чем больше масса партии, тем выше цена на бронзу.
• Месторасположение пункта приема. Разные регионы имеют разные расценки на бронзу. Связано это с соотношением спроса и предложения в конкретном регионе России.

Все вышеперечисленное учтено в государственном стандарте ГОСТ 1639-93. Согласно ему лом бронзовых сплавов подразделяется на следующие категории (в скобках указана ориентировочная ее стоимость за кг):

• Лом А-11-1.Представлен бронзой в виде кусков размерами не более 5х5 см. Засор в сплаве до 3%. (250 руб.)
• Лом А-11-2. Содержание в сплавах меди не меньше 80%. Поставляется кусками не более 5х5 см. В составах данного вторсырья бронзы примесь не должна превышать 7%. (230 руб.)
• Лом А-11-3. входит не менее 70% меди, а засора в сплаве не более 7%. (200 руб.)

Такая высокая стоимость сплава связана с истощением медных руд. По оценкам разных специалистов они должны полностью закончиться через 80-100 лет. Обеднение медных руд, в свою очередь, ведет к увеличению стоимости технологий и бурильного оборудования. Чем глубже руда, тем тяжелее ее оттуда «достать».

Доказательством всего вышесказанного является значение котировок на биржах цветных металлов, которые с середины 2015 года постоянно растут вверх.

Физические свойства

Бронза — сплав меди с такими металлами как олово, алюминий, кремний и т. д. Исключение составляют латуни (сплав меди с цинком) и мельхиоры (сплав меди с никелем).

Металл не поддается термообработке (кроме бериллиевой). Механические свойства полностью определяет химический состав и структура. Бронзовые сплавы имеют более низкую упругость (9000-12000 кг/мм2) по сравнению со сталью.

Значение коэффициента трения практически у всех бронз одинаково. Плотность колеблется в пределах 7500-9100 кг/м3. Температура плавления 880-1060 ºС. Бронза плохо пропускает тепло. Ее коэффициент теплопроводности равен 0,1-0,2 кал/ смсС . Электропроводность значительно уступает меди. Значение удельного электро сопротивления бронзового сплава составляет 0,1-0,17 мкОМ *м.

Сплав обладает высокой устойчивостью к воздействию агрессивных сред: вода, воздух, щелочи, некоторые кислоты.

Бронзовый сплав образует на своей поверхности патину. Именно она служит защитой бронзы от дальнейшего разрушения и снижает скорость протекания коррозии до 0,0015 мм в год.

Бро́нза — сплав меди, обычно с оловом в качестве основного компонента, но к бронзам также относят медные сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка (это латунь) и никеля (это мельхиор). Как правило, в любой бронзе в незначительных количествах присутствуют добавки: цинк, свинец, фосфор и другие.

Традиционную оловянную бронзу человек научился выплавлять ещё в начале Бронзового века, и очень длительное время она широко использовалась. Даже с приходом века железа бронза не утрачивала своей важности.

Плотность бронзы в зависимости от марки (и включения примесей) составляет 7800-8700 кг/м³; температура плавления 930—1140 °C.

Содержание

Этимология [ править | править код ]

Современные лингвисты выдвигают следующие гипотезы происхождения слова «бронза»:

• Романскую, согласно которой слово пришло в романские языки, либо от персидского «berenj», означающего «медь», либо от названия города Бриндизи, из которого этот материал доставлялся в Рим; [1]
• Протославянскую, согласно которой слово имеет протославянское происхождение, и буквально означает «бранный металл» (общеславянские корень «bron», особенно характерный для южнославянских языков, и суффикс «za», который по всей вероятности обозначал либо непосредственно литой сплав, либо технологический процесс его отливки и остывания; как в случае с общеславянским же словом «железо» — «zelé(želě)-zo»), что так или иначе сохранилось практически во всех славянских языках, [2] а в словенском языке слово «bron» (без каких-либо постфиксов) до сих пор означает бронзу;

История [ править | править код ]

Самые древние бронзовые изделия, датируемые 5-м тысячелетием до н. э., были обнаружены на Иранском нагорье и у деревни Плочник в Сербии. В России наиболее древние бронзовые артефакты были обнаружены русским археологом Николаем Веселовским в 1897 году в районе реки Кубани (так называемая Майкопская культура, вторая половина 4-го тысячелетия до н. э.). Бронза майкопских курганов в основном представлена сплавом меди с мышьяком. Постепенно знания о прочном и пластичном металле распространились на Ближний Восток и Египет. Здесь, после перехода к оловянно-медному сплаву, бронза обрела положение одного из важнейших декоративных материалов.

Исторически первой бронзой был сплав меди с мышьяком — так называемая мышьяковистая бронза. По своим технофизическим свойствам мышьяковая бронза не уступала оловянной, а по разнообразию сортов, пригодных для тех или иных видов хозяйственной деятельности — от ответственных деталей до ювелирных изделий — даже превосходила её. Как явствует из археологических данных, в начале и даже в середине бронзового века мышьяковая бронза почти безраздельно господствовала на всём евразийском пространстве, за исключением, быть может, нескольких регионов, богатых «оловянным камнем» (современные Англия, Притяньшанье) или одновременно медными и свинцовыми рудами (Этрурия на северо-западе современной Италии).

Повсеместное вытеснение к концу бронзового века мышьяковой бронзы более дорогими сортами, в том числе оловянной, по-видимому, было связано сразу с несколькими причинами, в зависимости от региона действовавшими совместно или порознь. Среди них:

• высокая токсичность производства мышьяковой бронзы, с неизбежностью приводившая к инвалидизации металлургов и кузнецов со стажем (этот факт отразился в античном образе бога металлургии Гефеста, а также в древнерусском образе «старого хрыча», то есть старого кузнеца);
• непригодность мышьяковой бронзы для металлургического передела: металлургический брак из такой бронзы, равно как и сломанные изделия из неё, переплавке на сортовой металл не подлежали, так как при переплавке часть мышьяка просто испарялась или выделялась в виде шлака, и бронза становилась очень хрупкой, и в лучшем случае могли быть использованы для изготовления бижутерии или неответственных деталей;
• выработка за многие века поверхностно залегающих, богатых медью и мышьяком месторождений теннантита и других блеклых руд, наиболее удобных для выделки мышьяковой бронзы (использование других источников мышьяка и меди значительно усложняло процесс и делало его более дорогостоящим);
• мышьяк встречался реже, чем олово или некоторые другие металлы, использующиеся для создания бронзы, поэтому изготовление бронзы при помощи мышьяка было дороже.

Поэтому с развитием гужевого транспорта, а вместе с ними и международных экономических связей, во многих регионах стало рентабельнее импортировать немышьяковые сорта бронзы, чем производить собственную мышьяковую. А с развитием крупного промышленного производства самым массовым видом бронзы стала оловянная, которую лишь в последнее столетие стали теснить конкуренты на основе ранее недоступных заменителей олова. По некоторым свойствам такие (безоловянные) бронзы превосходят оловянные. Например, алюминиевые, кремниевые и особенно бериллиевые бронзы — по механическим свойствам, алюминиевые — по коррозионной стойкости, кремнецинковые — по текучести. Алюминиевая бронза благодаря красивому золотисто-жёлтому цвету и высокой коррозионной стойкости иногда также применяется как заменитель золота для изготовления бижутерии и монет. Прочность алюминиевой и бериллиевой бронз может быть дополнительно увеличена при помощи специальной термической обработки.

Классической маркой бронзы, применяемой издревле и до сих пор для литья колоколов, является колокольная бронза: 80 % меди и 20 % олова с разбросом соотношения 3 %. Его недостатком является повышенная хрупкость, которой способствует большое содержание олова.

Оловянная бронза [ править | править код ]

Оловянная бронза — сплав меди с оловом (медь преобладает), один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает значительно большей, по сравнению с чистой медью (освоенной ранее бронзы), твёрдостью, достаточной прочностью и более легкоплавка. Открытие бронзы сыграло огромную роль в освоении металлов человеком. Олово в любых марках оловянистой бронзы всегда является вторым по количеству и основным легирующим компонентом сплава (тогда как медь — первым); третье место отводится дополнительным добавкам: свинцу, цинку, мышьяку.

Оловянная бронза (кроме марок с низким содержанием олова — т. н. деформируемой бронзы) с трудом поддаётся обработке давлением (ковка, штамповка, прокатка и пр.), резанию и заточке. Благодаря этому бронза в целом — литейный металл, и по литейным качествам не уступает любому другому металлу. Она обладает очень малой усадкой — 1 %, тогда как усадка латуней и чугуна составляет около 1,5 %, а стали — более 2 %. Поэтому, несмотря на склонность к ликвации и сравнительно невысокую текучесть, бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё.

Бронзы обладают высокой антикоррозионной стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами. Этим обусловливается применение бронз в химической промышленности для изготовления литой арматуры, а также в качестве антифрикционного материала в других отраслях.

Оловянные бронзы могут быть дополнительно легированы цинком, никелем, фосфором, свинцом, мышьяком и другими металлами. Цинка добавляют не более 10 % (в этом количестве он почти не изменяет свойств бронз, но делает их дешевле); бронза с добавлением цинка называется «адмиралтейской бронзой» и обладает повышенной коррозионной стойкостью в морской воде. Свинец и фосфор улучшают антифрикционные свойства бронзы и её обрабатываемость резанием и давлением.

Безоловянные бронзы [ править | править код ]

Бронзами также могут называть некоторые другие подобные традиционной бронзе сплавы меди, в которых олово отсутствует. Самые известные из них — латунь (сплав Cu-Zn) и константан (Cu-Ni), бронзой не называемые, и алюминиевая бронза. В прошлом (Древний Рим, к примеру) латунь и константан носили собирательное название шпиатр и считались подделкой.

Существуют также многокомпонентные бронзы — сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами.

Также необходимо упомянуть сплавы меди и фосфора. Они не могут служить машиностроительным материалом, поэтому их нельзя отнести к бронзам. Однако они являются товаром на мировом рынке и предназначаются в качестве лигатуры при изготовлении многих марок фосфористых бронз, а также и для раскисления сплавов на медной основе.

Использование [ править | править код ]

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.

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.