Brąz to kompozycja stopowa. Skład chemiczny brązu

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Wiele osób wie o brązie tylko z tego, że odlewane są z niego rzeźby i pomniki. W rzeczywistości ten metal jest niezasłużenie pozbawiony powszechnej uwagi. W końcu nie na próżno w historii ludzkości istniała nawet epoka brązu - cała epoka, w której stop zajmował dominującą pozycję. Jest jednym z nielicznych materiałów stosowanych zarówno w przemyśle, jak i sztuce. Właściwości, jakie posiada stop miedzi i cyny są po prostu niezbędne w wielu gałęziach przemysłu. Wykorzystywany jest w produkcji narzędzi, w inżynierii mechanicznej, odlewaniu dzwonów kościelnych i tak dalej. Jednocześnie istnieje obecnie duża liczba gatunków metali, z których każdy ma określone, wstępnie wymodelowane właściwości.

Wykorzystanie brązu w przeszłości

Pierwsza wzmianka o stopie miedzi i cyny pochodzi z IV tysiąclecia pne. Ten przełom technologicznyhistorycy uważają, że pozwoliła cywilizacji Mezopotamii zająć w tym czasie wiodącą pozycję. Wykopaliska archeologiczne prowadzone w południowym Iranie świadczą o powszechnym stosowaniu brązu do wyrobu grotów strzał, sztyletów, włóczni, toporów i mieczy. Wśród znalezisk znajdują się nawet elementy wyposażenia wnętrz, takie jak meble i lustra, a także dzbanki, amfory, wazony i talerze. Ten sam stop był używany do bicia starożytnych monet i wyrobu biżuterii.

Brąz w średniowieczu zaczyna być aktywnie używany w Europie. Wykonane są z niego takie masywne obiekty jak armaty i kopuły kościołów. W późniejszym okresie, wraz z rozwojem inżynierii mechanicznej, tak wszechstronny metal również nie pozostał niezauważony. Doceniono go głównie ze względu na właściwości przeciwcierne i antykorozyjne. Jednocześnie należy zauważyć, że użyty wcześniej materiał różnił się nieco od tego, którym jest dzisiaj brąz. Skład stopu zawierał wiele drobnych zanieczyszczeń, znacznie obniżających jego jakość.

Skład chemiczny nowoczesnego brązu

Dziś w materiałoznawstwie brąz jest stopem dwóch metali: miedzi i cyny, który można stosować w różnych proporcjach. Aby nadać metalowi pożądane właściwości, do tej pary można dodać cynk, fosfor, magnez, ołów i krzem. Obecność przypadkowych zanieczyszczeń przy pomocy nowoczesnych technologii jest praktycznie zredukowana do zera.

W większości przypadków stosunek miedzi do cyny w proporcjach 85 do 15 procent jest uważany za akceptowalny. redukcja akcjidrugi składnik poniżej wskazanego znaku rodzi szereg problemów, z których głównym jest likwidacja. Termin ten jest używany przez metalurgów w odniesieniu do procesu rozwarstwiania się stopu i jego nierównomiernego krzepnięcia.

Wpływ koloru stopu na jego jakość

Poinformowani ludzie mogą się wiele dowiedzieć o materiale, po prostu patrząc na kolor brązu. Kompozycja bezpośrednio wpływa na ten parametr. Jak można się domyślić, miedź nadaje stopowi czerwony odcień. Dlatego zmniejszenie jego procentu na korzyść innych składników będzie oznaczać stopniowe przechodzenie koloru w ciemniejsze tony.

Przy zwykłej równowadze składników (85% miedzi), brąz zmienia kolor na żółty. Jest to najczęściej spotykana odmiana. Biały stop uzyskuje się po dostosowaniu stosunku do stosunku 50:50. Ale aby brąz stał się szary, konieczne jest zmniejszenie ilości miedzi do 35%.

Jeśli chodzi o zmianę praktycznych właściwości stopu podczas eksperymentowania z jego składem, sytuacja wygląda następująco. Ciągliwość materiału będzie bezpośrednio zależeć od zawartości w nim cyny. Im jest mniejszy, tym bardziej plastyczny będzie brąz, ale to stwierdzenie jest prawdziwe tylko do pewnego limitu. Tak więc po osiągnięciu znaku 50% stop ponownie staje się miękki.

Brąz w sztuce

Wytrzymały i trwały materiał, mający dość niską temperaturę topnienia i dobrą ciągliwość, nie mógł nie zainteresować kreatywnych ludzi, w szczególności rzeźbiarzy. Już w V-IV wieku p.n.e. w Grecji dopracowano go w najdrobniejszych szczegółachtechnologia wykonywania posągów z brązu, która jest nadal aktualna.

Polega na tym, że posąg z ognioodpornego materiału zostaje początkowo zastąpiony woskiem, który ulega zniszczeniu bezpośrednio podczas odlewania. Aby to zrobić, zgodnie z rysunkiem należy najpierw wykonać model gipsowy, a następnie formę do odlewania. Zawartość wosku po prostu topi się pod wpływem temperatury, a jego miejsce zajmuje brąz, który chłodzi i twardnieje. Potem pozostaje tylko przetworzyć i doprowadzić do perfekcji.

Metal artyleryjski

Do produkcji armat, a później innego sprzętu wojskowego, zawsze używano brązu. Skład stopu, który jest używany do tych celów, z reguły zawiera 90% miedzi i tylko 10% cyny.

Wynika to z faktu, że materiał na narzędzia musi być bardzo mocny i mieć wysoką odporność na rozdarcie. Marka brązu BrAZhMts10-3-1.5 ma takie cechy. Oprócz głównych składników zawiera 1-2% manganu, który poprawia właściwości przeciwcierne i temperaturowe.

Wykonywanie dzwonów w kościele

Dzwonienie dzwonków musi być melodyjne, a jego dźwięk musi cieszyć ucho z dużej odległości. Dziwne, ale brąz ma takie muzyczne talenty. Aby poprawić dźwięk dzwonka, wykonany jest ze stopu z dużą zawartością cyny (od 20 do 22%). Czasami dodaje się do niego również trochę srebra. Marki brązu, które są używane do produkcji dzwonów i innych instrumentów perkusyjnych,całkowicie nie nadają się do praktycznego zastosowania w innych branżach. Wynika to z faktu, że taki stop ma drobnoziarnistą strukturę i zwiększoną kruchość.

Fosfor i brąz aluminiowy

Pierwszy stop składający się w 90% z miedzi, 9% cyny i 1% fosforu został użyty przez Künzela w 1871 roku. Nazywano go brązem fosforowym, a materiał ten znalazł zastosowanie głównie w inżynierii mechanicznej. Odlewane są z niego różne części maszyn, które podlegają zwiększonemu tarciu. Fosfor jest niezbędny do zwiększenia elastyczności i poprawy właściwości antykorozyjnych. Główną zaletą tego metalu jest to, że doskonale wypełnia wszelkie wgłębienia podczas odlewania.

Brąz aluminiowy, którego skład charakteryzuje się wysoką zawartością miedzi (do 95%), jest bardzo zbliżony wyglądem do złota. Oprócz urody ma szereg innych niezaprzeczalnych zalet. Na przykład dodanie 5% aluminium pozwala stopowi wytrzymać długotrwałą ekspozycję na agresywne środowiska, takie jak wysoka kwasowość.

Jako materiał do produkcji różnych części maszyn, metal ten prawie powszechnie zastąpił brąz fosforowy w papierniach i produkcji prochu ze względu na wyższą odporność na rozdarcie.

Brąz krzemowo-manganowy

Krzem jest dodawany do stopu w celu zwiększenia przewodności elektrycznej. Ta jakość jest wykorzystywana w produkcji przewodów telefonicznych. Wzorcowy skład brązu krzemowego jest następujący: 97,12% miedź, 1,14% cyna, 0,05% krzem.

Najtrudniejszeproces produkcji szczyci się stopem zawierającym mangan. Cała procedura przebiega w kilku etapach. Najpierw do roztopionej miedzi dodaje się żelazomangan. Następnie, utrzymując określony reżim temperaturowy, dodaje się cynę i, jeśli to konieczne, cynk. Angielska firma Bronce Company produkuje kilka gatunków brązu manganowego o różnej lepkości i twardości. Taki stop może być stosowany w prawie wszystkich gałęziach przemysłu.