Бронза - склад сплаву. Хімічний склад бронзи

Багато людей знають про бронзі лише те, що з неї відливають скульптури і пам`ятники. Насправді, цей метал обділений народним увагою незаслужено. Адже не дарма в історії людства був навіть бронзовий вік - ціла епоха, протягом якої сплав займав домінуюче положення. Це один з небагатьох матеріалів, що використовуються як у промисловості, так і в мистецтві. Якості, якими володіє сплав міді з оловом, є просто незамінними в багатьох галузях виробництва. Її використовують при виготовленні знарядь, у машинобудуванні, відливанні церковних дзвонів і так далі. При цьому сьогодні налічується велика кількість марок металу, кожна з яких володіє певними, заздалегідь змодельованими властивостями.

Застосування бронзи в минулому

Перші згадки про сплав міді та олова датовані IV тисячоліттям до нашої ери. Саме цей технологічний прорив, як вважають історики, дозволив цивілізації Месопотамії зайняти в той час лідируюче положення. Археологічні розкопки, проводяться в Південному Ірані, свідчать про повсюдне використання бронзи для виготовлення наконечників стріл, кинджалів, списів, сокир, мечів. Серед знахідок зустрічаються навіть предмети інтер`єру, наприклад, меблі і дзеркала, а також глечики, амфори, вази і тарілки. Для карбування стародавніх монет і виготовлення прикрас застосовувався цей же сплав.

Бронза в середні століття починає активно використовуватися в Європі. З неї виготовляють такі масивні предмети, як гармати і церковні куполи. У більш пізній період, з розвитком машинобудування, настільки універсальний метал теж не залишився непоміченим. Його по достоїнству оцінили, головним чином, за антифрикційні й антикорозійні властивості. Разом з тим необхідно відзначити, що матеріал, що використовується раніше, дещо відрізнявся від того, яким сьогодні є бронза. Склад сплаву містив безліч другорядних домішок, значно погіршують його якість.

Хімічний склад сучасної бронзи

Сьогодні в матеріалознавстві бронзою називають сплав двох металів: міді та олова, які можуть використовуватися в самих різних пропорціях. Для додання металу заданих якостей до цієї пари можуть додаватися цинк, фосфор, магній, свинець і кремній. Присутність випадкових домішок за допомогою сучасних технологій практично зведено до нуля.

У більшості випадків прийнятним вважається співвідношення міді з оловом в пропорціях 85 на 15 відсотків. Зменшення частки другого компонента нижче зазначеної відмітки породжує цілу низку проблем, основною з яких є ліквація. Даним терміном металурги називають процес розшарування сплаву і його нерівномірне застигання.

Вплив кольору сплаву на його якість

Знаючі люди можуть багато дізнатися про матеріал, лише подивившись на колір, яким володіє бронза. Склад безпосередньо впливає на цей параметр. Як неважко здогадатися, червоний відтінок сплаву надає мідь. Тому зменшення її процентного співвідношення на користь інших компонентів означатиме поступовий перехід кольору до більш тьмяним тонам.

При звичайному балансі складових (85% міді) бронза відливає жовтизною. Таку її різновид можна зустріти найчастіше. Білий сплав виходить після доведення співвідношення до пропорції 50:50. А от щоб бронза стала сірою, необхідно зменшити кількість міді до 35%.

Що стосується зміни практичних характеристик сплаву при експериментуванні з його складом, то тут ситуація наступна. Ковкість матеріалу буде прямо залежати від вмісту в ньому олова. Чим його менше, тим більш піддатливою буде бронза, але дане твердження вірне лише до певної межі. Так, при досягненні позначки в 50% сплав знову стає м`яким.

Бронза в мистецтві

Міцний і довговічний матеріал, що володіє при цьому досить низькою температурою плавлення і гарну ковкість, не міг не зацікавити творчих людей, зокрема скульпторів. Вже в V-IV століттях до нашої ери в Греції була відпрацьована до найменших деталей технологія виготовлення бронзових статуй, яка актуальна і сьогодні. Полягає вона в тому, що статуя з вогнестійкого матеріалу спочатку замінюється воском, який безпосередньо при литті знищується. Для цього по малюнку спочатку повинна бути виготовлена гіпсова модель, а після форма для відливання. Воскове зміст при впливі температури попросту плавиться, і його місце займає бронза, яка остигає і твердне. Після чого її залишається тільки обробити і довести до досконалості.

Артилерійський метал

Для виготовлення гармат, а в подальшому і іншої військової техніки, завжди використовувалася бронза. Склад сплаву, який застосовується для цих цілей, як правило, містить 90% міді і лише 10% олова. Це пов`язано з тим, що матеріал для знарядь повинен бути дуже міцним і володіти підвищеним опором розриву. Такими якостями володіє марка бронзи БрАЖМц10-3-1.5. Крім основних компонентів, в її складі міститься 1-2% марганцю, що підвищує антифрикційні і температурні характеристики.

Виготовлення церковних дзвонів

Дзвін зобов`язаний бути мелодійним, а його звук повинен радувати слух на великій відстані. Як не дивно, але бронза володіє такими музичними талантами. Для поліпшення звучання дзвони його виготовляють із сплаву з підвищеним вмістом олова (від 20 до 22%). Іноді в нього також додають трохи срібла. Марки бронзи, які використовують при виготовленні дзвонів та інших ударних інструментів, для практичного застосування в інших галузях абсолютно непридатні. Це пов`язано з тим, що такий сплав має дрібнозернистою структурою і підвищеною крихкістю.

Фосфорна і алюмінієва бронза

Вперше сплав, що складається з 90% міді, 9% олова і 1% фосфору був застосований Кюнцель в 1871 році. Він був названий фосфорної бронзою, а знайшов своє застосування матеріал головним чином в машинобудуванні. З нього відливаються різні деталі машин, які схильні до підвищеного тертя. Фосфор необхідний для збільшення пружності та підвищення антикорозійних властивостей. Головною перевагою цього металу є те, що він ідеально заповнює будь-які поглиблення при литві.

Алюмінієва бронза, склад якої відрізняється підвищеним вмістом міді (до 95%), за зовнішнім виглядом дуже схожа на золото. Крім краси, вона має і ряд інших незаперечних переваг. Так, наприклад, додавання 5% алюмінію дозволяє сплаву витримувати тривалий час вплив агресивного середовища, такий як підвищена кислотність.

Як матеріал для виготовлення різних частин машин, даний метал практично повсюдно витіснив фосфорну бронзу на паперових фабриках і в пороховому виробництві через більш високого протидії розриву.

Кремнієва і марганцева бронза

Кремній додають у сплав для підвищення електропровідності. Це її якість використовується при виробництві телефонних проводів. Еталонний складу кремнієвої бронзи виглядає наступним чином: 97,12% міді, 1,14% олова, 0,05% кремнію.

Найскладнішим процесом отримання може похвалитися сплав з вмістом марганцю. Вся процедура проходить у кілька етапів. Спочатку ферроманган додають в розплавлену мідь. Потім, витримавши заданий температурний режим, додається олово, а при необхідності цинк. Англійська фірма Bronce Company виготовляє декілька сортів марганцевої бронзи, що володіє різною в`язкістю і твердістю. Застосовуватися подібний сплав може практично у всіх галузях виробництва.