Новости02.04.2018 |
Алюминиевая бронза — это сплав меди, в котором алюминий — основной легирующий элемент. Содержание алюминия в таких сплавах 5 — 10 %. Изделия из бронз БрА5БрА7, БрАМЦ9-2, БрАЖ9-4, БрАЖН10-4-4 имеют соломенно-желтый цвет с красноватым оттенком. По сравнению с другими бронзами алюминиевые обладают более высокой твердостью и коррозионной стойкостью. Сплавы БрА5, БрА7, БрАМЦ9-2, БрАЖ9-4, БрАЖН10-4-4 слабо окисляются при высоких температурах. Алюминиевая бронза активно применяется в:
Также возможно применение бронз при изготовлении деталей двигателей внутреннего сгорания, так как они обладают слабой реакцией на воздействие сернистых соединений, слабо поддаются коррозии в атмосферных условиях. Химический состав сплавом алюминиевых бронз регламентируется в Российской Федерации ГОСТом 18175-78. Соответствие химического состава сплава международным стандартам предусмотрено в ISO 428.
Один из видов цветного металлопроката, который может быть изготовлен из данного вида бронз — прутки бронзовые ГОСТ 1628-78. Из алюминиевых бронз производят представленные ниже виды цветного металлопроката.
| Производственный отдел
| |||||||
Маркировка бронз
Бронза — сплав меди с оловом, алюминием, кремнием, бериллием и другими элементами, за исключением цинка. В зависимости от легирования бронзы называют оловянными, алюминиевыми, кремневыми, бериллиевыми и т.д.
Марку бронз составляют из букв «Бр», характеризующих тип сплава (бронза), букв, указывающих перечень легирующих элементов в нисходящем порядке их содержания, и цифр, соответствующих их усредненному количеству в процентах. Например: маркой Бр. ОЦС4-4-2,5 обозначают бронзу, содержащую 4% олова, 4% цинка, 2.5% свинца и 89,5% меди (100-(4+4+2.5)=89,5% ).
Принято все бронзы делить на оловянные и безоловянные.
Оловянные бронзы.
Сплавы меди с оловом 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 легируют цинком, никелем и фосфором. Цинка добавляют до 10%, в этом количестве он почти не изменяет свойств бронз, но делает их дешевле. Свинец и фосфор улучшают антифрикционные свойства бронзы и ее обрабатываемость резанием.
Применение некоторых литейных оловянных бронз
Деформируемые бронзы:
БрОФ6,5-0,4 — пружины, барометрические коробки, мембраны, антифрикционные детали
БрОЦ4-3 — плоские и круглые пружины
БрОЦС4-4-2,5 — Антифрикционные детали
Литейные бронзы:
БрО3Ц12С5 — Арматура общего назначения
БрО5ЦНС5 — Антифрикционные детали, вкладыши подшипников и арматура
БрО4Ц4С17 — Антифрикционные детали (втулки, подшипники, вкладыши, червячные пары)
Бронзы безоловянные.
В настоящее время существует ряд марок бронз, не содержащих олова. Это двойные или чаще многокомпонентные сплавы меди с алюминием, марганцем, железом, свинцом, никелем, бериллием и кремнием.
Алюминиевые бронзы. Алюминиевые бронзы хорошо
сопротивляются коррозии в морской воде и тропической атмосфере, имеют высокие
механические и технологические свойства. Однофазные бронзы, обладающие высокой
пластичностью, применяют для глубокой штамповки. Двухфазные бронзы подвергают
горячей деформации, или применяют в виде фасонного литья.
Литейные свойства алюминиевых бронз ниже, чем литейные свойства оловянных
бронз, но они обеспечивают высокую плотность отливок.
Кремнистые бронзы. При легировании меди кремнием (до 3,5%) повышается прочность, а так же пластичность. Никель и марганец улучшает механические и коррозионные свойства кремнистых бронз, эти бронзы легко обрабатываются давлением, резанием и свариваются. Благодаря высоким механическим свойствам, упругости и коррозионной стойкости их применяют для изготовления пружин и пружинящих деталей приборов и радиооборудования, работающих при температуре до 2500С, а также в агрессивных средах (пресная, морская вода).
Бериллиевые бронзы. Эти бронзы относятся к сплавам, упрочняемые термической обработкой. Обладая высокими значениями временного сопротивления, пределами текучести и упругости, бериллиевые бронзы хорошо сопротивляются коррозии, свариваются и обрабатываются резанием. Бериллиевые бронзы применяют для мембран, пружин, пружинящих контактов, деталей, работающих на износ, в электронной технике
Свинцовые бронзы. Свинец практически не растворяется в жидкой меди. Поэтому сплавы после затвердевания состоит из кристаллов меди и включения свинца. Такая структура бронзы обеспечивает высокие антифрикционные свойства. Это предопределяет широкое применение свинцовой бронзы для изготовления вкладышей подшипников скольжения, работающих с большими скоростями и при повышенных давлениях. По сравнению с оловянными подшипниковыми бронзами теплопроводность бронзы БрС30 в 4 раза больше, поэтому она хорошо отводит теплоту, возникающую при трении.
Нередко свинцовые бронзы легируют никелем и оловом и повышают механические и коррозионные свойства.
Применение безоловянных бронз:
Алюминиевые бронзы
БрАЖ9-4 — Для обработки давлением ( прутки, трубы, листы)
БрАЖН10-4-4 — Детали химической аппаратуры
БрА9Ж3Л — Арматура, антифрикционные детали
БрА10Ж3Мц2 — Арматура, антифрикционные детали
Кремнистые бронзы
БрКМц3-1 — Прутки, ленты, проволока для пружин
Бериллиевая бронза
БрБ2 — Полосы, прутки, лента, проволока для пружин
Свинцовая бронза
БрС30 — Антифрикционные детали
| Наименование | Состав (%) |
|---|---|
| Алюмель | Mn – 2, Al – 2, Si – 1, Fe – 0,5, остальное Ni |
| Баббит свинцовый | Pb – 80, Sb – 17, Cu – 1,5 |
| Бронза алюминиевая | Al – 4,5-5,5, остальное Cu |
| Бронза бериллиевая | Be – 2,0-2,5, остальное Cu |
| Бронза кремниевая | Cu – 96-98, Si – 2-3,5 |
| Бронза оловянная | Cu – 89-91, Sn – 9-11 |
| Бронза фосфорная | Cu – 93-94, Sn – 6-7, P – 0,3-0,4 |
| Сплав Вуда | Bi – 50, Pb – 25, Sn – 12,5, Cd – 12,5 |
| Дуралюмин | Al – 93-96, Cu – 3,5-5, Mg – 0,3-1, Mn – 0,3-1 |
| Латунь | Cu – 57-60, Zn – 40-43 |
| Константан | Ni – 39-41, Mn – 0,4-0,6, остальное Cu |
| Манганин | Cu – 85, Mn – 11-13, Ni – 2,5-3,5 |
| Мельхиор | Ni – 18-20, остальное Cu |
| Нейзильбер | Ni – 15, Zn – 20, Cu – 65 |
| Нихром | Ni – 64-71, Cr – 14-16, Fe – 14-17, Mn – 1-1,8 |
| Припой свинцово-оловянный | Sn – 14-90, остальное Pb |
| Силумин | Al – 85-90, Si – 10-15 |
| Сплав для дроби | Sb – 0,5-1,5, остальное Pb |
| Сталь | C до 2, добавки Si, S, P, O, N до 1, остальное Fe |
| Твердый сплав “видиа” | Со – 6, WC – 94 |
| Твердый сплав “победит” | Со – 10, WC – 90 |
| Твердый сплав “альфа” | Со – 8, 6 или 8, TiC – 21, 15 или 5, остальное WC |
| Типографский сплав | Pb – 75, Sb – 20-24, Sn – 1,8-4,3, Cu – 1 |
| Томпак | Cu – 89-91, Zn – 9-11 |
| Хромель | Cr – 9,5, Fe – 0,3, остальное Ni |
| Хромистая нержавеющая сталь | Cr – 13-30, C до 2, остальное Fe |
| Чугун | C – 2-5, Fe – 95-98 |
Бронзы оловянные, обрабатываемые давлением: состав и свойства
Химический состав
Оловянные бронзы определяются как медные сплавы с оловом и меднооловянные сплавы с добавками фосфора, цинка, свинца, никеля. ГОСТ 5017-74 регламентирует девять марок деформируемых оловянных бронз, которые содержат 2—8% олова и добавки фосфора, цинка и свинца. В США используют большее количество марок деформируемых оловянных бронз. От сплавов ГОСТ 5017-74 они отличаются большим диапазоном по содержанию олова в 1—10% и имеется четыре марки оловянно-никелевых бронз (С72500, С72650, С72700, С72900) с высоким содержанием никеля.
| Марка | Химический состав, % | ||||||
| Компоненты | |||||||
| По ГОСТ | По СТ СЭВ 376 — 76 | Олово | Фосфор | Цинк | Никель | Свинец | Медь |
| БрОФ 8,0 — 0,3 | — | 7,5 — 8,5 | 0,26 — 0,35 | — | 0,10 — 0,20 | — | Ост. |
| БрОФ 7 — 0,2 | CuSn 8 | 7,0 — 8,0 | 0,10 — 0,25 | — | — | — | Ост. |
| БрОФ 6,5 — 0,4 | — | 6,0 — 7,0 | 0,26 — 0,40 | — | — | — | Ост. |
| БрОФ 6,5 — 0,15 | CuSn 6 | 6,0 — 7,0 | 0,40 — 0,25 | — | 0,10 — 0,20 | — | Ост. |
| БрОФ 4 — 0,25 | CnSn 4 | 3,5 — 4,0 | 0,20 — 0,30 | — | — | — | Ост. |
| БрОФ 2 — 0,25 | CuSn 2 | 3,0 — 5,0 | 0,02 — 0,3 | — | — | — | Ост. |
| БрОЦ 4 — 3 | CuSn 4Zn 3 | 3,5 — 4,0 | — | 2,7 — 3,3 | — | — | Ост. |
| БрОЦС 4 — 4 — 2,5 | CuSn 4Zn 4Pb 3 | 3,0 — 5,0 | — | 3,0 — 5,0 | — | 1,5 — 3,5 | Ост. |
| БрОЦС 4 — 4 — 4 | CuSn 4Zn 4Pb 4 | 3,0 — 5,0 | — | 3,0 — 5,0 | — | 3,5 — 4,5 | Ост. |
| Марки | Химический состав, % | Примерное назначение |
|||||||||
| По ГОСТ | По СТ СЭВ 376 — 76 | Примеси, не более | |||||||||
| Fe | Pb | Sb | Bi | Al | Si | P | Zn | Всего | |||
| БрОФ 8,0 — 0,3 | — | 0,02 | 0,02 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | — | 0,03 | 0,1 | Проволока применяемая в целлюлозно-бумажной промышленности для изготовления сеток |
| БрОФ 7 — 0,2 | CuSn 8 | 0,02 | 0,02 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | — | 0,1 | Прутки, применяемые в различных отраслях промышленности |
|
| БрОФ 6,5 — 0,4 | — | 0,02 | 0,02 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | — | 0,03 | 0,1 | Проволока, применяемая в целлюлозно-бумажной промышленности для изготовления сеток, а также для пружин, деталей, лент и полос, применяемых в машиностроении |
| БрОФ 6,5 — 0,15 | CuSn 6 | 0,05 | 0,02 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | — | — | 0,1 | Ленты, полосы, прутки, применяемые в машиностроении, подшипниковые детали трубозаготовки для изготовления биметаллических сталебронозовых втулок |
| БрОФ 4 — 0,25 | CnSn 4 | 0,02 | 0,02 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | — | — | 0,1 | Трубки, применяемые в аппаратостроении и для контрольно-измерительных приборов |
| БрОФ 2 — 0,25 | CuSn2 | 0,05 | 0,03 | — | — | — | — | — | 0,03 | 0,3 | Винты, ленты для гибких шлангом, токопроводящие детали, присадочный материал для сварки |
| БрОЦ 4 — 3 | CuSn4Zn3 | 0,05 | 0,02 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,03 | — | 0,2 | Ленты, полосы, прутки, применяемые в электротехнике, машиностроении, проволока для пружин и аппаратуры химической промышленности |
| БрОЦС 4 — 4 — 2,5 | CuSn4Zn4Pb3 | 0,05 | — | 0,002 | 0,002 | 0,002 | — | 0,03 | — | 0,2 | Ленты полосы, применяемые для прокладок во втулках и подшипниках |
| БрОЦС 4 — 4 — 4 | CuSn4Zn4Pb4 | 0,05 | — | 0,002 | 0,002 | 0,002 | — | 0,03 | — | 0,2 | Ленты и полосы для прокладок во втулках и подшипниках |
| Марка | Основные компоненты | Примеси, не более | Полуфабрикаты и области применения | ||||
| Sn | Р | Zn | РЬ | Ni | |||
| С50500 | 1,0 — 1,7 | 0,03 — 0,35 | <0,3 | <0,05 | — | 0,10 Fe | Листы, ленты |
| С51000 | 4,2 — 5,8 | 0,03 — 0,35 | <0,3 | <0,05 | <0,3 | 0,05 Fe; 0,002 Sb; 0,002 Bi; 0,002 Si; 0,002 Al; Σ 0,1 | Прутки, стержни, профили, листы и полосы |
| С51100 | 3,5 — 4,9 | 0,03 — 0.35 | — | <0,02 | — | 0,02 Fe; 0,002 Sb; 0,002 Bi; 0,002 Si; 0,002 Al; Σ 0,1 | Прутки, стержни, профили, плиты, листы и полосы |
| С52400 | 9,0 — 11,0 | 0,03 — 0,35 | <0,20 | <0,05 | — | 0,10 Fe | Прутки, полосы |
| С52100 | 7,0 — 9,0 | 0,03 — 0,35 | <0,20 | <0,05 | — | 0,10 Fe | Прутки, стержни, профили, листы и полосы для пружин |
| С53200 | 4Д..5.5 | 0,01 — 0,35 | <0,20 | 2,5 — 4,0 | — | 0,10 Fe | Прутки, стержни, профили, плиты, листы и полосы |
| С54400 | 3.5 — 4,5 | 0,01 — 0,50 | 1,5 — 4,5 | 3,4 — 4,5 | — | 0,10 Fe | |
| С72500 | 1,8 — 2,8 | — | <0,5 | <0,05 | 8,5 — 10,5 | 0,6 Fe; 0,2 Mn | Пластины, листы, полосы, прутки |
| С72650 | 4,5 — 5,5 | — | <0,2 | < 0,01 | 7,0 — 8,0 | 0,50 Fe; 0,10 Mn | Ленты |
| С72700 | 5,5 — 6,5 | — | <0,5 | <0,02 | 8,5 — 9,5 | 0,50 Fe, 0,30 Mn; 0,10 Nb; 0,15 Mg | |
| С72900 | 7,5 — 8,5 | — | — | <0,02 | 14,5 — 15,5 | 0,50 Fe; 0,30 Mn; 0,10 Nb;0,15 Mg | |
Фазовый состав
Фазовый состав и структура оловянных бронз представлены диаграммой состояния Cu-Sn , а также трехкомпонентными диаграммами состояния Cu-Sn-P, Cu-Sn-Zn и Cu-Sn-Ni. Медь составляет основу α-твердого раствора с широкой областью гомогенности. Растворимость олова в меди существенно изменяется с понижением температуры и имеет ретроградный характер: при температуре перитектического равновесия 799°С она составляет 13,5 % и с понижением температуры несколько увеличивается до максимума в 15,8 % при температуре 586°С эвтектоидного распада β-фазы. При понижении температуры, начиная с 528°С она резко понижается и при 200°С составляет около 1,3 %.
В равновесии с α-твердым раствором в зависимости от температуры находятся промежуточные фазы β, γ, δ и ε. Это электронные соединения с различной электронной концентрацией: для фазы β(Cu5Sn) она составляет 3/2, для фаз γ, δ — 21/13 и для фазы ε — 7/4. Фазы β и γ являются высокотемпературными. При охлаждении β-фаза и γ-фаза претерпевают эвтектоидный распад:
β → α + γ при температуре 586°С
γ → α + δ при температуре 520°С.
Характерная черта системы медь-олово состоит в очень высокой скорости эвтектоидного распад высокотемпературных β- и γ-фаз и обычно не фиксируется в структуре сплавов при нормальной температуре.
Эвтектоидное превращение δ → α + ε при 350°С протекает очень медленно и фаза δ (Си31Sn8) остается в структуре сплавов до нормальной температуры даже при медленном охлаждении. ε-фазу не удается зафиксировать при 20°С в деформированных на 70ᾰ80% образцах сплавов, содержащих до 20%Sn, после длительного отжига при температуре 350°С. Таким образомо, оловянные бронзы в литом состоянии состоят из α- и δ-фаз: в сплавах с низкой концентрацией олова (БрОФ2-0,25, БрОФ4-0,25 и БрОЦ4-3), после деформации и отжига структура состоит из однородных кристаллов α-твердого раствора, а в сплавах с повышенным содержанием олова (БрОФ8-0,3) структура состоит из кристаллов α-твердого раствора с включением эвтектоида (α + δ).
Высокотемпературная фаза β пластична, поэтому при определенных условиях сплавы, содержащие до 20 % олова, поддаются горячей прокатке, в то время как при пластической деформации в холодном состоянии бронзы с очень высоким содержанием олова ( 15—20%) весьма хрупки. Главная причина повы шенной хрупкости этих сплавов — наличие в структуре большого количества эвтектоида (α + δ).
| Марка | Плотность, г/см3 |
Температура начала плавления, °C | ρ, (Ом·мм2)/м | Теплопро- водность, кал/(см·с·°С) |
Коэффициент линейного расширения α·10–6, 1/°С |
| БрОФ8–0,3 | 8,6 | 88 | 0,175 | 0,098 | 17,0 |
| БрОФ7–0,2 | 8,6 | 900 | 0,17 | 0,1 | 17,0 |
| БрОФ6,5–0,4 | 8,7 | 995 | 0,16 | 0,17 | 17,1 |
| БрОФ4,5–0,15 БрОФ4–0,25 | 8,8 8,9 |
1060 | 0,09 | 0,2 | 17,6 |
| БрОЦ4–3 | 8,8 | 1045 | 0,09 | 0,2 | 18,0 |
| БрОЦС4–4–2,5 | 8,9 | 1018 | 0,09 | 0,2 | 18,2 |
| БрОЦС4–4–4 | 9,1 | 1015 | 0,09 | – | 18,1 |
Механические свойства
Двойные оловянные бронзы показывают высокие механические свойства. Увеличением содержания олова повышает прочность и твердость оловянных бронз, а понижается пластичность и ударная вязкость. Максимальные значения временного сопротивления разрыву достигаются при 10—12% олова, а значения твердости и предела текучести продолжают увеличиваться и при большем содержании олова. Снижение значения относительного удлинения и ударной вязкости делает бронзы с высоким содержанием олова хрупким и непригодным материалом для обработки давлением. Поэтому для обработки давлением применяют оловянные бронзы с содержанием до 8—10%. Для улучшения свойств в эти сплавы вводят добавки фосфора, цинка или свинца.
Наиболее существенным показателем деформируемых оловянных бронз является высокое сопротивление усталости в коррозионных средах, которое растет при увеличении содержания олова до 4 %, а далее увеличивается в меньшей степени. Деформируемые оловянные бронзы уступают по усталостным характеристикам только бериллиевой бронзе. Самые высокие упругие свойства имеют оловянные бронзы, дополнительно легированные фосфором.
Легирующие элементы и свойства промышленных марок многокомпонентных бронз
Деформируемые оловянные бронзы можно разделить на сплавы, легированные оловом и фосфором, и сплавы, не содержащие фосфора. В процессе плавки оловянные бронзы раскисляют фосфором, поэтому большинство двойных сплавов системы Cu-Sn содержит остаточное количество фосфора. Фосфор определяют легирующим элементом, если его содержание в оловянной бронзе превышает 0,1%. Растворимость фосфора в твердой меди составляет 1,7 % (по массе) при эвтектической температуре 714°С, а при температуре 300°С понижается до 0,6%. Фосфор при взаимодействии с медью образует твердое химическое соединение Cu 3Р (14 % Р), которое при температуре 714°С с α-твердым раствором на основе меди образует эвтектику по реакции L → α + Cu 3Р , содержащую 8,3% Р.
Легирование оловянных бронз фосфором
Легирование оловянных бронз фосфором преследует несколько целей. Фосфор раскисляет медь и уменьшает содержание водорода. В нераскисленных оловянных бронзах кислород может присутствовать в виде очень твердого и хрупкого соединения SnO2, который резко снижает технологические и эксплуатационные свойства оловянных бронз. Фосфор повышает прочностные свойства. В бронзах с небольшим количеством олова он повышает сопротивление износу из-за появления в структуре твердых дисперсных частичек фосфида меди Cu3P. Однако фосфор ухудшает технологическую пластичность оловянных бронз, поэтому в деформируемых сплавах его содержание должно быть строго регламентировано.
При выборе оптимального содержания фосфора в бронзах следует ориентироваться не на двойную систему Cu-P, а на трехкомпонентную диаграмму состояния системы Cu-Sn-P, так как олово существенно изменяет растворимость фосфора в медном твердом растворе. Диаграммы состояния системы Cu-Sn-P показывает, что олово уменьшает растворимость фосфора в меди: при 5% Sn в бронзах предельная растворимость фосфора в α-твердом растворе составляет приблизительно 0,8%, а при 10% олова она понижается до 0,4—0,5 %, в то время как в двойной системе Cu-P предельная растворимость фосфора в α-твердом растворе составляет 1,7 %. Поэтому в оловянных бронзах фосфидная фаза Cu3P появляется в структуре при значительно меньших концентрациях фосфора, чем в двойных сплавах системы Cu-P.
Оловянно-фосфористые бронзы БрОФ6,5-0,15, БрОФ6,5-0,4, БрОФ7-0,2 и БрОФ8-0,30 близки друг к другу по химическому составу и свойствам, а поэтому отнесены к одной группе сплавов. Эти бронзы отличаются высокими механическими, коррозионными и антифрикционными свойствами. Бронза БрОФ6,5-0,15 обладает после деформации высокой прочностью и упругостью и применяется для изготовления пружинящих деталей приборов.
Бронза БРОФ6,5-0,4 применяется главным образом для изготовления сеток в целлюлозно-бумажной промышленности. По износостойкости для этих целей она является одним из лучших сплавов.
Бронза БрОФ7-0,2 имеет высокие механические свойства при нормальной и повышенных температурах. Она выпускается в виде прессованных прутков, так как повышенное содержание олова затрудняет обработку давлением. Износостойкость бронзы можно повысить холодной деформацией.
Бронза БрОФ8-0,3 содержит больше олова, чем бронза БрОФ7-0,2, и по совокупности прочностных свойств и износостойкости превосходит ее.
Олово снижает температуру плавления двойной эвтектики (α + Cu3P): если в двойной системе Cu-P она равна 714°С, то в сплавах с 5 и 10 % Sn она значительно ниже 700°С . Это существенно затрудняет горячую деформацию сплавов. Оловянные бронзы при содержании фосфора 0,5% и более легко разрушаются при горячем деформировании из-за расплавления фосфидной эвтектики (α + Cu3P), поэтому максимальное содержание фосфора в оловянных бронзах, обрабатываемых давлением, составляет 0,4 %. При таком содержании фосфора деформируемые оловянные бронзы обладают оптимальными механическими свойствами, имеют повышенные значения модуля нормальной упругости и предела упругости, а также высокий предел выносливости.
Легирование цинком
Для повышения прочностных свойств оловянные бронзы, не содержащие фосфора, легируют цинком в больших количествах, но в пределах его растворимости в α-фазе. Легирование бронз цинком также целесообразно потому, что он дешевле не только олова, но и меди. Оловянно-цинковая бронза БрОЦ4-3 по структуре даже в литом состоянии представляет собой α-твердый раствор, что следует из анализа диаграммы состояния системы Cu-Sn-Zn.
В оловянные бронзы этой группы цинк часто вводят совместно со свинцом. Свинец практически нерастворим в оловянных бронзах в твердом состоянии. При затвердевании сплава он выделяется как самостоятельная фаза, располагаясь между ветвями дендритов в виде темных включений. Поэтому фазовый состав и структуру оловянно-цинково-свинцовых бронзБрОЦ4-4-2,5 и БрОЦС4-4-1 можно обосновать с помощью диаграммы состояния Cu-Sn-Zn без учета содержания свинца, который практически нерастворим в твердом растворе: структура этих бронз состоит из кристаллов α-твердого раствора и включений свинца. Свинец улучшает антифрикционные свойства и резко повышает обрабатываемость резанием оловянных бронз, однако механические свойства при этом понижаются.
Из сплавов этой группы наилучшую обрабатываемость давлением имеет бронза БрОЦ4-3. Она удовлетворительно обрабатывается давлением как в горячем, так и в холодном состоянии. Бронза БрОЦ4-3 отличается хорошими механическими и коррозионными свойствами, она применяется в электротехнической промышленности, машиностроении, приборостроении и точной механике для изготовления плоских и круглых пружин, арматуры и других деталей.
Бронзы БрОЦС4-4-2,5 и БрОЦС4-4-4, содержащие свинец, обрабатываются давлением только в холодном состоянии, поскольку из-за присутствия в структуре этих сплавов легкоплавкой эвтектики, состоящей практически из чистого свинца, горячая обработка давлением невозможна. Эти бронзы имеют высокие антифрикционные свойства, коррозионно-стойки, хорошо обрабатываются резанием. Из них изготовляют ленты и полосы, кроме того, их применяют в качестве прокладок в подшипниках и втулках в различных отраслях машиностроения.
Важным легирующим элементом в оловянных бронзах является никель. Он повышает прочностные свойства, пластичность и деформируемость двойных оловянных бронз, повышает их коррозионную стойкость, измельчает зерно. В равновесии с α-твердым раствором могут находиться две промежуточные интерметаллидные фазы Ni3Sn2 и Ni3Sn. Эти фазы имеют переменную, резко уменьшающуюся с понижением температуры растворимость в а-твердом растворе. Поэтому оловянные бронзы с никелем термически упрочняются закалкой и старением.
Оловянно-никелеевые бронзы
В промышленности США применяются несколько марок деформируемых оловянных бронз с высоким содержанием никеля (С72500, С72650, С72700, С72900). Сообщается, что на лентах оловянно-никелевой бронзы С72500 путем особой термомеханической обработки может быть достигнута прочность σв = 690—860 МПа. Высокие механические, физические и антифрикционные свойства в сочетании с удовлетворительной электропроводностью, а также высокая коррозионная стойкость делают в ряде случаев оловянные бронзы незаменимым материалом для изготовления пружин и пружинящих деталей в машиностроении, точной механике, авиационной промышленности, химическом машиностроении, целлюлозно-бумажной промышленности.
| Марка | E, кгс/мм2 | σв, кгс/мм2 | δ% | HB | Температура горячей обработки, °С | Температура отжига, °С |
| Примечание. В числителе данные для мягкого (отожженного), в знаменателе – для твердого cocтояния. | ||||||
| БрОФ8–0,3 | 11 800 | 40–50 | 55–65 | 90–100 | – | 600–650 |
| 100–120 | 1 – 2 | 180–240 | ||||
| БрОФ7–0,2 | 11 500 | 38–45 | 55–65 | 85–95 | – | 600–650 |
| 96–110 | 1 – 2 | 175–230 | ||||
| БрОФ6,5–0,4 | 11 200 | 30–45 | 60–70 | 70–90 | 700–800 | 600–650 |
| 70–80 | 7–10 | 170–220 | ||||
| БрОФ4,5–0,15 БрОФ4–0,25 | 10 000 | 30–38 | 40–58 | 55–70 | 700–800 | 600–650 |
| 50–70 | 6–10 | 160–170 | ||||
| БрОЦ4–3 | 12 400 | 30–40 | 35–45 | 50–70 | 700–800 | 550–650 |
| 50––60 | 3–6 | 150–170 | ||||
| БрОЦС4–4–2,5 | 7 500 | 30–35 | 35–45 | 50–70 | – | 550–650 |
| 55–65 | 2–4 | 150–170 | ||||
| БрОЦС4–4–4 | 7 200 | 32–36 | 30–40 | – | – | – |
| 50–60 | 1 – 2 | – | ||||
Термическая обработка
Основные виды термической обработки оловянных бронз: гомогенизационный, промежуточный и окончательный отжиг. Основная цель этих операций — облегчение обработки давлением и повышение пластичности.
Оловянные бронзы являются основными и практически единственными сплавами меди, кторые нуждаются в проведении гомогенизалионного отжига. В латунях, алюминиевых бронзах и большинстве других медных сплавов три формировании слитков из-за небольшого интервала кристаллизации ликвационные явления развиваются незначительно, и поэтому нагрев слитков под горячую деформацию достаточен для их гомогенизации. В сплавах системы Cu-Sn из-за большого интервала кристаллизации составы жидкой и твердой фаз сильно отличаются друг от друга, что способствует дендритной ликвации. Последующий нагрев слитков под горячую обработку давлением и пластическая деформация не могут полностью устранить химическую неоднородность твердого раствора в оловянных бронзах, вызванную неравновесной кристаллизацией.
В результате гомогенизационного отжига оловянных бронз повышается однородность структуры, растворяются в твердом растворе неравновесные интерметаллидные фазы, выравнивается химический состав по сечению кристаллитов в слитке. Поэтому гомогенизационный отжиг — одно из условий получения качественных деформированных полуфабрикатов из оловянных бронз. Например, после деформации с предварительным гомогенизационным отжигом относительное удлинение прутков диаметром 18 мм из бронзы БрОФ7-0,2 удалось увеличить в 3—3,5 раза при некотором снижении прочности и твердости по сравнению со свойствами прутков, не подвергавшихся отжигу. Гомогенизационный отжиг слитков из оловянных бронз проводят при 700—750°С с последующим быстрым охлаждением. Температура и время отжига должны быть достаточными для устранения последствий ликвации. Промежуточный отжиг при холодной обработке давлением проводят при температурах 500—650°С. При этом полностью устраняется наклеп, вызванный холодной пластической деформацией оловянных бронз.
| Марка | Температура, °С | Обрабатываемость резанием, % (100% — ЛС63-3) |
Жидкотекучесть, м | Линейная усадка, % | Коэффициент трения | |||||
| литья | горячей обработки | начала рекристаллизации | отжига | отжига для уменьшения напряжений | со смазкой | без смазки | ||||
| 1)Обрабатывается давлением только в холодном состоянии с деформацией 30 %. | ||||||||||
| БрОФ 4 — 0,25 | 1250 — 1300 | 700 — 850 | 350 — 360 | 600 — 650 | 250 — 260 | 20 | — | 1,4 | — | — |
| БрОФ 6,5 — 0,15 | 1150 — 1250 | 750 — 850 | — | 600 — 700 | 250 — 260 | 20 | — | — | — | — |
| БрОФ 6,5 — 0,4 | 1150 — 1250 | 750 — 770 | 350 — 360 | 600 — 700 | 250 — 260 | 20 | 1,17 | 1,45 | 0,01 | 0,12 |
| БрОФ 7 — 0,2 | 1170 — 1250 | 750 — 800 | — | 600 — 720 | 250 — 280 | 16 | — | — | — | — |
| БрОФ 8 — 0,3 | 1150 — 1250 | 680 — 750 | — | 600 — 720 | — | — | — | — | — | — |
| БрОЦ 4 — 3 | 1200 — 1250 | 750 — 850 | 400 | 600 — 700 | 250 — 260 | 20 | 0,2 | 1,45 | — | — |
| БрОЦС 4 — 4 — 2,51) | 1150 — 1200 | — | 400 | 500 — 600 | 250 — 260 | 90 | 0,2 | 1,49 | 0,016 | 0,26 |
| БрОЦС 4 — 4 — 4 | 1150 — 1200 | — | — | 600 — 700 | — | 90 | 0,25 | — | 0,016 | 0,26 |
Коррозионные свойства
Оловянные бронзы обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях. В сельской местности, в промышленных районах городов, в условиях морского климата скорость коррозии бронз, содержащих 5—8% Sn, не превышает 0,002 мм/год. В морской воде оловянные бронзы более коррозионностойки, чем медь и латуни, причем стойкость бронз в морской воде повышается с увеличением содержания олова. Никель также повышает коррозионную стойкость оловянных бронз в морской воде, а свинец при высоком содержании — понижает.
Оловянные бронзы имеют удовлетворительную устойчивость против коррозии в атмосфере перегретого пара при температуре 250°С и давлении не выше 2,0 МПа, сухих газов: хлора, брома, фтора и их водородных соединений, а также окиси углерода, кислорода и чстыреххлористого углерода.
Оловянные бронзы неустойчивы в среде минеральных кислот, щелочей, аммиака, цианидов, железистых и сернистых соединений кислых рудничных вод. Из минеральных кислот особенно сильно действуют соляная и азотные кислоты, серная в этом отношении является менее агрессивной. Однако скорость коррозии оловянных бронз под действием серной кислоты увеличивается в присутствии окислителей (К2Сг2O7, Fe2(SO4)3 и др.). В присутствии замедлителей, например, 0,05% бензиотиоцианита, скорость коррозии оловянных бронз уменьшается в 10—15 раз.
В условиях электрохимической коррозии в паре с другими медными сплавами или менее благородными металлами (латунь, железо, алюминий, цинк) скорость коррозии оловянных бронз не увеличивается, так как эти материалы являются протекторами по отношению к бронзе и коррозионное разрушение их идет с большой скоростью.
| Круг, проволока Лист, Плита, Лента (полоса), Шина Шестигранник Квадрат Труба круглая, втулка Труба профильная Уголок Швеллер Тавр Двутавр | -Выберите-АлюминийМедьЛатуньБронзаОловоСвинецЦинкНикелевые сплавыМедно-никелевые сплавыНихромНержавеющие сталиСталь А5, А5Е, А6, А7, АД0, АД00 Д16 АМц, АМцС, ММ АД31 АД1 АМг6 АМг5 АМг3 АМг2 М1, М2, М3 Л90 Л85 Л80 Л70 ЛС59-1 Л68 Л63 БрОЦ4-3 БрОФ7-0,2 БрОФ6,5-0,15 БрАЖН10-4-4 БрХ1 БрБ2 БрКМц3-1 БрАМц9-2 БрАЖМц10-3-1,5 БрОЦС5-5-5 БрАЖ9-4 О1 С0, С1, С2 Ц0, Ц1 НМц2,5 НМц5 НК0,2 Алюмель НМцАК2-2-1 Монель НМЖМц28-2,5-1,5 Хромель Т НХ9,5 Куниаль Б МНА6-1,5 Нейзильбер МНЦ15-20 Куниаль А МНА6-1,5 Константан МНМц40-1,5 Копель МНМц43-0,5 Мельхиор МН19 Манганин МНМц3-12 МНЖ5-1 Х15Н60 Х20Н80 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 12Х18Н9 04Х18Н10Т, 08Х18Н12Б 08Х13, 08Х17Т, 08Х20Н14С2 08Х22Н6Т, 15Х25Т 08Х18Н10, 08Х18Н10Т 08Х18Н12Т 10Х17Н13М2Т 10Х23Н18 12Х13, 12Х17 Ст3, Ст5, Ст10, Ст20 | Длина (м) b — Диаметр (мм) Длина (м) b — Ширина (мм) c — Толщина (мм) Длина (м) b — Сечение (мм) Длина (м) b — Сечение (мм) Длина (м) b — Толщина стенки (мм) c — Диаметр (мм) Длина (м) b — Толщина стенки (мм) c — Ширина (мм) d — Высота (мм) Длина (м) b — Толщина стенки (мм) c — Высота полки1 (мм) d — Высота полки2 (мм) Длина (м) b — Толщина стенки (мм) c — Ширина (мм) d — Высота (мм) Длина (м) b — Толщина стенки (мм) c — Ширина (мм) d — Высота (мм) e — Толщина перемычки (мм) Длина (м) b — Толщина стенки (мм) c — Ширина (мм) d — Высота (мм) e — Толщина перемычки (мм) |
БРАЖ 9-4 бронза — свойства, расшифровка бронзового сплава БРАЖ 9-4
Характеристики бронзы БРАЖ 9-4
Бронза БРАЖ 9 4 – относительно недорогой безоловянный сплав на основе меди, который производится согласно требованиям ГОСТ 18175-78. Относится к многокомпонентным деформируемым материалам, где маркировка после букв обозначает усредненное значение дополнительных компонентов. Для БРАЖ 9 4 ГОСТ 18175 78 предусматривает следующий химический состав:
- медь (Pb) – порядка 83,4-90%;
- алюминий (Al) – не более 8-10%;
- железо (Fe) – до 2-4%.
Количество других веществ в совокупности не должно превышать 1,7%. Чаще всего это 0,5% магния, по 0,1% цинка, кремния и свинца, 0,01% фосфора. Химический состав БРАЖ 9 4 может незначительно изменяться только в отношении дополнительных веществ (Si, Mn, P, Pb, Zn, Sn), не превышая 1,7% в совокупности.
Основные физико-механические свойства
Главными легирующими элементами сплава являются алюминий и железо. Они определяют антифрикционные, противокоррозионные и другие параметры материала. На его поверхности образуется оксидная пленка, выполняющая защитные функции, благодаря которой бронза сопротивляется агрессивной среде. Железо в составе увеличивает прочностные качества и износостойкость.
Добиться повышения пластичности и твердости позволяет термическая обработка, которая состоит из нагрева до 950°C с последующим «отпуском» до 300°C. Благодаря наличию алюминия плотность бронзы БРАЖ 9 4 (7,5 г/см³) и его масса ниже, чем у материалов с оловом в составе. Легкость обеспечивает высокую производительность бронзовых деталей и относительно низкую стоимость. Дополнительное преимущество – улучшенные эксплуатационные характеристики.
Зарубежных аналогов многокомпонентных безоловянных сплавов БРАЖ 9-4 относительно немного, но они имеются. К таким импортным бронзам относятся CuAl18Fe3 или 2,0932, которые выпускаются согласно европейского стандарта DIN, а также C95200 (стандарт ASTM).
Области применения
Сплав БрАЖ 9-4 доступен по стоимости, отличается отменными антифрикционными свойствами, что определило сферу его использования.
Среди бронзовых изделий:
- вкладыши и крышки подшипников;
- трубы бронзовые БРАЖ 9-4;
- винты для судов различного назначения;
- элементы компрессоров и насосов ВД;
- редукторные шестерни;
- поршневые кольца ДВС и компрессоров;
- втулки, направляющие, детали предохранительных муфт;
- прутки бронзовые БРАЖ 9 4 и другие виды металлопроката.
Бронзовые изделия износостойкие, что повышает ресурс дорогостоящего оборудования, где они применяются. Отсутствие вредных примесей обусловило востребованность бронзы в пищевых отраслях. Материал хорошо поддается обработке, долговечен.
Состав, характеристики и особенности бронзы
Каждый человек слышал или видел бронзу, состав сплава этого металла остается загадкой для многих. В этой статье описываются виды, из чего она получается и где применяется. Металл научились получать еще на заре третьего тысячелетия до нашей эры. С тех пор не раз менялись пропорции, технология совершенствовалась, но никогда не утрачивала своего значения для человеческой цивилизации. Металл обладает уникальными эксплуатационными и декоративными характеристиками, из-за чего до сих пор применяется в разных современных областях.
Бронза — это сплав нескольких компонентов, определяющих ее главные характеристики. В результате получается материал, не имеющий границ по применению. Самые первые изделия использовали люди, которые проживали в Месопотамии и Южном Иране. Это подтверждается археологическими находками. Из чего получается смесь, какие компоненты добавляют современные мастера, узнаете из следующего раздела.
Состав
Чтобы получился качественный сплав бронзы, состав должен состоять из одного или нескольких базовых веществ, а также легирующих добавок. Основным компонентом является медь, а остальные нужны для улучшения показателей материала. В качестве легирующего компонента используется:
- марганец;
- олово;
- свинец;
- хром;
- фосфор;
- железо.
Цинк и никель используются в крайних случаях, потому что такое сочетание с медью дает абсолютно иные сплавы (латунь и мельхиор, соответственно).
Количество добавок в смеси может быть разным. Но именно это влияет на цвет металла. Например, огненно-красный оттенок говорит о присутствии большого количества меди. По холодному стальному цвету можно понять, что в смеси ее содержится не более 35%.
Количество дополнительных элементов не должно превышать 2,5 процентов от всей массы. Кроме меди, в состав бронзы входят другие металлы: олово, алюминий, свинец, кремний и бериллий. Исходя из используемого элемента, сочетанию дается название. Какие бы легирующие добавки ни были выбраны, только медь, которая определяет большую часть характеристик, остается постоянной.
Химический состав бронзы определяет, каким получится сплав и марка. Все виды различаются по массовой доле основных компонентов и примесей. Точные количества приводятся в специальной таблице, где рассматриваются несколько и указаны использованные примеси.
Свойства и характеристики
Из сплава, состоящего из меди с оловом, еще несколько лет назад отливали колокола. На сегодняшний день активно используются и другие виды, в которые, помимо олова, входят другие химические элементы. Каждый из них придает особые качества бронзе.
Сплавы, где присутствует бериллий, отличаются повышенной прочностью. Зато кремний, а также цинк, добавляемый в малых количествах, улучшает текучесть металла. Поэтому такой состав часто используют в литейных делах, либо покрывают им поверхность различных изделий. Отчего они становятся устойчивыми к истиранию.
Небольшое количество цинка, входящее в общую массу, не изменяет механических качеств состава. Элемент удешевляет готовый материал, поэтому иногда в промышленности специально вводят до 10% цинка, чтобы снизить себестоимость продукции.
У сплавов, в которых присутствует свинец, появляется устойчивость к коррозии. Алюминий, в качестве легирующей добавки, наделяет состав антифрикционными свойствами. Какими качествами будет обладать готовое изделие, напрямую зависит от наличия в нём одного или нескольких добавочных элементов, а также от их количества.
Бронза – металл, который обладает повышенной прочностью, стойкостью перед коррозией и износостойкостью. Изделиям из него не страшен атмосферные явления, попадание соленой воды, различные растворы, содержащие органические кислоты. Сплав подается сварке и пайке, а также бывает различных оттенков — от красного до белого.
Он отличается не только по химическому составу, но и по технологии обработки. Современной промышленности знакомы такие способы, как: деформируемый и литейный. Если требуется смесь, которая выдержит холодную ковку, то компоненты обрабатываются первым способом. Сплав, из которого отливают изделия, обрабатывается вторым методом.
На сегодняшний день существует множество марок, которые отличаются характеристиками и областью применения. Опытные мастера, давно работающие со смесью, могут определить, к какому типу она относится, мельком взглянув. Но просто интересующиеся люди могут получить информацию, исследуя маркировку, которая состоит из букв и цифр.
Описание характеристик поможет лучше понять, что собой представляет смесь, но стоит изучить еще плюсы и недостатков. Положительных сторон у неё намного больше, чем отрицательных. Поэтому материал столь длительное время не теряет популярности из-за массы превосходных качеств. К ним относится то, что изделия из такого металла можно переплавлять неограниченное количество раз. При этом сплав остается таким же качественным, как и после изготовления.
Он пользуется популярностью среди скульпторов, в сфере приборо- и станкостроения, потому что дает минимальную усадку. Чтобы он поддался механической обработке, в составе не должно быть более 5% свинца. Так как именно этот компонент обеспечивает облегченное стружколомание. Наличие фосфора в составе раскисляет смесь, но только если добавляется не более 1% легирующего компонента.
Оловянная бронза
Чаще всего в качестве добавки к меди используют олово. Ведь именно этот компонент придает меди особенные качества. Сочетание с оловом отличается следующими свойствами:
- легкоплавкостью;
- твердостью;
- упругостью.
Готовый материал удобен для полирования, а благодаря наличию дополнительных компонентов часто используется для литья. Преимущество оловянных бронз заключается в широкой сфере применения. Но все зависит от количественного содержания элементов.
Так как из-за этого параметра меняются эксплуатационные характеристики. Например, когда добавляют только 5% олова, то снижается пластичность. Если количество элемента увеличивается в четыре раза, материал становится хрупким. В зависимости от этого готовому изделию находят разное применение.
Смесь, где доля олова превышает 6 процентов, отправляют на литье, но для ковки или проката она не годится. Металл, обладающий приятным серебристо-белым цветом, имеет в составе 33% олова. Если этот параметр уменьшается/повышается, то изменится и оттенок материала, от красного до желтого. Фото цветного металла можно увидеть в самых разных местах, начиная от школьных учебников и заканчивая современными музеями.
Безоловянная бронза
Если в смеси не содержится олово, то она называется специальной или безоловянной. В этом случае к меди добавляются такие элементы, как:
- алюминий;
- железо;
- свинец;
- кремний;
Сфера применения такого сочетания также обширна. Но сама смесь сильно отличается от оловянной. Главное отличие заключается в превосходстве по качеству и в том, что медь без олова обладает еще более богатой цветовой гаммой.
Если соединить медь с алюминием, то получится смесь, которая выигрывает по качественным характеристикам. А также обладает высокой устойчивостью перед химическими веществами. Сочетание меди с кремнием и цинком придает металлу текучести. Благодаря жидкому состоянию он легко поддается обработке.
Бериллиевый тип превосходит всех остальных по упругости и высокой твердости. Материалу присущи также такие качества, как высокая свариваемость и химическая устойчивость. С этим видом удобно работать режущим инструментом. После качественной обработки из него изготавливают следующие детали:
- мембраны;
- пружины;
- контакты с пружинящими свойствами.
Они получаются долговечными, простыми и надежными в эксплуатации. Это не весь перечень изделий, которые производятся мастерами.
Применение
Благодаря экспериментам с пропорциями легирующих компонентов, удалось обнаружить, что применение цветного металла возможно практически везде. Всё из-за свойства, которыми он обладает. Например, алюминиевый вид используется, когда нужны металлические трубы и ленты. Изделия легко режутся, но в то же время им нестрашна коррозия. Даже когда трубы находятся в морской воде, то условия не влияют на их качества. Свинцовая бронза применяется при изготовлении подшипников, поскольку сплав отлично противостоит ударным нагрузкам и обладает антифрикционными свойствами.
Когда требуется изготовить детали сложной формы, которые при работе не должны образовывать искры, вспоминают про кремнецинковую смесь. Материалу можно придать любую форму, потому что он отличается высокой текучестью.
Существуют не только классические составы, но и совершенно уникальные по своим свойствам, которые были открыты совсем недавно. Таким материалом является алюмоникелевая бронза или морская. Единственное свойство, которое роднит это сочетание с классическим, — наличие меди как основного элемента. Материал получился в результате развития литейного производства и применяется при постройке платформ для добычи нефти, расположенных в морях и океанах. Пожарные насосы, металлические части которых изготавливаются именно из алюмоникелевого вида, выдерживают специфические условия среды.
Самый известный способ использовать бронзу — это создавать скульптуры и другие декоративные предметы. В домах или на страницах модных журналов часто можно увидеть такие изделия, как:
- статуэтки;
- светильники;
- перила для лестницы;
- решетки для каминов.
Благодаря литьевому виду удается получить самые сложные отливки, передающие в мельчайших подробностях поверхность шаблона. Ранее материал составлял основу практически всех женских украшений, но на сегодняшний день его использование в ювелирном деле заметно сократилось.
Зато без бронзовой фурнитуры не обходится сантехника, производство входных и межкомнатных дверей. Из прочной и красивой смеси компонентов создают надежные, долговечные накладные петли, замки, ручки, краны и смесители. С ней удобно и легко работать, поэтому мастерам удается производить изящные элементы декора любого размера, дизайна.
Из бериллиевой бронзы изготавливают изделия для навигационных самолетных приборов, схем автомобилей, потому что она выдерживает динамические переменные нагрузки. Нашлось место для применения этого вида и в водоснабжении, несмотря на высокую стоимость. Из него производят конструкции для особо ответственных участков. Потому что они прослужат намного дольше и не потребуют срочного ремонта.
Хотя были изобретены новые расходные материалы, металл не сдает своих позиций. Потому что ее применение гарантирует получение качественного результата, вне зависимости от области. Это обуславливается свойствами и разнообразием изделий, благодаря которым бронза очень востребована.
бронза — iDesignWiki
Бронза — это металлический сплав, состоящий из меди и олова. Уникальный материал, представляющий большой исторический интерес, и сегодня находит широкое применение. Вероятно, он был обнаружен до 3000 г. до н.э., хотя его использование в артефактах стало обычным явлением гораздо позже.
Источник изображения: https://pl.fotolia.com/tag/br%C4%85zowy
Что такое бронза?
Бронза — наименование сплава , меди ; за исключением сплавов меди с цинком как следующим по численности компонентом, который известен как латунь.Бронза включает медные сплавы, содержащие многочисленных металлических и неметаллических элементов; как олово, алюминий, марганец, кремний; а иногда и небольшое количество цинка.
Бронзовая «руда» может встречаться в естественных условиях, например, там, где вместе встречаются природные месторождения меди и олова, , но это очень редко. Исторически бронзу можно было производить только тогда, когда торговля позволяла обменивать медь и олово, металлы или руды.
Источник изображения: https: //it.wikipedia.org / wiki / Bronzo
Как образуется бронза?
Медь производится из медной руды с помощью процесса, известного как плавка — нагрев руды до очень высокой температуры и удаления примесей. В расплавленную медь могут быть добавлены другие компоненты сплава, где они плавятся и соединяются. В наше время это делается с предельной точностью, чтобы гарантировать консистенцию бронзы, поскольку даже небольшие изменения в «рецепте» сплавов могут привести к очень разным физическим, литейным и эстетическим качествам.
Состав бронзового сплаваИсточник изображения: https://alecmooreutdms.wordpress.com/2015/10/29/fabrication-of-an-incan-tumi/
Какие виды бронзы?
- Техническая бронза (90% меди и 10% цинка) и архитектурная бронза (57% меди, 3% свинца, 40% цинка) более правильно считаются латунными сплавами, поскольку они содержат цинк в качестве основного легирующего ингредиента. Они обычно используются в архитектурных приложениях.
- Висмутовая бронза — это бронзовый сплав, содержащий 52% меди, 30% никеля, 12% цинка, 5% свинца и 1% висмута. Он может хорошо держать полироль и поэтому иногда используется в светоотражателях и зеркалах.
- Пластиковая бронза содержит значительное количество свинца, что способствует повышению пластичности, возможно, использовавшейся древними греками при строительстве кораблей.
- Кремниевая бронза имеет состав Si: 2,80–3,80%, Mn: 0,50–1.30%, Fe: максимум 0,80%, Zn: максимум 1,50%, Pb: максимум 0,05%, Cu: остальное.
- Прочие бронзовые сплавы включают алюминиевую бронзу, фосфорную бронзу, марганцевую бронзу, металлический колокол, мышьяковистую бронзу, металлическое зеркало и сплавы для тарелок.
Источник изображения: http://www.sdalloys.com/commercialbronze.php
Какие этапы обработки бронзы?
Какие характеристики бронзы?
- Сплав Состав: Древняя бронза обычно состояла из меди, олова и небольшого количества благородных металлов или свинца.Сегодняшние товарных бронз состоят на 10 процентов из олова и на 90 процентов из меди. Сплавы с большим содержанием олова технически относятся к латунным сплавам. Марганец добавлен в бронзу, используемую в гребных винтах судов, поскольку она сопротивляется коррозии в морской воде. Комбинация железа, никеля, кремния и алюминия увеличивает прочность инструмента.
- Твердость и прочность: Прочность бронзы зависит от состава сплава и колеблется от 35 000 фунтов на квадратный дюйм (psi) для стандартной бронзы до 85 000 psi для алюминиевой бронзы до 119 000 psi для марганцевой бронзы.Предел текучести составляет от 32 000 до 68 000 фунтов на квадратный дюйм. Твердость по Бринеллю составляет от 65 до 225. Древняя бронза находилась в нижней части этих цифр, но современная алюминиевая и марганцевая бронза используется в морской арматуре, подшипниках и насосах, где требуются высокая прочность и твердость.
- Точка плавления: Медь имеет температуру плавления 2200 градусов по Фаренгейту, а олово 450 градусов по Фаренгейту . В зависимости от количества сплава олова и меди температура плавления бронзы находится где-то посередине. Типичная древняя бронза имела температуру плавления около –2000 градусов по Фаренгейту , что было почти верхним пределом диапазона температур, который мог быть достигнут в доисторических печах. Горняки сначала должны были расплавить медь, чтобы сделать бронзу, а затем слесари и расплавили бронзу, чтобы отлить нужные формы.
- Устойчивость к коррозии: Натуральная бронза — это металл лососевого цвета , но на статуях и других уличных артефактах быстро образуется патина , которая защищает бронзу от дальнейшего быстрого разрушения .Патина может варьироваться по цвету от лаймово-зеленого до темно-коричневого, а бронзу иногда обрабатывают в литейном производстве для образования патины перед доставкой. В то время как бронза устойчива к нормальным атмосферным воздействиям, присутствие серы или хлора в атмосфере ускоряет разрушение.
Источник изображения:
https://www.copper.org/applications/plumbing/techcorner/designing_piping_systems.html
Как бронза использовалась на протяжении всей истории?
Бронза была разработана около 3500 г. до н.э. древними шумерами в долине реки Тигр-Евфрат. Историки не уверены, как был обнаружен этот сплав, но полагают, что бронза, возможно, была впервые сделана случайно , когда камни, богатые медью и оловом, использовались для создания колец для костра. Около 3000 г. до н.э. изготовление бронзы распространилось на Персию, где были найдены предметы из бронзы, такие как украшений, оружие и детали для колесниц . Бронзы появились в Египте и Китае около 2000 г. до н.э. Самые ранние бронзовые лепные украшения делали из песка, и этот процесс иногда до сих пор используется, даже для литья колоколов.Сначала использовались медно-мышьяковые сплавы , но ненадолго. Одним из недостатков этого сплава было то, что пары, выделяемые мышьяком во время плавки, имели тенденцию убивать кузнецов. В конце концов, олово оказалось идеальным легирующим агентом для меди . Оптимальное соотношение олова к меди составляет от 10 до 20%. Температура плавления бронзы 950 град. C, по сравнению с 1084 град. C для чистой меди.
Голова быка из лиры; 2600–2350 гг. До н.э .; бронза, инкрустированная ракушкой и лазуритом; высота: 13.3 см, ширина: 10,5 см; Метрополитен-музейИсточник изображения: https://en.wikipedia.org/wiki/Bronze
Где сегодня можно найти бронзу?
После его открытия (на Ближнем Востоке , , около 700 г. до н.э.) железо , а позже сталь , быстро вытеснило бронзу в древнем мире в качестве металла, предпочитаемого для оружия и промышленности, потому что он более твердый и долговечный.
Сегодня бронза используется для изготовления изделий , начиная от предметов домашнего обихода , таких как дверные ручки, ручки ящиков, часы и скульптуры, , но она также все еще используется в некоторых промышленных приложениях, , таких как детали двигателя, подшипники и т. Д. провод.И, конечно же, его используют в колокольчиках.
Источник изображения: http://www.horchow.com/Bronze-Clock/cprod107960005/p.prod
Источник информации: http://www.russianbells.com/founding/bronzehistory.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Bronze
https://www.britannica.com/technology/bronze-alloy
https://www.encyclopedia.com/earth-and-environment/minerals-mining-and-metallurgy/metallurgy-and-mining-terms-and-concepts/bronze
| Бронза 220 | Другие сплавы | Сплавы
Коммерческая бронза (90/10)
90.0 Cu | 10,0 Zn | 20 Относительная обрабатываемость | Весовой коэффициент «S» — 11,99
Физические свойства:
| Состав (в процентах) | Медь 89 мин. 91 макс., Свинец .05 макс., Железо .05 макс., Остаток цинка. |
| Ближайшие применимые спецификации ASTM | B135, B372, B587 |
| Точка плавления (ликвидус) | 1910 Ф |
| Плотность | .318 фунтов / куб. Дюйм @ 68 F |
| Удельный вес | 8,80 |
| Холодная рабочая способность | Отлично |
| Производительность горячего формования | Хорошо |
| Рейтинг горячей ковки | н / д (поковка латунь = 100) |
| Горячая рабочая температура | 1400 — 1600 F или 750 — 875 C |
| Температура отжига | 800 — 1450 F или 425 — 800 C |
| Обрабатываемость | 20 (латуни свободной резки = 100) |
Механические свойства для 1.00 OD x 0,065 Стеновая трубка:
| Темперамент | Предел прочности | Предел текучести * | Относительное удлинение 2 дюйма | Твердость по Роквеллу (F) | Твердость по Роквеллу (B) | Твердость по Роквеллу (30T) | Прочность на сдвиг |
| 0,035 мм | 38.0 тысяч фунтов / кв. Дюйм | 12,0 тыс. Фунтов / кв. Дюйм | 50% | 57 | — | 12 | — |
* (.5% Ext. под нагрузкой)
Drawn — General Purpose (H58) Temper используется только для труб общего назначения, обычно там, где нет реальных требований к высокой прочности или твердости, с одной стороны, или к качеству изгиба, с другой.
Hard Drawn (H80) Temper используется только там, где есть потребность в тубе настолько твердой или прочной, насколько это коммерчески возможно для данного размера.
Light Drawn — Bending (H55) Temper используется только там, где требуется трубка с некоторой жесткостью, но способная легко сгибаться (или иначе умеренно холодная обработка).
Типичные области применения: футляры для губной помады, крышки для грунтовки боеприпасов, винтовые крышки, заклепки, морское оборудование, винты.
ПРИМЕЧАНИЕ. Приведенные выше значения представляют собой разумные приближения, подходящие для общего инженерного использования. Они не должны использоваться в целях спецификации. См. Соответствующие ссылки на технические характеристики A.S.T.M.
Могут быть выполнены специальные приспособления для обеспечения сплавов, которые не показаны.
(PDF) Механические свойства и микроструктура местного алюминиево-бронзового сплава
U.DONATUS ET AL. 1021
срок службы и эффективность работы [7]. Алюминиевая проволока из бронзы
почти такая же прочная, как и качественная стальная проволока, а отливки из нее
почти так же тверды, как стальное чугун
[8].
Существуют различные классификации алюминиевых бронз,
90% из них разными авторами и организациями не исключают
из группы дуплексных фаз алюминиевых бронз, которая
является основным направлением данного исследования.Двойная (дуплексная) фаза
представляет наивысший тоннаж и наиболее легированная из
алюминиевых бронз, содержащих 8% — 11% алюминия
и обычно с добавками железа и никеля для повышения прочности на
[9] и для предотвращение или замедление разложения раствора β-solid
до эвтектоида (α + γ2), γ2 не является желательным и вызывает хрупкость; Хрупкость при медленном охлаждении —
3% железа и 3% никеля считались наиболее подходящими
[10].Эту двухфазную алюминиевую бронзу можно обрабатывать
или термообработку для получения оптимальной прочности и пластичности
[11]. При равновесном охлаждении сплава алюминиевой бронзы
с 10% алюминия из фаз β-алюминиевой бронзы выделяется α-алюминиевая бронза
при температуре ниже 930 ° С [12].
В морской среде требования к морскому компоненту
включают, среди прочего, высокое отношение прочности к весу
, хорошую литье и устойчивость к местным работам для
ремонт повреждений, полученных во время эксплуатации, которые сужают
наш выбор сплава алюминиевым бронзам.Таким образом,
служит нашей основой для этой исследовательской работы: разработать фазовую алюминиевую бронзу (α
+ β) / (α + γ2) с целью поиска
замены для традиционно используемых компонентов
, которые быстро выходят из строя во время служба.
2. Материалы и оборудование
Медные рулоны, алюминиевые отходы, весы, приямок
Печь, прокатный станок, штангенциркуль, настольные тиски,
Станок токарный для студентов, шлифовально-полировальный станок,
ножовка, муфель печь, металлургический микроскоп, ди-
гитал тестер Роквелла, тензометр Mosanto.
2.1. Методики экспериментов
2.1.1. Производство
Стержни из алюминиевой бронзы длиной 1 м и диаметром 10 мм
состава, указанного в Таблице 1, были произведены путем литья в песчаные формы
путем растворения отмеренного количества алюминиевой детали
в отмеренной расплавленной меди в обожженной
печь шахтная, литая и перемешиваемая. Химический анализ полученного сплава алюминиевой бронзы
оценивали с использованием масс-спектрометра
.Литые стержни из алюминиевой бронзы
подверглись холодной деформации на 10% и 20% с использованием миниатюрного прокатного станка
.
2.1.2. Термическая обработка
Деформированные стержни затем подверглись выбранным
формам термической обработки: отжигу, закалке (термообработка раствором
), нормализации и старению с использованием муфеля
Таблица 1. Химический состав алюминиевой бронзы deve-
скакал.
Элемент% Вес
Cu 89.0764
Al 10,8230
Si 0,0495
Fe 0,0242
Mg 0,0150
Zn 0,0019
печь. Нормализация (нагрев до 250 ° C и охлаждение
на воздухе) и старение (нагрев до 160 ° C и 180 ° C, выдержка в течение
6 часов и затем охлаждение в воде при комнатной температуре)
были выполнены на предварительном отжиге. и термообработанные на раствор
образца. Отжиг проводился на предварительно деформированных стержнях путем нагрева
до 750 ° C и выдержки в течение 2 часов с последующим охлаждением
в печи, а термообработка на раствор
проводилась путем нагрева образцов до 900 ° C и выдержки
в течение За 15 минут до охлаждения в охлажденной воде.Для обработки было отобрано несколько
образцов.
2.1.3. Испытание на растяжение и твердость
Термически обработанные стержни затем подвергались механической обработке на растяжение.
Испытание стандартной конфигурации, которое проводилось на тензометре
Mosanto. Используемый размер показан на
, рис. 1. Испытания на твердость проводились на тестере Роквелла Digi-
tal с приложением силы 60 кгс (около
588 Н). Перед этим образцы шлифовали до плоской поверхности
, используя наждачную бумагу с различной зернистостью (от 60
до 180 микрон)
2.1.4. Микроанализ
Оптический микроскоп с программным управлением daheng
был использован для анализа микроструктуры разработанного сплава.
Перед этим образец для микроскопии
был закреплен, отшлифован с использованием серии наждачной бумаги с зернистостью
размером от 60 до 2400 мкм, затем он был отполирован с использованием ультратонкой полировальной ткани. его эффективность
была увеличена с использованием суспензии поликристаллического алмаза
с размером частиц 3 мкм в растворителе этаноле.Образец
был химически протравлен тампоном с использованием подкисленного хлорида железа
, состоящего из 8 г хлорида железа (II), 50 мл
HCl и 100 мил воды в течение 60 секунд перед тем, как провести структурное исследование микро-
с помощью оптического микроскопа. —
крестик.
3. Результаты и обсуждение
3.1. Отливка
Несмотря на возникшие трудности, связанные с барьером
в процессе литья, литье в песчаные формы
было выбрано как лучшее средство локального литья на основе имеющихся материалов
, низкой стоимости и гибкости; было найдено ef-
Copyright © 2012 SciRes.JMMCE
Исследование древних «бронзов» || Артистизм в бронзе
Рентгеновская флуоресценция
Рентгеновская флуоресценция (XRF) — один из многих аналитических методов, используемых для определения состава металлических предметов на основе меди. Однако при неразрушающем использовании необходимо понимать принципы этого метода и, следовательно, значение результатов. XRF-анализ включает первичные рентгеновские лучи, падающие на образец и создающие электронные вакансии во внутренней оболочке атомов; эти вакансии затем заполняются электронами с меньшей энергией из внешней оболочки, производя вторичное рентгеновское излучение.Детектор в приборе XRF измеряет энергию этих вторичных рентгеновских лучей, которые могут быть идентифицированы как исходящие от определенных элементов, и интенсивность пиков, которая пропорциональна количеству каждого элемента. Глубина проникновения первичных рентгеновских лучей и противоположное направление вторичных рентгеновских лучей, достигающих детектора, ограничены миллиметрами или меньше, так что изменение поверхности металлического объекта может не отражать количественно исходный состав. Многие бронзовые предметы могут включать в себя не только медь и олово среди множества идентифицируемых элементов (рис.36.1).
Рисунок 36.1. Пики энергии рентгеновского излучения для «бронзового» артефакта викингов из НорвегииРазница в энергии между отдельными атомными оболочками варьируется между элементами, поэтому вторичные рентгеновские лучи имеют характерные энергии перехода. Самая высокая интенсивность рентгеновского излучения возникает в результате того, что электрон L-оболочки заменяет вакансию K-оболочки и называется K α , в то время как электрон M-оболочки, заменяющий вакансию K-оболочки, называется K β .Замена вакансий L-оболочки электронами M-оболочки называется L α . Также существуют различия в энергии между орбиталями внутри каждой оболочки, поэтому рентгеновские спектры включают отдельные линии K α1 и K α2 . Для металлических элементов больше L-линий, чем K-линий, и есть существенные различия в энергии между L α1 , L α2 , L β1 , L β2 и L γ .
Элементный анализ объектов на основе меди требует, чтобы интенсивность первичного рентгеновского излучения была достаточно высокой для получения достаточного количества вторичного рентгеновского излучения для интересующих элементов, которые для древних металлов включают медь (Cu), мышьяк (As), олово. (Sn), цинк (Zn), свинец (Pb), железо (Fe), серебро (Ag), сурьма (Sb), золото (Au) и ртуть (Hg).Для количественной оценки аналитических результатов можно использовать фильтры для уменьшения фонового сигнала и увеличения пределов обнаружения и точности. Для всех XRF-спектрометров уровень энергии и интенсивность измеряются детектором, а полученные необработанные данные затем могут быть откалиброваны с использованием стандартов и соответствующего программного обеспечения. Стандарты также должны быть из материала на основе меди, поскольку способность вторичного рентгеновского излучения достигать детектора зависит от состава матрицы. Стандарты с диапазоном значений для других элементов (например,g., медь с содержанием олова 0, 5, 10, 20 и 30 процентов; то же самое для свинца и других) также требуются для получения наиболее точных результатов.
При сравнении различных аналитических инструментов, измеряющих вторичное рентгеновское излучение, обнаруживаются различия в размере образца, который может быть размещен, и фактической анализируемой площади. Сканирующие электронные микроскопы и электронные микрозонды хорошо известны для проведения микроанализа, но в большинстве случаев только на небольших объектах, которые могут поместиться внутри камеры для образцов.Полноразмерные и настольные XRF-инструменты анализируют большую площадь, но также имеют ограничения по размеру, в то время как портативные XRF-спектрометры не имеют ограничения по максимальному размеру, поскольку они просто удерживаются рядом с объектом. Хотя пределы обнаружения pXRF могут быть на порядок меньше, чем у обычных XRF-спектрометров, это не влияет на результаты для основных и второстепенных элементов в металлических сплавах на основе меди.
Ограничения неразрушающего анализа
Одним из важных вопросов, который следует учитывать, является проведение неразрушающего анализа поверхности потенциально неоднородных образцов.Металлы на основе меди становятся патинированными и со временем могут серьезно ухудшиться на поверхности, в то время как консервация часто включает обработку на металлической основе, что влияет на состав поверхности объекта. Когда невозможно отобрать чистый образец для элементного анализа, анализ нескольких пятен может быстро выявить наличие значительных изменений в составе, которые не характерны для исходного отлитого объекта. Кроме того, отношения интенсивности K / L для таких элементов, как олово и медь, имеют фиксированные значения, но они заметно изменяются из-за коррозии, и пятна с нерегулярными значениями могут быть исключены.В идеале в таких обстоятельствах может быть допустимо очистить хотя бы небольшую площадь для повторного анализа. Такая очистка необходима для артефактов, которые, как известно, были обработаны консервантами, содержащими цинк или другие металлические элементы.
Использование портативного рентгеновского флуоресцентного спектрометра (pXRF)
Со временем было разработано множество портативных XRF-спектрометров, в то время как только в последнее десятилетие серийно выпускаемые модели были проданы несколькими крупными компаниями.В дополнение к ограничениям неразрушающего XRF для потенциально неоднородных материалов, использование портативных XRF-спектрометров для археологических исследований подняло некоторые вопросы о надежности и сопоставимости различных инструментов. Однако в последние годы было признано, что спектрометры pXRF являются такими же последовательными и точными, как и обычные модели, а разработка калибровки для различных материалов позволяет проводить прямое сравнение с анализами другими аналитическими методами. На данный момент использование pXRF на археологических металлических материалах стало широко распространенным, и его постоянные пользователи лучше понимают как его возможности, так и ограничения.
В проектах, обсуждаемых в этой статье, использовались две разные модели pXRF, начиная с Bruker III-V + в 2007 году и Bruker III-SD в 2012 году. Различия заключаются в том, что модель III-SD использует кремниевый дрейфовый детектор. , который более чувствителен и имеет лучшее разрешение, чем детектор Si-PIN на модели III-V +. Это приводит к меньшему количеству аналитического времени, необходимого для каждой пробы, и лучшей идентификации элементов с помощью калибровочного программного обеспечения. Для обоих размер луча составляет 5 на 7 миллиметров, так что анализируется значительная горизонтальная область.Для анализа металлов на основе меди использовался фильтр из 12 мил Al и 1 мил Ti для повышения точности показаний, в то время как настройки 40 кВ, 1,5 или 4 мкА и 30–60 секунд использовались для обеспечения полный диапазон пиков металлических элементов с достаточными характеристиками для согласованных точных измерений. Экспериментальные испытания одного и того же пятна много раз показали, что различия в концентрациях элементов (вариация, точность) между анализами составляют лишь часть реальной вариации в объекте.
Анализы сплавов на основе меди
Основной целью элементного анализа металлических артефактов на основе меди является определение количества элементов, намеренно включенных в сплав. Результаты, полученные при сборке объектов на основе меди, могут быть использованы для оценки изменений в технологии производства, доступа к олову и другим металлам, последовательности в легировании различных материалов (например, инструментов, оружия, ювелирных изделий) и методов переработки. Многие такие артефакты, будь то инструменты, оружие или украшения, имеют большую художественную и / или археологическую ценность и выставлены в музеях.Даже для небольшого количества объектов анализ позволяет правильно идентифицировать и описывать как музейные экспонаты, так и публикации.
Одним из примеров является небольшая бронзовая голова (инв. 1984.6) из коллекции Университета Эмори, для которой неразрушающий анализ был проведен на трех разных участках (рис. 36.2). Все показывают, что медь, безусловно, является основным металлом, в то время как количества олова, свинца и серебра значительно различаются. На макушке волос гораздо больше свинца (~ 14%) и олова (~ 11%), чем в области губ, где всего около 1% свинца и 3% олова; ни у кого нет серебра.Однако в области глаз содержится около 2–3% серебра (и около 4% свинца и 7% олова). Ниже представлены еще несколько примеров неразрушающего исследования элементного состава с использованием портативного XRF.
Рисунок 36.2. Портативный рентгенофлуоресцентный анализ маленькой «бронзовой» головы в Университете Эмори Рисунок 36.3. «Бронзовые» предметы в музее Паоло Орси, Сиракуза, СицилияСицилия бронзового века
Артефакты на основе меди редко находили на памятниках медно-бронзового века на Сицилии, будь то инструменты, оружие или украшения, и их фактический состав практически не изучался.Было получено разрешение на проведение неразрушающего анализа pXRF большой коллекции в Музее Паоло Орси в Сиракузах и других на Сицилии. Две чаши с сайта Caldare (инв. 16290, 16291) были испытаны на нескольких местах с внутренней и внешней стороны и на отдельно прикрепленных ручках (рис. 36.3). Не удалось избежать тяжелой патины, и показатели олова для каждого из них варьировались от 0,7 до 5,7% и от 1,8 до 9,6%. На одной из рукояток было заметно больше свинца (3,0%) и мышьяка (0,9%), что предполагает отдельный начальный процесс производства, возможно, с медью из другого источника.Для кинжала (Caldare inv. 16292) олово колеблется от 1,0 до 7,9% для шести испытанных точек, включая заклепку в основании. Одно пятно содержало измеримое количество цинка (1,6%), что предполагает использование консерванта. Эти примеры иллюстрируют ограничения проведения анализа поверхности бронзы с сильным патинированием и / или консервационной обработкой. Тем не менее, предварительные результаты более чем 100 проанализированных артефактов показывают большие различия в количестве олова, использованного в исходных сплавах, что может быть объяснено нерегулярной доступностью олова в месте, столь удаленном от любого источника, и / или отсутствием олова. крупномасштабные производственные центры и стандартизированные методы легирования.
Эпоха викингов, Норвегия
К эпохе викингов широко использовались бронза и латунь. Неразрушающий анализ с использованием pXRF был проведен в музее Ставангера, Норвегия, для проверки любых закономерностей и предоставления информации для каталога и экспозиции музея. Среди почти тридцати протестированных объектов на основе меди крестообразная копия броши выделяется как типичная бронза с намеренно добавленным только оловом (9,4%) (рис. 36.4). Все остальные протестированные предметы были латунными, содержание цинка колебалось от нескольких процентов до более чем двадцати, и более половины также содержали олово и / или свинец (таблица 36.1). Диапазон процентных соотношений для каждого из этих трех элементов также подтверждает вероятность вторичной переработки, а не первичного производства латунных предметов.
Рисунок 36.4. Крестообразная брошь эпохи викингов, Музей Ставангера, Норвегия. Анализ внутреннего края с помощью pXRF