Снижение экологического воздействия: Производители металлов активно стремятся минимизировать негативное воздействие своей деятельности на окружающую среду, включая сокращение выбросов в атмосферу и снижение энергопотребления на различных стадиях производства.
Из чего состоит бронза: состав, свойства и производство
Бронза, обладающая красновато-желтым блеском и богатой историей, является одним из наиболее уникальных и значимых цветных металлов, применяемых человечеством. Она представляет собой гармоничное сочетание красоты и утилитарности, а также исторических достижений и современных технологий. Основными компонентами бронзы являются медь и олово, однако в состав могут входить и другие легирующие элементы, что придаёт ей специфические физические и механические характеристики, востребованные в различных отраслях. В этой статье мы подробно рассмотрим состав и свойства бронзы, её классификацию, процессы производства и множество сфер применения, в которых этот благородный металл продолжает занимать ключевую позицию.
Бронза — это один из самых древних и значительных материалов в истории человечества, представляющий собой металлический сплав, главным компонентом которого является медь, в сочетании с различными легирующими добавками, такими как олово, марганец, свинец, бериллий, алюминий, хром, кремний, мышьяк, фосфор, цирконий и многими другими. Тем не менее, цинк и никель обычно присутствуют в сплаве в минимальных количествах или совсем отсутствуют, поскольку их высокое содержание подразумевает другие типы цветных металлов, такие как латунь, мельхиор и нейзильбер. Наиболее распространённым легирующим элементом остаётся олово, что позволяет условно классифицировать сплавы на два основных класса: оловянные и безоловянные.
Бронзы также классифицируются по назначению и технологическим свойствам, которые непосредственно влияют на их область применения. В частности, выделяют:
- Деформируемые бронзы — обладают невысоким содержанием олова, что способствует их высокой податливости механической обработке благодаря большему количеству других легирующих элементов. Хорошая пластичность этих сплавов делает их подходящими для изготовления проволоки и плоского металлопроката;
- Литейные бронзы — характеризуются низким уровнем усадки (до 1%). Эти сплавы используются для отливки изделий, таких как шестерни, подшипниковые вкладыши, клапаны, задвижки и другие детали трубопроводной арматуры.
Химический состав оловянных деформируемых сплавов регламентируется стандартами ГОСТ 5017-2006, в то время как состав литейных бронз соответствует ГОСТ 613-79. Безоловянные бронзы классифицируются в соответствии с ГОСТ 18175-72 для деформируемых вариантов, а для литейных — ГОСТ 493-79.
Физические свойства бронзовых сплавов
Плотность бронзы варьируется в зависимости от её химического состава, однако, как правило, находится в пределах от 7,2 до 8,9 г/см³ (7200-8000 кг/м³). Это делает бронзу относительно легким материалом, который при этом обладает высокой прочностью и стойкостью к износу.
Бронза является хорошим проводником тепла, что делает её весьма полезной для производства деталей, работающих при повышенных температурах. Например, коэффициент теплопроводности бронзы обычно составляет от 60 до 100 Вт/(м·К). Теплоёмкость же данного материала колеблется между 0,37 и 0,39 Дж/(г·К), что имеет важное значение при проектировании систем охлаждения и теплообмена, где бронза используется в качестве основного материала для трубопроводных изделий.
Многие марки бронзы могут сохранять свою прочность при очень низких температурах и обладают хорошей стойкостью к охлаждению до криогенных температур. В зависимости от конкретного состава, бронза также способна выдерживать высокие температуры, не теряя своих функциональных качеств. Температура плавления бронзы варьируется в пределах от 930 до 1140 °C.
С учётом того, что медь является основным компонентом бронзы, содержание меди в сплаве может варьироваться от 10% до 95%, что определяет его электропроводность. Наиболее эффективным проводником среди бронзовых сплавов считается кадмиевая бронза, которая используется в случаях, когда медь или другие проводники не способны справиться с механическими и температурными нагрузками. Например, многие троллейные провода и коллекторные пластины изготавливаются именно из этой разновидности сплава, поскольку она имеет повышенную температуру рекристаллизации и обладает высокой пластичностью, что делает её устойчивой к износу и механическим повреждениям.
Одной из характерных черт бронзы является её красновато-жёлтый цвет, который может варьироваться в зависимости от соотношения компонентов сплава: чем больше доля меди и меньше легирующих элементов, тем ярче и краснее цвет, напоминающий золото. Такие металлы, как правило, не обладают магнитными свойствами, что делает их идеальными для применений, где присутствие магнетизма нежелательно.
Какие бывают медные сплавы
Бронзой называют сплав меди с различными металлическими материалами, за исключением цинка (Zn) и никеля (Ni). Эти элементы могут присутствовать в сплаве, но только в качестве добавок.
Сплав, содержащий цинк, называется латунью, и его состав может включать до 45% цинка.
Сплав, где содержание цинка составляет от 20% до 36%, называется желтой латунью, если его доля колеблется от 5% до 20%, такие детали называют красными.
Существует различие в номенклатуре: в бронзе не указывают объём меди (Cu), тогда как в латуни указывается содержание цинка. Это можно посчитать, вычитая из 100% количество добавленных элементов. Например, в сплаве БрАЖН10-4-4 содержание меди будет вычислено по формуле: 100 — (10 + 4 + 4) = 100 — 18 = 82%. В латуни ЛАЖМц66-6-3-2, соответственно, 66% составляют медь, 6% — алюминий, 3% — железо и 2% — марганец, что означает, что содержание цинка составляет: 100 — (66 + 6 + 3 + 2) = 23%.
Латуни также делятся на литьевые и обрабатываемые. В аналогии с обозначениями бронзы, обрабатываемые сплавы выделяются с помощью дефиса.
Сплав меди и никеля не считается бронзой. К подобным сплавам относят мельхиор, содержание никеля в котором может достигать 30% при доле марганца и железа чуть менее 1%. Также к этому типу сплавов можно отнести нейльзибер (содержит 5-35% никеля и 13-45% цинка), константан (51% никеля и 49% меди), манганин (около 85% меди, 11,5-13,5% марганца и 5-3,5% никеля) и монель (67% никеля и 33% меди). Первые два сплава из данного списка имеют блестящий цвет и устойчивы к коррозии, их применяют для производства посуды и ювелирных изделий, а также в судостроении, медицине и создании точных инструментов. Константан и манганин используются в производстве различных электрических приборов и радиодеталей. Монель часто применяют для чеканки монет. Среди других сплавов выделяется куниаль, содержащий до 20% никеля и до 4% алюминия, который используется для изготовления криогенного оборудования. Кроме того, можно отметить сплав копель, предназначенный для производства термопар, а для изготовления монет применяются сплавы тумака и секунда, которые содержат золото.
Существует также ряд специальных монетных и ювелирных сплавов. К их числу относится, например, абиссинское золото — медный сплав с добавлением цинка и олова, а рецепт северного золота напоминает алюминиевую бронзу.
Оловянная бронза
Сплав этого типа был создан более 4500 лет назад, и с тех пор его состав практически не изменился. Однако следует отметить, что изделия того времени содержали добавки, такие как ферросилиций и ферросиликомарганец, которые были вновь открыты только в XIX веке.
Оловянная бронза характеризуется высокой надежностью и устойчивостью к коррозии. В те древние времена этот материал был довольно дорогим, и позволить себе изделия из него могли лишь зажиточные люди. Изначально оловянную бронзу использовали для производства холодного и огнестрельного оружия, позднее её начали применять для отливки ритуальных предметов, а затем — для создания скульптур.
В старинной Руси оловянную бронзу делили на колокольную со содержанием олова до 21% и оружейную с содержанием олова до 13%. Упругость данного материала придавала особое звучание, однако вместе с этим его хрупкость могла приводить к утрате прочности, что хорошо видно на примере Царь-Колокола.
Именно поэтому для отливки Царь-Пушки использовали другой сорт бронзы, который отличался пониженной хрупкостью.
Если содержание олова в сплаве составляет до 6%, такой материал относится к деформируемым, что предполагает возможность обработки под давлением и резкой. Когда же в сплаве присутствует большее количество олова, такие бронзы классифицируются как литейные. Если же доля олова превышает 20%, сплавы становятся более хрупкими, приобретая также красивый серебристый цвет. Максимально допустимое содержание олова не должно превышать 33%. Цвет сплава зависит от содержания меди: если доля меди составляет 85%, детали будут иметь золотистый цвет, при содержании меди на уровне 75%, изделия будут белыми, а при меньших долях начнет проявляться красноватый оттенок. По цвету можно также определить, к какому типу относится оловянная бронза: красноватая указывает на деформируемую, в то время как золотистая — на литейную. Серебристая бронза часто используется для производства кувшинов и других предметов посуды.
Оловянная бронза пользуется большой популярностью среди литейщиков, поскольку она обладает малой усадкой. Это качество позволяет создавать как украшения, так и объемные изваяния. Для повышения текучести в сплав добавляют цинк и некоторые другие легирующие элементы.
Наличие цинка, как раз и обеспечивает малую усадку оловянной бронзы.
Некоторые разновидности бронзовых сплавов
Наиболее востребованы в различных отраслях оловянные, бериллиевые, кремниевые и алюминиевые бронзы.
Оловянная бронза
Оловянная бронза представляет собой сплав, в котором олово является основным легирующим компонентом. Также в состав могут входить фосфор, цинк, свинец, никель и другие элементы.
В таблице приведены предельные содержания элементов в некоторых марках оловянной бронзы:
Как видно из представленной таблицы, сплавы содержат как минимум 80% меди. При увеличении доли олова в сплаве происходят изменения его свойств:
- Твердость и прочность металла увеличиваются;
- Снижается пластичность;
- Снижается ударная вязкость;
- Увеличивается усталостная прочность.
Фосфор (P) — один из легирующих компонентов, который добавляется при содержании более 0,1%. Вливаясь в медные сплавы, он раскисляет медь, чогда способствуя повышению износостойкости получаемого металла. Однако следует учитывать, что избыток фосфора может негативно повлиять на пластичность получаемого изделия. Поэтому при добавлении фосфора в деформируемую оловянную бронзу крайне важно придерживаться установленных ГОСТов и других нормативных требований.
Еще одним легирующим компонентом является цинк (Zn). Он вводится в бронзу, не содержащую фосфор, в количестве, которое может раствориться. Цинк часто добавляется совместно со свинцом, который, хотя и слаборастворим, формирует в сплавах типы, такие как БрОЦС4-4-2,5 и БрОЦС4-4-4 с кристаллической решёткой твердого раствора и нерастворёнными частицами свинца. Добавление свинца улучшает антифрикционные свойства металла и его обрабатываемость. Однако свинец, как легирующий элемент, может уменьшить некоторые другие механические качества конечного продукта.
Также может включаться никель (Ni), который вносит вклад в повышение прочности, пластичности и возможности деформации сплава.
Бериллиевая бронза
Бериллиевая бронза представляет собой безоловянный дисперсионно упрочняемый сплав меди и бериллия. В этом случае растворимость бериллия в меди зависит от температуры. Процесс закалки проходит из однофазной области, то есть непосредственно из расплава. Крайне важно правильно подбирать температуру для данного процесса, поскольку она определяет степень насыщения расплава и гомогенности металла, которые влияют на его свойства. Оптимальная температура для закалки составляет от 760 до 800 °C. Превышение данного диапазона может привести к увеличению зернистости металла, что негативно отразится на его технологических характеристиках. Наоборот, температура ниже указанного диапазона не позволит добиться необходимой степени насыщения бериллием.
Скорость охлаждения раствора должна составлять не менее 30-60 градусов в секунду, чтобы избежать распада компонентов в твердом растворе. Иногда для снижения предела скорости охлаждения в сплав могут добавляться никель и кобальт, которые повысят устойчивость твердого раствора к переохлаждению. Для этой же цели может использоваться магний.
Наиболее часто используются в производстве следующие сплавы:
- БрБ2 — сплав с содержанием бериллия 2%;
- МНБ — сплав меди-никеля-бериллия, содержание бериллия не превышает 0,8%;
- МКБ — соотношение меди, кобальта и бериллия с тем же процентом содержания бериллия, что и в сплаве МНБ.
2. История бронзы
История бронзы уходит корнями в далекое прошлое и начинается с открытия меди и олова, двух ключевых компонентов, входящих в состав этого сплава. Первые упоминания о бронзе встречаются в археологических находках и писаниях представителей различных культур.
В разных уголках планеты бронза была открыта и использовалась в разное время. Например, древние месопотамцы, населявшие плодородную долину рек Тигр и Евфрат, начали использовать бронзу уже в 3300 году до н.э. Это событие, известное как бронзовый век Месопотамии, стало одним из важнейших этапов в истории человечества. В последствии технология производства бронзы распространилась на другие регионы, включая древний Египет, Китай и Индию.
2.2. Технологический прогресс в производстве бронзы
Развитие технологий по производству бронзы оказало невероятно важное влияние на развитие человеческой цивилизации. На ранних этапах производство бронзы осуществлялось способом плавления меди и олова в специализированных печах при высоких температурах, что требовало значительных усилий и знания металлургии.
С течением времени, благодаря совершенствованию металлургических процессов, производство бронзы стало более технологичным и эффективным. Появление различных литейных форм упростило процесс создания бронзовых изделий сложной формы. Эти технологические усовершенствования сделали бронзу более доступной для массового производства.
Что дороже: латунь или бронза
Цена латуни, как правило, ниже, чем цена бронзы. Это связано с тем, что основным компонентом латуни является цинк, который легче и дешевле по сравнению с другими элементами, использующимися для создания бронзы. Бронзовые сплавы оценены выше, так как их составляющие, такие как олово, алюминий, никель и прочие легирующие добавки, имеют более высокую стоимость и придают металлу определённые эксплуатационные характеристики.
Стоимость как бронзы, так и латуни зависит не только от ситуации на местном металлургическом рынке, но и от состояния мировой экономики в целом. В основном цены на эти металлы колеблются в зависимости от текущего спроса на металлолом. На спрос и предложение также влияют инвестиции в производственные сферы, такие как строительство, судостроение и автомобилестроение, в которых бронза и латунь являются необходимым сырьём. Поскольку при создании сплавов используются различные химические элементы и легирующие добавки, их стоимость также зависит от рыночной цены этих компонентов, например, меди, олова или цинка. Более подробно о том, как подготовить металлолом к сдаче, мы расскажем в другой нашей статье.
На текущий момент, осень 2023 года, пункт приёма металлолома ООО РМК принимает бронзовый лом по цене 509 рублей за килограмм.
Латунь оценивается в 424 рубля за килограмм, латунная стружка — в 372 рубля, а радиаторы из латуни — в 424 рубля за килограмм.
Как отличить латунь от бронзы в домашних условиях
В первую очередь, необходимо внимательно анализировать цвет и поверхность исследуемого изделия. Латунь характеризуется жёлтым оттенком, который визуально напоминает цвет некоторых драгоценных металлов. Бронза же отличается красноватым оттенком, который может дополняться коричневыми нюансами или потемнениями.
Хотя оба металла имеют медь в своём составе, у них есть различия в внутренней структуре. Латунь проявляет мелкозернистую структуру и легче по весу, тогда как бронза имеет крупнозернистую структуру и соответственно весит больше. Проверить это можно, разрезав или надломив образец металла. При надломе латунь будет показывать жёлтый цвет с белым оттенком, в то время как бронза имеет красноватый цвет и проявление крупных зерен. Также можно провести небольшой тест с использованием ножовки: прокалывая металл, вы заметите, что бронза поддаётся резанию хуже, образуя мелкие крошки, тогда как латунь легче обрабатывается, создавая стружку и тонкие пласты материала.
Если у вас остались какие-либо вопросы или вы хотите уточнить цены на наши услуги, пожалуйста, свяжитесь с нами — мы с удовольствием предоставим необходимую информацию.
