Бронза - це сплав. Характеристики бронзи

Бронза - це сплав, в основі якого лежить мідь. Допоміжними металами можуть бути нікель, цинк, олово, алюміній та інші. У цій статті ми розглянемо види, технологічні ознаки, хім. склад бронзи, а також способи її виготовлення.

Класифікація

1. За хімічним складом цей метал прийнято ділити на дві групи. Перша - це олов`яні бронзи. У них олово є головним легуючим елементом. Друга - безолов`яні. Нижче ми поговоримо про це більш докладно.

2. За технологічними ознаками бронзи прийнято ділити на деформуються і ливарні. Перші добре обробляються під тиском. Другі використовуються при фасонних виливок.

Цей метал в порівнянні з латунню володіє набагато кращими антифрикційними, механічними властивостями, а також корозійної стійкістю. По суті, бронза - сплав міді та олова (як основного допоміжного елемента). Нікель і цинк тут не є головними легирующими елементами, для цього використовують такі компоненти, як алюміній, олово, марганець, кремній, свинець, залізо, берилій, хром, фосфор, магній, цирконій та інші.

Олов`яні бронзи: ливарні

Давайте розберемося, що являє собою такий метал. Олов`яна бронза (фото, наведене нижче, демонструє литі деталі) - це сплав, у якого вологотекучість нижче, ніж у інших видів. Однак вона має несуттєву об`ємну усадку, що дозволяє отримувати фасонні бронзові виливки. Зазначені властивості зумовлюють активне застосування бронзи при литті антифрикційних деталей. Також розглянутий сплав застосовують при виготовленні арматури, призначеної для експлуатації у водному середовищі (у тому числі в морській воді) або у водяній парі, в оліях і під високим тиском. Існують і так звані нестандартні ливарні бронзи відповідального призначення. Вони використовуються у виробництві підшипників, шестерень, втулок, частин насосів, малоуплотнітельних кілець. Такі деталі призначені для роботи в умовах високого тиску, при великих швидкостях і малих навантаженнях.

Свинцеві бронзи

Цей підвид ливарних олов`яних сплавів застосовується у виготовленні підшипників, сальників і фасонних виливків. Характеризуються такі бронзи невисокими механічними властивостями, внаслідок чого в процесі виготовлення підшипників і втулок їх просто наносять на сталеву основу у вигляді вельми тонкого шару. Сплави же з підвищеним вмістом олова мають більш високі механічні властивості. Тому вони можуть використовуватися без сталевої основи.

Олов`яні бронзи: деформуються

Сплави, оброблювані тиском, прийнято ділити на наступні групи: олов`яно-фосфористий, олов`яно-цинкові і олов`яно-цинково-свинцеві. Вони знайшли своє застосування в целюлозно-паперовій промисловості (з них роблять сітки) та машинобудуванні (виробництво пружин, підшипників і деталей машин). Крім того, ці матеріали застосовуються при виготовленні біметалевих виробів, прутків, стрічок, смуг, зубчастих коліс, шестерень, втулок і прокладок високонавантажених машин, трубок контрольно-вимірювальних приладів, манометричних пружин. В електротехніці широке застосування бронзи (деформируемой) пояснюється відмінними механічними властивостями (поряд з високими електричними характеристиками). Вона використовується при виготовленні струмоведучих пружин, штепсельних роз`ємів, контактів. У хімічній промисловості з олов`яних бронз виробляють пружинний дріт, в точній механіці - арматуру, у паперовій промисловості - шабери, в автомобільній і автотракторної - втулки і підшипники.

Ці сплави можуть поставлятися в особливо твердому, тверді, напівтверді і м`якому (отожженном) стані. Олов`яні бронзи зазвичай обробляються холодними (методом прокатки або волочінням). Гарячий метал піддається тільки пресуванню. Під тиском бронза прекрасно обробляється як в холодному, так і в гарячому вигляді.

Берилієва бронза

Це сплав, що відноситься до групи дисперсійно-твердіючих металів. Він володіє високими механічними, фізичними і пружними властивостями. Берилієва бронза відрізняється високим рівнем жароміцності, корозійної стійкості та циклічної міцності. Вона стійка до низької температури, що не магнітиться і не дає іскрінь при ударах. Загартування берилієвих бронз здійснюється при температурах 750-790 градусів за Цельсієм. Добавка кобальту, заліза і нікелю сприяє при термічній обробці уповільнення швидкості фазових перетворень, це суттєво полегшує технологію старіння і загартування. Крім того, додавання нікелю сприяє підвищенню температури рекристалізації, а марганець може замінити, нехай і не в повній мірі, дорогий берилій. Зазначені вище характеристики бронзи дозволяють використовувати цей сплав при виготовленні пружин, пружних деталей, а також мембран в часовий промисловості.

Сплав міді з марганцем

Така бронза відрізняється особливими високими механічними якостями. Вона обробляється тиском, як в холодному, таки в гарячому стані. Цей метал характеризується підвищеною жароміцністю, а також корозійну стійкість. Сплав міді з додаванням марганцю знайшов широке застосування в котельній арматурі.

Кремнієва бронза

Це сплав, до складу якого входить нікель, рідше - марганець. Такий метал відрізняється надвисокими механічними, антифрикційними і пружними властивостями. При цьому кремнієва бронза не втрачає своєї пластичності в умовах низької температури. Сплав добре паяється, обробляється тиском і при високих, і при низьких температурах. Розглянутий метал не магнітиться, що не іскрить при ударах. Цим пояснюється широке застосування бронзи (кремнієвої) в морському суднобудуванні при виготовленні антифрикційних деталей, підшипників, пружин, решіток, випарників, сіток і направляючих втулок.

Ливарні безолов`яні сплави

Даний вид бронз характеризується хорошими корозійними, антифрикційними властивостями, а також високою міцністю. Вони використовуються для виготовлення деталей, що експлуатуються в особливо важких умовах. Це, наприклад, зубчасті колеса, клапани, втулки, шестерні для потужних турбін і кранів, черв`яки, які працюють в спарці з зміцненими сталевими деталями, підшипники, що працюють в умовах високого тиску і при ударних навантаженнях.

Як зробити бронзу?

Виготовлення цього металу необхідно проводити в спеціальних печах, застосовуваних для виплавки мідних сплавів. Шихту для бронзи можна скласти з свіжих металів або ж з додаванням вторинних відходів. Процес плавки зазвичай здійснюють під шаром флюсу або деревного вугілля.

Процес з використанням шихти зі свіжих металів відбувається в певній послідовності. Спочатку в сильно розігріту піч завантажується необхідну кількість флюсу або деревного вугілля. Потім туди поміщають мідь. Дочекавшись її розплавлення, підвищують температуру нагрівання до 1170 градусів. Після цього розплав необхідно розкислювати, для чого додають фосфористу мідь. Цей процес можна проводити в два прийоми: безпосередньо в печі, а потім в ковші. У такому випадку добавка вводиться в рівних пропорціях. Далі в розплав додають підігріті до 120 градусів необхідні легуючі елементи. Тугоплавкі компоненти слід вводити у вигляді лігатур. Далі розплавлена бронза (фото, наведене нижче, демонструє процес виплавки) перемішується до повного розчинення всіх доданих речовин і нагрівається до заданої температури. При видачі отриманого сплаву з печі, перед розливанням, його необхідно остаточно розкислювати залишком (50%) фосфористої міді. Це робиться для вивільнення бронзи від оксидів та підвищення жидкотекучести розплаву.

Виплавка на основі оборотних матеріалів

Для того щоб виготовити бронзу з використанням вторинних металів і відходів, плавку слід проводити в наступному порядку. Спочатку розплавляють мідь і раскисляют її фосфористих добавками. Потім додають в розплав оборотні матеріали. Після цього чекають повного розплавлення металів і вводять легуючі елементи у відповідній послідовності. У тому випадку, якщо шихта складається з малої кількості чистої міді, слід спочатку розплавляти оборотні метали, а потім додавати мідь і легуючі елементи. Плавка проводиться під шаром флюсу або деревного вугілля.

Після розплавлення шихти і нагрівання її до необхідної температури проводиться остаточне розкислення суміші фосфористої міддю. Далі розплав накривають зверху прожареним вугіллям або просушеним флюсом. Витрата останнього становить 2-3 відсотки від маси металу. Нагріте розплав витримується 20-30 хвилин, періодично помішує, а потім з його поверхні видаляється виділений шлак. Все, бронза готова для лиття. Для кращого зняття шлаку в ківш можна додати кварцовий пісок, який згущує його. Щоб визначити, чи готова бронза для розливання у форми, проводиться спеціальна технологічна проба. Злам такого зразка повинен бути однорідним і чистим.

Алюмінієва бронза

Це сплав міді та алюмінію в якості легуючого елемента. Процес плавки даного металу істотно відрізняється від наведених вище, що пояснюється хімічними особливостями допоміжного компонента. Розглянемо, як зробити бронзу з використанням алюмінієвих легуючих компонентів. При виготовленні цього виду сплаву з використанням оборотних матеріалів в шихті операцію з раскислению фосфористих компонентами не застосовують. Це пояснюється тим, що фосфор характеризується меншим спорідненістю до молекул кисню, ніж алюміній. Також слід знати, що даний вид бронзи вельми чутливий до перегрівів, тому температура не повинна перевищувати 1200 градусів. У перегрітому ж стані алюміній окислюється, і бронзовий сплав насичується газами. Крім того, окис, утворена при плавці такого виду бронзи, не відновлюється шляхом додавання раскислителей, і її досить важко видалити з розплаву. Окісна плівка має дуже високу температуру плавлення, що істотно знижує вологотекучість бронзи і викликає брак. Плавка проводиться дуже інтенсивно, на верхніх межах температур нагрівання. Крім того, не слід затримувати готовий розплав в печі. При плавці алюмінієвої бронзи в якості покриває шару рекомендується використовувати флюс, який складається на 50% з кальцинованої соди і на 50% з кріоліту.

Готовий розплав перед розливанням за формами рафінують шляхом введення в нього хлористого марганцю або хлористого цинку (0,2-0,4% від загальної маси шихти). Після цієї процедури сплав слід витримати п`ять хвилин до повного припинення газовиділення. Після чого суміш доводять до необхідної температури і розливають у форми.

З метою попередження ликвации в розплав бронзи з високим вмістом свинцевих домішок (50-60%) рекомендується додавати 2-2,3% нікелю у вигляді меднонікелевих лігатур. Або ж як флюсів необхідно використовувати сернокислую сіль лужних металів. Нікель, срібло, марганець, якщо вони входять до складу бронзи, слід вводити в розплав до процедури присадки олова. Крім того, для поліпшення якості одержуваного сплаву її іноді модифікують незначними добавками на основі тугоплавких металів.