Bronzul este un metal obținut prin amestecarea topiturilor de cupru și a unor alte metale și nemetale. De regulă, cantitatea de componente aditive de cupru nu depășește trei procente, dar există excepții de la această regulă — zinc și nichel pot fi adăugate în cantități mari. Astfel de aliaje sunt numite alamă și, respectiv, cupronichel (cupronickel). În alte aliaje poate fi prezent și zincul, dar cu restricția ca cantitatea sa să nu depășească suma celorlalte metale adăugate. Dacă o face, aliajul se va dovedi a fi alamă.
Tabla de conținut:
Acest aliaj metalic a apărut în urmă cu aproximativ cinci mii și jumătate de ani. Atunci a început epoca bronzului. Și înainte de acea perioadă, se topea doar cuprul — acest metal era baza tuturor uneltelor de muncă. Când s-a întâmplat să se combine topiturile de cupru și staniu, s-a obținut un alt metal, numit bronz — este un aliaj de cupru și staniu, mai dur decât metalele originale. Acesta și-a găsit imediat o largă aplicare în toate sferele vieții umane: a fost folosit pentru a face arme reci și ustensile de bucătărie, oglinzi și bijuterii, monede și creații ale sculptorilor.
Meșterii medievali au folosit bronzul pentru a turna clopote pentru biserică și tunuri pentru armată. Pentru turnarea tunurilor se folosea bronz special fabricat. Această tehnologie a existat până în secolul al XIX-lea. Mai jos sunt prezentate câteva date interesante despre bronz.
Cuprins
Metode de fabricare și caracteristici
Date fizice
Caracteristicile unui aliaj sunt determinate de compoziția sa chimică și pot varia în anumite limite. Bronzul este mai puțin susceptibil la coroziune și asigură o mai bună alunecare metal pe metal decât alama. Are o rezistență mai mare și este mai puțin sensibil la intemperii (apă și aer) și rezistă mai bine la săruri și acizi organici. Este ușor prelucrabil și poate fi lipit prin brazare și prin sudare. Unele caracteristici fizice ale bronzului:
- greutate specifică de la 7,8 la 8,7 tone/metru cub;
- punctul de topire al bronzului — se topește când este încălzit de la 930 la 1140 de grade Celsius;
- culoarea se schimbă de la roșu — culoarea cuprului, la alb — culoarea staniului;
- rezistența la uzură și buna alunecare a metalelor predetermină domeniul de aplicare ca lagăre plane, acestea funcționând bine în orice condiții de temperatură;
- conductivitate electrică și transfer termic ridicate, rezistență la efectele vaporilor, ceea ce contribuie la fabricarea de piese pentru echipamente care funcționează în situații extreme.
Cum se fabrică bronzul
Topirea și amestecarea topiturilor de cupru și a aditivilor din diferite metale, care permit de a da aliajului anumite caracteristici necesare, duce la producerea unui astfel de metal aliat ca bronzul. Procesul de fabricație implică cuptoare electrice de tip inducție și cuptoare cu creuzet, care pot fi utilizate pentru a produce orice aliaj cu cupru.
Topirea se realizează cu aditivi fluxanți, iar materia primă inițială pentru topire poate fi fie minereu de cupru, fie deșeuri de cupru. De regulă, deșeurile de cupru se adaugă la topitură împreună cu metalul care urmează să fie adăugat în timpul procesului de topire. La topirea doar a minereului de cupru, se efectuează următoarele operațiuni:
- Se încălzește cuptorul, se introduce în el minereu de cupru cu aditivi de flux și se topește la o temperatură de aproximativ 1200 de grade Celsius;
- se adaugă oxidant chimic — cupru fosforic, jumătate din acesta putând fi încărcat ca parte a fluxului, iar restul este încărcat suplimentar cu polonicul;
- în timpul topirii în topitura de cupru dezoxidat se adaugă metale aditivate, preîncălzite la o sută de grade Celsius;
- după o jumătate de oră de decantare a topiturii, se îndepărtează de la suprafața acesteia zgura care plutește, iar aliajul rezultat se distribuie în matrițe.
Atunci când se utilizează deșeuri de cupru, procedura de fabricare a bronzului este aceeași.
Varietăți
În funcție de raportul dintre conținutul principalelor componente ale bronzului — cupru și staniu, sunt cunoscute două tipuri principale: bronzul cu staniu, atunci când principalul material aditiv este staniul, și bronzul fără staniu, dacă staniul este prezent în cantități foarte mici.
Bronzul cu staniu
Bronzul clasic sau cu staniu este un material universal nu numai în industrie, ci și în alte sfere ale activității umane. În acest aliaj pentru 80 de părți de cupru există 20 de părți de staniu, se topește bine, are o rezistență ridicată, este destul de dur, nu este supus coroziunii, este rezistent la uzură și ajută la reducerea frecării metalelor.
Aceste avantaje ale bronzului cu staniu conduc la dificultăți în alte privințe: aliajul este dificil de forjat și tăiat, de ascuțit marginile ascuțite și de ștanțat, dar este ușor de realizat piese turnate din el. Precipitarea la răcirea piesei turnate nu depășește un procent, ceea ce permite utilizarea materialului în produse artistice de o precizie deosebită.
Pentru a conferi aliajului proprietăți suplimentare, compoziția sa poate include aditivi din alte metale și nemetale:
- zincul în cantitate de până la 10 % îmbunătățește proprietățile anticorozive, piesele realizate din acest aliaj fiind utilizate în construcția de nave, unde apa sărată este un mediu agresiv;
- plumbul și fosforul contribuie la o mai bună alunecare a produselor din bronz pe alte metale, acest aliaj fiind mai ușor de tăiat și ștanțat.
Fără staniu
Bronz fără staniu — uneori utilizarea staniului în aliaj nu este permisă, iar caracteristicile necesare sunt obținute prin aditivi din alte metale. Tehnologiile moderne fac posibilă selectarea aditivilor în așa fel încât produsele fabricate din bronz fără staniu să fie substitute destul de bune pentru produsele fabricate din bronz clasic.
Bronzul cu plumb este un aliaj excelent de alunecare a metalelor, care rezistă la presiuni mari, este foarte rezistent și se topește cu dificultate. Domeniul său de aplicare este reprezentat de rulmenții care funcționează sub presiune ridicată.
Siliciu — 97% cupru, puțin staniu și cinci sutimi dintr-un procent de siliciu, adăugat pentru a crește conductivitatea electrică și utilizat ca miez pentru cabluri telefonice. Este nemagnetic, sudabil, elastic și rezistent la temperaturi scăzute. În plus, poate conține mangan.
Beriliul este cel mai dur. Foarte rezistent la coroziune și la temperaturi extreme, atât pozitive, cât și negative. Este un metal nemagnetic și nu există scântei de la el în timpul ciocnirilor. În plus, i se poate adăuga nichel sau cobalt. Aliajul este utilizat pentru a face produse elastice — arcuri, membrane, plăci.
Aluminiu — compoziția este simplă, cinci la sută aluminiu, restul este cupru. Culoarea bronzului este aurie lucioasă, este rezistent la acțiunea substanțelor chimice — acizi. Este puternic prin duritate și rezistent la căldură, își păstrează proprietățile și la temperaturi extrem de scăzute. Rezistă slab la coroziune și dă contracții considerabile la turnare. Pentru culoarea sa frumoasă este utilizat în bijuterii, monede și medalii. Proprietățile fizice predetermină utilizarea aliajului în părți ale produselor din industria auto, în producția de praf de pușcă și pirotehnică.
Marcare
Ce metale sunt incluse în compoziția bronzului? Pentru a afla compoziția de bază a bronzului, puteți afla marcajul său, dezvoltat pe baza standardelor de stat. Exemplu: BrOF 7. Primele două litere sunt bronz; compoziția aliajului: O este staniu; F este fosfor; 7 este conținutul de aditiv, în acest caz staniu, deoarece conținutul celui de-al doilea aditiv nu este specificat în marcaj. Denumirile celorlalte substanțe aditivate sunt următoarele: A este aluminiu, K este siliciu. Mz este mangan, G este fier și așa mai departe, în funcție de primele litere ale aditivului.
Nu se obișnuiește să se specifice procentul de conținut de cupru în marcaj, acesta se calculează ca reziduu al diferenței. În exemplu, acesta este de 93%. Din compoziția chimică a bronzului depinde culoarea sa. Conținutul de cupru din aliaj determină culoarea acestuia — cu cât este mai mare, cu atât bronzul va fi mai roșu și viceversa. Dacă există doar 50% cupru, iar restul sunt aditivi ușori, aliajul va semăna cu argintul în ceea ce privește culoarea.
