состав и маркировка, виды сплавов и их свойства, сферы применения
Бронза, которая так издавна известна людям, представляет собой ценнейший сплав с уникальными характеристиками. В статье будет подробно рассмотрен состав бронзы, ее виды и особые свойства каждого из них. Также интересно будет узнать о современной сфере применения этого сплава.Что такое бронза?
Бронза является многокомпонентным сплавом, состоящим из двух и более элементов, основной из которых медь. Остальные элементы называются легирующими и используются для усовершенствований показателей металла. Доля легирующих составных в бронзе может быть от 2,5%. Применяют в этом качестве марганец, олово, свинец, хром, фосфор, железо и другие элементы, кроме цинка. Сочетание меди и цинка, носит наименование латуни.
В зависимости от количественного содержания в сплаве меди добавок, бронза будет иметь различный цветовой оттенок. Огненно красные оттенки говорят о высоком проценте меди, а вот холодный стальной цвет – о наличие в бронзе не более 35% меди.
История бронзового сплава
Бронза, как известно еще со школьных учебников, применялась с очень давних времен. Самыми древними сплавами, сделанные людьми, были сплавы меди и олова. Находки в районе Месопотамии и Южного Ирана свидетельствуют о том, что первые бронзовые изделия датируются III тысячелетием до н.э. Из меди изготавливалось все: посуда (тарелки, кувшины и горшочки) оружие (мечи, наконечники стрел и топоры), зеркала, деньги в виде монет и, конечно, самые разнообразные украшения. Античные греческие скульпторы (V-IV век до н.э.) также оценили качества бронзы при отливке крупногабаритных статуй. Подобная технология используется и в наше время.В средневековье, такое обильное на войны, из сплава меди и олова отливали пушки и снаряды для артиллерии. Наиболее известное воплощение бронзы – колокол, варьируя состав, размер и толщину стенок, мастера добивались самых приятных звучаний бронзового колокола, которое разливалось по округе.
Служа людям своими уникальными свойствами, она не теряет своей популярности. Происхождение слова связывают с персидским словом, обозначающим медь – berenj. В дальнейшем оно было трансформировано в итальянское слово bronzo.
Маркировка бронзы
Чтобы обозначить тот или иной сплав его маркируют следующим образом:
- Вначале стоит буквенное сочетание «Бр» — бронза;
- Далее, буквы, указывающие на основные легирующие элементы;
- В конце цифры, определяющие содержание легирующих элементов в материале.
Так, примером может служить маркировка БрО5 – содержание в сплаве 5% олова, БрА5 — 5% алюминия.
Маркировка необходима не только для определения состава и свойств бронзы, но и ее удельного веса. Чтобы это сделать, достаточно воспользоваться таблицей из справочника. Но если марка неизвестна, тогда поможет химический анализ. Это необходимо для вычисления объема заготовки, так как ее формула отражает отношение массы к объему. Зная удельный вес отдельно взятого сплава можно вычислить объем детали с определенной массой и наоборот, какой будет вес у бруска заданной величины.
Свойства бронзы
Как уже было отмечено, свойства бронзы напрямую зависят от наличия в ней одной или нескольких легирующих элементов, а также от их процентного содержания.
Бронза обладает:
- Более высокой коррозионной стойкостью, прочностью и более низким коэффициентом трения, нежели у латуни;
- Стойкостью на воздухе, в соленой воде, углекислых растворах и растворах, содержащих органические кислоты;
- Способностью к сварке и пайке;
- Оттенками от красного до белого;
- Другие показатели зависят от состава.
Состав бронзы
Далеко не всякое сочетание в сплаве меди и другого элемента является бронзой. Медь и цинк, как уже было сказано, образуют желтовато-золотистый сплав под названием латунь. А вот медь с никелем воплощаются в мельхиор, использовавшийся некогда для дивно звучащих ложек, а в большей степени для монет. Он ценится за то, что долго не теряет свой серебристый оттенок и сияние.
Оловянная бронза
Основной легирующий компонент такой бронзы олово. Дополнительно в сплав вводится свинец, фосфор, мышьяк и цинк. Олово наделяет медь особыми качествами – лучшей легкоплавкостью, твердостью и упругостью. Такое сочетание свойств идеально подходит для полировки. Другие легирующие элементы делают сплав стойким к коррозии и более удобным для литья.
При введении олова до отметки 5% от общей массы, начинает снижаться пластичность сплава, а при 20% олова материал становится хрупким. По этой причине сплавы, где доля олова превышает 6-ти % барьер, пригодны в основном для литья, но для проката или ковки не годятся. Для того чтобы бронзовый сплав был более пригоден для механической обработки в него вводят о 5% свинца, который обеспечивает облегченное стружколомание. Фосфор раскисляет сплав, который называют фосфористым, если процент этого элемента более единицы.
Применение цинка помогает значительно удешевить материал, практически не оказывая какого-либо влияния на качество сплава олова с медью. Таким образом, в состав вводиться до 10% цинка без изменения механических свойств, снижая себестоимость продукции.
Наибольшая доля олова может составлять 33%, при которой бронза обретает приятный серебристо-белый цвет. В зависимости от изменения доли этого элемента, достигается цвет материала от красного до желтого.
Специальная бронза (без олова)
Сплавы с медью, не содержащие олова в качестве легирующего компонента, называют специальной или безоловяной бронзой. Такие сплавы меди с алюминием, железом, свинцом, кремнием и т.д. бывают самого разного предназначения. Они могут значительно превосходить по качествам сплавы с оловом, а их цветовая гамма еще более богата разнообразием.Алюминиевая бронза выигрывает по механическим качествам в сравнении с оловянной. Вместе с тем алюминиевые сплавы химически устойчивы. Сплав меди с кремнием и цинком показывает отличную текучесть в жидком состоянии.
Бериллиевая бронза превосходит все остальные по упругости, обладая при этом высокую твердость. Кроме того, отмечается высокая свариваемость, химическая устойчивость бериллиево-медного сплава. Он отлично работает с режущим инструментом, подаваясь его обработке. По этой причине этот сплав подходит для изготовления таких деталей и элементов, как мембраны, пружины, контакты с пружинящими свойствами. Они легко и надежно свариваются и являются долговечными.
Характеристики бронзы
Технологические характеристики
По своим технологическим свойствам бронзы могут быть:
- Деформируемые или легко поддающиеся механическому воздействию. Такими свойствами обладают сплавы, содержащие не более 6% олова. Их пластичность позволяет производить штамповку, ковку и изготавливать рифленые бронзовые материалы. Именно из деформируемых сплавов делают бронзовую проволоку, ленту и листы и т.п.;
- Литейные – рассчитанные на фасонное литье. Из таких литейных бронз на основе меди и олова изготавливают машинные детали, которые могут работать в морской воде, а также шестеренки и вкладыши для подшипников.
Теплопроводность бронзовых сплавов
Если говорить о теплопроводности, то она падает с введением легирующих добавок. Несмотря на то, что медь очень хорошо проводит тепло, ее сплавы с другими компонентами теряют больший процент этого показателя. Невысокая теплопроводность делает бронзу непригодной для узлов трения, сварочных электродов и прочих элементов, где требуется быстра отдача и отвод тепла. Однако, низколегированные бронзовые сплавы близки по теплопроводности к меди.
Производство бронзы
Процесс получения этого металла происходит в электроиндукционных печах или тигельных горнах, где медь сплавляется с легирующими добавками. Плавка проходит под пластом флюса или древесного угля. Смесь исходного материала для плавления может быть приготовлена как из свежих металлов, так и из вторсырья.
Процесс производства бронзы:
- В разогретую печь помещается определенная порция угля или флюса;
- В печь загружают медь, где она плавиться и разогревается до нужной температуры;
- Расплавленный материал раскисляется при помощи фосфористой меди;
- В раскисленный расплав добавляют легирующие компоненты, доведенные до горячего состояния. Тугоплавкие легирующие добавки вводя в виде лигатур;
- Все перемешивается до полного растворения составляющих и нагревается до температуры по технологии;
- Перед тем как начать разливку, делают повторное раскисление фосфористой медью для удаления ее окислов;
- Полученный бронзовый сплав прекрасно плавится и заполняет формовочные емкости в виде слитков стандартной и круглой формы;
- Слитки проходят прокатку или пресс-обработку.
Сферы применения
Благодаря своим разнообразным свойствам бронзу применяют в машиностроении, ракето- и авиастроении, судостроении и многих других отраслях. Качество антикоррозионной устойчивости, износостойкости и низкий коэффициент трения сделало ее незаменимым материалом для машин и агрегатов, которые вовлечены в подвижные узлы с высоким трением. С другой стороны, бронзовые детали нуждаются в периодическом обновлении. Благодаря химической устойчивости безоловянные сплавы бронзы применяется для проката элементов химпрриборов, изготовления регулирующей арматуры для различных трубопроводов.
Несменная популярность применения бронзы в изготовлении скульптур обусловлена ее пригодностью для литья, а также атмосферной устойчивостью, долговечностью и прочностью. Немаловажен фактор внешней привлекательности бронзовой скульптуры – цвет и блеск, притягивающий взгляд. Кроме того, бронза придает изделию солидности с эффектом старины. По этой причине из бронзовых сплавов изготавливают сложнейшие люстры, канделябры и другие элементы декора в театрах и дворцах.
Оцените статью: Поделитесь с друзьями!Химический состав и компоненты бронзы
Техническая характеристика
Применению дополнительных составляющих значительно улучшает характеристики материала, что способствует расширению сферы эксплуатации. Для того чтобы узнать какие металлы входят в состав конкретного бронзового сплава, необходимо обратить внимание на маркировку. Например, оловянными бронзами называют сплавы с маркировкой БрО, где после буквенного обозначения цифрами указывается процентное содержание олова. Наиболее часто данное соединение можно встретить в таких изделиях как подшипники.
Сортамент
В зависимости от наличия или отсутствия олова — одного из основных компонентов, бронзу разделяют на такие большие группы как: оловянная и безоловянная. В качестве дополнительных легирующих элементов используют алюминий, фосфор, никель; железо; кремний; свинец; магний; цирконий; хрома. В зависимости от используемой технологии обработки сплавов, различают литейные и деформируемые марки. Последние характеризуются тем, что отлично обрабатываются давлением.
Легирование
Легирование оказывает многоплановое действие на качество бронз. Хром повышает твердость, устойчивость к коррозии. Никель придаёт сплаву пластичность; Бериллий увеличивает прочность, стойкость к ударной нагрузке и стиранию; кобальт повышает жаропрочность, магнитную проницаемость. Доля марганца выше 1% повышает ударную прочность, износоустойчивость. Алюминиевый сплав бронзы с добавлением железа и никеля превосходно зарекомендовал себя в фасонном литье, а марганцевый — в производстве паровой арматуры. Широкую сферу применения имеет сплав бронзы с добавлением свинца или бериллия.
Алюминиевые бронзы. С95500
Химический состав и технологические свойства бронз регламентированы нормативами производства. С95500 — это алюминиевый бронзовый сплав, который относится к бронзовому прокату европейских сплавов. Химический состав сплава содержит: Cu — 91%, Al- 10−11,5%, Fe- 3−5%, Mn 3,5%, Ni- 3−5%, P 0.015%, примесей всего 0,5%.Алюминиевая бронза С95500 применяется в судостроении, изделиях для крепежа. Имеет хорошую обрабатываемость.
С95400
С95400 Этот сплав может содержать от 5 до 12% алюминия и имеет золотистый цвет. Сплав С95400 обладает высокой коррозийной стойкостью. Химическая формула сплава — CuAl11Fe4. Из сплава UNS C95400 изготавливают, подшипники, высокопрочные зажимы, части шасси, детали насосов для откачки рудничных вод. Применяется также в судостроении, автомобилестроении.
Поставщик
Вас интересуют химический состав и компоненты бронзы? Химический состав и компоненты бронзы от поставщика «Auremo»соответствуют ГОСТ и международным стандартам качества, цена — оптимальная от поставщика. Предлагаем купить бронзу со специализированных складов с доставкой в любой город. Купить бронзу сегодня. Оптовым заказчикам цена — льготная.
Купить, выгодная цена
Вас интересуют химический состав и компоненты бронзы от поставщика «Auremo»? На складе поставщика «Auremo» представлен самый широкий выбор продукции. Всегда в наличии бронза, цена — обусловлена технологическими особенностями производства без включения дополнительных затрат. Оптимальная цена от поставщика. Купить сегодня. Ждем ваших заказов. У нас наилучшее соотношение цена-качество на весь ряд продукции. На связи опытные менеджеры — оперативно помогут купить бронзу оптом или в рассрочку. Постоянные покупатели могут купить бронзовый прокат с дисконтной скидкой. Компания «Auremo» является признанным экспертом на рынке металлов. На складе в наличии широкий ассортимент изделий из бронз различных марок, как литейных, так и деформируемых сплавов. Благодаря представительствам в Восточной Европе, мы имеем возможность оперативного взаимодействия с торговыми партнёрами.
СОСТАВ БРОНЗ, СВОЙСТВА БРОНЗ, ПЛОТНОСТЬ БРОНЗЫ
Бронза — это название сплава состоящего из меди и различных легирующих элементов, основной добавкой считается олово, что и определило название
Текучесть бронзы в расплавленном состоянии небольшая, вследствие большой разницы температур между бронзами с различным содержанием олова. По этой же причине бронза не дает концентрированной усадочной раковины и для отливки бронз нет необходимости иметь большие прибыли. По этой же причине отливки из бронзы редко удается получить высокой плотности, рассеянные усадочные поры по всему объему отливки понижают ее герметичность.
Влияние олова на механические свойства меди в сплаве бронзы,такое же, как и влияние цинка, но более резкое. Уже при содержании около пяти процентов олова пластичность бронзы начинает падать. Прочность бронзы начинает падать при содержании олова около двадцати процентов, когда в структуре слишком много В — фазы и сплав становится хрупким.
В литой бронзе наличие включений твердого эвтектоида обеспечивает высокую стойкость против истирания, и поэтому бронза с содержанием олова на десять и более процентов является одним из наилучших антифрикционных материалов и широко применяется как подшипниковый сплав.
Благодаря высокой химической стойкости бронзы из них делают трубопроводную арматуру. Таким образом основное применение бронзы это сложные отливки, вкладыши подшипников и трубопроводная арматура. Для удешевления в большинстве промышленных бронз добавляют от пяти до десяти процентов цинка. Цинк в этих количествах растворяется в меди и не влияет существенно на структуру сплава.
Для лучшей обрабатываемости в бронзу вводят от трех до пяти процентов свинца, который присутствует в виде обособленных включений, обеспечивающих ломкость стружки при ее обработке на металлорежущих станках. Фосфор вводится в бронзу как раскислитель и устраняет хрупкие включения окиси олова. При наличии около одного процента фосфора такую бронзу принято называть фосфористой. Фосфор при его содержании более 0,2 процента образует твердые включения, повышая антифрикционные свойства бронзы.
Бронзу маркируют начальными буквами Бр , затем следуют буквы, показывающие какие легирующие элементы содержаться в ней, а потом цифры показывающие количество процентов этих элементов в бронзе. Например, БрАЖ 9-4, БрОЦС 5-5-5, БрКМц 3-1, БрОФ 7-0,2, БрБ 2.
Кроме всех перечисленных сплавов бронз существуют
Свойства бронз содержащие от пяти до десяти процентов алюминия обладают ценными технологическими и механическими свойствами. Эти бронзы кристаллизуются в узком интервале температур, из за этого приобретают высокую жидко текучесть и дают концентрированную усадочную раковину. Кроме простых бронз существуют бронзы с большим содержанием алюминия и добавления магния, железа и никеля.
Бронзы с содержанием алюминия применяются для изготовления различных втулок, направляющих седел, фланцев, шестеренок и много других преимущественно мелких по ответственных деталей.
Сплав бронзы с содержанием кремния около четырех процентов является как бы заменителем оловянистых бронз, но бронзы с кремнием лучшие показатели по коррозионной стойкости, механическим свойствам и плотности бронзы в отливках.
Бронзы с добавлением Бериллия около двух процентов БрБ 2 , бериллиевые бронзы
Высокая прочность бронзы и упругость при высокой химической стойкости, хорошей свариваемости, обработке резанием делают бронзу с добавлением бериллия подходящим материалом для производства ответственных деталей, специальных пружин, мембран, пружин и контактов и много другого где требуются эти качества. Высокая стоимость бериллия препятствует широкому распространению этой бронзы и применяется для действительно для ответственных деталей со специальными свойствами.
Бронза с добавлением 30 процентов свинца является высоко качественным антифрикционным материалом широко применяемым в машиностроении. Структура такого сплава состоит из отдельных зерен меди и свинца. Если свинец равномерно вкраплен в медь, то антифрикционные свойства сплава высокие.
Бронза состав
|
Марка сплава |
Содержание элементов в процентах |
||||||||
|
Sn |
|
Pb |
P |
Al |
Mn |
Fe |
Ni |
Be |
|
|
БрОФ 7 |
6 — 8 |
— |
— |
0,1 — 0,25 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
БрОЦС 6 |
5 — 7 |
5 — 7 |
2 — 4 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
|
БрОФ 10 |
9 — 11 |
— |
— |
0,6 — 1,0 |
— |
— |
— |
— |
— |
|
БрА 7 |
— |
— |
— |
— |
6 — 8 |
— |
— |
— |
— |
|
БрАМц 9 |
— |
— |
— |
— |
8 — 10 |
1,5 — 2,5 |
— |
— |
— |
|
БрАЖН 10 |
— |
— |
— |
— |
9,5 — 11 |
— |
3,5 — 5,5 |
3,5 — 5,5 |
— |
|
БрБ 2 |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
2,0 — 2,3 |
Бронза состав сплава | Профлазермет
Бронза представляет собой сплав меди и специальных добавок, которые необходимы для придания металлу определенных технологических свойств. Бронза может содержать следующие компоненты: Sn (олово), Mn (марганец), Be (бериллий), Pb (свинец), Si (кремний), Cr (хром), P (фосфор), Fe (железо) и прочие элементы.
Бронзовый сплав имеет устойчивость к истиранию, коррозии, агрессивным средам, вроде морской воды. Эти свойства достигаются за счет добавления легирующих компонентов в определенных пропорциях. Соотношение компонентов регламентируется нормативными документами: ГОСТ, отраслевые стандарты, методики, стандарты предприятий.
Классификация сплава
В соответствии с наличием в составе легирующих компонентов принято выделять следующие виды бронз:
- оловянные – основной легирующий компонент в них олово;
- не содержащие олова вообще, то есть, безоловянные.
Помимо состава бронзы, есть еще один критерий их классификации – технологические параметры. Выделяются бронзы:
- деформируемые, предназначенные для обработки давлением;
- литейные для изготовления отливок.
Основные легирующие компоненты
Основной компонент, который определяет большую часть технических характеристик бронз – медь. Для придания сплаву необходимых параметров применяют специальные добавки – легирующие компоненты. Одним из распространенных легирующих компонентов, содержащихся в бронзе, является олово. Именно из оловянных бронз производили отливку колоколов и называли «колокольной» бронзой.
Также в качестве легирующего элемента могут быть использованы:
- Be – бериллий. Повышает прочность бронзы.
- Si – кремний и Zn, цинк для повышения устойчивости поверхности к истиранию. Эти же элементы увеличивают текучесть бронз, что положительно сказывается на качестве литья.
- Pb – свинец. Повышает антикоррозионные свойства металла.
- Al – алюминий. Повышает устойчивость к коррозии, устойчивость к окислению при высоких температурах и уменьшает реакцию металла с соединениями серы и продуктами выхлопа двигателей.
Марки бронз
Бронзы маркируются аббревиатурой «Бр», а также добавлением буквы или нескольких букв, которые обозначают легирующие добавки. Объем легирующих добавок определяется ГОСТами.
Различные марки бронз имеют свои индивидуальные особенности: химический состав, технические характеристики, область применения. По маркировке бронз можно узнать, какие в них входят компоненты, и по специальным таблицам определить назначение данного сплава и его технологические параметры.
Маркировка сплавов на примере оловянных бронз
Некоторые марки оловянных бронз показаны в приведенной ниже таблице. Здесь же можно найти важные технологические параметры сплава, а также область применения каждой конкретной марки бронз.
В данной таблице указан также способ литья бронз. «К» в соответствующем столбце означает, что литье производилось в кокиль, «П» – литье производилось в песчаную форму.
В столбце «марка» приведены наименования сплавов. «Бр» в названии марки обозначает бронзу, далее указываются присутствующие в сплаве легирующие компоненты.
Исходя из маркировок, видно, что в приведенных в таблице марках металла содержится олово. Некоторые помимо олова содержат цинк, свинец и фосфор.
Процентное соотношение компонентов бронз
Процентное соотношение элементов, также как и химический состав, закладывается в аббревиатуру марки сплава. В ней не указывается процентное содержание основного элемента – меди, но указывается содержание всех легирующих элементов в процентном соотношении.
К примеру, в марке БрО3Ц12С5 содержание компонентов такое:
олово – 3%;
цинк – 12%;
свинец – 5%;
остальные 80% приходятся на медь.
Количество процентов меди в сплаве оказывает влияние на его цвет. Чем больше меди, тем более яркий золотистый цвет имеет бронза. При содержании меди 50% цвет сплава станет белым, близким к цвету серебра. В соответствии с поставленными задачами можно получить различный цвет металла путем варьирования процентного соотношения легирующих элементов и меди.
Некоторые разновидности бронзовых сплавов
Наиболее часто требуется использование оловянных, бериллиевых, кремниевых и алюминиевых бронз.
Оловянная бронза
Оловянная бронза содержит олово в качестве основного легирующего компонента. Также могут содержаться фосфор, цинк, свинец, никель и пр.
В таблице приведены предельные содержания элементов в некоторых марках:
Как видно из таблицы, сплавы содержат не менее 80% меди. При увеличении объема олова в сплаве изменяются и его свойства:
- твердость и прочность металла возрастает;
- снижается пластичность;
- снижается ударная вязкость;
- увеличивается усталостная прочность.
Одним из легирующих компонентов является P (фосфор). Легирующим данный элемент называют в случае его содержания более 0,1%.
Фосфор при попадании в медный сплав раскисляет медь. Помимо этого, именно фосфор в качестве легирующей добавки увеличивает износостойкость металла. У данного состава есть и обратная сторона. Фосфор при превышении его содержания снижает пластичность получаемого металла. Поэтому при добавлении фосфора в качестве легирующего компонента в деформируемую оловянную бронзу крайне важно строго придерживаться ГОСТа и прочих регламентирующих документов.
Еще один легирующий компонент – Zn (цинк). Он добавляется в бронзу, которая не содержит фосфор. Цинк вводится в количестве, которое может раствориться. Часто вместе с цинком может быть введен свинец. Свинец слаборастворим, получаемые сплавы БрОЦС4-4-2,5 и БрОЦС4-4-4 представляют собой кристаллы твердого раствора и нерастворенные включения свинца. Добавление свинца повышает антифрикционные свойства металла и возможность его резки. Однако, свинец в качестве легирующего элемента снижает некоторые прочие механические свойства получаемого металла.
Также может добавляться Ni (никель). Элемент повышает прочность, пластичность и способность к деформации.
Бериллиевая бронза
К данному типу относятся безоловянные дисперсионно упрочняемые сплавы меди и бериллия. Это означает, что растворимость легирующего элемента напрямую зависит от температуры. Закалка производится из однофазной области, то есть сразу из расплава. Очень важно правильно подобрать используемую температуру процесса. Именно эта величина определяет, насколько хорошо расплав перейдет в твердый раствор и насколько он будет гомогенным, что важно для придания металлу конкретных свойств. Оптимальная температура закалки 760-800 °С. При увеличении температуры более указанного диапазона есть вероятность увеличения зернистости металла и как результат снижения технологических параметров. Температура ниже указанного диапазона не позволяет твердому раствору насытиться бериллием в нужной степени.
Скорость охлаждения раствора должна быть не менее 30-60 градусов в секунду. Это необходимо для того, чтобы в твердом растворе не начался распад компонентов. Иногда в качестве дополнительной легирующей добавки для снижения предела скорости охлаждения могут быть введены Ni (никель) и Co (кобальт). Эти добавки повышают устойчивость твердого раствора в случае его переохлаждения. Для этих же целей может быть использован магний.
Наиболее часто применяются в промышленности и на производстве следующие сплавы:
- БрБ2 – с содержанием бериллия 2%;
- МНБ – сплав меди-никеля-бериллия, содержание бериллия не превышает 0,8%
- МКБ – соотношение меди-кобальта-бериллия с таким же содержанием бериллия, что и в МНБ.
И БрБ2, и МНБ и МКБ имеют высокую пластичность и прочность, легко подвергаются гибке и вытяжке, а также прочим видам пластических деформаций.
Содержание компонентов в некоторых бериллиевых бронзах отражено в таблице:
Кремниевая бронза
Данный безоловянный сплав имеет в своем составе Cu (медь) в размере 80%, Zn (цинк) 20 % и Si (кремний) около 3% и 1% марганца (БрКМц-3-1), проявляет устойчивость к деформации сжатия и растяжения. Высокие механические и антифрикционные свойства, пластичность при низких температурах позволяет применять этот сплав для антифрикционных деталей, пружин, подшипников и пр.
У кремний содержащих сплавов есть еще одно полезное свойство – текучесть. Они широко применяются при литье сложных деталей. Также благодаря составу бронза не дает искру при ударе.
Алюминиевая бронза
Алюминиевая бронза в качестве легирующего компонента содержит алюминий. Содержание алюминия может достигать 12%. В зависимости от содержания алюминия меняются и свойства получаемого металла.
Например, однофазная бронза, в которой алюминия до 9,4% легко подвергается деформации давлением при любой температуре. Это связано с ее высокой пластичностью. Примером такой марки является БрА7.
Добавление алюминия в качестве легирующего компонента существенно повышает прочность металла и его устойчивость к коррозии в сложных условиях: соленая вода, повышенная влажность и пр. Данный тип металла применяется для нефтяных платформ, расположенных в море.
Al также оказывает существенное влияние на теплопроводность металла. При увеличении содержания алюминия падает теплопроводность получаемого металла, если сравнивать этот параметр с медью в чистом виде. Добавление даже 10% Al снижает теплопроводность меди в 390-401 Вт/(м*К) до 75 Вт/(м*К). Добавление дополнительных легирующих компонентов еще больше снижает теплопроводность.
Таким образом, можно сделать следующие выводы: технологические параметры бронз зависят от того, какие легирующие компоненты и в каком соотношении были введены при изготовлении металла. Основным компонентом является медь, процентное соотношение легирующих добавок регламентируется ГОСТами и прочими нормативными документами.
Бронза — Вікіпедія
Бронза (стар. спиж)[1] — сплав міді та інших металів, чи неметалів. Здебільшого до складу бронзи входить олово.
Частка олова у бронзах може становити від 1,25 до 10 %. Серед неметалічних сполук найчастіше до складу бронзи входить фосфор. Типова бронза має склад: 94,65 % — мідь, 5 % — олово, 0,35 % — фосфор. Фосфор надає бронзам додаткової пружності, твердості, та збільшує стійкість до корозії. Температура плавлення бронзи перебуває в межах 990…1190 °С.
Час появи бронзи суттєво відрізняється для окремих територій і перебуває в межах між початком IV тис. до Р. Х. (Кавказ, Мала Азія) та серединою II тис. до Р. Х. (Стародавній Китай).
Характерною властивістю міді є її відносна м’якість. Виробам з неї бракувало твердості кам’яних знарядь й гостроти їх лез. Задля отримання більш міцного металу давні гірники шукали відповідні руди, у яких мідь була б поряд із іншими речовинами, що поліпшували властивості мідного сплаву (бронзи). Пізніше руди таких металів (арсену, стибію, срібла, олова) почали видобувати окремо для додавання їх як лігатури в шихту мідної плавки.
З кінця V тис. до Р. Х. на території Південного Кавказу починається освоєння арсенових, а тисячоліттям пізніше — стибієвих руд, сплави яких із міддю відкрили епоху нового матеріалу — бронзи. На Близькому Сході та в Середземномор’ї домінували більш якісні сплави міді з оловом (частка останнього становила від 5 до 15 %). Олов’яна руда (каситерит) була відкрита на північному заході Піренейського півострова в першій половині III тис. до Р. Х. (за поширеною гіпотезою — експедиціями шукачів золота з Стародавнього Єгипту). У подальшому багаті родовища каситериту були знайдені в кількох регіонах Піренейського півострова (Астурія, Рибадео, басейни річок Міньйо, Тахо, Гвадалквівір). Ще одним потужним центром давнього видобутку олова стала територія сучасної південно-західної Англії (Корнуол).
Оскільки багаті мідноносні провінції (Південний Кавказ, Мала та Середня Азія) були бідні на олово, то в пошуках цього матеріалу на територію Південної й Центральної Європи багаторазово вторгалися експедиції східних народів. Виявити олово їм не вдалося, але пощастило знайти багаті поклади міді на Балканах, у Карпатах і Альпах. Значно віддалені від основних мідних промислів родовища олова підпали під контроль тогочасних «повелителів морів» — фінікійців, які мали найкращий флот і вели міжнародну торгівлю металами.
Новітніми дослідженнями встановлено, що багато давніх мідних та бронзових предметів, що знайдено в різних регіонах Старого світу, виготовлено не з чистої міді, а з мідно-арсенових стопів.
Найдавнішим свідоцтвом того, що людина використовувала метал, є знахідки в докерамічному неолітичному оселищі на пагорбі Чайоню-Тепесі в Південно-Східній Анатолії (у верхів’ях річки Тигр). Металеві вироби було знайдено в нашаруваннях пагорба, вік яких по радіовуглецевому аналізу становить 9200 ± 200 і 8750 ± 250 років до н. е. Це були дротяні шпильки, чотиригранне шило, свердла, намиста та їх «напівфабрикати» з міді, а також непросвердлені, але добре оброблені намистини. Було висловлене припущення, що всі металеві предмети виготовлені із самородної міді. Однак спектральний аналіз шила показав вміст близько 0,8 % арсену, що вносить певні сумніви про самородне походження міді.
Одна з найдавніших знахідок арсенової міді відноситься до середини V тисячоліття до н. е. у стародавньому пам’ятнику Тепс-Ях’я, на південному сході Ірану. У Закавказзі предмети з мідно-арсенових сплавів з’являються з IV тисячоріччя до н. е. Предмети, виготовлені з мідно-арсенових сплавів, знайдені також у Німеччині, Іспанії, Португалії починаючи з III тисячоріччя до н. е. У тих областях, де не було родовищ олов’яних руд, арсенову мідь продовжували виробляти у великій кількості до початку I тис. до н. е.
Арсен у мідних сплавах поліпшував їхні фізико-механічні властивості. Присутність у міді 0,5% арсену поліпшує її ковкість у холодному стані, дає можливість одержати щільніші виливки у рельєфних ливарних формах. Без присадок арсену або інших легуючих елементів це представлялося складним завданням. Крім того, у порівнянні з чистою міддю, що плавиться при температурі 1083 °C, мідь, легована арсеном, плавиться при нижчій температурі, що залежить від вмісту арсену в сплаві. Те ж саме стосується і твердості арсенової міді, яка в результаті клепання різко підвищується. Предмети з арсенової бронзи легко піддаються холодному куванню і за твердістю мало поступаються олов’яній бронзі (твердість кованої арсенової бронзи в умовних одиницях, за Віккерсом, від 100 до 245, олов’яної — від 116 до 252). Зі збільшенням вмісту арсену до 8% пластичність арсенової міді не погіршується, на відміну від мідно-олов’яного сплаву, але вище цієї межі пластичність падає і сплав стає крихким.
Таким чином, арсенова мідь за багатьма фізико-механічних властивостями не поступається різним типам мідно-олов’яних сплавів. Колір арсенової міді буває від білого до червонуватих і золотавих відтінків.
Починаючи з III тисячоріччя до н. е. у більшості країн Старого світу стали з’являтися вироби з олов’яної бронзи, тобто з міді, у якій основним легуючим елементом було олово і яка стала поступово витісняти мідно-арсенові сплави. Поява в стародавності олов’яної бронзи ознаменувало початок нової епохи в історії розвитку людства, що визначена як бронзова доба. Стародавні мідно-олов’яні предмети продовжують знаходити в пам’ятниках бронзової доби на величезному просторі Старого світу.
Очевидно, перехід від мідно-арсенових сплавів до мідно-олов’яних був поступовим, і спочатку олово присаджували до міді разом з арсеном. Цим пояснюється, що в країнах Близького Сходу і в деяких інших регіонах у початковому періоді бронзової доби олов’яна бронза містить олово разом з арсеном. Винятком є давні бронзи Таїланду, що не містять домішок арсену.
Відомості про найдавніші мідно-олов’яні знахідки:
| Країна | Дата (до н.е.) | Легуюча домішка (Sn), % | Легуюча домішка (As), % |
|---|---|---|---|
| Таїланд | 3600 | 2,50 | — |
| Іран | 3000 | 3,00 | 1,1 |
| Азербайджан | 3000 — 2500 | 0,97 | 1,3 |
| Ірак | 2800 — 2500 | 2,40 | — |
| Туреччина (Троя II) | 2500 — 2000 | 2,18 | 0,97 |
| Пакистан | 2100 — 1700 | 1,20 | — |
| Єгипет (Гробниця Тутанхамона) | 2000 — 1800 | 1,80 | Сліди |
| Англія | 1700 | 1,54 | 2,9 |
Вважається, що олово додавали до міді у вигляді його двоокису, тобто каситериту. Відновлення олова в шихті з мідною рудою і з деревним вугіллям — процес простіший, ніж ізольоване відновлення олова з наступною його присадкою до міді.
Більшість відомих у світі родовищ каситериту (SnO2) знаходиться в Малайзії, Індонезії, Китаї, Болівії, на Британських островах, Саксонії, Богемії, Нігерії. Досить часто відзначається Богемія, як один з центрів постачання оловом бронзової металургії. Але родовища олова там залягають глибоко у гранітах, так що навряд чи вони були доступні стародавньому рудокопу. Також малоймовірним є вивіз олова з Британських островів до II тисячоріччя до н. е. Вивчення стародавніх олов’яних предметів в Англії показало, що виплавляння олова почалася на Британських островах у пізніший час, в основному в епоху Римського панування.
Останнім часом висловлюється міркування, що стародавня бронзова металургія на Близькому і Середньому Сході, а також на Кавказі, забезпечувалася оловом з родовищ каситериту на Малайському архіпелазі та у сусідніх з ним країнах. Ці родовища розташовані в «олов’яному поясі», що простирається, починаючи з Індонезії, через Сінгапур, Малайський півострів, Південно-Східний Китай. Існує думка, що доставка олова з країн Південно-Східної Азії відбувалася не тільки морським шляхом, але і сухопутним — караванним.
Присадка олова до міді, починаючи з мінімальних часток відсотка, поліпшує її ливарні якості та змінює пластичність сплаву. Бронзи, що містять до 5% олова, допускають холодне кування та волочіння, при більшому вмісті олова — можлива тільки гаряча обробка. З підвищенням вмісту олова крихкість бронзи збільшується. Бронзи, що містять до 30% олова, дробляться під молотком.
Невелика добавка олова до міді знижує її точку плавлення, наприклад, мідь з 5% олова плавиться при 1050 °C, з 10% — при 1005 °C, з 15% — при 960 °C.
У давнину через дорожнечу олова, яке у більшості країн було привізним і доставлялося нерегулярно, плавильники заміняли його, цілком або частково, іншими легуючими металами: арсеном, сурмою, свинцем, нікелем, а пізніше цинком. Тому склад стародавніх олов’яних бронз різнорідний.
У Стародавньому Єгипті і Межиріччі використовувалися сурм’яні бронзи. У Закавказзі, де було багато розробок антимоніту (сурм’яної руди) в основному застосовувалися мідно-сурм’яні сплави, а не металева сурма. Крихкість останньої не дозволяла широко використовувати сам метал для виготовлення з нього предметів.
У стародавній металургії для легування міді замість дорогого олова іноді використовувався свинець. Також його приплавляли до міді разом з оловом. Приплав міг здійснюватися або безпосереднім внесенням металевого свинцю в розплавлену мідь, або спільною відбудовною плавкою мідних і свинцевих руд. Виплавка мідно-свинцевих сплавів вимагала високої майстерності плавильників через розшарування металів у процесі плавки внаслідок великої різниці в питомих вагах. Виплавка полегшувалася наявністю в міді інших металів-домішок. Незважаючи на низьку точку плавлення свинцю (327 °C), його приплав до міді не викликає істотного зниження точки плавлення мідного сплаву.
Бронзові предмети з високим змістом нікелю (до 3,3%) знайдені в Індії. Про досить широке поширення нікелевих бронз свідчить виявлений бронзовий предмет, у якому було 2,7% олова і 8,9% нікелю. Високий вміст нікелю, характерний для майкопської міді III тисячоріччя до н. е., пояснюють характером мідних руд з домішкою нікелю. Серед анатолійских виробів виявилося чимало таких, що містять до 4% нікелю, а в окремих випадках навіть вище. Однак у всіх випадках високий зміст нікелю супроводжувався також підвищеним змістом арсену (до 3%), або олова. Аналогічна закономірність була встановлена для деяких мідно-арсенових предметів, знайдених на Північному Кавказі, в Азербайджані, Грузії.
Ритуальний ніж-кулон бронзової доби, знайдений в УкраїніМеталургія міді з’явилася на території України в V тис. до н. е. разом з трипільськими племенами і пов’язана своїм походженням з Балканами. У мідну добу в археологічних культурах в Україні з’являються перші мідні вироби і починається власне виробництво. Руду могли видобувати в балканських родовищах, а метал виплавляли на значній відстані від родовищ. Так, на ранньотрипільському поселенні Олександрівка (північ Одещини) знайдено кам’яні рудодробилки, на яких імпортовану за сотні кілометрів сировину подрібнювали перед збагаченням. Використовували також нечисленні поклади самородної міді, одне з таких родовищ — біля с. Великий Мідськ на Волині. Можливе також використання місцевих покладів сировини — у Подністров’ї, Буго-Дніпровському межиріччі.
Наприкінці мідної доби трипільці навчилися не тільки плавити мідь, а й додавати до неї арсен, а потім і олово для одержання бронзи. Переважала ковальська обробка металу, якою трипільські майстри володіли досконало. Згодом значною мірою розширюється асортимент виробів — як прикрас, так і знарядь праці, переважна кількість яких виготовлена на місці. Продовжуючи ковальські традиції попереднього етапу, трипільські майстри опановують фігурне кування та лиття — як у відкриті, так і у складні закриті форми.
Трипільці і близькосхідне населення практично одночасно опановують спочатку мідь, потім її сплави. В Трипіллі з’являються сплави міді та срібла, в Месопотамії — сплавом міді та свинцю. А згодом одночасно поширюються бронзові вироби.
Властивості бронзи, сучасне маркування та використання бронз[ред. | ред. код]
Бронзи мають високі механічні і антифрикційні властивості, корозійну стійкість, добрі ливарні властивості та оброблюваність різанням.
Бронзи маркуються літерами Бр. Легуючі елементи позначаються початковою літерою назви цього елемента: А — алюміній, Б — берилій, Ж — залізо, К — кремній, Мг — магній, Мц — марганець, Н — нікель, О — олово, С — свинець, Ф — фосфор, Ц — цинк за буквами вказується вміст легуючих елементів у процентах.
- Бронзи олов’яні, що обробляються тиском (ГОСТ 5017-74[2]):
- БрО6,5Ф0,4 (олова 6,5%, фосфору 0,4%, решта — мідь). Має міцність 343…442 МПа, твердість 67…87 HB. Виготовляють пружини, деталі машин;
- БрО4Ц3; (олова 4%, цинку 3%, решта — мідь). Має міцність 295…392 МПа, твердість 48…67 HB. Струмопровідні пружини, контакти штепсельних рознять, деталі хімічної апаратури;
- БрО7Ф0,2 (олова 7%, фосфору 0,2%, решта — мідь). Має міцність 372…442 МПа, твердість 82…92 HB. Виготовляють пружини, зубчасті колеса, втулки, прокладки високонавантажених машин;
- Бронзи олов’яні ливарні (ГОСТ 613-79[3]):
- БрО3Ц7С5Н1 (олова 3%, цинку 7%, свинцю 5%, нікелю 1%, решта — мідь). Має міцність 176…206 МПа, твердість 60 HB. Деталі, що працюють в маслі парі чи прісній воді.
- БрО5Ц5С5 (олова 5%, цинку 5%, свинцю 5%, решта — мідь). Має міцність 147…176 МПа, твердість 60 HB. Арматура, антифрикційні деталі, вкладиші підшипників.;
- БрО10Ц2. Має міцність 216…225 МПа, твердість 64…74 HB. Використовують для виготовлення підшипників, парової і водяної арматури, деталей тертя, антифрикційних деталей та гребних гвинтів;
- БрО10С10. Має міцність 176…196 МПа, твердість 67…74 HB. Використовують для виготовлення підшипників ковзання, що працюють при високих питомих навантаженнях.
- Бронзи безолов’яні, що обробляються тиском (ГОСТ 18175-78[4]):
- БрА7 (алюмінієва бронза). Має міцність 432…490 МПа, твердість 63…72 HB. Деталі для хімічного машинобудування, ковзні контакти;
- БрК3Мц1 (кремниста бронза). Має міцність 343…392 МПа, твердість 66…77 HB. Деталі всіх видів для хімічних апаратів, пружини і пружні деталі, деталі для суднобудування, а також зварних конструкцій.
- БрК1Н3 (марганцева бронза). Має міцність 392…442 МПа, твердість 67…77 HB. Відповідальні деталі в моторобудуванні, напрямні втулки.
- БрКд1(CuCd1), БрМг0,3 (кадмієва і магнієва бронзи). Мають міцність 256…332 МПа, твердість 48…67 HB. Колектори електродвигунів, деталі машин контактного зварювання та інші деталі.
- БрБ2 (берилієва бронза). Має міцність 392…588 МПа, твердість 125…144 HB. Після термічної обробки (гартування і старіння) має міцність 1300…1400 МПа, а твердість 280…300 НВ. Виготовляють відповідальні пружини та мембрани, пружні контакти в електричних пристроях, а також, безіскровий інструмент.
- Бронзи безолов’яні ливарні (ГОСТ 493-79[5]). Мають високу міцність, антифрикційність, застосовуються для виготовлення деталей, що працюють у важких умовах:
- БрА10Ж3Мц2. Має міцність 578 МПа, твердість 98…118 HB. Виготовляються зубчасті колеса, втулки, клапани;
- БрС30, БрС30Н2 (свинцева бронза). Має міцність 490 МПа, твердість 25 HB. Використовується для виготовлення важконавантажених підшипників;
- БрА10Ж4Н4Л. Має міцність 578 МПа, твердість 157…167 HB. Деталі хімічної і харчової промисловості, а також деталі, що працюють при підвищених температурах.
- ↑ Спиж у Словнику української мови у 11 томах. — Київ: Наукова думка, 1970—1980. — Т. 9. — С. 503.
- ↑ ГОСТ 5017-74 Бронзы оловянные, обрабатываемые давлением. Марки.
- ↑ ГОСТ 613-79 Бронзы оловянные литейные. Марки.
- ↑ ГОСТ 18175-78 Бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением. Марки.
- ↑ ГОСТ 493-79 Бронзы безоловянные литейные. Марки
Вікісховище має мультимедійні дані за темою: Бронза
Урок 13. сплавы металлов — Химия — 11 класс
Химия, 11 класс
Урок № 13. Сплавы металлов
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению сплавов чёрных и цветных металлов, роли легирующих добавок, зависимости свойств сплавов от состава.
Глоссарий
Бронза – сплав на основе меди; оловянная бронза содержит до 8,5% олова. Может содержать также алюминий, кремний, свинец. Используется для изготовления деталей машин, инструментов, при ударе не образующих искр.
Баббиты – сплавы на основе олова и свинца. Применяются для изготовления подшипников, так как отличаются высокой устойчивостью к истиранию.
Дюралюминий – высокопрочные сплавы на основе алюминия с добавками меди, магния и марганца. Основной конструкционный материал в авиа- и ракетостроении.
Константан – сплав на основе меди, никеля и марганца, используется для изготовления электроизмерительных приборов.
Латунь – сплав меди и цинка, с небольшими добавками никеля, олова, свинца, марганца. Используется для изготовления деталей машин и запорной аппаратуры.
Легированная сталь – сталь, в состав которой включены легирующие добавки, повышающие прочность, коррозионную устойчивость, жаропрочность и другие свойства сплава.
Легирующие добавки – вещества, вводимые в сплав в определённых количествах, для придания сплаву необходимых свойств.
Мельхиор – медно-никелевый сплав с добавлением железа, используется для изготовления монет, инструментов, столовых приборов.
Нейзильбер – трёхкомпонентный сплав на основе меди, цинка и никеля.
Силумин – сплав алюминия с кремнием. Применяется для литья деталей в авто- моторостроении.
Сплав — материал с металлическими свойствами, состоящий из двух или более компонентов, один из которых обязательно металл.
Сплав Вуда – легкоплавкий сплав на основе висмута, свинца, олова и кадмия. Используется для изготовления металлических моделей, заливки образцов, пайки некоторых сплавов.
Сталь – сплав железа с углеродом, причем доля углерода не превышает 2,14%.
Цветные металлы – алюминий, медь, никель, цинк, олово, свинец и другие металлы, не относящиеся к чёрным.
Цементит – карбид железа Fe3C, образуется в виде отдельной фазы в чугуне с высоким содержанием углерода.
Чёрные металлы – железо, марганец, иногда к чёрным металлам относят хром.
Чугун – сплав железа с углеродом, содержание углерода в пределах от 2,14 до 4,3%.
Электрон – сплав на основе магния и алюминия с добавлением цинка, и марганца. Используется в авиа- и ракетостроении.
Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.
Дополнительная литература:
1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тестов по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.
2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс: учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение. – 2018. – 352 с.
Открытые электронные ресурсы:
- Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
Сплавы металлов и их классификация
Одним из первых металлов, который человек стал применять для своих нужд, была медь. Но ещё в III тысячелетии люди обнаружили, что медь, сплавленная с оловом, позволяет делать более прочное оружие, долговечную посуду. Материал, полученный при сплавлении меди с оловом, получил название «бронза». Это был первый сплав, изготовленный человеком.
Сплавом называют искусственный материал с металлическими свойствами, состоящий из двух или более компонентов, из которых, по крайней мере, один является металлом.
В зависимости от количества компонентов различают двойные (бинарные), тройные и многокомпонентные сплавы. Сплавы могут иметь однородную структуру (гомогенные сплавы), а также состоять из нескольких фаз (гетерогенные сплавы). В зависимости от своих свойств сплавы подразделяются на легкоплавкие, тугоплавкие, жаропрочные, высокопрочные, твердые, коррозионно-устойчивые. По предполагаемой технологии обработки различают литейные (изделия производят путём литья) и деформируемые (обрабатывают путём ковки, проката, штамповки, прессования) сплавы.
Чёрные металлы и сплавы на их основе
В зависимости от природы металла, составляющего основу сплава, различают чёрные и цветные сплавы. В чёрных сплавах основным металлом является железо. Самыми распространенными из чёрных сплавов являются сталь и чугун. К чёрным металлам относятся железо, а также марганец и хром, которые входят в состав чёрных сплавов.
Чугун
Чугун – сплав на основе железа, содержание углерода в котором превышает точку предельной растворимости углерода в расплаве железа (2,14%). При остывании сплава, углерод кристаллизуется в виде отдельных включений цементита и графита. Углерод придает чугуну твердость, но снижает пластичность сплава, поэтому чугун хрупкий. Чугун применяют для изготовления литых деталей (коленчатых валов, колёс, труб, радиаторов отопления, ванн, решеток ограждения), кухонной посуды (сковородок, чугунков, казанов).
Сталь
В стали содержание углерода значительно меньше. В низкоуглеродистых сталях количество углерода не превышает 0,25%, в высокоуглеродистой стали содержание углерода может достигать 2%. Самые первые стальные изделия появились 4000 лет назад. В настоящее время выплавляют стальные сплавы с различными свойствами. Это конструкционные, нержавеющие, инструментальные, жаропрочные стали.
Легирующие добавки
Для придания стали особых свойств в процессе её изготовления, вводят легирующие добавки. Легирующими добавками называют вещества, которые добавляют в сплав в определенном количестве для изменения механических и физических свойств материала.
Легированные стали
В зависимости от количества легирующих добавок различают низколегированную, среднелегированную и высоколегированную сталь. Марка стали обозначается с помощью букв и цифр. Буква указывает на химическую природу легирующей добавки, а цифра, стоящая после буквы – на примерное содержание этой добавки в сплаве. Если содержание добавки меньше 1%, то цифру не ставят. Цифры впереди букв показывают содержание углерода в сотых долях процента. Например, в стали марки 18ХГТ содержится 0,18 % С, 1 % Сr, 1 % Мn, около 0,1 % Тi.
Стали применяют для изготовления армирующих железнодорожных рельсов, дробильных установок, конструкций, турбин электростанций и двигателей самолётов, инструментов (пилы, сверла, резцы, зубила, фрезы), химической аппаратуры, деталей автомобилей, тракторов, дорожных машин, труб и много другого.
Цветные металлы и сплавы на их основе
К цветным металлам относят алюминий, цинк, медь, никель, олово, свинец и др. Сплавы на основе цветных металлов называют цветными. Это бронза, латунь, силумин, дюралюминий, баббиты и многие другие. В авиации широкое применение нашли легкие и прочные сплавы на основе алюминия и титана. Изделия из медных сплавов: бронзы и латуни, применяются в химической промышленности, для изготовления запорной аппаратуры: кранов, вентилей. Сплавы на основе олова и свинца используют для изготовления подшипников. Из мельхиора и нейзильбера – сплавов меди и никеля, изготовляют столовые наборы, монеты.
ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ
1. Расчет массовой доли металла в сплаве
Условие задачи: Кусочек нейзильбера массой 2,00 г поместили в раствор гидроксида натрия. В ходе реакции выделилось 0,14 л водорода (н.у.). Вычислите массовую долю цинка в сплаве. Ответ запишите в процентах с точностью до десятых долей.
Шаг первый: запишем уравнение реакции цинка с раствором гидроксида натрия:
Zn + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2↑.
Один моль цинка вытесняет из щёлочи один моль водорода.
Шаг второй: найдём количество цинка, которое вытеснило 0,14 л водорода.
Для этого найдём в периодической таблице элементов Д.И. Менделеева молярную массу цинка: М(Zn) = 65 г/моль. При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объём, равный 22,4 л. Составим пропорцию:
65 г цинка вытесняет 22,4 л водорода;
х г цинка вытесняет 0,14 л водорода.
65 : х = 22,4 : 0,14, откуда х = (65·0,14) : 22,4 = 0,41 (г) – масса цинка в сплаве.
Шаг третий: найдём массовую долю цинка в сплаве:
ω = (0,41 : 2,00)*100 = 20,5 (%).
Ответ: 20,5
2. Расчёт массы легирующей добавки
Условие задачи: Для придания стали противокоррозионных свойств в сплав добавляют хром. Сталь марки С1 должна содержать 12% хрома, 1% кремния, 1,5% марганца и 0,2% углерода. Сколько хрома необходимо добавить к железному лому (посторонними примесями пренебрегаем) массой 500 кг, чтобы получить нержавеющую сталь требуемой марки? Ответ записать в килограммах с точностью до десятых долей.
Шаг первый: найдём массовую долю железа в стали марки С1:
Для этого от 100% отнимем массовые доли остальных элементов:
100 – 12 – 1 – 1,5 – 0,2 = 85,3 (%).
Шаг второй: найдём массу одного процента сплава.
Для этого массу железного лома разделим на массовую долю железа:
500 : 85,3 = 5,9 (кг).
Шаг третий: найдём необходимую массу хрома. Для этого массу одного процента сплава умножим на массовую долю хрома в сплаве:
5,9*12 = 70,8 (кг).
Ответ: 70,8
Состав сплава бронзы и его основные компоненты
В современной промышленности существует большое количество различных сплавов черных и цветных металлов. Одним из самых древних и известных является бронза — сплав, в котором главным компонентом является медь. По историческим фактам известна целая эпоха, так называемый бронзовый век, в котором изготовление соответствующего медного сплава было основой металлургической промышленности. Этот период начинался приблизительно с конца IV тысячелетия до н. э., когда значительно улучшилась обработка меди и олова, и продолжался до XII века до н. э.
Основные свойства бронзовых сплавов
Физические свойства могут сильно меняться в зависимости от легирующих компонентов, но тем не менее можно выделить основные общие свойства материала:
- Плотность бронзы составляет от 7800−8700 кг/м3.
- Хорошая износостойкость, низкий коэффициент трения, сопротивление хрупкому разрушению при очень низких температурах (до 250 °С).
- Температура плавления 940−1140 °С.
- Легко поддается пайке и сварке.
Количество чистой меди в составе сплава, помимо физико-химических свойств, влияет на цвет. Так,
золотистый цвет имеют изделия с процентным содержанием меди около 85%. При уменьшении процента меди до 50% может получиться белый цвет, очень похожий на серебро, а при понижении до 35% и менее — черный.
Изготовление бронзы происходит посредством выплавки: исходное сырье помещается в горн или индукционную печь, где оно расплавляется с дальнейшим его перемешиванием и разливкой в требуемые формы.
Виды бронзы и их применение
С развитием металлургии и открытием разных видов металлов, появилось большое количество бронз, но основным металлом в формуле является медь. В зависимости от того, какие компоненты входят в состав, изменяются и свойства материала.
Знание этих особенностей позволяет применять бронзовые сплавы в различных видах промышленности в зависимости от предъявляемых к материалу требований. Бронзу часто выпускают в виде прокатных труб, проволоки и листов. Используется металл в производстве подшипников, втулок, рессор и прочих деталей, подверженных воздействию высокого давления и износа. Высокие антикоррозийные свойства позволяют применять данный материал также в условиях агрессивной внешней среды и при работе с различной химией. Помимо этого, применение бронзы распространено в художественных ковке и литье, из нее делают различные скульптуры, памятники и украшения.
Оловянная
Сплав меди и олова называется оловянным. Эти бронзы применялись в бронзовом веке, дошли до наших дней и являются наиболее применяемыми в промышленности. Из этого вида сплава часто отливались различные колокола, в связи с чем данный материал иногда называется колокольной бронзой.
Оловянистый материал почти не поддается механической обработке, поэтому изделия из него создаются исключительно литьем; имеет высокую твердость и прочность, а также антикоррозийные свойства. Стандартный сплав меди и олова характеризуется количественным соотношением 80:20, но может дополняться некоторыми металлами для изменения свойств:
- Добавление цинка (менее 10%) позволяет повысить антикоррозийную стойкость. Используется для создания деталей, которым нужно часто контактировать с водой и другими окислителями.
- Свинец и фосфор повышают антифрикционные свойства. Кроме того, сплав с добавлением этих металлов проще подвергается обработке.
Иногда наличие олова в изделии недопустимо и его заменяют другими металлами, позволяющими достичь требуемых характеристик, например, свинец, кремний, цинк, бериллий или алюминий. Такая бронза называется безоловянной, или специальной.
Свинцовая
Основной легирующий компонент — свинец, содержание которого может достигать 30%. Материал имеет хорошие антифрикционные свойства и высокую теплопроводность, может выдерживать давление до 30 мПа, поэтому применяется для изготовления подшипников, подвергающихся высокому давлению.
Кремниецинковая
Данный сплав состоит из 97% меди, 1.1% олова, 0.05% кремния и цинка. Является довольно пластичным и текучим, что позволяет применять его как материал в изделиях сложной формы. Имеет хорошее сопротивление при сжатии, обладает антифрикционными свойствами и упругостью. Не искрит при обработке, хорошо сопротивляется низким температурам, зачастую содержит добавки никеля и марганца.
Бериллиевая
Бериллиевый сплав является самым твердым из всех существующих видов бронз. Обладает высокими антикоррозийными свойствами, не искрит при обработке, не магнитится. В процессе закалки приобретает хорошую деформируемость и упругость.
Алюминиевая
Состав бронзы в процентах выглядит как 95% меди и 5% алюминия. Сплав очень хорошо сопротивляется агрессивным средам, жаропрочный, но имеет низкие антикоррозийные свойства и дает сильную усадку.
Сплав меди с цинком называется красной бронзой — латунью, а с никелем — мельхиором. Эти соединения являются отдельными материалами, их малое количество может присутствовать в любом сплаве, но должно быть ниже суммы всех остальных компонентов.
Маркировка сплавов
Для того чтобы определить состав бронзы и ее свойства, нужно знать принцип формирования его маркировки. Маркировка составляется в соответствии с ГОСТом, согласно которому принимаются следующие обозначения:
- Сначала ставятся буквы Бр, что означает Бронза;
- Затем в ряд идет перечисление легирующих компонентов: А — алюминий, О — олово, Н — никель, Ц — цинк, Мц — марганец и так далее;
- После каждой буквы указана цифра, которая показывают процент содержания примеси в сплаве;
- Количество меди в сплаве не прописывается, а высчитать его можно по указанному составу бронзы как разность в процентах между 100% от всего состава и суммой всех добавок.
Например, марка БрО3Ц7С5Н1 говорит о том, что это бронза, в составе которой 3% олова, 7% цинка, 5% свинца и 1% никеля. Остальные 84% состава приходятся на медь.
Знание принципов маркировки сплава позволит определять его состав и свойства, что поможет не ошибиться с выбором нужного материала.
Physician Formula Bronze Booster Glow-Boosting Pressed Bronzer, от легкой до средней — Walmart.com
«,» tooltipToggleOffText «:» Переключите переключатель, чтобы получитьБЕСПЛАТНАЯ доставка на следующий день!
«,» tooltipDuration «:» 5 «,» tempUnavailableMessage «:» Скоро вернусь! «,» TempUnavailableTooltipText «:»Мы прилагаем все усилия, чтобы снова начать работу.
- Временно приостановлено в связи с высоким спросом.
- Продолжайте проверять наличие.