Классификация, марки, характеристики бронзовых составов

Число видов бронз огромно. Изобретенный тысячи лет назад металл сегодня применяют в разных сферах производства. Некоторые марки сочетают в себе уникальные качества и иногда просто незаменимы. О том, что это за материал, пойдет речь в статье.

Что такое бронза

Это сплав, главный компонент которого – медь. Легирующими компонентами бывают олово, алюминий, кремний, бериллий, свинец и другие. Не надо путать ее с латунью – это сплав меди с цинком, и с мельхиором – медь с никелем.

Легирующие элементы по-разному влияют на особенности материала:

Классификация

Чаще всего их делят на категории по трем критериям – химическому составу, способу обработки и структуре.

По химическому составу, в зависимости от наличия олова:

• Оловянные;
• Безоловянные.

Вторые, в свою очередь, бывают:

• Алюминиевые;
• Кремнистые;
• Марганцовистые.

Также существуют марки бериллиевой бронзы, свинцовистой и другие. Это зависит от присутствия легирующих элементов.

По технологическим свойствам (способу обработки):

• Обрабатываемые давлением (деформируемые);
• Литейные.

По структуре:

• Однофазные –  состоят из  кристаллов твердого раствора одного вида;
• Двухфазные – присутствуют кристаллы двух разных фаз.

Где применяют

Качества сплавов зависят от легирующих компонентов. Соответственно, области использования материала самые разные:

• Отливки высокой точности. Некоторые материалы обладают малой усадкой при литье.
• Антифрикционные элементы. Те, что работают при постоянном трении. В том числе в парах трения «сталь-бронза». С этими же свойствами связан «эффект безызносности».
• Ответственные элементы конструкций, работающие при переменных нагрузках.
• Шестерни, зубчатые колеса.
• Части механизмов, работающих в агрессивных или влажных средах. Например, в соленой воде.
• Пружины, мембраны – благодаря хорошим упругим свойствам.
• Электротехнические изделия, механизмы часов, детали приборов навигации самолетов.
• Бытовое применение – фурнитура, фитинги, сантехнические изделия.
• Производство ювелирных изделий.
• Ну и конечно – скульптуры, предметы декора, быта.

Маркировка

Все категории бронз маркируют русскими буквами. Порядок маркировки такой:

1. Сначала пишут буквы Бр.

2. Потом буквы, обозначающие легирующие элементы:

3. Затем пишут цифры, обозначающие, сколько процентов каждого элемента содержится в материале.

А вот дальше для деформируемых и литейных марок начинаются различия:

• Для деформируемых цифры пишутся в конце, в том же порядке, что и соответствующие легирующие элементы. Разделяются дефисами. Например: БрАЖ9-4. Безоловянная, обрабатываемая давлением. Состав: алюминий – примерно 9%, железо – примерно 4%, остальное – медь.
• Для литейных количество легирующего элемента пишется сразу после соответствующей буквы. Например: БрО4Ц7С5. Литейная оловянная бронза. Состав: олово – примерно 4%, цинк – примерно 7%, свинец – примерно 5%. Остальное – медь.

Не нужно думать, что если в маркировке указано только три элемента, то в материале, кроме них и меди ничего нет. В ней могут присутствовать и другие вещества. Просто их количество очень мало. Химический состав для разных марок будет приведен ниже.

И еще. Иногда в конце маркировки ставится буква Л. Это означает, что сплав литейный, но с таким же составом он может быть и деформируемым.

Как производят

Металл льют из чистых компонентов либо из сплавов в форме чушек.

• Прежде всего, медь добывают на месторождениях. Она достаточно часто встречается. Ее добывают из самородной меди и минералов. Из последних получают металл несколькими путями. Самые распространенные – окислительный отжиг и огневое рафинирование.
• Затем определяют состав шихты. Это зависит от состава марки и от имеющегося сырья.
• Плавку меди проводят в специальных печах. Процесс проходит в несколько этапов:

1. Загрузка. Сырье загружают в сухие прогретые тигли.
2. Расплавление. Плавку ведут с добавлением древесного угля (флюса), чтобы металл меньше окислялся.
3. В хорошо прогретый металл вводят фосфористую медь, играющую роль кислотного катализатора.
4. После выдержки при высокой температуре вводят предварительно нагретые легирующие и связующие компоненты (лигатуры).
5. Жидкий металл отливают в песчаные или металлические формы.

Характеристика некоторых марок

БраЖ9-4

Это безоловянная алюминиевая бронза. Деформируемая. Имеет антифрикционные качества. Алюминий придает ей стойкость к коррозии, а железо улучшает структуру, износостойкость, прочностные качества.

Этот сплав один из недорогих. Там нет олова. При этом БраЖ9-4 хорошо обрабатывается, работает в парах трения, сопротивляется коррозии. Ею часто заменяют дорогие виды металла с оловом.

Важное качество – работает даже при высоких температурах. Ее закаливают при температуре 950 градусов, потом отпускают при 250-300 градусах в течение 2-3 часов. После термообработки твердость и пластичность деталей повышаются.

БрАЖ9-4 изготавливают из меди с добавками алюминия и до 2-4% примесей железа. По ГОСТ 18175-78 в нем содержатся и другие элементы:

Химический состав БрАЖ9-4

Литейно-технологические свойства БрАЖ9-4

Механические свойства БрАЖ9-4 при температуре 20 С°

Твердость БрАЖ9-4, сортамент

Физические свойства БрАЖ9-4

Т – температура

E 10^{– 5} – Модуль упругости первого рода

a 10⁶ – Коэффициент температурного (линейного) расширения

l – Теплопроводность (теплоемкость)

r – Плотность

C – Удельная теплоемкость

R 10⁹ – Удельное электрическое сопротивление

Коэффициент трения БрАЖ9-4

Патина на бронзовых изделиях

Вообще, патина – это налет или пленка на медных сплавах и меди. Именно из-за нее некоторые бронзовые изделия имеют благородный зеленовато-белый цвет.

Патина бывает естественная и искусственная.

Естественная патина – оксидно-карбонатный налет на поверхности изделий, который появляется под действием окружающей среды. Пленка образуется с разной интенсивностью. Это зависит от того, в какой среде находится изделие (воздух, пары, газы, содержание солей хлора в воде и воздухе). Естественный слой предохраняет предмет от дальнейшей коррозии.

Искусственная патина – та же пленка, но образовалась она после нанесения на предмет специальных составов. Обычно это кислоты, сера.

Патинирование изделий делают, чтобы придать изделию благородный вид, винтажность, декоративность. Перед этим естественный слой патины осторожно снимают. Наносят смесь для патинирования и нагревают изделие. Составы для патинирования обычно очень токсичны.

Стандартизация сплавов

Стандартов, регулирующих выпуск бронз, существует несколько тысяч. Например, это группы стандартов:

• Содержащие марки сплавов;
• Содержащие технические условия сортамента (прутки, чушки, трубы и другие);
• Регламентирующие способы контроля и анализа состава.

Вот основные действующие стандарты. Дата актуализации 10.08.2017: