сплав — бронза
Окружающие нас металлические предметы редко состоят из чистых металлов. Только алюминиевые кастрюли или медная проволока имеют чистоту около 99,9%. В большин¬стве же других случаев люди имеют дело со сплавами. Медь широко используется промышленностью в виде различных сплавов, находящих свое разнообразное применение. Среди этих сплавов наибольшее значение имеют латуни (от 0 до 50% цинка) и различные виды бронз: оловянистые, алюминиевые, свинцовые, бериллиевые и т.д. Основное преимущество медных сплавов – низкий коэффициент трения (что делает особенно рациональным применением их в парах скольжения), сочетающийся для многих сплавов с высокой пластичностью и хорошей стойкостью против коррозии в ряде агрессивных сред и хорошей электропроводностью.
Более подробно остановимся на оловянистой бронзе. С бронзой человек познакомился, по – видимому в 4 тыс. лет до нашей эры: именно так датируют ученые самые ранние бронзовые орудия, найденные в Иране, Турции, Древнего Египта, Греции, Китая. Из бронзы в древности делали оружие и инструменты, сосуды и украшения, т.к. эти сплавы более прочны и коррозионно-стойки, чем медь. Благодаря отличным литейным качествам из этих сплавов стали отливать пушки, колокола и статуи. Знаменитые Царь-пушка и Царь-колокол в Московском Кремле также отлиты из сплава меди с оловом.
Современные оловянистые бронзы редко содержат более 10% олова. Они значительно тверже меди, хорошо заполняют форму при литье и обрабатываются резцами, а также отличаются высокой коррозионной стойкостью. Величина коэффициента трения практически одинакова у всех медных сплавов, тогда как механические свойства и износостойкость, а также поведение в условиях коррозии зависят от состава сплавов, a следовательно, от структуры. Прочность выше у двухфазных сплавов, а пластичность у однофазных.
Наличие «хрупкой» фазы исключает возможность прокатки, поэтому, за исключением бронз, содержащих небольшое количество олова (применяемых редко, бронзы в катаном состоянии, особенно после значительной холодной пластической деформации, имеют повышенные прочностные и упругие свойства), бронза, обычно содержащая более 5 – 6 % олова, не прокатывается и не куется и ее применяют в литом виде, они получают при литье наиболее низкий коэффициент усадки по сравнению с другими металлами, в том числе чугунами.
Оловянные бронзы применяют для литых деталей сложной формы. Однако для арматуры котлов и подобных деталей они используются лишь в случае небольших давлений пара. Недостаток отливок из оловянных бронз — их значительная микропористость. Жидкотекучесть бронзы не велика.
Влияние олова на механические свойства меди:
• При 5 % олова пластичность бронзы начинает падать;
• Бронза с 10 % олова обеспечивает высокую стойкость против истирания, поэтому является лучшим антифрикционным материалом и ее широко применяют как подшипниковый сплав;
• При 20 % олова прочность бронзы начинает падать, сплав становится хрупким.
Марки медных сплавов.
Марки обозначаются следующим образом. Первые буквы в марке означают: Л – латунь и Бр. – бронза. Буквы, следующие за буквой Л в латуни или Бр. В бронзе, означают: А – алюминий, Б – бериллий, Ж – железо, К – кремний, Мц – марганец, Н – никель, О – олово, С – свинец, Ц – цинк, Ф – фосфор. Цифры, помещенные после буквы, указывают среднее процентное содержание элементов. Порядок расположения цифр, принятый для латуней, отличается от порядка, принятого для бронз. В марках бронзы (как и в сталях) содержание основного компонента – меди – не указывается, а определяется по разности. Цифры после букв, отделяемые друг от друга через тире, указывают среднее содержание легирующих элементов; цифры расположенные в том же порядке, как и буквы, указывающие на легирование бронзы тем или иным компонентом. Например, Бр.ОЦ10-2 означает бронзу с содержанием олова (О) ~ 4% и цинка (Ц) ~ 3%.Содержание меди определяется по разности (из 100%). Бр.АЖНЮ-4-4 означает бронзу с 10% Al , 4% Fe и 4% Ni (и 82% Cu). Бр. КМц3-1 означает бронзу с 3% Si , и 1% Mn (и 96% Cu).
В настоящее время применение оловянистых бронз в машиностроении все более сокращается. Олово дороже и дефицитней меди. Поэтому широкое применение нашли заменители оловянистых бронз, именуемые безоловянистыми бронзами. К ним в первую очередь необходимо отнести алюминиевые бронзы.
Для удешевления, в большинство промышленных бронз добавляют 5 – 10 % цинка. Цинк в этих количествах растворяется в меди и не оказывает существенного влияния на структуру. Для лучшей обработки в бронзу вводят до 3 – 5 % свинца.
Благодаря хорошим литейным, механическим и антифрикционным свойствам, стойкости против коррозии на воздухе, в морской и пресной воде и красивому внешнему виду сплавы меди и олова (часто с добавками цинка, никеля, свинца) на протяжении столетий занимали ведущее место в разнообразных отраслях производства: машинная или пушечная бронза с 10 % олова, художественная бронза с 5 % олова, колокольная бронза с 20 % олова.