Brąz: skład, właściwości, zakres
Brąz to stop miedzi z inną substancją (w większości przypadków jest to cyna). Ponadto metal szlachetny może składać się z wieloskładnikowej kombinacji aluminium, krzemu, berylu i ołowiu.
Co to jest brąz
Brąz jest stopem miedzi, w którym zarówno metale, jak i niemetale działają jako główny składnik stopowy. Bezpośrednie właściwości otrzymanych stopów są określone przez ich stosunek i skład fazowy stopów.
Najczęściej podstawą jest cyna. Rzadziej, ale są stopy z dodatkiem aluminium, krzemu, berylu, ołowiu. Ale w rzeczywistości we wszystkich odmianach stopów stosuje się niewielką ilość fosforu i cynku.
Zdrowy! Skład i właściwości brązu określają normy międzystanowe. GOST 613-79 „Brąz odlewniczy z cyny” i GOST 18175-78 „Brąz bezcynowy przetwarzany pod ciśnieniem”.
Trochę historii
Najstarsze znalezisko przedmiotów z brązu odkryto w pobliżu rzeki Toplicy w południowej części współczesnej Serbii. Datowany jest na V wiek. PNE. W naszym kraju odkrycie najstarszego artefaktu z brązu miało miejsce w 1897 roku i należy do tzw. kultury Maikop, która istniała w IV wieku p.n.e. PNE. Produkty prezentowane są głównie w postaci stopu brązu i arsenu. Stopniowo na Bliskim Wschodzie, w Egipcie, dowiedziano się o istnieniu miękkiego, elastycznego metalu.
Wspomniany brąz arsenowy jest uważany za pierwszy rodzaj tego metalu. Stop ten miał jednak szereg wad związanych z niezdrowym procesem produkcyjnym i stosunkowo wysokim kosztem, co tłumaczy się wysokim kosztem arsenu. Stało się to przyczyną jego stopniowego wypierania z rynku światowego i zastosowania bardziej przyjaznej dla środowiska i taniej kompozycji - brązu cynowego (jest to stop cyny i miedzi).
Jeśli na etapie pojawienia się metal był używany do produkcji artykułów gospodarstwa domowego i pracy, to do V wieku. n. mi. w starożytnej Grecji zaczęto go używać do odlewania rzeźb. Później stop stał się głównym źródłem przemysłu monetarnego - odlewano z niego monety.
Dopiero w średniowieczu brąz zaczęto wykorzystywać do wyrobu broni, dzwonów kościelnych.
Różnica gatunkowa, klasyfikacja
Podział na typy odbywa się w oparciu o konkretne składniki kompozycji. Na przykład wykonane przy użyciu cyny z niższą zawartością ołowiu lub fosforu przyczynia się do efektywnego stopowania. Zwiększa to wytrzymałość i twardość stopu. Lepiej znosi topienie, dobrze trzyma dany kształt. Powierzchnia doskonale nadaje się do szlifowania, poprawia się wskaźniki pracy i wizualne.
Jednak stop brązu to nie tylko koncentracja miedzi i cyny. Istnieją gatunki, których skład zbudowany jest według nowej, radykalnie odmiennej formuły. Ta grupa stopów nazywana jest brązem bezcynowym. Pod względem właściwości technicznych i operacyjnych w niczym nie ustępują cynie, a pod pewnymi względami nawet ją przewyższają.
Również podział odbywa się według parametru technologicznego. Na tej podstawie brąz może być odkształcalny i odlewniczy.
- Odkształcalny - służy do obróbki skrawaniem. Idealnie wypolerowane, kute, cięte. Zawartość procentowa cyny w kompozycji nie przekracza 5 jednostek, co przyczynia się do uzyskania pożądanej plastyczności. Służy do produkcji blach, drutu, prętów, taśm - wyrobów stosowanych w budownictwie.
- Odlewnia - służy do produkcji wyrobów odlewniczych. Stosowany jest głównie do produkcji wyrobów odlewniczych: kół zębatych, panewek łożysk, armatury rurociągowej.
Cyna
Brąz cynowy to stop z przewagą miedzi zmieszanej z cyną. Historycznie udowodniono, że ta kompozycja jest jedną z pierwszych opanowanych przez rozsądną osobę. Charakteryzuje się większą (w porównaniu ze zwykłą miedzią) twardością, wytrzymałością, topi się lepiej i łatwiej.
Wadą brązu jest to, że praktycznie nie zmienia się pod naciskiem. Warunek ten nie pozwala na zastosowanie go w innych popularnych rodzajach obróbki metali: kucie, tłoczenie, walcowanie, cięcie, ostrzenie.
Cecha ta odnosi go bezpośrednio do grupy metali odlewniczych. Ponadto, zgodnie z tymi cechami, w żaden sposób nie jest gorszy od innych. Na przykład brąz ma minimalny procent skurczu (1%), dla mosiądzu i żeliwa wartość ta wynosi 1,5%, stal wykazuje jeszcze większą wartość - 2%.
W oparciu o te kryteria, niezależnie od tendencji do segregacji i stosunkowo niskiej płynności, brąz jest poszukiwany przy otrzymywaniu odlewów o skomplikowanych kształtach, w tym związanych z odlewaniem artystycznym.
Zdrowy! Segregacja to niejednorodny skład pierwiastków chemicznych powstały w wyniku przekształcenia tych ostatnich w kryształy o określonej strukturze (krystalizacja).
Bez cyny
Termin „brąz” może odnosić się do innych stopów miedzi, które nie zawierają cyny. Są to mosiądz, konstantan i brąz aluminiowy. Ten ostatni prowadzi pod względem właściwości mechanicznych, jest bardziej odporny na agresję chemiczną.
Zdrowy! Po dodaniu krzemu do miedzi powstaje stop o doskonałej płynności.
Najlepsze wskaźniki elastyczności charakteryzują brąz berylowy. Ponadto stop ten ma wysoką twardość. Jest dobrze przetworzony (szlifowany), często wykorzystywany do produkcji sprężyn, membran, styków sprężystych.
właściwości metali
W przeciwieństwie do mosiądzu brąz jest bardziej odporny na korozję i wszelkie naprężenia mechaniczne, ma lepsze właściwości przeciwcierne (wskaźnik niskiego współczynnika tarcia materiałów). Jest mniej podatny na zniszczenie podczas długotrwałego kontaktu z tlenem, słoną wodą, dwutlenkiem węgla, kwasami organicznymi. Większość odmian stopów brązu poddaje się spawaniu i lutowaniu za pomocą lutu miękkiego lub twardego.
Kolor metalu zależy od liczby i nazwy dodanych składników. Waha się od białego do czerwonego. Właściwości fizyczne brązu określa się w zależności od pierwiastków stopowych:
- Wskaźnik wytrzymałości określa się w zależności od obecności cyny, niklu, aluminium i krzemu.
- Wzrost właściwości przeciwciernych następuje dzięki dodatkowi ołowiu lub fosforu.
- Wzrost temperatury rekrystalizacji odbywa się poprzez zmniejszenie wielkości ziaren stopu. Znajduje to odzwierciedlenie po dodaniu niklu i żelaza.
- Na odporność na wysokie temperatury wpływa wprowadzenie cząstek krzemu lub manganu. Ponadto wzrost odporności cieplnej następuje przy dodaniu chromu, cyrkonu i berylu, które również wpływają na spadek przewodności elektrycznej.
Obszar zastosowań
Powyższe właściwości brązu znajdują odzwierciedlenie w tym, że staje się on dość popularny. Stop znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu: inżynierii mechanicznej, metalurgii, elektrotechnice, przemyśle chemicznym, życiu codziennym. Jako bliższe ujawnienie tematu można podać szczegółowe przykłady.
Przemysł
Jak już wspomniano, ze względu na niską kurczliwość brąz cynowy jest szeroko stosowany do wyrobu sprężyn, łożysk, styków dociskowych.
Brąz aluminiowy jest tańszy niż brąz cynowy, ale jest to pierwszy stop o doskonałych właściwościach antykorozyjnych. To sprawia, że jest popularny w produkcji urządzeń chemicznych oraz tych, które często mają kontakt ze słoną wodą morską.
Stopy o wysokiej ciągliwości i elastyczności wykorzystywane są do produkcji uszczelek samochodowych, elementów przyrządów pomiarowych, kół zębatych.
Materiały odporne na korozję i charakteryzujące się dobrą przewodnością elektryczną są z powodzeniem stosowane w przemyśle elektrycznym. Na przykład części, styki sprężynowe i układy scalone do telefonów komórkowych, smartfonów i innych gadżetów są wykonane z brązu berylowego. Z tego samego powodu do produkcji armatury do montażu rurociągów wykorzystuje się metal: krany, zawory, trójniki, adaptery.
do celów domowych
Trwałość, twardość, wytrzymałość, odporność na niekorzystne warunki i wpływy środowiska sprawiają, że brąz jest potrzebny do produkcji zewnętrznych elementów dekoracyjnych. Produkty ze stopów można spotkać niemal na każdej ulicy: latarnie, ławki, altany, rzeźby i posągi.
Ze względu na oryginalny żółtawy lub czerwonawy odcień brąz uważany jest za kompozyt wysoce estetyczny. Ta cecha wyjaśnia jej popularność w produkcji figurek, drobnych elementów wyposażenia wnętrz i dekoracji ulicznych.
Brąz aluminiowy ma złoty odcień. Na tej podstawie stop wykorzystywany jest do produkcji biżuterii: kolczyków, pierścionków, zawieszek.
Popularyzacja naczyń kuchennych z brązu obserwowana była już na początku epoki brązu, tradycja ta jest obecna do dziś.
Proces wytwarzania brązu
Jak już wspomniano, brąz jest wieloskładnikowym stopem miedzi z innymi pierwiastkami. W roli wsadu do jego produkcji stosuje się czyste metale lub już połączone stopy, które wyglądają jak wlewki. Ta ostatnia metoda jest bardziej popularna i służy jako główna metoda przygotowania stopu odlewniczego. Odbywa się w 4 etapach:
- Załadunek gotowych surowców. Proces polega na umieszczaniu wlewków w tyglach grafitowo-szamotowych lub grafitowo-węglowych. Przed użyciem formy są wstępnie kalcynowane i suszone.
- Przygotowanie stopu. Pierwszym krokiem jest stopienie miedzi. Jest ładowany w całości lub w małych partiach. Później wprowadzana jest miedź fosforowa, co powoduje powstawanie ciekłego fosforanu, który jest usuwany. Dopiero po oczyszczeniu dodawane są inne składniki przewidziane w przepisie.
- Przegrzać. Zawartość tygli jest podgrzewana do 1150-1200°C. Na tym etapie brąz cynowy wytapia się przy użyciu węgla drzewnego lub węgla z dodatkiem soli. Po wykryciu krzemu, magnezu lub glinu (działającego w tym przypadku jako żużel) wprowadzane są topniki ciekłej soli.
- Odgazowywanie. Tutaj wewnętrzna struktura jest oczyszczana z zawartego w niej gazu. Przez większość czasu jest to wodór.
Ważny! Na ostatnim etapie wykonywany jest cykl modyfikacji w celu podwyższenia właściwości jakościowych powstałego stopu. Konkretną metodę określa się w zależności od ostatecznego składu brązu.
Wniosek
Historia odkrycia brązu sięga od czeluści wieków. Od kilku tysiącleci człowiek tworzy z tego stopu urządzenia ułatwiające mu życie. Dziś jest nie mniej popularny niż w ubiegłym tysiącleciu, a dzięki swoim niesamowitym właściwościom jest używany niemal wszędzie.
