Свойства бронзы и ее применение: Бронза — состав, свойства, применение бронзы и сплавов

Сфера и область применения бронзы. Где применяется бронза?

Бронза – это сплав, в честь которого названа целая эпоха. Он активно применяется во всевозможных отраслях промышленности и в быту благодаря ценным и уникальным свойствам. В декоративных сферах бронзе нет равных, так как бронзовыми скульптурами восхищается весь мир, а различные изделия из этого сплава украшают театры и дворцы.

Бронза – что это?

Сплав меди с оловом называют бронзой. Оловянный сплав может содержать и другие элементы (легирующие) в незначительном количестве – свинец, кремний, бериллий, фосфор, хром, алюминий. Эти примеси улучшают свойства бронзы, придают ей твердость, легкоплавкость и антифрикционные свойства.

Бывают и безоловянные сплавы, основным компонентом которых вместо олова выступает какой-то другой компонент. Такие сплавы ничем не хуже оловянных.

Свойства бронзы

К основным свойствам бронзы относят антикоррозийные, антифрикционные, твердость, плотность, а также стойкость к некоторым агрессивным средам. Как уже было сказано, легирующие компоненты влияют на свойства бронзы, чаще всего они их улучшают. Например, внесение в сплав алюминия придает бронзе прочности, химической стойкости, особенно к морской воде. Это и определяет её сферу применения. Свинец в бронзе повышает стойкость к нагрузкам и антифрикционные свойства, а бериллий делает бронзу особо твердой и пластичной.

Применение бронзы в промышленности

Бронза — очень востребованный материал и играет важную роль в таких отраслях промышленности как машиностроение, судостроение, металлургия, электротехника, химическая промышленность. Рассмотрим, как применяется бронза в данных отраслях более детально.

Оловянная бронза имеет очень низкую способность к усадке и поэтому её используют для производства многих деталей для оборудования и транспорта, например, пружин, втулок, подшипников скольжения. Более подробно о бронзовых подшипниках можно узнать в статье «Сферы и области применения подшипников».

Алюминиевая бронза имеет ниже стоимость, чем оловянная, но, несмотря на это, обладает высокой коррозийной устойчивостью, что позволяет применять этот сплав для производства химической аппаратуры и той, что используется в морской воде. Те виды бронзы, легирующие компоненты которых придают сплаву пластичности и упругости, применяют для создания прокладок машин, деталей для измерительной техники, зубчатых колес, шестерен.

Электротехника использует те сплавы, которые имеют высокую стойкость к коррозии и электропроводимость. Например, бериллиевая бронза позволяет получить детали для планшетов и мобильных устройств, а также пружинные контакты и интегральные схемы.

Бронзовое сантехническое оборудование обладает высокими коррозийными свойствами, которые не позволяют воде и сырости влиять на изделия. Помимо этого, такая сантехника долговечная, обладает высокими гигиеническими и эстетическими свойствами.

Применение бронзы в искусстве и в быту

Так как бронза долговечный, твердый, прочный материал, стойкий к неблагоприятным факторам внешней среды и коррозии, изделия из этого сплава можно встретить на улицах разных городов мира в виде фонарей, лавочек, скамеек, беседок и памятников. Плюс ко всему, бронза обладает высокими эстетическими свойствами (привлекательными желтыми или красными оттенками), за счет чего её используют для создания скульптур различных размеров, статуэток и сувениров.

Сплавы бронзы с алюминием имеет красивый золотистый цвет и поэтому из него создают разнообразные украшения – серьги, кольца, кулоны. Еще в Бронзовом веке данный сплав применялся для создания кухонной посуды (бокалов, кружек, тарелок, столовых приборов), но сейчас такие изделия используют в декоративных целях, для украшения интерьера, а также в качестве отличного подарка.

Бронза – это материал, который не утратит своей ценности никогда. Он поразил своей уникальностью древность и продолжает поражать современность.

состав, свойства, сфера применения © Геостарт

Рубрика:

Ремонт и инженерка

Бронза – сплав меди с другим веществом (в большинстве случаев это олово). Также благородный металл может состоять из многокомпонентной комбинации с применением алюминия, кремния, бериллия, свинца.

Что такое бронза

Бронза – это сплав меди, в котором основным легирующим компонентом выступают как металлы, так и не металлы. Непосредственные характеристики полученных сплавов определяются их соотношением и фазовым составом расплавов.

Чаще всего за основу берут олово. Реже, но встречаются, сплавы с добавлением алюминия, кремния, бериллия, свинца. Но фактически во всех вариациях сплавов используют незначительное количество фосфора и цинка.

Полезно! Состав и свойства бронзы определяются межгосударственными стандартами. ГОСТ 613-79 «Бронзы оловянные литейные» и ГОСТ 18175-78 «Бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением».

Немного истории

Самая древняя находка изделий из бронзы была обнаружена неподалёку от реки Топлица в южной части современной Сербии. Датируется она V в. до н.э. В нашей стране обнаружение самого старого бронзового артефакта произошло в 1897 г. и относится к так называемой Майкопской культуре, существовавшей в IV в. до н.э. Изделия преимущественно представлены в виде сплава из бронзы и мышьяка. Постепенно о существовании мягкого эластичного металла узнали на Ближнем Востоке, в Египте.

Вышеупомянутая мышьяковая бронза считается первым видом этого металла. Однако сплав имел широкий перечень недостатков, связанных с вредным для здоровья процессом изготовления и сравнительно высокой стоимостью, которая объяснялась дороговизной мышьяка. Это стало причиной её постепенного вытеснения с мирового рынка и использованием более экологичного и дешевого состава – оловянной бронзы (это сплав олова и меди).

Если на этапе появления металл применялся для изготовления хозяйственных и рабочих предметов, то к V в. н. э. в Древней Греции её стали применять для отливки скульптур. Позже сплав превратился в основной источник денежной индустрии – из него отливали монеты.

Лишь в средних веках бронзу стали использовать в производстве предметов вооружения, церковных колоколов.

Отличие видов, классификация

Деление на виды осуществляется исходя из конкретных компонентов состава. Например, изготовленная с использованием олова с меньшим процентным соотношением свинца либо фосфора способствует эффективному легированию. Благодаря этому усиливается прочность и твёрдость сплава. Он лучше переносит плавку, хорошо держит заданную форму. Поверхность отлично поддаётся шлифованию, усиливаются рабочие и визуальные показатели.

Однако, сплав бронзы, это не только концентрация меди и олова. Существуют виды, состав которых построен по новой формуле, кардинально отличающейся от вышеупомянутой. Эта группа сплавов получила название безоловянная бронза. По техническим и эксплуатационным характеристикам, они ничем не уступают оловянной, а по некоторым показателям, даже превосходят её.

Также деление осуществляется по технологическому параметру. По этому признаку бронза может быть деформируемой и литейной.

• Деформируемая – используется для механической обработки. Отлично шлифуется, куётся, режется. Процент олова в составе не превышает 5 единиц, что способствует нужной пластичности. Используется для изготовления листового металла, проволоки, прутьев, лент – изделий, применяющихся в строительстве.
• Литейная – применяется для изготовления литейных изделий. Преимущественно служит для производства литых изделий: шестерни, вкладыши подшипников, трубопроводная арматура.

Оловянная

Оловянная бронза – это сплав с преобладающим количеством меди, смешанной с оловом. Исторически доказано, что данный состав является одним из первых, освоенных человеком разумным. Ей свойственна большая (при сравнении с обычной медью) твёрдость, прочность, лучше и легче плавится.

Недостатком бронзы является то, что она практически не видоизменяется при воздействии давления. Это условие не позволяет использовать её в других популярных видах металлообработки: ковке, штамповке, прокатке, резке, заточке.

Такая особенность относит её к непосредственно группе литейных металлов. Кроме того, по этим характеристикам она нисколько не уступает другим. Например, бронза имеет минимальный процент усадки (1%), для латуни и чугуна этот показатель равен 1,5%, сталь показывает ещё большее значение – 2%.

Исходя из этих критериев, вне зависимости от склонности к ликвации и сравнительно невысокой текучести, бронза востребована в получении сложноформовых отливок, в том числе и относящихся к художественному литью.

Полезно! Ликвация – неоднородный состав химических элементов, возникающий в результате преобразования последних в кристаллы с определённой структурой (кристаллизации).

Безоловянная

Под понятием «бронза» могут подразумеваться иные медные сплавы, в которых не содержится олово. Это латунь, константан и алюминиевая бронза. Последняя лидирует по показателю механических качеств, более устойчива к химическим воздействиям.

Полезно! При добавлении кремния в медь, образуется сплав, обладающий отличной текучестью.

Лучшие показатели упругости свойственны бериллиевой бронзе. Также этот сплав отличается высокой твёрдостью. Он хорошо подвергается обработке (резке), часто используется для изготовления пружин, мембран, пружинящих контактов.

Свойства металла

В отличие от латуни бронза устойчивее переносит коррозию и любые механические воздействия, имеет лучшие антифрикционные свойства (показатель низкого коэффициента трения материалов). Она менее подвержена разрушению при длительном контакте с кислородом, солёной водой, углекислым газом, органическими кислотами. Большая часть разновидностей бронзовых сплавов подлежит варке и пайке посредством мягкого или твёрдого припоя.

Цвет металла определяется от количества и наименования добавленных компонентов. Варьируется он в диапазоне от белого, до красного. Физические свойства бронзы определяются в зависимости от легирующих элементов:

• Показатель прочности определяется в зависимости от присутствия олова, никеля, алюминия и кремния.
• Увеличение антифрикционных свойств происходит за счёт за счёт добавления свинца или фосфора.
• Рост температуры рекристаллизации осуществляется за счёт снижения размера зёрен сплава. Отражается это при добавлении никеля и железа.
• Стойкость к высоким температурам сказывается при внесении частиц кремния или марганца. Кроме того, увеличение жаропрочности происходит при добавлении хрома, циркония и бериллия, которые также сказываются на понижении коэффициента электропроводности.

Область применения

Вышеупомянутые свойства бронзы отражаются на том, что она становится достаточно популярной. Сплав применяется во многих отраслях: машиностроении, металлургии, электротехнике, химической промышленности, быту. В качестве более пристального раскрытия темы можно привести детальные примеры.

Промышленность

Как уже упоминалось, из-за низкой способности к усадке, оловянная бронза широко используется для изготовления пружин, подшипников, прижимных контактов.

Алюминиевая бронза дешевле, чем оловянная, но именно первый сплав имеет отличные антикоррозийные качества. Это делает его востребованным в изготовлении аппаратуры химического назначения и той, что часто контактирует с солёной морской водой.

Сплавы, имеющие высокую пластичность и упругость используются в производстве автомобильных прокладок, составляющих измерительных приборов, шестерен.

Материалы, невосприимчивые к возникновению коррозии и имеющие хорошую электропроводность, успешно применяют в электротехнической отрасли. К примеру, из бериллиевой бронзы изготавливают детали, пружинные контакты и интегральные схемы для мобильных телефонов, смартфонов и других гаджетов. По этой же причине металл используют в производстве фитинга для монтажа трубопроводов: краны, клапаны, тройники, переходники.

Бытовое назначение

Долговечность, твёрдость, прочность, стойкость к неблагоприятным условиям и воздействиям окружающей среды делают бронзу востребованной для изготовления уличных декоративных элементов. Встретить изделия из сплава можно практически на любой улице: фонари, скамейки, беседки, скульптуры и статуи.

За счёт оригинального желтоватого или красноватого оттенка, бронза считается высоко эстетическим композитом. Эта характеристика объясняет её популярность при изготовлении статуэток, мелких предметов интерьера и уличного декора.

Алюминиевой бронзе свойственен оттенок золотого. По этому признаку сплав используется для производства украшений: серёжек, колец, кулонов.

Популяризация бронзовой кухонной посуды наблюдалась ещё в начале Бронзового века, присутствует эта традиция и сегодня.

Процесс изготовления бронзы

Как уже упоминалось, бронза – это многокомпонентный сплав меди с другими элементами. В роли шихты для её производства применяют чистые металлы или уже скомбинированные сплавы, имеющие вид чушки. Последний способ более популярен и служит основным методом для приготовления литьевого сплава. Осуществляется он в 4 приёма:

• Загрузка готового сырья. Процесс выполняется размещением чушек в графитно-шамотные или графитно-карборудные тигли. Перед использованием формы предварительно прокаливаются и просушиваются.
• Приготовление расплава. На первом этапе плавится медь. Загружается она всем объёмом или небольшими партиями. Позже вносится фосфористая медь, что становится причиной образования жидкого фосфата, который удаляется. Только после очистки добавляются иные составляющие, которые предусмотрены рецептурой.
• Перегрев. Содержимое тиглей нагревается до 1 150-1 200°С. На этом этапе оловянная бронза выплавляется с помощью древесного угля или угля с добавлением солей. При обнаружении кремния, магния или алюминия (выступающих в данном случае в роли шлака), вносятся жидкие солевые флюсы.
• Дегазация. Здесь происходит очистка внутренней структуры от содержащегося в ней газа. В большинстве случаев это водород.

Важно! На заключительном этапе выполняется цикл модифицирования для увеличения качественных свойств полученного сплава. Конкретный метод определяется в зависимости от конечного состава бронзы.

Заключение

История открытия бронзы тянется из глубины веков. На протяжении нескольких тысячелетий человек изготавливал их этого сплава приспособления, облегчающие его жизнь. Сегодня она не менее популярна, чем в прошлом тысячелетии и, благодаря своим удивительным свойствам, применяется практически повсеместно.

Все о бронзе для подшипников — прочность, свойства и использование

Бронза становится все более важным материалом благодаря ее разнообразию на протяжении 20 ^го и 21 ^го веков. Есть много видов бронзы, доступных для покупки, каждый со своими ценными свойствами, но на первый взгляд может быть сложно выбрать какой-то один. Чтобы получить представление о широких категориях бронзы и медных сплавов, мы предлагаем просмотреть нашу статью о типах бронзы; в этой статье мы более подробно рассмотрим подшипниковую бронзу, более популярный медный сплав. В этой статье будут обсуждаться ее физические, химические и механические свойства, а также ее общие области применения, и она должна помочь любому потенциальному покупателю решить, подходит ли подшипниковая бронза для их работы.

Физические свойства подшипниковой бронзы

Рисунок 1: Качественный анализ подшипниковой бронзы. Обратите внимание, насколько многочисленны и разнообразны легирующие элементы.

На рис. 1 представлена ​​диаграмма, показывающая относительные соотношения основного металла (меди) и легирующих элементов. Если к этим пропорциям приложить числа, номинальная разбивка подшипниковой бронзы также показана ниже:          

• 81-85 % Медь
• 6-8% свинца
• 6,3-7,5 % Олово
• 2-4 % Цинк
• 1,5% Фосфор            
• макс. 1,00 % никеля
• макс. 0,35% сурьмы
• макс. 0,2% железа
• макс. 0,08% серы
• макс. 0,005% Алюминий
• макс. 0,005 % кремния

В подшипниковой бронзе присутствует множество элементов, что свидетельствует о том, что она сильно варьируется в зависимости от выбранного сплава. Однако его плотность остается относительно постоянной и составляет 8,93 г/см ³ , и обычно он имеет медно-золотой цвет. Подшипниковая бронза не поддается термической обработке и часто используется в виде литейного сплава (хотя для деформируемых целей могут быть выбраны специальные сплавы). Лучше всего соединить пайкой, но также можно припаивать и не рекомендуется сваривать. Он немагнитен и имеет электрическую проводимость, которая на 20% выше, чем у стандартной меди IACS. Это бронза общего назначения для стандартных и легких применений, и, несмотря на то, что она не выделяется ни в одной категории, это популярный выбор для многих дизайнеров.

Сопротивления и слабости

Бронза для подшипников

устойчива к коррозии в морской воде, как и большинство других бронз, что делает ее полезной для морских и подводных применений, особенно в насосах и цилиндрах. Он также устойчив к износу и его не нужно смазывать так часто, как другие бронзы (например, марганцевую бронзу), поскольку он смазывается сам. Он сравнительно слабее, чем некоторые другие сплавы, но имеет хорошее сочетание пластичности, прочности и отличной обрабатываемости. Его посредственность в определенных категориях можно считать недостатком, поскольку он не так прочен, устойчив или поддается соединению, как другие медные сплавы, но подшипниковые бронзы по-прежнему полезны в качестве основного, легкого сплава, который легко обрабатывать. форма.

Механические свойства

Таблица 1: Сводка механических свойств подшипниковой бронзы – обратите внимание, что эти значения могут изменяться в зависимости от типа сплава и производителя.

Предел текучести материала при растяжении описывает, насколько он прочен, предоставляя значение напряжения, при котором он начнет постоянно деформироваться при растяжении. Это означает, что до этого значения материал сможет идеально вернуться к своей первоначальной форме (или «упруго» деформироваться). Бронза для подшипников имеет гораздо более низкий предел текучести, чем другие бронзы, а это означает, что ее прочность не часто указывается. Это не означает, что он слабый, но этот материал подвержен деформации при использовании в условиях средней и высокой нагрузки. В результате подшипниковая бронза должна быть зарезервирована для более легких условий эксплуатации.

Модуль упругости металла представляет собой его внутреннюю прочность; другими словами, насколько сильно каждый атом связан друг с другом и насколько вероятно, что эти связи будут растягиваться. Например, более высокий модуль упругости означает, что, несмотря на увеличивающиеся напряжения, материал останется в своей первоначальной форме (некоторые считают это жесткостью материала). Подшипниковая бронза имеет сравнимый, но все же более низкий модуль упругости, чем другие бронзы, что делает ее более податливой, чем другие медные сплавы. В некоторых случаях это может быть преимуществом, как мы увидим при обсуждении превосходной обрабатываемости подшипниковой бронзы.

Подшипниковая бронза отлично реагирует на циклические нагрузки, то есть может сохранять свою прочность перед лицом многих повторяющихся одинаковых сил. Материалы иногда могут быть ослаблены ниже их предела текучести, поскольку повторяющаяся нагрузка вызывает микро- (и, в конечном итоге, макро) трещины в металле, снижая его общую прочность. Способность противостоять этим силам описывается усталостной прочностью и часто намного ниже предела текучести; это не относится к подшипниковой бронзе. Хотя его предел текучести низок, его усталостная прочность сравнима с другими бронзами, а это означает, что, хотя он и не особенно прочен, он постоянен. Это делает подшипниковые бронзы подходящими для деталей, которые должны служить долго и сохранять свои рабочие характеристики.

Подшипниковая бронза имеет твердость ниже, чем у меди, что означает, что она «более мягкая» и легче царапается, чем медь (для справки, твердость чистой меди по Бринеллю составляет около 89). Число, указанное в Таблице 1, определяется на основе того, как металл ведет себя в стандартной инденторной машине (в данном случае в тесте индентора Бринелля) по сравнению с другими испытанными металлами. Если материал ниже по шкале, чем другой, то это предполагает, что один материал сможет поцарапать более мягкий материал. Это означает, что подшипниковые бронзы подвержены легкой деформации поверхности, но это можно компенсировать хорошими самосмазывающимися свойствами, которые смягчают эту слабость.

Основным преимуществом подшипниковой бронзы является простота механической обработки. Некоторым материалам трудно справляться с механическими нагрузками, такими как фрезерование, токарная обработка и сверление, поскольку материал либо слишком твердый, либо слишком хрупкий для обработки. Рейтинг обрабатываемости металла дается в процентах и ​​относится к стандартному обрабатываемому материалу (для бронзы этот материал представляет собой латунь для свободной резки UNS C36000 и получает оценку 100% обрабатываемости). Любой процент, близкий к 100%, предполагает, что металл сравним с этим легко обрабатываемым стандартом, и так обстоит дело с подшипниковой бронзой. Они не изнашивают инструменты быстро и упрощают работу вашего слесаря ​​благодаря добавленному свинцу и низкому пределу текучести. Если обрабатываемость имеет первостепенное значение для вашего применения, настоятельно рекомендуется использовать бронзу для подшипников.

Применение подшипниковой бронзы

Несмотря на то, что подшипниковая бронза не является выдающейся ни в одной категории, это один из самых популярных медных сплавов на рынке. Он находит множество применений и все еще разрабатывается, чтобы соответствовать большему количеству. Ниже приведен список лишь нескольких его приложений, но знайте, что их намного больше:

.

Некоторые распространенные приложения включают:

• подшипники и втулки
• рабочие колеса
• плиты
• шайбы
• подшипники для станков

и многие другие приложения общего назначения.

Резюме

В этой статье представлен краткий обзор свойств, прочности и областей применения подшипниковой бронзы. Для получения информации о других продуктах обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:

1. https://www.dura-barms.com/bronze/leaded-tin-bronze/c93200.cfm
2. http://www.morganbronze.com
3. http://www.matweb.com/search/datasheet.aspx?matguid=b673f55f412f40ae9ee03e9986747016
4. http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=ca486cc7cefa44d98ee67d2f5eb7d21f

Другие изделия из бронзы и металлов

• Бронза и латунь — в чем разница?
• Все о фосфористой бронзе — прочность, свойства и применение
• Все о марганцевой бронзе — прочность, свойства и применение
• Все о висмутовой бронзе — прочность, свойства и применение
• Ведущие производители и поставщики вольфрама и карбида вольфрама в США
• Циркониевый закаленный оксид алюминия
• Виды бронзы
• О проволочных формах — краткое руководство
• О проволочных изделиях — краткое руководство
• О нержавеющей стали – краткое руководство
• Титан: плотность, другие характеристики и применение
• Типы алюминиевых и никелевых сплавов
• Стандартные размеры листового металла
• Ведущие поставщики металлов

Больше из Металлы и изделия из металла

История, свойства и использование бронзы | by Metals.

com

История, свойства и использование бронзы, фото предоставлено Metals.com

Хотя бронза имеет свою собственную историческую историю, в основном это сплав, состоящий в основном из меди с дополнительными металлами. составляют меньшие проценты. Многие люди знакомы или слышали о периоде времени, известном как бронзовый век.

Считается, что этот период начался примерно 6000 лет назад в Индии и Западной Евразии. Многие артефакты этого периода были сделаны из латуни, а также из бронзы с различным составом.

Краткая история

Открытие бронзы позволило создать металлические предметы, значительно более прочные и долговечные, чем все, что было до них. Такие предметы, как инструменты, оружие, доспехи, строительные материалы и другие безделушки, были сделаны из бронзы, и многие из этих предметов были обнаружены во время археологических раскопок по всему миру.

В некоторых обществах бронза также считалась средством сбережения, подобно золоту , серебру и другим драгоценным металлам. Кроме того, многие античные бронзовые изделия, найденные по всему миру, практически не имеют признаков износа или коррозии, что свидетельствует о долговечности сплава.

Из-за сбоя в том, что изначально было устойчивой торговлей оловом (в которой широко использовалась бронза), все больше людей начали переходить на железо, хотя бронза намного тверже, чем кованое железо.

Со временем бронза стала менее востребованной, чем железо, что привело к разработке и использованию стали по всему миру.

Свойства

Бронза значительно менее хрупкая, чем чугун, что делает ее более подходящей для изготовления определенных инструментов и оружия в эпоху бронзы.

Кроме того, бронза является пластичным сплавом, что означает, что из нее можно делать тонкие слои, длинные проволоки или придавать ей различные формы без потери прочности. Кроме того, поскольку бронза представляет собой медь, когда она окисляется, она делает это только на поверхности, защищая любые дополнительные части сплава от окисления.