Даже с появлением современной стали медные сплавы, которые освоены древними металлургами примерно в период 5000—6000 лет до н.э., не теряют своей актуальности и сегодня. Наиболее широкое распространение получили 2 разновидности медных сплавов: бронза и латунь.
Долгое время медные сплавы ценились так же, как сегодня ценится золото. Прочность медных сплавов двукратно превосходит прочностные характеристики чистой меди и троекратно золота!
Медные сплавы, такие как бронза и латунь, играют важную роль во многих областях машиностроения. Данные сплавы демонстрируют отменные антикоррозионные и антифрикционные свойства. Бронза с латунью легко льются и хорошо поддаются механообработке. В обзоре пойдет речь о том, как плавить бронзу и латунь.
Сплавы на основе меди используются при изготовлении:
- Зубчатых колес
- Водозапорной арматуры
- Метиза и фитингов
- Ручного инструмента
- Трубок и змеевиков
- Элементов дизайна и декора
- Предметов обихода
- и пр.
Сплавы бронзы и латуни являются разными как по составу, так и физико-механическим свойствам, а также эксплуатационным характеристикам. Они появились в разные временные эпохи и применяются для разных целей.
В обзоре можно будет узнать о том, как плавить латунь и бронзу.
Состав и свойства бронзы
Бронза является первым металлическим сплавом, который был искусственно создан человеком. Классическая бронза является сплавом меди с оловом, 80% меди и 20% олова. Существуют и другие разновидности бронзы: бериллиевая, алюминиевая, кремниевая и пр.
Так называемая «колокольная бронза» имеет в своем составе 30% олова и 70% меди. Такая бронза является более прочной, но вместе с тем и более хрупкой.
Дополнительно в составе бронзы могут быть и другие компоненты, которые влияют на конечные свойства медного сплава. В качестве вспомогательных добавок классическая оловянная бронза использует:
- Цинк
- Свинец
- Никель
В составе оловянной бронзы нередко присутствует цинк. Обычно содержание цинка не превышает 10%. Данная добавка позволяет увеличить надежность и долговечность медного сплава в условиях сурового морского климата. Из-за этого медно-оловянный сплав с добавлением цинка нередко называют «адмиральской бронзой». Вместе с тем цинк позволяет снизить себестоимость медного сплава.
Свинец и никель позволяют улучшить литейные свойства бронзы. Дополнительно наличие в составе медного сплава данных компонентов делает бронзу более пластичной, что позволяет ковать бронзовые металлоизделия.
В прошлом оловянная бронза с содержанием свинца около 7% использовалась для изготовления зеркальных поверхностей. Свинец улучшает возможности полирования медного сплава.
Традиционная оловянная бронза отличается следующими свойствами:
- Высокая прочность
- Стойкость к коррозии
- Легкое литье
К недостаткам данного вида медного сплава можно отнести сложность ковки и проблемное затачивание острой кромки.
Изначально бронзовые изделия создавались лишь методом литья. Чтобы сделать оловянную бронзу более пластичной и ковкой, в нее нужно добавлять цинк, свинец и никель. Допустимо применение и других легирующих компонентов: фосфор, кремний, алюминий и т.д.
Грамотно легированную оловянную бронзу уже можно подвергать ковке и прочим методам пластической деформации и механической обработки. Такая бронза легко затачивается и достаточно стойко противостоит износу.
Что еще нужно знать о бронзе и латуни.
Безоловянные бронзовые сплавы
Медные сплавы на основе бронзы могут быть не только оловянными. Бронзу без олова относят к числу безоловянных. Различают следующие бронзовые сплавы без олова:
- Бериллиевые
- Алюминиевые
- Кремниевые
Замена олова другим металлом сказывается на свойствах бронзы.
- Бериллиевая бронза – сплав на основе меди, содержание бериллия составляет 0,5-3%. Данная бронза имеет наивысшую прочность среди прочих медных сплавов. При этом бериллиевая бронза обладает неплохой упругостью. Данный сплав является ковким.
Бериллиевая бронза применяется при изготовлении инструмента, который не дает искру. Из такой бронзы создаются гаечные и трубные ключи, молотки, отвертки, щипцы и пр. Безискровой инструмент применяется в шахтах, на буровых вышках и элеваторах. То есть там, где есть опасность воспламенения рабочей атмосферы.
При работе с бериллиевой бронзой следует помнить, что входящий в состав медного сплава бериллий является весьма токсичным металлом. Такая бронза становится опасной при нагреве до температуры плавления. Опасность может представлять и мелкоабразивная пыль от бронзового металлоизделия.
- Алюминиевая бронза – сплав на основе меди и алюминия. Концентрация алюминия может составлять 4-12%. Бронза алюминиевой группы демонстрирует наилучшие антикоррозионные свойства. Такая бронза слабо окисляется даже в условиях нагрева и повышенной влажности.
Бронза на основе алюминия чаще всего используется при создании сборочных узлов для оборудования, которое эксплуатируется в условиях морского климата. Алюминиевая бронза нередко применяется при изготовлении гребных винтов и обшивки днища плавательных судов.
- Кремниевая бронза – сплав меди и кремния. Содержание кремния может составлять 1-5%. Бронза на основе кремния обладает хорошей пластичностью, а при наличии температурной закалки упругостью.
При введении в медный расплав кремния смесь разжижается и становится хорошо текучей. Это свойство позволяет использовать кремниевую бронзу в декоративном и художественном литье.
Для улучшения антикоррозионных свойств в кремниевую бронзу дополнительно вводят цинк, никель и марганец.
Как плавить бронзу.
Что нужно для плавки бронзы
Если говорить за производственные условия, то бронзу принято плавить в индукционной печи. Данный нагреватель обеспечивает высокую скорость плавки. Чем быстрее будет расплавлена и разлита бронза, тем меньше будет угар металла.
С ростом времени плавки увеличивается загазованность расплава, что делает бронзу менее качественной.
Температура плавления оловянной бронзы находится в пределах 950-1050 С. Но расплав необходимо нагреть до 1200 С. Это так называемый перегрев, необходимый для раскисления медного сплава фосфором.
Благодаря фосфору из расплава легко удаляется кислород. Оксид фосфора всплывает в виде хорошо отделяемого шлама. В противном случае кислород будет связан с медью и оловом, что не позволит ему выйти из расплава.
Бронза плавится в графитово-шамотном тигле. Готовый расплав льется в кокиль или песочную форму.
Дополнительная информация про бронзу и латунь.
Состав и свойства латуни
При легировании медного расплава цинком получается латунь. Классическая латунь предполагает 70% меди и 30% цинка. Данный сплав отличается хорошей пластичностью при условии неплохих прочностных характеристик. Дополнительно латунь демонстрирует высокую коррозионную стойкость.
Визитной карточкой латуни является эффектный желто-соломенный отблеск. До XIX века латунью подделывали золотые металлоизделия (монеты, украшения и пр.).
При снижении концентрации цинка до 20% латунь превращается в так называемый томпак. Если цинка меньше 20% получается полутомпак. При уменьшении доли цинка сплав начинает краснеть. Томпак характеризуется повышенной пластичностью, он легко деформируется.
С ростом концентрации цинка увеличивается прочность сплава. Дополнительно для повышения прочностных характеристик в латунь вводят железо, никель, олово, свинец и прочие компоненты.
Сплавы латуни принято делить на 2 обширные категории:
- Литейные
- Деформируемые
Как понятно, медно-цинковые сплавы первого типа обладают хорошей текучестью в расплавленном состоянии. Они не подвержены большой усадке при остывании. Литейная латунь хорошо подходит для производства элементов декора.
Латунь деформируемого типа подходит для производства металлопроката в виде листов, труб, проволоки и прочих изделий.
Как плавить латунь.
Что нужно для плавки латуни
Основу латуни составляет цинк. При расплаве латуни начинает процесс интенсивного испарения цинка. Данный компонент просто улетучивается, что ведет к заметному уменьшению концентрации цинка.
Плавка может начаться с классической латуни, у которой концентрация цинка находится на уровне 30%. А при разливке в форму получится уже томпак, с содержанием цинка 20%.
Чтобы снизить потерю цинка, латунь нужно плавить предельно быстро. Дополнительно плавильный тигель рекомендуется накрывать крышкой. Поверх расплава латуни нередко размещают слой стекла, что позволяет замедлить испарение компонентов медного сплава.
Температура плавления латуни находится в пределах 800-900 С, то есть латунь плавить легче, чем бронзу.
