Bronz: složení, vlastnosti, použití slitiny kovů

Bronz (z italštiny. bronzo) – slitina mědi s cínem 4-33% Sn, olovem (do 30% Pb), hliníkem (5-11% Al), křemíkem (4-5% Si), antimonem a fosforem. Bronzy se dělí podle legujícího prvku: cín, hliník, křemík, berylium, olovo a další. V praxi se nejčastěji používá cínový bronz [1].

Příběh

Historie bronzu je stará více než 5000 let. Bronz je první kov, který se člověk naučil vyrábět [2]. Předměty vyrobené z bronzu zdobily chrámy, paláce, hrady a byly považovány za vizuální důkazy síly a moci státu. Dobu bronzovou lze rozdělit do dvou období [3].

1. Raný bronz – III tisíciletí před naším letopočtem. E. Na území moderního Iráku byly nalezeny figurky a reliéfy vyrobené v tomto období.
2. Pozdní doba bronzová – II-I tisíciletí před naším letopočtem. E. Bronzové odlitky byly objeveny na jižním Uralu ve starověké osadě Arkaim poblíž města Magnitogorsk a kolem jezera Bolshoye Miasovo v přírodní rezervaci Ilmensky.

Na počátku rozvoje výroby bronzu obsahoval ve svém složení kromě mědi, cínu, olova, příměsi železa, arsen a antimon. Později, ve starém Římě, se do bronzu začal zavádět zinek, aby se zvýšila tekutost taveniny. Po několik století se pro sochařské odlévání používal umělecký bronz obsahující 5 % cínu, 10 % zinku a 3 % olova [4]. Bronz se získával tavením cínových a měděných rud, takže měl velké množství nečistot: železo, kobalt, nikl, olovo, zinek a stříbro.

Ve východní Evropě se první bronzové výrobky objevily až na počátku 2. tisíciletí před naším letopočtem. E. První kovoobráběcí centra vznikala v oblastech rudných ložisek (Bajkal, Kavkaz, Ural, Altaj). Rozšíření bronzových nástrojů a jejich výrobních dovedností směřovalo do severních odlehlých oblastí východní Evropy.

Cínový bronz

Cínové bronzy jsou slitiny mědi a cínu s přídavkem fosforu, zinku, olova, niklu a dalších legujících prvků [1]. Vlivem nárůstu přídavku cínu se zvyšuje pevnost a tvrdost bronzu, ale zároveň klesá tažnost a houževnatost. Přidání legujících kovů vede ke zlepšení fyzikálních a chemických vlastností: zinek zajišťuje zvýšení mechanických vlastností, tekutosti, hustoty odlitků, pájecí a svařovací schopnosti; olovo – vlastnosti proti tření; fosfor – tekutost, odolnost proti opotřebení, výdrž, mez pružnosti [5].

Existují dva typy cínových bronzů: lité a tepané.

• Deformovatelné obsahují 3 – 7 % cínu, do 5 % olova a zinku a do 0,4 % fosforu. Mají jednofázovou strukturu a sestávají z homogenního tuhého roztoku. Takové cínové bronzy mají dobrou tažnost, takže se snadno zpracovávají tlakem a vyrábějí se ve formě trubek a pásů. Deformovatelné bronzy se používají k výrobě různých dílů s vysokými elastickými vlastnostmi.
• Odlitky mají nízkou tažnost, ale vysokou odolnost proti korozi, což umožňuje jejich použití jako armatury, které mohou pracovat v agresivním prostředí a mají vysokou elektrickou a tepelnou vodivost.

Bronz bez cínu

Bezcínové odlévací bronzy se dělí do tří hlavních skupin: hliník, olovo a antimon. Deformovatelné bronzy se dělí na manganové, křemíkové a beryliové bronzy [5].

• Hliník – slitiny mědi (90-95%) s hliníkem (5-10%). Barva bronzu je podobná zlatu. Hliníkové bronzy mají vysoké mechanické, antikorozní a protitřecí vlastnosti. Ve srovnání s cínovými bronzy jsou levnější a mají vyšší mechanické vlastnosti [6] .
• Olovo – slitiny mědi a olova, byly vyvinuty jako náhrada cínových bronzů a byly široce používány v průmyslu. Vyznačují se dobrými kluznými vlastnostmi a schopností odolávat vysokým specifickým tlakům. Olověný bronz je lepší než cínový bronz v tepelné vodivosti, což umožňuje vysoké provozní teploty.
• Křemičité – slitiny mědi a křemíku (do 3 %). Mají vysoké mechanické vlastnosti a plasticitu, což umožňuje jejich použití pro všechny typy tlakové úpravy. Silikonový bronz je vzácná a drahá slitina. Bronz se vyrábí ve formě stuh, drátů a tyčí.
• Beryllium jsou slitiny vyznačující se vysokou pevností, tvrdostí, zvýšenou elasticitou a mezí únavy. Vyrábějí se stejně jako křemičité ve formě pásků, drátů a tyčí. Berylliové bronzy našly své uplatnění při výrobě opotřebitelných dílů pružin. Bronz je drahý.

přihláška

Pro své jedinečné vlastnosti se bronz používá v různých oblastech průmyslu, stavebnictví a výrobě dekorativních předmětů [7]. Bronz se díky své odolnosti vůči korozi a agresivnímu chemickému prostředí, pevnosti a pružnosti používá při výrobě drátů se zvýšenou mechanickou pevností, ale i držáků kartáčů, pružin a kontaktních dílů pro elektrická zařízení a přístroje. Bez bronzu se také neobejde výroba automobilových dílů a pohyblivých dílů. V každodenním životě se bronz používá k výrobě dveřního kování a závěsů a v instalatérství (sprchové hlavice, hadice, držáky).

Bronz se odedávna používá při výrobě soch, pouzder hodinek, lustrů, lamp, dalších domácích potřeb a děl dekorativního umění díky svým dekorativním vlastnostem a trvanlivosti. V Rusku se umělecký bronz skládá z mědi, olova, zinku a cínu. Poskytuje celou řadu potřebných estetických a technologických vlastností. Bronz se dobře hodí k různým typům zpracování: řezání, honění, rytí. Má vysokou odolnost proti korozi a krásnou barvu [2].

Poznámky

1. ↑ 1,01,1Denisová E.I. Aplikovaná věda o materiálech: Kovy a slitiny. — 2018.
2. ↑ 2,02,1Bulgáková A.V. Umělecký bronz. Svazek IV. Západní Evropa – Rusko. XVII-XIX století — 2015.
3. ↑Molev E.A. Doba měděná a bronzová v archeologii. — Státní univerzita v Nižním Novgorodu pojmenovaná po. N.I. Lobačevskij, 2009.
4. ↑Brockhaus F. A., Efron I. A. Bronz. — Semenovská typitografie, 1889.
5. ↑ 5,05,1Vershina A.K. Složení – struktura – vlastnosti neželezných kovů a slitin, polymerní materiály. — 2010.
6. ↑Shishlyaev V.N. Neželezné slitiny a tavení. — 2008.
7. ↑Kamaev, A.S. Cínový bronz, rozsah a jeho vlastnosti. — 2021.

Tento článek má stav „připraveno“. To sice nevypovídá o kvalitě článku, ale hlavní téma už dostatečně pokryl. Pokud chcete článek vylepšit, klidně jej upravte!

Bronz je vícesložková sloučenina sestávající z mědi s přídavkem různých kovů a nekovů. Bronz byl objeven v 5. tisíciletí př. n. l. a aktivně se začal používat ve 4. tisíciletí př. n. l., které je spojováno s počátkem doby bronzové. Během této doby lidé vytvořili mnoho bronzových slitin s různými legujícími prvky: hliníkem, olovem, fosforem, beryliem, manganem, křemíkem, železem, chromem, cínem.

Druhy bronzu

Bronz je klasifikován podle přítomnosti cínu v jeho složení, schopnosti podstoupit mechanickou deformaci a typu hlavního legujícího prvku. V závislosti na složení se bronz vyrábí ve dvou kategoriích:

• Cín. Tato kategorie zahrnuje slitiny, které obsahují více než 4 % cínu. Výrobky z cínových bronzů se vyznačují minimálním smrštěním během odlévání, snadno se zpracovávají a jsou odolné proti opotřebení.
• Bez plechu. Cín v něm není, ale z hlediska fyzikálních a mechanických vlastností není horší než slitiny cínu a v některých ohledech je předčí.

Podle vyrobitelnosti se bronz dělí na:

• Deformovatelný. Materiál lze mechanicky zpracovávat bez omezení, včetně ražení, ohýbání, kování a perforace. Obsahuje maximálně 6 % cínu, což vysvětluje přítomnost potřebných plastických vlastností polotovarů.
• Slévárna. Určeno pro odlévání tvarových kovových výrobků se složitými profily. Jeho použití umožňuje získat díly pro stroje a mechanismy pracující v kontaktu s agresivními médii, v podmínkách tření a opotřebení.

Rozsah použití bronzových kovových výrobků závisí na typu přísady použité při jejich výrobě:

• Beryliový bronz. Vyznačuje se dobrými pružinovými vlastnostmi, tepelnou odolností, odolností proti korozi, zachovává si původní vlastnosti i při teplotách pod bodem mrazu.
• Hliníkový bronz. Jeho klíčovými vlastnostmi jsou hustota, nízká měrná hmotnost, odolnost vůči chemicky aktivním látkám a negativnímu vlivu atmosférických jevů.
• Křemíkový bronz. Mezi výhody křemíkových sloučenin patří elasticita, jsou také nemagnetické a při úderu nejiskří.
• Olověný bronz. Mezi výhody patří nízký koeficient tření, odolnost vůči tepelnému a rázovému zatížení.
• Cínový bronz. Kombinuje všechny výše uvedené vlastnosti a je jedním z nejoblíbenějších ve všech oblastech průmyslu.

Fyzikálně-chemické vlastnosti

Pokud jde o vzhled, bronzové, mosazné, měděné a hliníkové výrobky mají mnoho podobných vlastností. Bronzové výrobky se ve srovnání s mosazí vyznačují větší odolností proti abrazivnímu opotřebení. Měděný kov má vyšší tepelnou a elektrickou vodivost, a pokud porovnáte bronz s hliníkem, bude mít vyšší hustotu.

Vlastnosti produktu jsou přímo ovlivněny jeho chemickým složením. Zavedení i malého množství legujících látek mění fyzikální vlastnosti kovu.

Vliv legujících složek:

• cín, fosfor a železo – zvyšují odolnost proti korozi, pevnost a tvrdost;
• olovo – zvyšuje poddajnost materiálu pro řezání a řezání;
• zinek a chrom jsou zodpovědné za vlastnosti odlévání a tepelnou odolnost;
• nikl, křemík, mangan a zirkonium – zvyšují elasticitu a schopnost plastické deformace;
• Berylium – vytváří na povrchu výrobků ochranný film, který zabraňuje oxidaci.

Výrobní metody

Při výrobě bronzu se používá několik technologií. Klasická metoda zahrnuje tavení mědi a přídavných prvků v rotačních pouzdrech z oceli nebo litiny. V procesu tavení bezcínových slitin je nejdůležitějším parametrem kontrola teploty a rovnoměrnosti taveniny, která se nalévá do forem. Slitiny berylia a křemíku se taví v elektrických indukčních pecích na dřevěné uhlí. Konečným produktem tavení surovin je výroba prasat a ingotů, které se používají k dalšímu zpracování.

Rozsah aplikace

Válcovaný bronz je žádaný v mnoha oblastech lidské činnosti. Jeho oblíbenost je dána širokým sortimentem a velkým výběrem standardních velikostí kovových výrobků. Nejběžnější typy válcovaných bronzových kovů:

• Pouzdra jsou spotřebním materiálem ve strojírenství a výrobě přístrojů. Používají se jako kluzná ložiska pro domácí spotřebiče a různá zařízení, včetně čerpadel, parních turbín, válcoven kovů, převodovek, generátorových soustrojí. Ve strojírenství se používají k vybavení těžkých strojů, bagrů a buldozerů.
• V závislosti na průměru se kruhy dodávají ve svitcích a ve formě profilů. Používají se při výrobě součástí a náhradních dílů pro mechanismy a zařízení v železničním, automobilovém a strojírenském průmyslu.
• Bronzové trubky mají dobrou propustnost. Jsou nenahraditelné při vytváření systémů zásobování vodou, vytápění, ale i palivových systémů, odvodu odpadních vod a vody, větrání a klimatizace. Manometrické trubky se používají při výrobě pružinových výrobků pro přesné přístroje.
• Drát se používá pro poloautomatické svařování a také k výrobě svařovacích elektrod, vinutí, kabelů a drátů. Používá se k výrobě šperků a bižuterie, tkaných sítí pro filtrování a čištění plynů, kapalin a suspenzí a k dělení materiálů s sypkou strukturou na frakce.
• Páska slouží jako polotovar pro elastické citlivé prvky při výrobě přístrojů. Díky své vnější atraktivitě nacházejí bronzové válcované výrobky uplatnění při vytváření interiérových a architektonických dekorací.
• Tyče se čtvercovým a šestihranným průřezem se používají jako polotovary pro spojovací prvky a kování – šrouby, matice, vruty, nýty.

Dekódování značení bronzových slitin

Značení každého druhu bronzu používá písmena a číslice pro zakódování informací charakterizujících typ slitiny, označení legujících složek a nečistot v sestupném pořadí. Písmena označují typ legující složky a čísla udávají její průměrný obsah v procentech.

Například značka BrOCS4-4-2,5 je bronz (Br) legovaný cínem (O), zinkem (C) a olovem (C). Slitina obsahuje 4 % cínu a zinku a 2,5 % olova. Procento mědi v této slitině bude tedy 100 – (4 + 4 + 2,5) = 89,5 %.

Deformovatelné bronzy se nejprve označují písmenem a poté čísly, například jako u slitiny BrOF2-0,25. U slévárenských jakostí se za označením každého legujícího prvku uvádí jeho objem v procentech. Příkladem je slévárenská slitina BrA10Zh3Mts2, kde:

• Br je bronz;
• A10 – 10 % hliníku;
• Ž3 – 3 % železa;
• Mts2 – 2% manganu.

Rozdíly mezi bronzovými slitinami

Každý typ bronzu má jedinečnou sadu vlastností, které jsou určeny obsahem chemických prvků.

• BrB2. Mezi cenné vlastnosti patří poddajnost při svařování a pájení stříbrnými pájkami, vysoká elektrická a tepelná vodivost a absence jisker. To umožňuje jeho použití k výrobě nástrojů používaných pro práci ve výbušných podnicích – v dolech, lomech, závodech na zpracování ropy a plynu.
• BrAZh9-4. Hliníkovo-železné bronzy se vylepšují tepelným zpracováním, kalením a popouštěním, v důsledku čehož se zvyšuje plasticita materiálu, tvrdost a odolnost proti oděru.
• BrAZhN10-4-4. Kov, legovaný hliníkem, niklem a železem, se vyznačuje tepelnou odolností, pevností v tahu, odolností vůči povětrnostním vlivům, nízkou elektrickou vodivostí a odolností proti erozi.
• BrOF. Používá se v průmyslové výrobě kovových výrobků lisováním, tažením a válcováním za studena pod tlakem. Hlavní vlastností jakostí BrOF je odolnost proti korozi.
• BrOTs4-3Nespornou výhodou cínozinkových bronzů je jejich vynikající deformovatelnost. Snadno se zpracovávají za studena i za tepla.
• BrOTsS4-4-2,5Výhodami deformovatelných slitin jsou vynikající antikorozní, antifrikční a pružné vlastnosti a flexibilita při soustružení a frézování.
• BrOTsS5-5-5. Bronzové odlitky s univerzálními výkonnostními parametry se perfektně řežou, nebojí se tření a tepelných účinků, snadno se taví a rovnoměrně plní formy jakékoli konfigurace.
• BrAZhMts. Měď s přísadami hliníku, železa a manganu si zachovává svou původní pevnost při zahřívání a dlouhodobém vystavení agresivnímu prostředí, včetně mořské vody, roztoků většiny kyselin a zásad, ropných produktů a organických látek.

Vyplňte níže uvedené údaje a naši manažeři vás co nejdříve kontaktují a poskytnou vám poradenství s jakýmikoli dotazy.