Бронза

Бро́нза — сплав меди, обычно с оловом как основным легирующим элементом, но применяются и сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка и никеля. Сплавы с содержанием цинка и никеля получили название шпиатр и не являются бронзой, а являются ее более дешевой (в ценах древнего Рима) подделкой. Название «бронза» происходит от итал. bronzo, которое, в свою очередь, произошло либо от персидского слова «berenj», означающего «медь», либо от названия города Бриндизи, из которого этот материал доставлялся в Рим.
В зависимости от легирования бронзы называют оловянными, алюминиевыми, кремниевыми, бериллиевыми и т. д. Все бронзы принято делить на оловянные и безоловянные. Плотность бронзы в зависимости от марки (и включения примесей) составляет 7800-8700 кг/м³ ; температура плавления 930—1140 °C.
Бронза оловянная литейная
БрО10
БрО10С10
БрО10С12Н3
БрО10Ф1
БрО10Ц2
БрО19
БрО3.5Ц7С5
БрО3Ц12С5
БрО3Ц7С5Н
БрО3Ц7С5Н1
БрО4Ц4С17
БрО4Ц7С5
БрО5С25
БрО5Ц5С5
БрО6С6Ц3
БрО6Ц6С3
БрО8Н4Ц2
БрО8С12
БрО8Ц4
Бронза оловянная литейная в чушках
БрО3Ц13С4
БрО3Ц8С4Н1
БрО5Ц6С5
Бронза оловянная, обрабатываемая давлением
БрОФ2-0.25
БрОФ4-0.25
БрОФ6.5-0.15
БрОФ6.5-0.4
БрОФ7-0.2
БрОФ8-0.3
БрОЦ4-3
БрОЦС4-4-2.5
БрОЦС4-4-4
Бронза безоловянная литейная
БрА10Ж3Мц2
БрА10Ж4Н4Л
БрА10Мц2Л
БрА11Ж6Н6
БрА7Ж1.5С1.5
БрА7Мц15Ж3Н2Ц2
БрА9Ж3Л
БрА9Ж4
БрА9Ж4Н4Мц1
БрА9Мц2Л
БрС30
БрС60Н2.5
БрСу3Н3Ц3С20Ф
БрСу6Н2
БрСу6С12Ф0.3
БрСу6Ф1
Бронза безоловянная, обрабатываемая давлением
БрА5
БрА7
БрАЖ9-4
БрАЖМц10-3-1.5
БрАЖН10-4-4
БрАЖНМц9-4-4-1
БрАМц10-2
БрАМц9-2
БрБ2
БрБ2.5
БрБНТ1.7
БрБНТ1.9
БрБНТ1.9Мг
БрКМц3-1
БрКН1-3
БрКХКо0.4-0.6-1.6
БрМц5
БрСр0.1
БрХ1
БрХЦр0.3-0.09
БрХЦр0.6-0.05
БрХЦр0.6-0.05
Свойства и полезная информация:
Температура плавления: 930-1140 °C
Плотность: 7,5-8,8 г/см³
Бронзами называют сплавы меди, в которых цинк или никель не являются основными легирующими элементами.
По химическому составу бронзы подразделяются на две группы: оловянные, в которых основным легирующим элементом является олово, и безоловянные, не содержащие олово в качестве легирующего компонента.
По технологическому признаку бронзы делятся на литейные и деформируемые. Литейные бронзы предназначены для фасонных отливок. Деформируемые бронзы хорошо поддаются обработке давлением.
Бронзы по сравнению с латунью обладают лучшими механическими, антифрикционными свойствами и коррозионной стойкостью. В качестве легирующих элементов в бронзе используют олово, алюминий, никель, марганец, железо, кремний, свинец, фосфор, бериллий, хром, цирконий, магний и другие элементы.
Литейные оловянные бронзы: Жидкотекучесть литейных оловянных бронз ниже, чем у других бронз, однако они имеют незначительную объемную усадку, что позволяет получать из этих сплавов фасонные отливки бронзы.
Оловянные шихтовые литейные бронзы в чушках (ГОСТ 614-73) служат шихтой: БрОЗЦ8С4Н1-для литейной бронзы; БрОЗЦ7С5Н; БрОЗЦ 1ЗС4 – для бронзы БрОЗЦ12С5; Бр04Ц7С5 – для бронзы БрОЗ, 5Ц7С5; Бр05Ц6С5 – для бронзы Бр05Ц5С и Бр04Ц4С17. Перечисленные литейные бронзы (ГОСТ 613-79) применяются для литья антифрикционных деталей. Кроме того, бронзы БрО3Ц12С5 и БрО3Ц7С5Н применяются для арматуры, работающей в воде и водяном паре (БрО3Ц7С5Н в морской воде и маслах) давлением до 245 МПа.
Литейные нестандартные бронзы БрО10; Бр019 ответственного назначения применяются для арматуры и фасонных отливок; бронза БрО10Ф1 – для подшипников шестерен и втулок ответственного назначения; бронза БрО10Ц2 – для арматуры, подшипников, фасонных отливок; бронза Бр08Ц4 – для частей насосов и арматуры; бронза БрО6ЦбС3 – для паровой и водяной арматуры; бронза Бр08С12 – для ответственных подшипников, работающих при высоких давлениях; бронзы Бр05С25 и Бр01С22 – для изготовления подшипников и втулок, работающих при малых нагрузках и больших скоростях, малоуплотнительных колец; бронза БрО6Ц6С3 – для паровой и водяной арматуры. Бронзы Бр05С25, Бр01С22, Бр08С12 относятся к группе свинцовистых бронз, к которым относятся сплавы БрС30 (для подшипников, сальников), БрС60Н2,5 (для подшипников, фасонных отливок). Вследствие невысоких механических свойств двойные свинцовистые бронзы применяют для втулок и подшипников в виде тонкого слоя на стальной основе. Свинцовистые бронзы с повышенным содержанием олова (Бр08С12, БрО10С10, Бр010С2НЗ) характеризуются более высокими механическими свойствами, чем двойная свинцовистая бронза. Поэтому из этой бронзы изготовляют втулки и вкладыши подшипников без стальной основы.
Оловянные бронзы, обрабатываемые давлением – деформируемые: подразделяются на следующие группы (ГОСТ 5017-74): оловянно-фосфористые бронзы БрОФ8,0-0,3; БрОФ6,5-0,4; БрОФ6,5-0,15; БрОФ7-0,2; БрОФ4-0,25; оловянно-цинковые бронзы БрОЦ4-3; оловянно-цинково-свинцовые бронзы БрОЦС4-4-2,5 и БрОЦС4-4-4.
Бронзы БрОФ8-0,3 и БрОФ6,5-0,4 применяют для сеток целлюлозно-бумажной промышленности. Бронза БрОФ6,5-0,4 также используется для пружин, деталей машин и подшипников. Бронза БрОФ6,5-0,15 применяется для изготовления лент, полос, прутков, деталей подшипников, биметаллических изделий; бронза БрОФ7-0,2 – для прутков, шестерен, зубчатых колес, втулок и прокладок высоконагруженных машин; бронза БрОФ4-0,25 – для трубок контрольно-измерительных и других приборов, для манометрических пружин; бронза БрОЦ4-3 – для лент, полос, прутков, применяемых в электротехнике, для токоведущих пружин, контактов, штепсельных разъемов, для пружинной проволоки в химической промышленности, точной механике, для арматуры, шаберов в бумажной промышленности; бронзы БрОЦС4-4-2,5 и БрОЦС4-4-4 – для втулок и подшипников в автотракторной и автомобильной промышленности.
Оловянные бронзы, обрабатываемые давлением, могут поставляться, так же как и латуни, в мягком (отожженном), полутвердом, твердом и особо твердом состоянии.
Бронзы БрОФ6,5-0,4, БрОФ6,5- 0,15 и БрОЦС4-4-2,5 обрабатываются обычно в холодном состоянии (прокатка, волочение), а в горячем состоянии – лишь прессованием. Бронза БрОЦ4-3 хорошо обрабатывается давлением в горячем и холодном состоянии.
Бериллиевые бронзы, являясь дисперсионно-твердеющими сплавами, обладают высокими механическими, упругими и физическими свойствами. Отличаются высокой коррозионной стойкостью, жаропрочностью, циклической прочностью; они устойчивы при низких температурах, не магнитны, не дают искры при ударах. Закалку бериллиевых бронз осуществляют с температуры 750-790 °С, старение – при 300-325 °С. Добавки никеля, кобальта или железа способствуют замедлению скорости фазовых пре вращений при термической обработке, что значительно облегчает технологию закалки и старения. Кроме того, никель повышает температуру рекристаллизации, а марганец может частично заменить дорогой бериллий. Бериллиевые бронзы применяются для пружин, мембран, пружинящих деталей, в часовой промышленности.
Сплавы меди с марганцем отличаются высокими механическими свойствами, обрабатываются давлением в горячем и холодном состоянии. Они обладают повышенной жаропрочностью и коррозионной стойкостью. Применяются для топочной арматуры.
Кремниевые бронзы обычно содержат никель или марганец. Эти сплавы отличаются высокими механическими, упругими и антифрикционными свойствами; при этом не теряют своей пластичности при низких температурах. Кремниевые бронзы хорошо паяются, обрабатываются давлением при низких и высоких температурах. Они не магнитны и не дают искры при ударах. Применяются для антифрикционных деталей, пружин, подшипников, в морском судостроении, для сеток, решеток, испарителей, направляющих втулок.
Литейные безоловянные бронзы (ГОСТ 493-79) характеризуются высокой прочностью и хорошими антифрикционными и коррозионными свойствами. Они применяются для изготовления деталей, работающих в особо тяжелых условиях (зубчатые колеса, втулки, клапаны, шестерни для мощных кранов и турбин, червяки, работающие в паре с деталями из упрочненных сталей, подшипники, работающие при высоких давлениях и ударных нагрузках).
Получение бронзы: Плавку бронзы проводят в печах любого типа, применяемых для плавки медных сплавов.
Шихта для плавки бронзы может быть составлена или из свежих металлов, или из свежих металлов с добавкой отходов и вторичных металлов. Плавку ведут под слоем древесного угля или под слоем флюса.
Плавку шихты из свежих металлов ведут в следующей последовательности: в хорошо разогретую печь загружают соответствующее количество древесного угля или флюса. Затем загружают медь и после ее расплавления и нагрева до температуры 1150—1170° С расплав раскисляют фосфористой медью (раскисление иногда ведут в два приема: в печи и в ковше; за каждый прием вводится по 50% фосфористой меди), после раскисления расплава в него вводят подогретые до 100—120° С соответствующие легирующие элементы.
Тугоплавкие легирующие элементы вводят в виде лигатур. После этого расплав перемешивают до полного растворения легирующего элемента и нагревают до заданной температуры. При выдаче сплава из печи в ковше перед разливкой расплав окончательно раскисляют остатком фосфористой меди для освобождения ее от окислов. Фосфористая бронза улучшает жидкотекучесть расплава.
В случае приготовления бронзы с использованием оборотных материалов (отходов своего производства и вторичных металлов) плавку ведут в следующей последовательности: вначале расплавляют медь, раскисляют ее фосфористой медью и добавляют к ней оборотные металлы. После полного расплавления оборотных металлов в расплав вводят легирующие компоненты в соответствующей последовательности. Если в шихту чистая медь входит в небольшом количестве, то в этом случае вначале расплавляют оборотные металлы, а потом медь и легирующие добавки.
Медь может загружаться также и с первыми порциями шихты. Плавку ведут под слоем древесного угля или под слоем флюса.
После расплавления всей шихты и нагрева расплава до требуемой температуры его окончательно раскисляют фосфористой медью и покрывают сверху хорошо прокаленным древесным углем или хорошо просушенным соответствующим флюсом. Расход флюса составляет 2—3% от массы шихты. Расплав, нагретый до заданной температуры, выдерживают под слоем флюса 20— 30 мин, периодически перемешивая, затем с поверхности расплава удаляют образовавшийся шлак и разливают по формам.
Для лучшего удаления шлака с поверхности расплава в ковш добавляют кварцевый песок, который сгущает шлак.
Готовность бронзы для разливки по формам определяют по технологическим пробам. Излом технологической пробы должен быть чистым и однородным.
В случае приготовления алюминиевой бронзы с использованием в шихте оборотных сплавов операцию раскисления расплава фосфористой бронзой не применяют, так как фосфор обладает меньшим сродством к кислороду, чем алюминий, кроме того, следует иметь в виду, что эта бронза весьма чувствительна к перегреву (свыше 1200° С).
В перегретом состоянии алюминиевая бронза окисляется и насыщается газами. Образующаяся при плавке алюминиевых бронз окись алюминия не восстанавливается раскислителями и весьма трудно удаляется из расплава. Окисные пленки алюминия, имея очень высокую температуру плавления, снижают жидкотекучесть бронзы и вызывают брак. Плавку следует вести интенсивно на верхнем пределе температур нагрева и не задерживать готовый сплав в печи. В качестве покрывного флюса при плавке алюминиевых бронз рекомендуется применять флюс, состоящий из 50% кальцинированной соды и 50% криолита. Перед разливкой алюминиевую бронзу рафинируют введением в расплав хлористого марганца или хлористого цинка в количестве 0,2—0,4% от массы шихты. После рафинирования расплав в ковше выдерживают 3—5 мин до прекращения газовыделения. Сплав при заданой температуре разливают по формам.
Для предупреждения ликвации в бронзу с высоким содержанием свинца (50—60%) рекомендуется вводить 2—2,3% Ni в виде медноникелевой лигатуры или в качестве флюсов следует применять сернокислые соли щелочных металлов. Никель, марганец и серебро, если они входят в состав бронзы, вводят в расплав до присадки олова.
Для улучшения качества бронзы ее иногда модифицируют малыми добавками тугоплавких металлов.