Бро́нза — сплав меди, обычно с оловом в качестве основного компонента, но к бронзам также относят медные сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка (это латунь) и никеля (это мельхиор). Как правило, в любой бронзе в незначительных количествах присутствуют добавки: цинк, свинец, фосфор и другие.
Традиционную оловянную бронзу человек научился выплавлять ещё в начале Бронзового века, и очень длительное время она широко использовалась. Даже с приходом века железа бронза не утрачивала своей важности.
Плотность бронзы в зависимости от марки (и включения примесей) составляет 7800-8700 кг/м³; температура плавления 930—1140 °C.
Содержание
Этимология [ править | править код ]
Современные лингвисты выдвигают следующие гипотезы происхождения слова «бронза»:
- Романскую, согласно которой слово пришло в романские языки, либо от персидского «berenj», означающего «медь», либо от названия города Бриндизи, из которого этот материал доставлялся в Рим; [1]
- Протославянскую, согласно которой слово имеет протославянское происхождение, и буквально означает «бранный металл» (общеславянские корень «bron», особенно характерный для южнославянских языков, и суффикс «za», который по всей вероятности обозначал либо непосредственно литой сплав, либо технологический процесс его отливки и остывания; как в случае с общеславянским же словом «железо» — «zelé(želě)-zo»), что так или иначе сохранилось практически во всех славянских языках, [2] а в словенском языке слово «bron» (без каких-либо постфиксов) до сих пор означает бронзу;
История [ править | править код ]
Самые древние бронзовые изделия, датируемые 5-м тысячелетием до н. э., были обнаружены на Иранском нагорье и у деревни Плочник в Сербии. В России наиболее древние бронзовые артефакты были обнаружены русским археологом Николаем Веселовским в 1897 году в районе реки Кубани (так называемая Майкопская культура, вторая половина 4-го тысячелетия до н. э.). Бронза майкопских курганов в основном представлена сплавом меди с мышьяком. Постепенно знания о прочном и пластичном металле распространились на Ближний Восток и Египет. Здесь, после перехода к оловянно-медному сплаву, бронза обрела положение одного из важнейших декоративных материалов.
Исторически первой бронзой был сплав меди с мышьяком — так называемая мышьяковистая бронза. По своим технофизическим свойствам мышьяковая бронза не уступала оловянной, а по разнообразию сортов, пригодных для тех или иных видов хозяйственной деятельности — от ответственных деталей до ювелирных изделий — даже превосходила её. Как явствует из археологических данных, в начале и даже в середине бронзового века мышьяковая бронза почти безраздельно господствовала на всём евразийском пространстве, за исключением, быть может, нескольких регионов, богатых «оловянным камнем» (современные Англия, Притяньшанье) или одновременно медными и свинцовыми рудами (Этрурия на северо-западе современной Италии).
Повсеместное вытеснение к концу бронзового века мышьяковой бронзы более дорогими сортами, в том числе оловянной, по-видимому, было связано сразу с несколькими причинами, в зависимости от региона действовавшими совместно или порознь. Среди них:
- высокая токсичность производства мышьяковой бронзы, с неизбежностью приводившая к инвалидизации металлургов и кузнецов со стажем (этот факт отразился в античном образе бога металлургии Гефеста, а также в древнерусском образе «старого хрыча», то есть старого кузнеца);
- непригодность мышьяковой бронзы для металлургического передела: металлургический брак из такой бронзы, равно как и сломанные изделия из неё, переплавке на сортовой металл не подлежали, так как при переплавке часть мышьяка просто испарялась или выделялась в виде шлака, и бронза становилась очень хрупкой, и в лучшем случае могли быть использованы для изготовления бижутерии или неответственных деталей;
- выработка за многие века поверхностно залегающих, богатых медью и мышьяком месторождений теннантита и других блеклых руд, наиболее удобных для выделки мышьяковой бронзы (использование других источников мышьяка и меди значительно усложняло процесс и делало его более дорогостоящим);
- мышьяк встречался реже, чем олово или некоторые другие металлы, использующиеся для создания бронзы, поэтому изготовление бронзы при помощи мышьяка было дороже.
Поэтому с развитием гужевого транспорта, а вместе с ними и международных экономических связей, во многих регионах стало рентабельнее импортировать немышьяковые сорта бронзы, чем производить собственную мышьяковую. А с развитием крупного промышленного производства самым массовым видом бронзы стала оловянная, которую лишь в последнее столетие стали теснить конкуренты на основе ранее недоступных заменителей олова. По некоторым свойствам такие (безоловянные) бронзы превосходят оловянные. Например, алюминиевые, кремниевые и особенно бериллиевые бронзы — по механическим свойствам, алюминиевые — по коррозионной стойкости, кремнецинковые — по текучести. Алюминиевая бронза благодаря красивому золотисто-жёлтому цвету и высокой коррозионной стойкости иногда также применяется как заменитель золота для изготовления бижутерии и монет. Прочность алюминиевой и бериллиевой бронз может быть дополнительно увеличена при помощи специальной термической обработки.
Классической маркой бронзы, применяемой издревле и до сих пор для литья колоколов, является колокольная бронза: 80 % меди и 20 % олова с разбросом соотношения 3 %. Его недостатком является повышенная хрупкость, которой способствует большое содержание олова.
Оловянная бронза [ править | править код ]
Оловянная бронза — сплав меди с оловом (медь преобладает), один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает значительно большей, по сравнению с чистой медью (освоенной ранее бронзы), твёрдостью, достаточной прочностью и более легкоплавка. Открытие бронзы сыграло огромную роль в освоении металлов человеком. Олово в любых марках оловянистой бронзы всегда является вторым по количеству и основным легирующим компонентом сплава (тогда как медь — первым); третье место отводится дополнительным добавкам: свинцу, цинку, мышьяку.
Оловянная бронза (кроме марок с низким содержанием олова — т. н. деформируемой бронзы) с трудом поддаётся обработке давлением (ковка, штамповка, прокатка и пр.), резанию и заточке. Благодаря этому бронза в целом — литейный металл, и по литейным качествам не уступает любому другому металлу. Она обладает очень малой усадкой — 1 %, тогда как усадка латуней и чугуна составляет около 1,5 %, а стали — более 2 %. Поэтому, несмотря на склонность к ликвации и сравнительно невысокую текучесть, бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё.
Бронзы 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 могут быть дополнительно легированы цинком, никелем, фосфором, свинцом, мышьяком и другими металлами. Цинка добавляют не более 10 % (в этом количестве он почти не изменяет свойств бронз, но делает их дешевле); бронза с добавлением цинка называется «адмиралтейской бронзой» и обладает повышенной коррозионной стойкостью в морской воде. Свинец и фосфор улучшают антифрикционные свойства бронзы и её обрабатываемость резанием и давлением.
Безоловянные бронзы [ править | править код ]
Бронзами также могут называть некоторые другие подобные традиционной бронзе сплавы меди, в которых олово отсутствует. Самые известные из них — латунь (сплав Cu-Zn) и константан (Cu-Ni), бронзой не называемые, и алюминиевая бронза. В прошлом (Древний Рим, к примеру) латунь и константан носили собирательное название шпиатр и считались подделкой.
Существуют также многокомпонентные бронзы — сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами.
Также необходимо упомянуть сплавы меди и фосфора. Они не могут служить машиностроительным материалом, поэтому их нельзя отнести к бронзам. Однако они являются товаром на мировом рынке и предназначаются в качестве лигатуры при изготовлении многих марок фосфористых бронз, а также и для раскисления сплавов на медной основе.
Использование [ править | править код ]
Бронза используется в современном машиностроении, ракетной технике, авиации, судостроении и других отраслях промышленности. Благодаря устойчивости к механическому истиранию и высокой коррозионной стойкости бронзовая продукция применяется для изготовления деталей машин и приборов, участвующих в подвижных узлах в процессе трения. Детали из бронзы требуют периодической замены, то есть являются расходными. Из безоловянных бронзовых сплавов изготавливают прокат для составляющих химических приборов, регулирующей арматуры отопительных систем и трубопроводов другого назначения.
Бронзу используют для литья скульптур и памятников, так как материал долговечен, не подвергается атмосферным влияниям и устойчив против механических повреждений. Изделия высокохудожественных форм в театрах, дворцах, залах (люстры, торшеры, канделябры) также изготавливаются из бронзы.
Патенты в данной категории
Изобретение относится к области получения мощных ионных пучков, а именно к катодам, которые могут быть использованы в установках для ионной имплантации металлов и сплавов, работающих в непрерывном и импульсном режимах. Катод выполнен из сплава меди со свинцом. Свинец содержится в количестве 36 мас.%, соответствующем монотектической точке сплава, в микроструктуре которого суммарная протяженность межфазных границ на 1 мм поверхности катода составляет 6,5 
16,0 мм/мм 2 . Технический результат – повышение износостойкости имплантируемых деталей. 4 ил., 1 табл.
патент выдан:
опубликован: 20.12.2013
Изобретение может быть использовано в литейном производстве при литье мелкогабаритных и среднегабаритных изделий из свинцовистых бронз. Литейную форму, изготовленную из графита, нагревают до температуры 850-950°С в муфельной печи. Литейную форму извлекают из печи, производят заливку расплава свинцовистой бронзы в форму и снова помещают форму в печь. Печь отключают и отливку охлаждают вместе с печью до комнатной температуры. Увеличение времени нахождения металла в расплавленном состоянии в форме приводит к более эффективному удалению газов из расплавленного металла, выравниванию структуры по сечению отливки, сфероидизации свинцовых включений, увеличению прочностных свойств отливок. 1 ил., 1 пр.
патент выдан:
опубликован: 20.01.2013
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым композиционным материалам на основе меди. Может быть использовано при получении деталей узлов трения, работающих при температуре до 350°С. Порошковый композиционный материал содержит матрицу на основе медного сплава и упрочнитель, содержащий квазикристаллы системы Al-Cu-Fe, допированные В, и Al 2 O 3 , при следующих соотношениях компонентов, мас.%: квазикристаллы 5,0-6,0; Al 2 O 3 1,0-1,5; матрица – остальное. Матрица может содержать, мас.%: олово 0,9-1,2; свинец 18,0-22,0; медь – остальное. Материал имеет высокую износостойкость, низкий коэффициент трения, высокую прочность на растяжение, а также обеспечивает работоспособность деталей трения в воздушной среде при температуре до 350°С. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
патент выдан:
опубликован: 20.12.2011
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным сплавам на основе меди. Может использоваться для изготовления простых по конфигурации деталей, работающих в условиях трения. Спеченный сплав содержит, мас.%: олово 4,0-6,0; цинк 4,0-6,0; свинец 4,0-6,0; никель 1,8-2,2; железо 0,4-0,6; марганец 4,0-6,0; кремний 0,4-0,6; бор 0,1-0,3; медь – остальное. Сплав имеет высокую твердость. 1 табл.
патент выдан:
опубликован: 10.11.2008
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным материалам на основе меди. Может использоваться при производстве подшипников скольжения, втулок. Материал содержит, мас.%: олово 1,5-3,0; никель 0,5-1,0; цинк 1,5-3,0; железо 0,1-0,3; кремний 4,5-6,5; свинец 4,5-6,5; бор 0,05-0,15; медь – остальное. Материал обладает высокой износостойкостью. 1 табл.
патент выдан:
опубликован: 27.07.2008
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным антифрикционным материалам на основе меди. Может использоваться при производстве подшипников. Спеченный материал содержит, мас.%: нитрид бора 4-7; олово 3-5; свинец 4-6; никель 1,5-3; сурьма 0,5-1,5; кремний 1,5-3; медь остальное. При необходимости дополнительно содержит 0,1-0,2 мас.% циркония. Материал имеет высокую износостойкость. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
патент выдан:
опубликован: 20.06.2008
Изобретение относится к металлургии цветных металлов и сплавов, содержащих в основе медь с различным содержанием легирующих и примесных элементов, и может быть использовано в атомной и термоядерной энергетике, а также в электротехнической, электровакуумной и криогенной отраслях промышленности. Предложен медный сплав, содержащий олово, цинк, свинец, сурьму, висмут, кислород, серу и медь, при этом он дополнительно содержит иттрий, при следующем соотношении компонентов, мас.%: олово 0,0005-0,002; цинк 0,001-0,004; свинец 0,001-0,004; сурьма 0,0005-0,002; висмут 0,0005-0,001; иттрий 0,005-0,02; кислород 0,01-0,038; сера 0,001-0,005; медь – остальное, при этом суммарное содержание свинца и висмута не превышает 0,0045%, содержание кислорода и серы не превышает 0,04%. Технический результат – получение медного сплава с повышенной структурной стабильностью, высоким уровнем физико-механических, технологических и служебных свойств, что обеспечит повышение эксплуатационной надежности и ресурса работы защитных систем термоядерного реактора. 3 табл.
Продаем прокат из меди и медных сплавов, со склада в Москве по ценам заводов производителей, оптом и в розницу. В каталоге 250 товаров, расположенных в 11 категориях. Отгрузка продукции по территории России, удобная система оплаты и заказа.
В виде шара, цилиндра или пластины, ГОСТ 859-2001
М1 – диаметр от 5 до 180 мм, в бухтах или отрезками от 2 до 10 метров
М1М, М1Т и М2М – толщиной от 0,1 до 2,44 мм, шириной от 30 до 300 мм
М1 – толщиной от 0,6 до 120 мм, размеры от 600 до 1500 мм
МНЖ5-1 и МНЖМц – диаметром от 10 до 258 мм, толщиной от 1.5 до 5 мм, длиной 6000 мм
ММ (ELUMA, Cu-DHP БС, Cu-DHP) – длиной 15000 мм
М1, ММ, ПММ и МнЖКТ – диаметром от 0,3 до 6 мм, в катушках, бухтах и мерными отрезками
М1 – диаметром от 4 до 50 мм, толщиной от 0,5 до 8 мм, длиной 3000 мм
Emmeti, IBP, Tiemme, Uni-Fitt, Viega. Для стыковки труб разного сечения, выполнения поворотов, развилок, тройников под углами
М2Р – толщина от 0,6 до 1 мм, в бухтах и мерными отрезками
М1 – толщиной от 3 до 12 мм, длиной 4000 мм
Медь обладает повышенной тепло и электропроводностью, стойкостью к коррозии. Три вида запаса прочности: мягкий, полутвердый и твердый. Для получения дополнительных характеристик в медный сплав включают легирующие добавки. Увеличение прочности за счет добавления олова, цинка и алюминия. Магнитные свойства металла, медь диамагнетик. Это качество используется создании изделий электротехнического назначения. Медный прокат экологически чистый и безопасный для человека материал, используется в пищевой промышленности, электротехники, машиностроении и строительстве.
Повышенная теплопроводность делает медный прокат незаменимым в изготовлении обогревателей, кондиционеров и теплообменников. Из меди создают прочные и надежные кровельные и водосточные трубы, емкости для транспортировки газов и жидкостей. Медь легко подается ручной и механической обработке, сочетается с натуральным камнем, деревом или стеклом, для создания декоративных композиций.
Медь, один из металлов который окружает человека и используется им уже тысячи лет. Применяется для соединения металлических деталей из разнородных металлов. В строительстве, кровле, трубопроводах, электронике и других областях.
Характеристики
Cu от латинского Cuprum – золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной плёнкой с желтовато-красным оттенком. Медь металл с повышенной тепло- и электропроводностью, второе место по электропроводности среди металлов после серебра. Удельная электропроводность при 20°C: 55,5-58 МСм/м. Металл с относительно большим температурным коэффициентом сопротивления: 0,4% / °С. Медь относится к металлам диамагнетикам. Получают из медных руд и минералов, методом пирометаллургии, гидрометаллургии и электролиза. Медь имеет низкий коэффициент трения и применяется в парах скольжения.
Химический состав медных сплавов
Сплавы меди и их классификация
- Медь с оловом – один из первых сплавов. Великолепные статуи Греции, произведения, имеющие и сегодня непревзойденную художественную ценность, отливались именно из оловянистых бронз. Сегодня производство сплава с оловом усовершенствовано. В технологическом процессе задействованы электрические дуговые печи, а защита сплава от окисления происходит в вакууме. Для увеличения прочности и пластичности бронзы в технологический процесс включают закаливание и старение сплава с оловом.
- Алюминиевая бронза – сплав алюминия с медью, хорошо деформируется и слабо поддается коррозии. Применяют для изготовления конструкционных элементов и деталей, подвергающихся воздействию высоких температур.
- Сплавы меди и свинца являются непревзойденными материалами с антифрикционными свойствами. Добавление свинца повышает прочность.
- Латунь – двухкомпонентный или многокомпонентный сплав, в основе которого имеется медь, такой как томпак или полутомпак, называется латунью.
- Нейзильбер – это медно-никелевый сплав с никелем от 5 до 35% и цинком. Стоимость дешевле мельхиора, но полностью аналогичен ему по внешнему виду и свойствам.
- Сплав меди с железом возможен благодаря близким физико-химическим параметрам металлов, однако разница в температурах плавления придает такому сплаву высокую пористость.
Латуни славятся высокой прочностью благодаря содержанию в них цинка (40-45%). Легкость в обработке делает латунь предпочтительней чистой меди. Этот сплав на основе меди используется преимущественно в приборостроении. Прочность латуни, которая содержит небольшой процент алюминия, марганца и других металлов, достигает 90 кг/мм². Применяется при изготовлении запорной арматуры, подшипниковых вкладышей.
Сферы применения
Двухфазные сплавы с повышенной прочностью, однофазные пластичны. Медно-никелевые трубы используются в судостроении, трубки конденсаторов отработавшего пара турбин, охлаждаемых забортной водой, и областях с воздействием морской воды. Медь компонент твёрдых припоев, сплавов с температурой плавления 590-880°С, с повышенной адгезией к большинству металлов.Аноды изготавливаются из меди марок М1 или АМФ в составе фосфор – легирующая добавка для растворения анодов при электролизе. Если в конце обозначения марки стоит буква «у», то это значит, что изготовленные из нее аноды характеризуются очень высоким качеством. Медно-фосфористые аноды, в составе которых железо, свинец и сера. В электролите образуется меньшее количество шлама, а значит, покрытие изделия будет прочным, надежным и долговечным.
Имея повышенную проводимость электричества, медная проволока получила распространение в электроэнергетике. Популярностью пользуется диаметр до 8 мм, из нее изготавливают проводники, провода, шнуры и кабели. Медный сортовой прокат применяется в электротехнике, криогенном оборудовании, трансформаторных подстанциях, используют как обмотку двигателей.
Медная шина применяется для монтажных магистральных шинопроводов. В низковольтном оборудовании электротехнические медные шины применяют для состыковки с электрическими цепями. В высоковольтном оборудовании используются в областях, требующих наличие малого реактивного и активного цепного сопротивления. Шины из бескислородной меди используются для космического и вакуумного оборудования, лежат в основе распределительных устройств, линейных ускорителей, сверхпроводников и электронных приборов. Популярны и незаменимы в области микроэлектроники, в атомной энергетике.
В архитектуре для кровли фасадов применяется медная лента, из-за авто затухания процесса коррозии срок службы листов 100-150 лет. В России используют медный лист для кровель и фасадов нормируется федеральным Сводом Правил СП 31-116-2006.
Также медь используется для бытовых и промышленных систем кондиционирования. Трубы для кондиционеров способны выдерживать повышенное давление без деформации и при этом оставаться гибкими. Медная труба отожженного типа выпускается метражом 15-50 метров, прочностью 210-220 тыс. кПа, разрывное удлинение 50-60%. Не отожженные трубы поставляются прутками, прочность 280-300 тыс. кПа, разрывное удлинение 10-15%. Диаметр выбирается исходя из мощности устройства, чем больше – тем выше уровень хладагента.
Повышенная механическая прочность бесшовных медных труб круглого сечения применяется для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах. В таких странах как Франция, Великобритания и Австралия медные трубы используются для газоснабжения, а в Великобритании, США, Швеции и Гонконге для водоснабжения. В России производство водо-газопроводных труб из меди нормируется национальным стандартом ГОСТ Р 52318-2005, а применение в этом качестве федеральным Сводом Правил СП 40-108-2004.
При установке водопроводных систем как крепеж используются медные фитинги, применяются на местах стыков труб, при разветвлениях или на поворотах. Фитинг часто исполняет роль переходника от одного материала к другому. Лучше использовать детали фитинга из аналогового материала. Если используется медный трубопровод, то фитинг нужен из такого же материала или латуни, который совместим с медью. Фитинг соединяет трубы без сварки или нарезания резьбы, что сокращает время на установки трубопровода, а также повышает качество, надёжность и сроки эксплуатации.
Производство деталей для приборостроения, автомобильной и машиностроительной промышленности используется медные прутки, также при изготовлении украшений, домашней утвари, предметов интерьера. В электротехнике используется для изготовления токопроводящих конструкций, проводников, деталей корпуса, заземляющих и токоотводящих конструкций. Из медного прутка изготовляют: втулки, гвозди, заклепки, гайки, болты, шайбы, клапаны, шестерни, валы и т.д.