Что такое латунь простыми словами
Самый любопытный сплав стародавних времен, дешёвый «заменитель» золота, универсальное техническое решение для многих сфер и отраслей, созданное всего из пары металлов – это всё латунь.
Что такое латунь
Латунь – это сплав меди и железа, цинка, олова, также добавляются свинец, никель, марганец и некоторые другие химические элементы. Точный состав всегда колеблется – марок латуней много.
Её ценность заключается в невысокой стоимости – если сравнивать с медными изделиями. Основная проблема – необходимость в цинке, с появлением надёжных источников которого и начали создавать массу вещей из латуни.
Историческая справка
Она известна с давних времен. Так, в музеях широко представлена античная латунь – её добыли на раскопках древнеримских и причерноморских поселений. Культура Индии и Китая тоже богаты на изделия из неё.
Латунный сплав в значительных объёмах начал применяться с 18 века. Бум индустриализации, захвативший вначале Европу, а затем распространившийся по всему миру, привёл к увеличению как добычи цветных металлов, так и к качественному осмыслению их применения.
Результатом явилось мощное развитие цветной металлургии, отправной точкой которого стало получение патента на сплав неким Эмерсоном в 1781 г.
Структура и состав
Возможны 2 варианта структуры:
- «альфа»: фазовый внешний вид крупных смешанных кристаллов характерен для основной массы сплавов, он отличается существенной стабильностью из-за кубической структуры отдельных зёрен;
- «бета»: состоит из отдельных некрупных частиц.
Такое раздвоение латуни зависит от её состава, в первую очередь – количество меди и цинка. При содержании Zn около 50% образуются 2 фазы, металл белеет, повышается его твёрдость.
Существуют также двухфазные и многофазные латуни. С учётом требуемых свойств дополнительно разработаны такие составы как алюминиевые, кремнистые, свинцовистые и оловянные.
Свойства и характеристики
Маркируется сплав заглавной буквой «Л» и числом, обозначающим номинальное содержание Cu (меди) в процентах. К примеру, Л90 – латунь с 88-91% Cu и количеством примесей до 0,2%.
Основные свойства и возможности латуни:
- окрас: от ярких жёлтых оттенков до красноватых цветов;
- значительная пластичность сохраняется при снижении температуры, что делает её также и конструкционным материалом;
- при повышении степени нагрева пропорционально снижаются пределы прочности и текучести;
- высокая устойчивость к коррозии – позволяет долговременное применение при высокой влажности (вряд ли кто-то увидит как ржавеет латунь от воды);
- качественный триботехнический ресурс – даже при сильном трении;
- хорошо поддаётся обработке механической и давлением (вплоть до ковки);
- является свариваемым материалом, возможна пайка;
- выдающиеся литейные свойства, что позволяет создавать целый спектр изделий.
Теплопроводность латуни составляет около 120 Вт/м*град. Для сравнения: у стали – всего 70, а керамики – до 2.
Производство латуни виды и свойства
Применение латуни сильно развито из-за её технических свойств и значительной технологичности. Она является чуть ли не самым массово используемым «цветным» искусственным материалом для машиностроения, измерительных приборов и инструментов. Много требуется такого металла как латунь для изготовления часов, частей подшипников, крепежа и даже знаков отличия.
Автоматная латунь
Этот состав сплава с «универсальным» названием обеспечивает высокую скорость механической обработки заготовок. Из-за образования стружки в почти сыпучем виде (когда она отламывается при малой длине) деталь из сплава не требует дополнительных технологических манипуляций.
В результате становится возможным вести обработку на механизированных и автоматизированных станках.
Достигается это при помощи состава. Автоматная латунь состоит из меди (до 75%), цинка (до 24,2%) и свинца.
Последнего достаточно много – до 0,8%. Физико-механические свойства материала можно получить в мягком или нагартованном виде – смотря какое соотношение химических элементов будет подобрано.
Сплавы, марки
Применение латуни основывается на её свойствах, а они – на составе. К основе в виде меди и цинка добавляется та или иная лигатура, превращая кристаллическую структуру в требуемую форму.
Двухкомпонентная
«Двойная» структура образуется при содержании цинка свыше 39%.
Такая латунь имеет невысокую пластичность, что приводит к качественной обработке в нагретом состоянии. Она обозначается стандартным способом (Л и число).
Чаще всего задействуется в технике (гайки, подшипники, сепараторы, втулки, змеевики, трубки, сильфоны и т.д.) и для изготовления ювелирных изделий.
Многокомпонентная
Если в латунь внести полезный химический элемент 3-го и более глубокого порядка, произойдёт изменение структуры и свойств.
Она обозначается так: в начале – буква Л, после неё – указание о прочих легирующих компонентах, после букв – количество каждого элемента. Так, существуют латуни алюминиевые, железомарганцевые, оловянно-свинцовистые и многие другие.
Сфера назначения – в основном техническая: детали машин и оборудование.
Что дает лигатура
Получение особых характеристик сплава возможно с помощью лигатуры – химических элементов, специально добавляемых в определённом количестве. Они определённым образом меняют структуру материала, что влияет на отдельные свойства сплава. Чаще других применяют такие варианты:
- магний: повышение износостойкости и коррозионной устойчивости, оптимально внесение вместе с алюминием и железом;
- алюминий: снижает степень окисления поверхности (благодаря образованию тонкой оксидной плёнки);
- свинец: улучшение пластичности изделия;
- никель: нейтрализует окислы и «успокаивает» структуру;
- олово: активно работает против образования коррозии (чаще всего применяется в судостроительной отрасли);
- кремний: работает на прочность и жёсткость сплава.
Подобранные за десятилетия развития техники, все составы нашли своё оптимальное применение.
Сфера применения латуни
Латуни двухкомпонентные применяются для таких элементов:
- патрубки, крепёж, автомобильные детали (Л60);
- трубные отводы конденсаторов, крепёж, автозапчасти (Л63);
- изделия, получаемые штамповкой (Л68);
- гильзы для химической отрасли (Л70);
- части теплотехнического оборудования и автозапчасти (Л80, Л85);
- части химического оборудования (Л90);
- трубки капиллярные для радиаторов (Л96).
Латуни многокомпонентные применяются для таких элементов:
- детали судов речного и морского флота, детали авиационного транспорта (ЛАЖ60-1-1, ЛЖМа59-1-1);
- трубные отводы конденсаторов (ЛА77-2, ЛН65-5, ЛО62-1, ЛО90-1);
- специальная арматура, крепёжные изделия (ЛМц58-2);
- детали часового производства (ЛС74-3, ЛС63-3);
- печатное оборудование (ЛС64-2).
В действительности технических решений ещё больше.
А вы знаете, для чего нужна функция — форсаж дуги в сварочном аппарате
В ювелирном деле
Создание украшений также требует латуней – в декоративном варианте, имеющем схожий с золотом окрас. Применяются они для браслетов, цепочек, серёжек, колец, подвесок и прочих ювелирных изделий, особенно для более крупных (статуэтки, фигурки, амулеты).
Технология изготовления включает в себя также серебрение или золочение, окрашивание или нанесение лака.
Использование в строительстве и отделке
Возведение зданий и сооружений, их основная отделка и декорирование не только получают расширение функциональных пределов конструкций, но и приобретают яркий дизайнерский вид. На соединении отдельных деталей и узлов, крепеже и применении в инженерных системах применение не заканчивается:
- латуни интересны для сантехники: смесители и трубы из неё прочны и легки;
- светильники: имеют приятный самобытный вид;
- ковка (от мелочей до целых кроватей): придаёт настроение интерьеру, параллельно выполняя практичные роли.
Трубы
Латунные трубы широко применяются для передачи жидкостей и газов в быту и в хозяйственных целях. Современные системы газоснабжения, отопления, водопровод, элементы устройств кондиционирования воздуха сложно представить без включения латуней.
Изготавливаются 2 группы труб: тонкостенные и толстостенные, с поперечным сечением в виде круга, квадрата и более сложных форм.
Благодаря химсоставу латунные трубы долговечны при наличии в транспортируемой воде хлора и других активных веществ. Достоинства труб из латуни: малая погонная масса, высокая технологичность (свариваемость, местная пластичность), устойчивость к окислению.
Муфты и смесители
Муфты, переходники, тройники и прочие детали из латуни задействуются почти в любой инженерной системе. Если добавить сюда смесители – без этого сплава одной только сантехнике не обойтись. Почему так происходит?
- быстрота обработки в простых условиях;
- высокая пластичность, полезная для «подгонки» узлов по месту;
- эстетичный внешний вид;
- низкая стоимость.
Детали из латуней отличаются высокими эксплуатационными качествами.
Мировой рынок
Промышленность сильно заинтересована в готовых латунях и компонентах для её производства. Несмотря на колебания цен, сплав продолжает применяться и даже находить новые горизонты своей работы.
Однако проблема готового материала заключается в дороговизне добычи, обработки и металлургии отдельных его компонентов. Производство латуни обходится дорого, а ресурсная база ограничена. По этой причине особое значение приобретает утиль: латунный лом имеет приличную стоимость.
Потребители медных и латунных компаундов в первую очередь являются страны, развитые в промышленном и экономическом отношении. Поставки сырья производятся из стран Африки, Южной Америки и России.
Аналоги
Благодаря своим функциональным и эстетическим возможностям латунь сложно заменить.
Медные компаунды (вплоть до сплава меди и железа) вряд ли можно применять с тем же размахом.
Мельхиор и бронза отличаются другими температурами плавления, существенно другими механическими свойствами, способны раздражать кожу при повышенном содержании никеля. И цвет не слишком похож на золото, что важно в ряде случаев.
Если применять чистые металлы, входящие в состав латуни, полезный эффект вряд ли удастся. Та же медь пластичная — но окисляется, а цинк твёрд – но хрупок. Ценность именно сплава заключается в совмещении достоинств разных материалов и компенсировании недостатков.
+Плюсы и минусы
Достоинств у латуней предостаточно:
- устойчивость к коррозии, причём увеличивающая с повышением доли меди в сплаве;
- сравнительно с медью – пониженная теплопроводность;
- высокая пластичность при сравнительно приличной твёрдости – это позволяет создавать сложные детали;
- низкая масса – это полезно для транспорта и инженерных сооружений;
- значительная эстетика металла, его окрас и отблески.
Однако есть и недостатки:
- высокая склонность к деформируемости под небольшими усилиями;
- стоимость – из-за цен на медь и лигатуру.
Несмотря на это латуни прочно вошли в жизнь человека.
Чем отличается бронза от латуни по составу
Изделия из латуни и бронзы между собой порой сложно различить, всё дело – в химическом составе. Изменения цвета сильно зависят от олова, магния, бериллия, алюминия – эти элементы позволяют получать необходимые эксплуатационные характеристики, но меняют окрас вплоть до стального.
Между тем бронзы имеют более светлые и даже беловатые оттенки, с уклоном в серебристый. Латуни больше выглядят золотыми и жёлтыми – из-за наличия цинка, связанного медью.
Как отличить латунь от бронзы магнитом
Магнитные свойства присущи только некоторым металлам – латунь имеет их только в исключительных случаях при соответствующем легировании.
Магнит не станет притягиваться к меди, олову, цинку, алюминию – но будет тянуться к железу и никелю. Они входят в состав только некоторых латуней (к примеру – марки БрАЖ). Параллельно с этим потребуется достаточно сильный магнит – неодимовый, но и он может не «найти» 1-2% магнитных компонентов.
Резюмируем: читатель вряд ли различит бронзу и латунь с помощью магнита.
Визуальный подход
Основной метод определения природы материала – визуальный осмотр:
- бронзы окрашиваются в спектре цветов от серебристого (почти белого) до ощутимо коричневого;
- латуни – от золотистого и ярко-жёлтого до розоватого и даже красноватого.
Из-за различных составов оптимально ориентироваться на «золотой» цвет у латуней и чуть красный у бронз.
Чистая физика
Универсальный критерий – определить вес металла – не сработает. Причина – в значительном интервале удельной массы сплава: бронзы имеют от 7,4 до 8,9 г/см3, латуни – от 8,4 до 8,7.
Сильно разнящийся химический состав металлов и почти постоянное отсутствие сопроводительной документации играют решающую роль.
Однако если известно, что содержание олова и свинца (наиболее тяжёлых химических элементов среди всех легирующих добавок) примерно равно, детали из бронзы и латуни почти наверняка будут отличаются по объёму вытесняемой ими воды.
Но на практике привести к единому знаменателю и сравнить величины сложно.
Термическая обработка
Не поможет физика – обратимся к химии и металлургии. Отличие сплавов проявляется в образовании разных цветов и структурных эффектов на поверхности:
- латунь: при нагревании её горелкой на поверхности появится пепельный налёт (из-за сильного окисления цинка), а после достижения нагрева при 590-610 °С материал станет очень пластичным;
- бронза: становится пластичной при температуре минимум 940 °С, механические свойства и цвет от нагрева не изменяются;
- медь: начнёт покрываться зелёным или сине-зелёным налётом.
Причина выявления именно латуни – в температурном интервале окисления цинка (от 600 до 640 °С). Выявить это в «домашних» условиях можно с помощью газового пламени.
Сварочный аппарат
Металлургия сварки поможет обнаружить разницу:
- латунь: выгорание связанного цинка будет сопровождаться белым дымом;
- бронза: влияние высокой температуры внешне останется незаметным.
Причина – в соотношении и «поведении» лигатуры. Достаточно провести сварочной дугой по самому торцу цветного металла – разница проявится мгновенно.
Химическая методика
Оптимальный способ точно выяснить природу изделия – подвергнуть его обработке химическими реактивами. Для этого немного свежеснятой стружки проходит такие операции:
- подготавливается пара емкостей с раствором азотной кислоты в воде (1:1);
- латунная и бронзовая стружка кладётся в ёмкости;
- стружка постепенно растворяется;
- ёмкость нагревается до кипения, после чего до получаса выдерживается на малом огне.
Как следствие этого: раствор с латунью не помутнеет и будет сравнительно прозрачным, жидкость с бронзой получит осадок оловянно-белого вида.
Нюанс технологии – она не сработает при отсутствии олова в сплаве.
Где плавить латунь
Для создания собственных заготовок и деталей можно самостоятельно расплавить латунь. Это не так сложно, хотя и потребуется достичь достаточно высокой температуры. Основная проблема – отсутствие точной информации по составу металла и нагрев буквально «наощупь», в ожидании начала плавления.
Отлить что-то из латуни технически можно даже в условиях мастерской или гаража. Требуется только специальное устройство, позволяющее нагревать металлическое сырье в закрытом виде:
- лом или ненужная деталь закладывается в тигль из графита;
- включается «печка», накаляющая и расплавляющая металл – то температуры плавления латуней в интервале от 840 до 960 градусов Цельсия;
- по готовности тигль вынимается с помощью щипцов, при необходимости с поверхности металла снимается шлак;
- жидкий металл выливается в заранее заготовленную форму.
Все операции нуждаются в соблюдении техники безопасности.
Как отличить золото от латуни
С целью исключения подлога и обмана полезно знать о том, как отличить латунный сплав от золота. Для полной уверенности следует обратить внимание на следующие моменты:
- проверка магнитом: золото никогда не будет притягивать магнит, его «аналог» иногда может делать это еле заметно;
- оценка блеска: золото всегда имеет глубокий и насыщенный цвет, отдающий специфичным блеском;
- звук и плотность: при падении золото будет издавать более глухой стук – из-за более высокой удельной плотности;
- абразивы: если с силой провести поверхностью золота об абразив, на последнем останется слабо заметный след – из-за низкой твёрдости металла;
- маркировка: на ювелирных и технических изделиях обычно присутствует обозначение «золото» (его проба) или «латунь», нужно только поискать.
Для наиболее точной проверки рекомендуется капнуть смесью соляной и азотной кислот на металл: «царская водка» растворяет золото. Также будет заметной реакция золота с селеновой кислотой (при наличии подогрева), бромом и йодистым калием.
Бронза: состав, свойства, сфера применения
Бронза – сплав меди с другим веществом (в большинстве случаев это олово). Также благородный металл может состоять из многокомпонентной комбинации с применением алюминия, кремния, бериллия, свинца.
Что такое бронза
Бронза – это сплав меди, в котором основным легирующим компонентом выступают как металлы, так и не металлы. Непосредственные характеристики полученных сплавов определяются их соотношением и фазовым составом расплавов.
Чаще всего за основу берут олово. Реже, но встречаются, сплавы с добавлением алюминия, кремния, бериллия, свинца. Но фактически во всех вариациях сплавов используют незначительное количество фосфора и цинка.
Полезно! Состав и свойства бронзы определяются межгосударственными стандартами. ГОСТ 613-79 «Бронзы оловянные литейные» и ГОСТ 18175-78 «Бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением».
Немного истории
Самая древняя находка изделий из бронзы была обнаружена неподалёку от реки Топлица в южной части современной Сербии. Датируется она V в. до н.э. В нашей стране обнаружение самого старого бронзового артефакта произошло в 1897 г. и относится к так называемой Майкопской культуре, существовавшей в IV в. до н.э. Изделия преимущественно представлены в виде сплава из бронзы и мышьяка. Постепенно о существовании мягкого эластичного металла узнали на Ближнем Востоке, в Египте.
Вышеупомянутая мышьяковая бронза считается первым видом этого металла. Однако сплав имел широкий перечень недостатков, связанных с вредным для здоровья процессом изготовления и сравнительно высокой стоимостью, которая объяснялась дороговизной мышьяка. Это стало причиной её постепенного вытеснения с мирового рынка и использованием более экологичного и дешевого состава – оловянной бронзы (это сплав олова и меди).
Если на этапе появления металл применялся для изготовления хозяйственных и рабочих предметов, то к V в. н. э. в Древней Греции её стали применять для отливки скульптур. Позже сплав превратился в основной источник денежной индустрии – из него отливали монеты.
Лишь в средних веках бронзу стали использовать в производстве предметов вооружения, церковных колоколов.
Отличие видов, классификация
Деление на виды осуществляется исходя из конкретных компонентов состава. Например, изготовленная с использованием олова с меньшим процентным соотношением свинца либо фосфора способствует эффективному легированию. Благодаря этому усиливается прочность и твёрдость сплава. Он лучше переносит плавку, хорошо держит заданную форму. Поверхность отлично поддаётся шлифованию, усиливаются рабочие и визуальные показатели.
Однако, сплав бронзы, это не только концентрация меди и олова. Существуют виды, состав которых построен по новой формуле, кардинально отличающейся от вышеупомянутой. Эта группа сплавов получила название безоловянная бронза. По техническим и эксплуатационным характеристикам, они ничем не уступают оловянной, а по некоторым показателям, даже превосходят её.
Также деление осуществляется по технологическому параметру. По этому признаку бронза может быть деформируемой и литейной.
- Деформируемая – используется для механической обработки. Отлично шлифуется, куётся, режется. Процент олова в составе не превышает 5 единиц, что способствует нужной пластичности. Используется для изготовления листового металла, проволоки, прутьев, лент – изделий, применяющихся в строительстве.
- Литейная – применяется для изготовления литейных изделий. Преимущественно служит для производства литых изделий: шестерни, вкладыши подшипников, трубопроводная арматура.
Оловянная
Оловянная бронза – это сплав с преобладающим количеством меди, смешанной с оловом. Исторически доказано, что данный состав является одним из первых, освоенных человеком разумным. Ей свойственна большая (при сравнении с обычной медью) твёрдость, прочность, лучше и легче плавится.
Недостатком бронзы является то, что она практически не видоизменяется при воздействии давления. Это условие не позволяет использовать её в других популярных видах металлообработки: ковке, штамповке, прокатке, резке, заточке.
Такая особенность относит её к непосредственно группе литейных металлов. Кроме того, по этим характеристикам она нисколько не уступает другим. Например, бронза имеет минимальный процент усадки (1%), для латуни и чугуна этот показатель равен 1,5%, сталь показывает ещё большее значение – 2%.
Исходя из этих критериев, вне зависимости от склонности к ликвации и сравнительно невысокой текучести, бронза востребована в получении сложноформовых отливок, в том числе и относящихся к художественному литью.
Полезно! Ликвация – неоднородный состав химических элементов, возникающий в результате преобразования последних в кристаллы с определённой структурой (кристаллизации).
Безоловянная
Под понятием «бронза» могут подразумеваться иные медные сплавы, в которых не содержится олово. Это латунь, константан и алюминиевая бронза. Последняя лидирует по показателю механических качеств, более устойчива к химическим воздействиям.
Полезно! При добавлении кремния в медь, образуется сплав, обладающий отличной текучестью.
Лучшие показатели упругости свойственны бериллиевой бронзе. Также этот сплав отличается высокой твёрдостью. Он хорошо подвергается обработке (резке), часто используется для изготовления пружин, мембран, пружинящих контактов.
Свойства металла
В отличие от латуни бронза устойчивее переносит коррозию и любые механические воздействия, имеет лучшие антифрикционные свойства (показатель низкого коэффициента трения материалов). Она менее подвержена разрушению при длительном контакте с кислородом, солёной водой, углекислым газом, органическими кислотами. Большая часть разновидностей бронзовых сплавов подлежит варке и пайке посредством мягкого или твёрдого припоя.
Цвет металла определяется от количества и наименования добавленных компонентов. Варьируется он в диапазоне от белого, до красного. Физические свойства бронзы определяются в зависимости от легирующих элементов:
- Показатель прочности определяется в зависимости от присутствия олова, никеля, алюминия и кремния.
- Увеличение антифрикционных свойств происходит за счёт за счёт добавления свинца или фосфора.
- Рост температуры рекристаллизации осуществляется за счёт снижения размера зёрен сплава. Отражается это при добавлении никеля и железа.
- Стойкость к высоким температурам сказывается при внесении частиц кремния или марганца. Кроме того, увеличение жаропрочности происходит при добавлении хрома, циркония и бериллия, которые также сказываются на понижении коэффициента электропроводности.
Область применения
Вышеупомянутые свойства бронзы отражаются на том, что она становится достаточно популярной. Сплав применяется во многих отраслях: машиностроении, металлургии, электротехнике, химической промышленности, быту. В качестве более пристального раскрытия темы можно привести детальные примеры.
Промышленность
Как уже упоминалось, из-за низкой способности к усадке, оловянная бронза широко используется для изготовления пружин, подшипников, прижимных контактов.
Алюминиевая бронза дешевле, чем оловянная, но именно первый сплав имеет отличные антикоррозийные качества. Это делает его востребованным в изготовлении аппаратуры химического назначения и той, что часто контактирует с солёной морской водой.
Сплавы, имеющие высокую пластичность и упругость используются в производстве автомобильных прокладок, составляющих измерительных приборов, шестерен.
Материалы, невосприимчивые к возникновению коррозии и имеющие хорошую электропроводность, успешно применяют в электротехнической отрасли. К примеру, из бериллиевой бронзы изготавливают детали, пружинные контакты и интегральные схемы для мобильных телефонов, смартфонов и других гаджетов. По этой же причине металл используют в производстве фитинга для монтажа трубопроводов: краны, клапаны, тройники, переходники.
Бытовое назначение
Долговечность, твёрдость, прочность, стойкость к неблагоприятным условиям и воздействиям окружающей среды делают бронзу востребованной для изготовления уличных декоративных элементов. Встретить изделия из сплава можно практически на любой улице: фонари, скамейки, беседки, скульптуры и статуи.
За счёт оригинального желтоватого или красноватого оттенка, бронза считается высоко эстетическим композитом. Эта характеристика объясняет её популярность при изготовлении статуэток, мелких предметов интерьера и уличного декора.
Алюминиевой бронзе свойственен оттенок золотого. По этому признаку сплав используется для производства украшений: серёжек, колец, кулонов.
Популяризация бронзовой кухонной посуды наблюдалась ещё в начале Бронзового века, присутствует эта традиция и сегодня.
Процесс изготовления бронзы
Как уже упоминалось, бронза – это многокомпонентный сплав меди с другими элементами. В роли шихты для её производства применяют чистые металлы или уже скомбинированные сплавы, имеющие вид чушки. Последний способ более популярен и служит основным методом для приготовления литьевого сплава. Осуществляется он в 4 приёма:
- Загрузка готового сырья. Процесс выполняется размещением чушек в графитно-шамотные или графитно-карборудные тигли. Перед использованием формы предварительно прокаливаются и просушиваются.
- Приготовление расплава. На первом этапе плавится медь. Загружается она всем объёмом или небольшими партиями. Позже вносится фосфористая медь, что становится причиной образования жидкого фосфата, который удаляется. Только после очистки добавляются иные составляющие, которые предусмотрены рецептурой.
- Перегрев. Содержимое тиглей нагревается до 1 150-1 200°С. На этом этапе оловянная бронза выплавляется с помощью древесного угля или угля с добавлением солей. При обнаружении кремния, магния или алюминия (выступающих в данном случае в роли шлака), вносятся жидкие солевые флюсы.
- Дегазация. Здесь происходит очистка внутренней структуры от содержащегося в ней газа. В большинстве случаев это водород.
Важно! На заключительном этапе выполняется цикл модифицирования для увеличения качественных свойств полученного сплава. Конкретный метод определяется в зависимости от конечного состава бронзы.
Заключение
История открытия бронзы тянется из глубины веков. На протяжении нескольких тысячелетий человек изготавливал их этого сплава приспособления, облегчающие его жизнь. Сегодня она не менее популярна, чем в прошлом тысячелетии и, благодаря своим удивительным свойствам, применяется практически повсеместно.
Бронза сплав
Цвет бронзы, с увеличением процентного содержания олова, переходит из красного (90% — 99% меди) в желтый (85% меди), белый (50%) и стально-серый (до 35% меди). Что касается тягучести , то при 1% — 2% олова сплавы ковки на холоду, но менее, нежели чистая медь; при 5% олова бронзу можно ковать только при температуре красного каления, а при содержании свыше 15% олова ковкость совершенно пропадает; сплавы с очень большим процентом олова опять становятся несколько мягкими и вязкими. Сопротивление разрыву зависит частью от состава, частью от агрегатного состояния, обусловливаемого способом охлаждения; при полной однородности и одинаковом составе, бронза с мелкокристаллическим строением обладает большей способностью сопротивления. Удельный вес бронзы обыкновенно больше, чем среднее из удельного веса составных частей, и меняется от проковки и более или менее быстрого охлаждения. По исследованиям Риша (Riche), сплав, отвечающий формуле SnCu 3 , имеет наибольший уд. вес 8,91 (следовательно, при его образовании происходит наибольшее сжатие); строение его кристаллическое, цвет синеватый; при медленном охлаждении он остается совершенно однородным; по всей видимости, здесь имеется определенное химическое соединение. Подобными же свойствами обладает сплав SnCu 4 . Под влиянием влажности и углекислоты воздуха и тому подобных причин, на бронзе, с течением времени, появляется иногда превосходный голубовато-зеленый налет, или слой основных медных солей, столь ценимый в бронзовых предметах знатоками и носящий название Aerugo nobilis, Patina, Verde antico. Patina предохраняет бронзу от дальнейшего изменения; имеет ли влияние на быстроту появления ее состав бронзы — вопрос спорный; известно, что образование patina можно ускорить искусственным образом, но только в ущерб красоте. Не так давно был поднят вопрос по поводу того, что бронзовые статуи в больших городах (Лондоне, Берлине) или прямо чернеют, или же образовавшаяся на них зеленая patina постепенно приобретает более темный, почти черный цвет. Комиссия, собранная по этому поводу в Берлине, решила, что такое явление зависит от дымной и пыльной атмосферы больших городов, где здания отапливаются по преимуществу каменным углем, содержащим сернистые соединения. Для сохранения статуй рекомендуют чистить их раствором спермацета в бензине.
Античная бронза была известна людям гораздо раньше латуни (см.); в очень отдаленный времена ею, как известно, пользовались для выделки оружия, монет, различных украшений и т. п. (бронзовый век). Бронзу получали тогда выплавкой медных и оловянных руд, а потому в античной бронзе нередко содержатся, в виде примеси, железо, кобальт, никель, свинец, цинк, серебро и др. Наиболее старинная бронза, золотистого цвета, содержит приблизительно 88% меди и 12% олова (F. Wibel, «Die Cultur der Bronzezeit Nord— und Mitteleuropas», Киль, 1865).
Пушечный , или артиллерийский , металл состоит (в круглых цифрах) из 90—91 ч. меди и 9—10 ч. олова (содержит также иногда небольшие количества цинка и свинца). Сплавы с таким составом весьма склонны к ликвации. Уд. вес артиллерийского металла, содержащего 10% олова, равен 8,87. Бронза для орудий должна отличаться твердостью, вязкостью, упругостью, обладать большим сопротивлением разрыву и возможной индифферентностью по отношению к химическим агентам; этим требованиям удовлетворяют сплавы указанного состава, но только до известной степени. Так называемая стальная бронза Ухациуса (Stahl-bronze) содержит 8% олова. Для увеличения сопротивления разрыву такую бронзу подвергают сильному давлению, загоняя при помощи гидравлического пресса в высверленное жерло пушки стальной конус большего диаметра.
Колокольный металл отличается от предыдущего большим содержанием олова; средний состав его: 78% меди и 22% олова; уд. вес 8,368. Содержание серебра в некоторых колоколах составляет случайную или излишнюю примесь: ошибочно думают, что серебро увеличивает звучность колоколов. Сплав меди с оловом указанного состава обладает всеми теми свойствами, которые можно требовать от хорошего колокола, т. е. звучностью, достаточной твердостью и прочностью (противодействием разрыву). В изломе он мелкозернист, желтовато-серого цвета, легкоплавок, хрупок. Известный тон колокола зависит от его формы, отливки и состава. Сплавы, идущие на изготовление музыкальных ударных инструментов и для китайских там-там или гонг-гонг , имеют состав, подобный колокольному металлу. Особенная звучность китайских инструментов достигается быстрым охлаждением сплава (закалкой) и продолжительной проковкой.
Новая статуйная бронза . Употребление для литейных работ бронзы, состоящей только из меди и олова, кроме сравнительной дороговизны представляет немало и других неудобств: такая бронза довольно трудноплавка, не так хорошо отливается в форму, при затвердевании легко подвергается ликвации, что невыгодно отражается на наружном виде отлитых предметов и на образовании равномерного слоя медных солей (patina); притом она трудно поддается обработке резцом. Эти неудобства могут быть устранены известным изменением состава бронзы, а потому в настоящее время при отливке статуй часть олова в бронзе заменяют цинком. Сплавы с 10%—18% цинка и 2% — 4% олова отличаются красивым красновато-желтым цветом, хорошо выполняют малейшие углубления формы, достаточно вязки для обработки и приобретают от действия атмосферных влияний красивый зеленый налет (patina). Большее содержание олова делает бронзу слишком хрупкой, а от излишней прибавки цинка она теряет свой цвет и покрывается некрасивым темным налетом металлических соединений. От примеси свинца бронза становится более способной к обработке, но уже при количествах свыше 3% сплавы весьма легко подвергаются ликвации. По Д’Арсе, наиболее пригодна для отливки статуй бронза, состоящая из 82% меди, 18% цинка, 3% олова и 1,5% свинца. Нормальная бронза Эльстера содержит 86⅔% меди, 6⅔% олова, 3⅓% свинца и 3⅓% цинка.
Фосфорная бронза , предложенная Кюнцелем в 1871 г., состоит из 90% меди, 9% олова и 0,5% — 0,6% фосфора; употребляется для отливки пушек, колоколов, статуй, подшипников, различных частей машин и т. п. Прибавка фосфора (в виде фосфорной меди или олова) увеличивает упругость бронзы, сопротивление разрыву и твердость; расплавленный металл легко отливается и хорошо выполняет углубления формы. Изменяя весовые отношения составных частей, можно придать сплавам желаемые свойства: сделать их мягкими как медь или вязкими как железо, и твердыми как сталь; от ударов и толчков строение фосфористой бронзы не меняется; при содержании фосфора свыше 0,5% цвет ее золотистый.
Алюминиевая бронза (см.) — сплавы меди с алюминием, содержащие от 5% до 10% этого последнего и 90% — 95% меди. Цвет бронзы, при содержании 5% алюминия, весьма похож на золото; кроме красоты, она отличается многими другими превосходными качествами (между прочим, сплавы с 8% — 5% алюминия весьма тягучи). В торговле имеется алюминиевая бронза пяти сортов, с различной степенью тягучести и противодействия разрыву; она хорошо сопротивляется окислению и действию морской воды, гораздо лучше, чем другие сплавы. Примесь кремния меняет цвет и свойства алюминиевой бронзы. Как материал для изготовления различных частей машин, она вытесняет на бумажных фабриках и пороховых заводах фосфорную бронзу («Jahresber. üb. d. Leist. d. ehem. Tecbnol.», 1890, 359).
Кремневая бронза обладает таким же сопротивлением разрыву, как фосфористая бронза и отличается большой электропроводностью, употребляется для телефонных проволок. Вейлеровская кремневая бронза (для телефонных проволок) содержит, по анализу Гампе, 97,12% меди, 1,62% цинка, 1,14% олова и 0,05 кремния.
Марганцовая бронза получается сплавлением марганцовистого чугуна (ферромангана) с медью, затем, с медью и цинком или же с медью, цинком и оловом. Bronce Company в Англии изготовляет пять сортов ее, которые отличаются друг от друга по своим свойствам (твердости, вязкости, сопротивлению разрыву) и применяются для различных целей (Heinzerling, «Abriss d. Chem. Technologie», 1888).
Кроме этих сортов бронзы, существуют еще многие другие сплавы, имеющие различные применения; такова, напр., бронза для зеркал, медалей, монет, подшипников и различных частей машин и т. д.
Подробная статья о бронзе, с указанием литературы предмета, имеется в руководстве: Kerl и Stohmann (Maspratt), «Handbuch d. technisch. Chemie» (3 изд., см. отд. Kupfer, 4-е изд. еще не доведено до конца).
Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. — С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890—1907 .
Состав бронзы: сплав меди с другими металлами, расшифровка
Бронза – это металл, полученный путём смешивания расплавов меди и некоторых других металлов и неметаллов. Как правило, количество присадочных к меди компонентов не превышает трёх процентов, но существуют и исключения из этого правила – в больших количествах могут присаживаться цинк и никель. Такие сплавы называют латунью и купроникелем (мельхиором) соответственно. В других сплавах цинк тоже может присутствовать, но с ограничением: его количество не должно превышать суммы остальных присаживаемых металлов. Если это произойдёт, сплав окажется латунью.
Этот металл-сплав появился около пяти с половиной тысяч лет назад. Именно тогда начался бронзовый век. А до этого времени плавили только медь – этот металл был основой всех орудий труда. Когда же случилось соединить расплавы меди и олова, получился другой металл, который был назван бронза – это сплав меди с оловом, более твёрдый, чем исходные металлы. Он сразу нашёл себе широкое применение во всех сферах жизни человека: из него делали холодное оружие и кухонную утварь, зеркала и украшения, монеты и творения скульпторов.
Средневековые мастеровые из бронзы отливали колокола для нужд церкви и пушки для армии. На отливку пушек шла специально изготовленная бронза. Эта технология существовала до девятнадцатого века. Ниже приводятся интересные факты о бронзе.
Способы изготовления и характеристики
Физические данные
Характеристики сплава определяются его химическим составом и могут изменяться в некоторых пределах. Бронза менее подвержена коррозии и обеспечивает лучшее скольжение металла по металлу, чем латунь. У неё выше прочность и она менее подвержена атмосферным воздействиям (вода и воздух) и лучше сопротивляется солям и органическим кислотам. Легко поддаётся механической обработке, её можно паять и скреплять сварочными работами. Некоторые физические характеристики бронзы:
- удельный вес от 7,8 до 8,7 тонны/куб. метр;
- температура плавления бронзы – плавится при нагревании от 930 до 1140 градусов;
- изменения цвета от красного – цвета меди, до белого – цвета олова;
- стойкость к износу и хорошее скольжение по металлу предопределяет сферу применения в качестве подшипников скольжения, они хорошо работают в любых температурных условиях;
- отмечается высокая электропроводимость и передача тепла, стойкость к паровому воздействию, что способствует изготовлению деталей для техники, работающей в экстремальных ситуациях.
Как изготовить бронзу
Плавление и смешивание расплавов меди и присадок разных металлов, позволяющих придать сплаву те или иные требуемые характеристики, приводит к получению такого металла-сплава, как бронза. В технологическом процессе изготовления задействованы электрические печи индукционного типа и тигельные горны, с их помощью можно изготовить любые сплавы с медью.
Плавление производится с флюсовыми добавками, при этом исходным сырьём для плавки может быть как медная руда, так и лом меди. Как правило, медный лом добавляется в расплав вмести с присаживаемым металлом в процессе плавки. При плавке только из медной руды выполняются следующие операции:
- печь разогревают, закладывают в неё медную руду с флюсовыми добавками, и плавят при температуре около 1200 градусов;
- добавляют химический окислитель – фосфористую медь, половина могла быть загружена в составе флюса, а остаток дополнительно загружается ковшом;
- при плавлении в раскисленный расплав меди добавляют присадочные металлы, предварительно подогретые до ста градусов;
- после получасового отстаивания расплава, с его поверхности снимают всплывший шлак, и полученный сплав распределяют по формам.
При использовании медного лома процедура изготовления бронзы такая же.
Разновидности
По соотношению содержания основных компонентов бронзы – меди и олова известны два основных вида: оловянный, когда основным присадочным материалом является олово, и безоловянный, если олово присутствует в совсем малом количестве.
Оловянная бронза
Классическая или оловянная бронза – универсальный материал не только в промышленности, но и в других сферах жизнедеятельности человека. В этом сплаве на 80 частей меди приходится 20 частей олова, он хорошо плавится, имеет высокую прочность, довольно твёрдый, не подвержен коррозии, износостоек и способствует снижению трения металлов.
Эти достоинства оловянной бронзы приводят к сложностям в некоторых других отношениях: сплав сложно ковать и резать, затачивать острые кромки и штамповать, зато просто делать из него отливки. Осадка при охлаждении заливки не превышает одного процента, что позволяет применять материал в художественных изделиях особой точности.
Для придания сплаву дополнительных свойств, в его состав могут включаться присадки других металлов и неметаллов:
- цинк в количестве до 10% улучшает антикоррозийные свойства, детали из такого сплава применяют в кораблестроении, где агрессивной средой является солёная вода;
- свинец и фосфор способствуют лучшему скольжению бронзовых изделий по другим металлам, такой сплав легче режется и штампуется.
Безоловянная
Бронза без олова – иногда использование в сплаве олова не допускается, а требуемые характеристики получают присадками других металлов. Современные технологии позволяют подобрать присадки таким образом, что изделия из бронзы без олова вполне заменяют изделия из классической бронзы.
Свинцовистая бронза – отлично скользящий по металлу сплав, выдерживает большое давление, очень прочен и плавится с трудом. Сфера его применения – подшипники, работающие под большим давлением.
Кремниевая – на 97% это медь, немного олова и пять сотых процента кремния, он добавлен для увеличения электрической проводимости и применяется такая бронза в качестве жил телефонных кабелей. Она не магнитная, хорошо паяется, упругая и устойчива к низким температурам. Дополнительно может содержать марганец.
Бериллиевая – самая твёрдая. Очень устойчив этот сплав к коррозии и экстремальным температурам как плюсовым, так и отрицательным. Это немагнитный металл и при соударениях от него не бывает искр. Дополнительно в него можно присаживать никель или кобальт. Изготавливают из сплава упругие изделия – пружины, мембраны, пластины.
Алюминиевая – состав простой, алюминия пять процентов, остальное – медь. Цвет бронзы блестящий золотистый, она устойчива к действию химических веществ – кислот. Она прочная по твёрдости и жаропрочная, сохраняет свои свойства и при крайне низких температурах. Коррозии противодействует слабо и при отливке даёт значительную усадку. За красивый цвет используется в ювелирном производстве, изготовлении монет и медалей. Физические свойства предопределяют использование сплава в деталях изделий автомобильной промышленности, пороховом и пиротехническом производстве.
Маркировка
Какие металлы входят в состав бронзы? Узнать основной состав бронзы позволяет её маркировка, разработанная на основе государственных стандартов. Пример: БрОФ 7. Первые две буквы, это бронза; состав сплава: О – это олово; Ф – это фосфор; 7 – содержание присадки, в этом случае олова, поскольку содержание второго присадочного вещества в маркировке не указано. Обозначения других присадочных веществ: А – алюминий, К – кремний. Мц – это марганец, Ж – железо и так далее, по первым буквам присадки.
Процент содержания меди в маркировке указывать не принято, его вычисляют расчётом как остаток от разности. В примере – это 93%. От химического состава бронзы зависит её цвет. Содержание меди в сплаве определяет его цвет – чем оно выше, тем краснее будет бронза, и наоборот. Если меди будет только 50%, а всё остальное – светлые присадки, то сплав по цвету будет напоминать серебро.