Les bronzes au sens strict du terme sont des alliages de cuivre et d'étain dans des rapports pondéraux variés, mais avec une prédominance de cuivre. La présence de métaux autres que l’étain dans les bronzes anciens doit être considérée comme des sous-produits. Ces impuretés dans les bronzes mentionnés sont : le zinc, le plomb, l'antimoine, le fer, l'argent, parfois le nickel, le cobalt, l'or, ainsi que d'autres métaux qui, apparemment, sont entrés dans l'alliage directement à partir des minerais de cuivre et d'étain pendant le processus de fusion.
La couleur du bronze varie en fonction de sa composition ; Avec une augmentation du pourcentage d'étain dans l'alliage, la couleur des bronzes passe du rose et du rouge (90-99% de cuivre) au jaune (jusqu'à 85% de cuivre), puis au blanc (jusqu'à 72% de cuivre) et enfin au gris acier (jusqu'à 35 % de cuivre).
Les bronzes peuvent aussi avoir des nuances dorées : par exemple, le bronze doré antique contient, selon F. Wibel, environ 88 % de cuivre et 12 % d'étain.
Laiton, ou cuivre jaune, appelé alliage de cuivre avec une teneur variable en zinc, généralement environ 32 % ; le laiton se caractérise par sa belle couleur jaune.
Chez les peuples du monde antique, les Grecs et les Romains, le cuivre et ses alliages, bronze et laiton, étaient appelés de la même manière : des par les Romains, χαλχός par les Grecs.
Les anciens Égyptiens, selon Berthelot 1, appelaient le cuivre et le bronze du même mot chomt.
Ces termes ont survécu jusqu'à nos jours ; parfois, le laiton, c'est-à-dire un alliage de cuivre et de zinc, est appelé à tort jaune ou le cuivre vert, par opposition au cuivre rouge ou pur.
Le bronze corinthien (airin de Corinthe), selon Berthelot 2, était un alliage de cuivre avec de l'or et de l'argent, Berthelot 3 indique que sous le nom orichalque dans les temps anciens, ils désignaient probablement tous les alliages jaunes, rappelant l'or par leur éclat ; Platon parle de cet alliage dans son Atlantide comme d'un métal précieux.
Selon Brandt, le bronze, utilisé par les Romains et au Moyen Âge, était rarement un alliage composé uniquement de cuivre et d'étain, mais contenait généralement du plomb en quantité telle qu'il devait être considéré comme ajouté délibérément. G. Richter souligne que dans les bronzes anciens d'origine antérieure, la teneur en étain était moindre que dans les bronzes d'origine plus tardive ; par exemple, certaines haches de Troie ne contenaient que 3,87 % à 5,70 % d'étain. Les bronzes de Mycènes contiennent déjà plus d'étain, de 10 à 13 %. Dans les récipients grecs en bronze, la teneur en étain est généralement de 10 à 14 %, et dans les pièces de monnaie de 2 à 17 %. Les miroirs ont généralement une teneur en étain plus élevée que les autres bronzes, allant de 19 à 32 %.
Depuis l'Antiquité, les Chinois et les Indiens fabriquaient des instruments de musique en forme de cymbale appelés là-là, des gongs et d'autres, constitués d'un alliage de cuivre et de 2,0 % d'étain.
Un groupe spécial parmi les bronzes anciens sont les bronzes artistiques chinois et japonais, qui diffèrent par leur composition des bronzes des autres peuples d'Asie et d'Europe.
Les bronzes chinois et japonais, remarquables par la patine sombre qui les recouvre, contiennent, selon l'étude de M. Morin, du plomb 4 à raison de jusqu'à 20 %. Nous présentons les données de deux analyses de bronzes issus de ces travaux.
Certains bronzes chinois et japonais sont très fragiles et se brisent sous une légère poussée.
En plus du bronze au sens littéral du terme, les Japonais produisent d'autres alliages de cuivre contenant des métaux précieux à la place de l'étain : l'or et l'argent.
D'après les recherches du Pr. Roberts-Austen "a, 5 de ces alliages utilisés par les artistes japonais, deux alliages présentent le plus grand intérêt : le shaku do et le shibu ichi. Le premier d'entre eux, comme le montrent les analyses, contient jusqu'à 4 % d'or ; dans le schibu ichi la teneur en argent atteint 49% Les patines de ces alliages ont de très belles couleurs : sur le shaku do elle est rouge violet, et sur le shibu ichi elle est grise. De plus, les Japonais préparent un alliage spécial appelé kuromi et contenant du cuivre, de l'étain, du cobalt et d'autres les métaux.
En conclusion, nous présentons les données d'analyses de divers objets en bronze antiques (tableau 1), rapportées par G. Brinton Philips ; 6 analyses de bronzes du Caucase, réalisées par le laboratoire de l'Institut de technologie historique, sont données dans le tableau 2. .
Tableau 1
| Nom de l'article | Emplacement | Date de l'article | Intérêt | Note | |||||
| Cu | Sn | Pb | Fe | Co | Comme | ||||
| Bol | Louxor | XI Egypte. vacarme. | 85,8 | 3,5 | 8,5 | 0,2 | — | — | 7 % de SB |
| Clous | Memphis | XXVI Egypte. vacarme. | 74,6 | 0,9 | 21,3 | 0,3 | — | — | |
| Ébrécher | » | — | 92,0 | 6,5 | 0,8 | 0,3 | — | — | |
| Bol | Mycènes | — | 99,4 | — | 0,2 | — | 0,2 | ||
| Poignée d'épée | » | — | 99,4 | 0,1 | — | — | — | — | |
| Ébrécher | Acropole d'Athènes | 520 avant JC e. | 88,1 | 9,7 | 0,3 | — | — | — | |
| Hache- | Taormine | 600 avant JC e. | 90,3 | 7,3 | 0,2 | 0,5 | — | — | |
| Miroir | Carthage | — | 82,0 | 14,4 | — | 0,6 | — | — | |
| Partie lampe | Pickering dans le Yorkshire | — | 83,8 | 10,2 | 5,3 | 0,4 | — | — | |
| Faucille | Saratov | 1600 avant JC e. | 91,5 | — | — | 6,2 | 0,3 | — | |
| Bol | Ceylan | XIIe siècle | 77,5 | 19,6 | 0,2 | — | 0,4 | — | |
| Miroir | Chine | 1000N. e. | 65,2 | 9,7 | 23,2 | — | — | — | |
| Cuillère | Corée | 900-1400 après JC e. | 77,2 | 21,5 | — | 0,7 | — | — | |
| Miroir | Japon | 1300 N. e. | 73,2 | 10,8 | 14.5 | — | — | — | |
| Couteau | Pérou | — | 96,8 | 3,0 | — | 0,3 | — | — | |
| 94,3 | 4,8 | — | — | — | — | ||||
| 96,2 | 3,7 | — | — | — | — | ||||
| Hache | Pérou | — | 93,7 | 5,0 | — | — | — | — | |
Tableau 2. Exemples d'analyse de bronzes anciens selon l'Institut de Technologie Historique (1933-1934)
| Nom de l'article | Région de Nakhodka | Lieu de découverte | Datation | Intérêt | Note | |||||||
| Si | Sn | Pb | Zn | Fe | Sb | Ag | Comme | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| Hache | Rivière de la piscine Kouban | Andrioukovskaïa | Fin III - début II mille. avant JC e. | 98,04 | — | 0,16 | — | 0,78 | — | sl. | 0,94, | De plus, ces bronzes contiennent des mélanges de quelques autres éléments. |
| Dague | Nord Centre de pente Caucase | Faskau | 86,6 | 10,78. | 0,45 | — | 0,58 | sl. | sl. | sl. | ||
| Fragment de hache | Même | Collection Bobrinsky | Même | 85,71 | 11,72 | 0,47 | sl. | 0,11 | — | sl. | sl. | |
| Boucle | Même | Kumbulta | Premier siècle après JC e. | 71,12 | 2,46 | 3,92 | 17,00 | 0,52 | — | sl. | sl. | |
| Épée | Centre. Transcaucasie | Vornak | Fin II - début Je mille. avant JC e. | 88,54 | 9,72 | sl. | — | — | sl. | sl. | sl. | |
| Conseil lances | Même | Tsinondali | Même | 96,4 | — | 0,69 | — | — | 3,05 | b. sl. | sl. | |
| Hache | Même | Archadzor | Même | 88,2 | 9,59 | 0,82 | — | — | sl. | sl. | sl. | |
| Conseil du personnel | Même | Vornak | Même | 89,2 | 9,05 | 0,48 | sl. | Il y a | sl. | Il y a | ||
| Image d'idole | Nord Oural | Palkana | Début du siècle e. | 95,1 | 1,13 | 0,10 | — | — | sl. | sl. | sl. | |
| Image de la bête | Même | Tcherdyne | VI-VIII siècles n. e. | 78,13 | 17,43 | 2,50 | sl. | — | Il y a | sl. | sl. | |
| Plaque | Nord Trans-Oural | Baie de Tazovskaïa | Même | 82,2 | 14,3 | 2,5 | — | 0,8 | sl. | sl. | sl. | |
| Badge | Même | Cimetière d'Ostiatsky | XVII-XVIII siècles n. e. | 32,7 | 6,0 | 1,1 | sl. | — | sl. | sl. | sl. | |
Comme le montrent les exemples donnés, la composition des bronzes anciens est très diversifiée.
Ledebour estime que ces « bronzes » représentent le cuivre impur, tel qu'il a été fondu à partir des minerais, avec toutes ses impuretés.
Les monuments antiques en alliages de cuivre sont souvent très hétérogènes dans les différentes parties d'un même objet ; en outre, des pores et d'autres défauts dans les moulages sont souvent découverts : de nombreux bronzes égyptiens ont un noyau non métallique - un noyau de sable et d'argile fondue, selon la terminologie de Rathgen, représentant le prototype des cônes de coulée modernes.
Le bronze artistique le plus récent diffère du bronze des anciens peuples européens en ce qu'il contient, en plus du cuivre et de l'étain, une quantité importante (parfois jusqu'à 35 à 40 %) de zinc, qui est ajoutée pour réduire le coût de l'alliage.
En parlant de la composition chimique des bronzes anciens et des objets issus de fouilles archéologiques, il convient de noter les différentes oxydations du cuivre et de l'étain dans les bronzes anciens qui se trouvaient dans le sol. Ce phénomène a été remarqué pour la première fois par Berthelot en 1894, en analysant un fragment de bracelet provenant du trésor du Dahchoui (XIIe dynastie en Egypte)7.
Pour l'analyse, une substance métallique a été prélevée dans la partie centrale de l'objet, la plus éloignée de la couche superficielle de patine. La patine a été analysée séparément.
L'analyse de la pièce métallique intacte se caractérise par une teneur en étain nettement inférieure. Berthelot explique cela en disant que le cuivre s'est plus oxydé que l'étain, donc la teneur en étain dans la partie non métallique de l'objet est plus élevée que dans le métal.
Cette explication donnée par Berthelot a été confirmée par des recherches ultérieures d'E. S. Elchaninov sur des flèches en bronze 8 trouvées sur l'île de Berezan (sur la mer Noire), datant du VIe ou Ve siècle avant JC. e. Il s'est avéré que les parties les plus détruites contenaient relativement plus d'étain que les moins détruites, c'est-à-dire que sous l'influence de processus de réaction lents lorsqu'elles se trouvaient dans le sol et sous l'action des eaux du sol, le cuivre était perdu en une plus grande quantité. mesure que l'étain.
Cette capacité différente des métaux à s'oxyder doit être gardée à l'esprit lors de l'analyse des bronzes anciens, afin de ne pas se tromper sur la composition métallique originale de l'objet étudié.
1 M. Berthelot, Les origines de ralchitnie, 1885, p. 225.
2 M. Berthelot, Stir le cuivre des aneiens, Annales de ehimie et de physique, 1887, p. 14.
3 Bertlielot, Les origines de l'alchimie, 1885, p. 226,
4 L. Knab, Traiteclesalliagesetaes dépôts niétalliques, Paris, 1892, p. 157.
5 L. Knab, op. esclave.
6 Anthropologue américain, 1922, vol. 24, p. 129.
7 J. de Morgan, Fouilles à Dahchour, 1894, p. 139.
8 Journal de la Société chimique russe, 1903, page 1277.
Comment fabriquer du bronze ? Cette question se pose à de nombreux artisans qui souhaitent s'exprimer dans le moulage artistique, ou à des personnes qui décident d'augmenter leur niveau d'éducation dans le travail de divers alliages métalliques. Pour répondre à cette question, vous devez d'abord comprendre ce qu'est le bronze, en quoi il consiste, et ensuite seulement examiner en détail l'ensemble du processus de fusion de ce matériau.
1 Qu'est-ce que le bronze ?
Le bronze (italien : « bronzo ») est un alliage dans certaines proportions de cuivre et d'étain, où le cuivre est toujours le composant primaire ou principal et l'étain le secondaire ou facultatif. Au lieu de cela, le silicium, le plomb, l'aluminium, le béryllium et d'autres métaux, à l'exception du nickel et du zinc, peuvent être introduits dans l'alliage, bien que parfois ils le soient en petites proportions.
L'alliage de bronze présente des avantages et des inconvénients. Les caractéristiques techniques positives comprennent :
- une dureté et une résistance supérieures à celles du cuivre ;
- fusibilité;
- présente tous les avantages pour le casting ;
- possède des propriétés anticorrosion élevées;
- a une bonne résistance à l'usure grâce à un frottement prolongé.
Les inconvénients du bronze sont :
- se prête mal au forgeage, à l'emboutissage et au laminage, c'est-à-dire à tous les processus se déroulant sous pression ;
- difficile à couper;
- ne s'affûte pas bien.
Le nom de l’alliage de bronze résultant est dérivé du nom du métal ajouté. En ajoutant de l'étain, on obtient du bronze à l'étain, de l'aluminium - du bronze à l'aluminium, du béryllium - du bronze au béryllium, etc.
Le bronze à l'étain est considéré comme classique (cloche) ou basique, dans lequel le cuivre est pris à raison de 80 % ± 3 % et l'étain - 20 % ± 3 % de l'alliage total. D'autres métaux, tels que le nickel, le plomb, le phosphore et l'arsenic, peuvent être alliés lors de la fabrication du bronze. Ceci est fait pour donner au métal des propriétés techniques supplémentaires. Le bronze peut être monocomposant, dans lequel le cuivre est allié à un métal supplémentaire, ou multicomposant, où plusieurs matériaux sont impliqués dans l'alliage. Les bronzes multi-composants sont considérés comme plus complexes et présentent des caractéristiques techniques améliorées.
De plus, le processus de fabrication du bronze implique l’obtention d’un matériau primaire ou secondaire. Pour obtenir un alliage classique primaire, il est nécessaire de fusionner le cuivre et l'étain ; un alliage secondaire consiste à utiliser le bronze lui-même comme composant supplémentaire lors de la fusion.
La découverte de l’alliage du bronze a joué un rôle majeur dans le développement de l’ère humaine. Fin du 4ème millénaire avant JC e. Elle est considérée comme l'époque de la première production de bronze et le début du long voyage de l'homme dans la maîtrise des alliages de divers métaux. La découverte a été si importante dans l'histoire qu'elle a marqué le début de toute une époque historique - l'âge du bronze. Fabriquer du bronze dans les temps anciens était incroyablement difficile, comme en témoignent les tentatives actuelles de production de ce métal à la maison.
2 Technologie de fabrication du bronze classique
Le bronze peut être fabriqué en faisant fondre un composant principal de cuivre et un composant supplémentaire, tel que l'étain, dans un manchon rotatif en acier ou en fonte à l'aide d'un arc électrique.
Lors de la fusion des bronzes à l'étain, des oxydes se forment par interaction directe du cuivre et de l'étain, ce qui réduit les propriétés techniques de l'alliage obtenu. Pour éviter la perte des propriétés opérationnelles du bronze, avant d'ajouter de l'étain au cuivre fondu, il est désoxydé avec du phosphore, c'est-à-dire que du cuivre phosphoreux est ajouté, où la quantité de phosphore ne dépasse pas 10 %.
Une réaction chimique avec formation de vapeurs d'anhydride de phosphore permet le processus d'élimination des inclusions non métalliques dans le cuivre. Le phosphore est un désoxydant peu coûteux qui réduit considérablement la bonne conductivité électrique du cuivre. Par conséquent, des composants parfois plus coûteux sont utilisés comme désoxydant pour éviter cet effet. Ceux-ci incluent le calcium, le lithium et le potassium.
Le processus de fusion pour obtenir le bronze se fait sous une couche de charbon de bois ou son mélange avec de la soude - fondant, et se déroule en plusieurs étapes générales :
- à une température d'environ 1 100 °C sous une couche de fondant ou de charbon.
- Apport de phosphore de cuivre (environ 10%) pour la désoxydation.
- Ajout de composants supplémentaires pour obtenir un alliage monocomposant - étain, un alliage multi-composants - tous composants supplémentaires, un alliage de bronze secondaire - bronze.
- Chauffer l'alliage obtenu à une température de 1 200 °C.
- Le raffinage consiste à éliminer les impuretés non métalliques nocives du bismuth, du manganèse, du soufre et de l'antimoine, et parfois de l'aluminium, du fer, du silicium et des gaz dissous d'hydrogène et d'oxygène de l'alliage par oxydation du composant principal.
- Modification pour améliorer les propriétés mécaniques de l'alliage.
- Coulage dans des moules à des températures allant jusqu'à 1300 °C.
Les bronzes à l'étain sont plus faciles à fondre et moins sujets à la surchauffe que les bronzes à l'aluminium. Pour le bronze d'aluminium, le régime de température est très important, Par conséquent, les températures de fusion supérieures à 1 200 °C ne sont pas autorisées.
3 Fabriquer des bronzes à la néotine
Pour fabriquer du bronze d'aluminium, il faut non seulement surveiller la température, mais aussi bien mélanger l'alliage avant de le couler dans des moules. Cela est dû à la grande différence de densité des composants fondus, car le cuivre et l'aluminium peuvent se délaminer. Par conséquent, le processus lui-même est légèrement modifié :
- Le cuivre fond sous flux et se désoxyde.
- Des composants supplémentaires sont introduits sous forme pure ou sous forme de mélange avec du cuivre.
- Une désoxydation secondaire se produit.
- L'aluminium est introduit.
- La surface de l'alliage est recouverte de flux.
- L'alliage est affiné avec du chlorure de manganèse, modifié avec du vanadium, du bore ou du tungstène et coulé dans des moules.
Le bronze au béryllium est fondu par étapes générales dans des fours à induction. Le procédé utilise des creusets en graphite. La haute toxicité des poussières et vapeurs résultantes lors de la production de ce type de bronze nécessite que la fusion soit effectuée dans des pièces isolées séparées dotées d'un système de ventilation puissant.
Les bronzes au silicium sont produits dans des fours électriques à induction utilisant du charbon de bois. Comme pour les alliages d’aluminium, le contrôle du point de fusion est important pour les alliages de silicium.
Le produit final en alliage est un racleur métallique et son poids ne dépasse généralement pas 42 kg. Tous les porcs issus d'une fusion unique sont classés en un seul lot ; le poids du lot n'est pas limité.
Comme tout produit, les porcs en bronze disposent d'un document de qualité reprenant les informations de base : la marque du fabricant, la marque du bronze fondu, la masse et le numéro de lot, le nombre de porcs dans le lot et leur analyse chimique.
La nécessité de fabriquer du bronze est due à sa large gamme d’applications. Raccords, toutes les pièces travaillant en contact direct avec la vapeur et les huiles, coussinets, raccords de canalisations - voici une petite liste d'utilisations du bronze.
Le bronze est un alliage de cuivre avec une composition d'alliage de presque tous les métaux. Les seules exceptions sont le zinc et le nickel. Initialement, cet alliage était constitué de cuivre et d'étain, mais selon certaines informations, même plus tôt, les gens auraient appris à produire un alliage à partir de cuivre et d'arsenic. Il convient donc de distinguer les bronzes à l'étain des bronzes sans étain (aluminium, béryllium et autres). Les alliages moulés présentent également des différences significatives en termes de propriétés mécaniques par rapport aux alliages traités sous pression. possible sur notre site Internet.
Propriétés du bronze
En ajoutant des éléments d'alliage à l'alliage de bronze, le réseau cristallin du cuivre est renforcé. Pour cette raison, le bronze est plus résistant que le cuivre sous sa forme pure, présente une plus grande résistance à la corrosion et un retrait moindre. En ajoutant différents métaux à l'alliage, il est également possible d'augmenter et d'améliorer les propriétés antifriction des produits, la ténacité, la résistance à l'usure, l'élasticité et la soudabilité.
Les bronzes résistent à la corrosion à l’air, même sous les climats maritimes, à la vapeur d’eau et à l’acide sulfurique. Le bronze d'aluminium est utilisé dans l'eau de mer et l'acide chlorhydrique. Dans un environnement alcalin et dans un environnement de gaz solides, le bronze au silicium est plus performant. En raison de la variété des qualités des alliages de cuivre avec différentes compositions d'alliage, le bronze a trouvé de nombreuses applications dans de nombreux domaines.
Le tableau ci-dessous présente les principaux indicateurs mécaniques caractéristiques des bronzes n'ayant pas subi la procédure de trempe et de vieillissement.
Il convient également de noter que les alliages soumis au durcissement et au vieillissement peuvent avoir une résistance encore plus grande, ce qui entraîne toutefois une fragilité accrue. Par exemple, le bronze au béryllium, après trempe dans l'eau à une température de 780°C, ainsi qu'un vieillissement de deux heures à une température de 320°C, a une résistance à la traction d'environ 1 300 MPa et une dureté Brinell de 3 500 MPa.
Bronze - Histoire
Mais regardons l'histoire avant de parler de l'industrie du bronze aujourd'hui. Le bronze a été découvert vers 5-4 millénaires avant JC. Selon certaines sources, son utilisation pourrait avoir commencé sur le territoire de la Thaïlande moderne, car certains des plus grands gisements d'étain se trouvent en Asie du Sud-Est. Mais selon des informations confirmées, les découvertes de bronze les plus anciennes remontent à environ 4 millénaires avant JC, ont été découvertes sur le territoire adjacent à la rivière Kouban et appartiennent à la culture Maykop. Selon des informations confirmées, le bronze sans étain à partir d'un alliage avec de l'arsenic a été produit plus tôt que le bronze à l'étain. À cette époque, les scientifiques commencent à compter le début de l'âge du bronze, qui a duré environ deux mille ans, jusqu'à l'effondrement des relations établies dans la société et en particulier dans la province circumpontique (le centre de l'industrie métallurgique de l'époque).
Avec l’avènement de la fin de l’âge du bronze, ce métal n’a pas perdu de son importance. Un exemple frappant en est l'image (XVème siècle avant JC) trouvée dans une tombe égyptienne et ayant appartenu à un fonctionnaire. L'image présentée ici montre le processus de moulage des portes d'un certain temple. Sur la base des hiéroglyphes, il a été possible d'établir que le métal à partir duquel la porte est fabriquée est du bronze provenant de Syrie.
Extraction et production d'étain
Dans le passé, le bronze à l'étain présentait la plus grande résistance à la corrosion, la plus grande résistance et était facile à polir, ce pour quoi il était évalué au même titre que l'or et l'argent. Le Stannum (Sn, fort, étain) est un métal fusible, malléable et ductile rare et précieux connu de l'humanité depuis environ le 4ème millénaire avant JC.
La croûte terrestre contient 2*10 -4 -2*10 -3% Sn de la masse totale. La principale matière première pour la production de Sn est la cassitérite (SnO 2). Les gisements de cassitérite se trouvent principalement en Asie du Sud-Est, ainsi qu’en Australie et en Amérique du Sud.
La cassitérite a été découverte par hasard, en raison de son affinité massive avec l'or. Lorsque les gens recherchaient de l’or, ils recevaient en même temps des cristaux de cassitérite et ils commençaient à étudier ses propriétés dès l’ère néolithique. La cassitérite a également une affinité pour les gisements profonds de composés polymétalliques de chalcopyrite contenant du cuivre et a donc trouvé une large utilisation.
De nos jours, l’étain est produit principalement à partir de cassitérite selon un procédé pyrométallurgique, similaire à celui du cuivre. Nous n'entrerons pas dans les subtilités de l'obtention de l'étain et du cuivre, car cela n'entre pas dans le cadre de cet article, mais nous ne ferons que décrire brièvement les étapes d'obtention de l'étain.
- Les matières premières sont broyées en petits morceaux pouvant atteindre 10 mm.
- Sur les tables vibrantes, les particules contenant de l'étain sont filtrées sous l'influence de la gravité et en raison de la plus grande masse d'impuretés.
- Dans les machines de flottation, la teneur en étain du concentré s'élève à 70 % ou plus.
- En tirant à l'air, le soufre et l'arsenic sont éliminés.
- À la suite de la fusion, le concentré est purifié et Sn est réduit à l’état libre par le charbon de bois.
- Après raffinage, l'étain acquiert une pureté acceptable à des fins industrielles et est envoyé à la fabrication d'ébauches.
À l'heure actuelle, l'importance du bronze à l'étain n'est pas si grande, car à partir d'un alliage de cuivre et d'aluminium, par exemple, il est possible d'obtenir des produits à haute résistance à la corrosion et en même temps de réduire considérablement le prix du métal laminé. Dans le passé, il était impossible de produire de l'aluminium à l'échelle industrielle car les gens n'en connaissaient l'existence qu'au 19e siècle, et pendant longtemps, cette méthode de production d'aluminium était très coûteuse.
Production de bronze avec diverses compositions d'alliage
Nous avons évoqué la production de cuivre dans un article concernant l'industrie du cuivre, nous avons également abordé les questions d'obtention de l'aluminium et nous avons évoqué la production d'étain pur dans cet article. Le bronze est produit par fusion de cuivre et de métaux alliés. La fusion des bronzes à l'étain s'effectue dans des fours électriques à induction, ainsi que dans des fours à creuset. Les alliages d'aluminium sont également produits dans des fours à induction ou à arc électrique, ou encore dans des fours à coke, des fours à pétrole, des creusets en graphite ou des forges.
La charge (matières premières pour l'alliage dans les proportions requises) peut être très différente, selon la composition requise de l'alliage.
La base des alliages d’étain est :
- Étain, selon GOST 860 (O3 et supérieur);
- Zinc selon GOST 3640 (Ts1-Ts4);
- Plomb GOST 3778 (C1, C2);
- Cuivre phosphoreux selon GOST 4515 ;
- Nickel selon GOST 849 (Ni1, Ni2);
- Bronze à l'étain chez les porcs selon GOST 614 et autres.
Charge et sa composition
OTSSNZ-7-5-1 |
||||||
Pour obtenir des bronzes d'aluminium, on utilise :
- Cuivre GOST 859 (M0, M01) ou M1, M2 (après affinage au feu) ;
- Manganèse GOST 6008 ;
- selon GOST 11069 et GOST 11070 (A1, A2, A3);
- Le fer et autres...
Pour le bronze au silicium, les éléments suivants sont utilisés dans la charge :
- Cuivre M2-M4 selon GOST 859 ;
- Silicium en cristaux selon GOST 2169 ;
- Laiton de silicium de passeport selon GOST 1020 ;
- Zinc Ts2-Ts4 selon GOST 3640 ;
- Copeaux refondus LK80-3L, etc.
Tous les ingrédients sont ajoutés au four dans l'ordre prescrit. Le four et les matières premières sont pré-préparés. La production de chaque type d'alliage possède ses propres caractéristiques technologiques.
Application
Le bronze doit sa grande popularité non seulement à ses caractéristiques décoratives, mais également à un certain nombre d'autres propriétés. Pendant ce temps, peu de ceux qui utilisent ce métal peuvent nommer la composition du bronze, mais c'est elle qui détermine les caractéristiques de cet alliage de cuivre.
Principaux additifs d'alliage
Le bronze est une couleur qui détermine la plupart de ses caractéristiques. L’homme a commencé à produire et à utiliser le bronze à diverses fins depuis l’Antiquité, comme en témoignent les résultats des fouilles archéologiques. Initialement, on utilisait du bronze dont la composition était enrichie d'étain. Les alliages de ce type comprennent notamment ce qu'on appelle le bronze à cloche (des cloches en sont coulées depuis de nombreux siècles).
Outre les bronzes contenant de l'étain, les alliages de cuivre qui ne contiennent pas cet élément chimique sont également activement utilisés aujourd'hui. Au lieu de l'étain, les éléments suivants sont utilisés comme principal additif d'alliage dans ces alliages de cuivre :
- le béryllium, qui confère au bronze une résistance accrue ;
- le silicium et le zinc sont des éléments qui rendent la surface d'un produit en bronze très résistante à l'abrasion et améliorent la fluidité du bronze, ce qui est particulièrement important pour les opérations de fonderie ;
- le plomb, qui confère au bronze une résistance à la corrosion ;
- l'aluminium, qui confère au bronze des propriétés antifriction décentes et une résistance élevée à la corrosion.
La question de savoir quel métal est nécessairement présent dans tout bronze peut recevoir une réponse sans équivoque : il s'agit du cuivre.
Composition chimique de différentes qualités de bronze (cliquez pour agrandir)
En plus de la division par composition chimique, il existe une classification selon la technologie de transformation :
- déformable (utilisé pour la fabrication de produits traités par déformation plastique);
- fonderie (les produits qui en sont issus sont fabriqués par coulée).
L'industrie moderne produit de nombreuses qualités de bronze, qui diffèrent par leur composition chimique et, par conséquent, leurs caractéristiques et leur champ d'application. De nombreux artisans expérimentés peuvent même déterminer par la couleur du bronze à quel type il appartient. Cependant, tout le monde ne peut pas le faire. Le moyen le plus sûr et le plus simple d'obtenir des informations sur ce que contient une certaine marque de bronze et de quel type il s'agit est de déchiffrer le marquage, qui comprend à la fois des désignations alphabétiques et numériques.
Toutes les qualités d'alliages de bronze produites par les entreprises modernes en stricte conformité avec les exigences des documents réglementaires (GOST) sont répertoriées dans des tableaux spéciaux, à partir desquels vous pouvez obtenir des informations non seulement sur la composition chimique d'une certaine qualité d'alliage, mais également sur son domaines d'application et caractéristiques. Cependant, même sans utiliser de tels tableaux, vous pouvez déterminer le type d'alliage et sa composition chimique si vous connaissez le principe selon lequel sa désignation est formée.
Propriétés mécaniques et applicabilité des bronzes à l'étain (k - coulée à froid, p - coulée au sable)
Vous pouvez comprendre qu’il s’agit de bronze, un alliage de cuivre, grâce aux premières lettres « Br » présentes dans le marquage. Après eux, des lettres sont placées, grâce auxquelles vous pouvez découvrir quels autres métaux, outre le cuivre, sont contenus dans la composition chimique de cet alliage. Le document réglementaire établit les règles suivantes pour désigner les éléments chimiques présents dans le bronze :
En règle générale, le marquage du bronze de quelque marque que ce soit n'indique pas la quantité de cuivre contenue dans sa composition chimique. Dans ce cas, les chiffres présents dans la désignation indiquent la teneur quantitative (en fractions entières de pour cent) des éléments restants. En conséquence, la quantité de cuivre contenue dans le bronze d'une certaine marque est calculée comme la différence entre 100 % de la composition totale et la quantité d'additifs. Par exemple, la qualité bronze Br AZh 9-4 contient 9 % de fer et 4 % d'aluminium, les 87 % restants étant du cuivre.
La quantité de cuivre pur contenue dans le bronze affecte non seulement les caractéristiques technologiques et opérationnelles du produit, mais également la couleur de sa surface. Ainsi, les produits fabriqués à partir des marques d'alliages de bronze les plus courantes, qui contiennent environ 85 % de cuivre, se distinguent par une couleur dorée. Si la quantité de cuivre est réduite à 50 %, le résultat peut être du bronze blanc, de couleur très similaire à l’argent. Si vous le souhaitez, du bronze gris et même noir peut être obtenu - ce résultat peut être obtenu en réduisant la quantité de cuivre dans l'alliage à 35 % ou moins.
De nombreux produits en bronze anciens, dont la surface est presque noire, ont acquis cette couleur non pas en raison de l'utilisation d'un alliage d'une certaine composition pour leur fabrication, mais en raison de l'exposition au temps et à divers facteurs externes (incendies, exposition prolongée à sol humide, etc.). Dans les temps anciens, il ne pouvait tout simplement pas exister de technologies pour la production de bronze, dont la composition est complétée par des métaux des terres rares, lui donnant une riche couleur noire.
Marques et domaines de leur application
Naturellement, divers éléments chimiques sont introduits dans la composition de tout bronze non pas sans but, mais afin d'améliorer ses propriétés. Ainsi, la teneur d'un métal tel que l'étain dans le bronze affecte sa ductilité. Plus le bronze contient ce métal, plus l'alliage devient dur et, par conséquent, cassant. Cependant, l'influence la plus significative sur la dureté et la résistance du bronze est exercée par un élément chimique tel que le béryllium. Certaines marques d'alliages de bronze contenant du béryllium dans leur composition chimique surpassent les aciers de haute qualité dans leurs caractéristiques de résistance. S'il est soumis à une procédure de durcissement, il acquiert, outre une résistance élevée, une élasticité, ce qui permet de fabriquer des ressorts, des ressorts et des membranes à des fins diverses à partir de ce matériau.
Propriétés et applications des bronzes au béryllium (cliquez pour agrandir)
Les alliages de bronze, dont la composition chimique est enrichie en aluminium, sont utilisés pour fabriquer des produits qui doivent allier une résistance suffisamment élevée à une résistance exceptionnelle à la corrosion. En raison des caractéristiques des alliages de bronze de ce type, les produits fabriqués à partir de ceux-ci sont utilisés avec succès dans les conditions les plus défavorables (humidité élevée, exposition à l'eau de mer, etc.). Dans les cas où il est nécessaire de fabriquer un produit en bronze qui, pendant le fonctionnement, sera soumis à des charges d'impact et de friction importantes, il est préférable d'utiliser des alliages contenant du plomb dans leur composition chimique. En particulier, les roulements utilisés dans les mécanismes à diverses fins sont fabriqués à partir de ce bronze.
Le bronze, qui, en plus du cuivre, contient du silicium et du zinc, se caractérise par une fluidité accrue à l'état fondu, il est donc principalement utilisé pour la réalisation de pièces complexes par coulée. La particularité de ce type est qu'aucune étincelle n'est générée lors de l'impact mécanique sur les produits qui en sont fabriqués. Cette qualité est très importante dans de nombreux cas.
Un type de bronze relativement nouveau, développé dans le cadre du développement de l'industrie pétrolière, sont les alliages de cuivre dont la composition est enrichie en aluminium et en nickel. De tels bronzes, caractérisés par une résistance exceptionnelle à la corrosion, sont souvent appelés bronzes marins, car les produits fabriqués à partir de ceux-ci sont capables de conserver toutes leurs caractéristiques d'origine même après une utilisation prolongée dans l'eau de mer salée. Il a été possible d'obtenir de tels alliages, activement utilisés pour la production d'éléments de plates-formes pétrolières installées sur les plateaux marins et océaniques, grâce au développement de l'industrie métallurgique.
La plupart des marques d'alliages de bronze ne sont pas magnétiques, ce qui permet de les utiliser avec succès pour la production de produits électriques.
Comment est fabriqué le bronze ?
Au cours de la longue période d'existence de la technologie de production du bronze, seuls les outils et équipements ont changé, mais l'essence est restée la même. Comme dans l'Antiquité, la matière première pour produire cet alliage de cuivre peut être une charge ou des déchets de bronze, et le fondant, qui évite une oxydation trop intense du métal à l'état fondu, est du charbon de bois.
Le processus de fusion lui-même, à la suite duquel le bronze est obtenu, est effectué dans l'ordre suivant.
- Le creuset contenant la matière première est placé dans un four préchauffé à la température requise.
- Pour éviter que le métal ne s'oxyde trop après la fusion, on y ajoute du charbon de bois broyé - fondant.
- Une fois le métal complètement fondu et bien réchauffé, du cuivre phosphoreux est introduit dans sa composition, qui joue le rôle de catalyseur acide.
- Après une certaine exposition à l'état chauffé, des éléments d'alliage et de liaison (ligatures) sont ajoutés au métal en fusion, après quoi l'alliage résultant est soigneusement mélangé.
- Avant de couler le métal en fusion, du cuivre phosphoreux y est à nouveau ajouté, ce qui est dans ce cas nécessaire pour réduire l'activité des processus oxydatifs.
À toutes les étapes de la production, il est nécessaire de surveiller attentivement le respect des conditions de température correctes dans le four et dans l'alliage lui-même. La quantité de composants d'alliage et de liaison ajoutés au métal fondu doit également être contrôlée.
Le bronze est un métal obtenu en mélangeant du cuivre fondu et certains autres métaux et non-métaux. En règle générale, la quantité de composants additifs en cuivre ne dépasse pas trois pour cent, mais il existe des exceptions à cette règle : du zinc et du nickel peuvent être ajoutés en grande quantité. Ces alliages sont appelés respectivement laiton et cupronickel (cupronickel). Dans d'autres alliages, le zinc peut également être présent, mais avec une limitation : sa quantité ne doit pas dépasser la somme des autres métaux ajoutés. Si cela se produit, l’alliage sera du laiton.
Cet alliage métallique est apparu il y a environ cinq mille cinq cents ans. C’est alors que commence l’âge du bronze. Jusqu'à cette époque, seul le cuivre était fondu - ce métal était la base de tous les outils. Lorsque les fusions de cuivre et d'étain étaient combinées, un autre métal était obtenu, appelé bronze - un alliage de cuivre et d'étain, plus dur que les métaux d'origine. Il a immédiatement trouvé une large application dans toutes les sphères de la vie humaine : il était utilisé pour fabriquer des armes blanches et des ustensiles de cuisine, des miroirs et des bijoux, des pièces de monnaie et des créations de sculpteurs.
Les artisans bronziers médiévaux fondaient des cloches pour les besoins de l'église et des canons pour l'armée. Du bronze spécialement fabriqué était utilisé pour couler les canons. Cette technologie a existé jusqu'au XIXe siècle. Vous trouverez ci-dessous quelques faits intéressants sur le bronze.
Méthodes et caractéristiques de fabrication
Données physiques
Les caractéristiques de l'alliage sont déterminées par sa composition chimique et peuvent varier dans certaines limites. Le bronze est moins sensible à la corrosion et offre une meilleure glisse métal sur métal que le laiton. Il a une résistance plus élevée et est moins sensible aux influences atmosphériques (eau et air) et résiste mieux aux sels et aux acides organiques. Il est facile à usiner, il peut être soudé et fixé par soudage. Quelques caractéristiques physiques du bronze :
- densité de 7,8 à 8,7 tonnes/m3. mètre;
- point de fusion du bronze – fond lorsqu'il est chauffé de 930 à 1140 degrés ;
- la couleur passe du rouge - la couleur du cuivre, au blanc - la couleur de l'étain ;
- la résistance à l'usure et le bon glissement sur le métal déterminent le champ d'application en tant que paliers lisses, ils fonctionnent bien dans toutes les conditions de température ;
- Il existe une conductivité électrique et un transfert de chaleur élevés, une résistance à la vapeur, qui contribuent à la fabrication de pièces pour équipements fonctionnant dans des situations extrêmes.
Comment faire du bronze
La fusion et le mélange de fontes de cuivre et d'additifs de différents métaux, qui permettent de conférer à l'alliage certaines caractéristiques requises, conduisent à l'obtention d'un alliage métallique tel que le bronze. Dans le processus de fabrication fours électriques impliqués Les forges à induction et à creuset, avec leur aide, vous pouvez fabriquer tous les alliages avec du cuivre.
La fusion est effectuée avec des additifs de flux et la matière première initiale pour la fusion peut être soit du minerai de cuivre, soit des débris de cuivre. En règle générale, des déchets de cuivre sont ajoutés à la masse fondue avec le métal d'apport pendant le processus de fusion. Lors de la fusion uniquement du minerai de cuivre, les opérations suivantes sont effectuées :
Lorsque vous utilisez des déchets de cuivre, la procédure de fabrication du bronze est la même.
Variétés
Sur la base du rapport entre la teneur en composants principaux du bronze - le cuivre et l'étain, deux types principaux sont connus : l'étain, lorsque le matériau de remplissage principal est l'étain, et sans étain, si l'étain est présent en très petites quantités.
Bronze à l'étain
Bronze classique ou étain– un matériau universel non seulement dans l’industrie, mais aussi dans d’autres domaines de l’activité humaine. Dans cet alliage, il y a 80 parties de cuivre pour 20 parties d'étain ; il fond bien, a une résistance élevée, est assez dur, ne se corrode pas, est résistant à l'usure et aide à réduire la friction entre les métaux.
Ces avantages du bronze à l'étain entraînent des difficultés à d'autres égards : l'alliage est difficile à forger et à couper, à affûter les arêtes vives et à l'emboutir, mais il est facile d'en faire des pièces moulées. Le tassement lors du refroidissement de la coulée ne dépasse pas un pour cent, ce qui permet d'utiliser le matériau dans des produits artistiques d'une précision particulière.
Pour conférer à l'alliage des propriétés supplémentaires, sa composition peut comprendre additifs d'autres métaux et non-métaux :
- le zinc en quantité allant jusqu'à 10 % améliore les propriétés anticorrosion : les pièces fabriquées à partir de cet alliage sont utilisées dans la construction navale, où l'environnement agressif est l'eau salée ;
- Le plomb et le phosphore contribuent à un meilleur glissement des produits en bronze sur d'autres métaux, un tel alliage est plus facile à couper et à estamper.
Sans étain
– parfois l'utilisation de l'étain dans un alliage n'est pas autorisée et les caractéristiques requises sont obtenues en ajoutant d'autres métaux. Les technologies modernes permettent de sélectionner les additifs de manière à ce que les produits en bronze sans étain remplacent complètement les produits en bronze classique.
Bronze au plomb– un alliage qui glisse bien sur le métal, résiste aux hautes pressions, est très durable et ne fond pas facilement. Son domaine d'application concerne les roulements fonctionnant sous haute pression.
Silicium- il contient 97% de cuivre, un peu d'étain et cinq centièmes de silicium, il est ajouté pour augmenter la conductivité électrique et ce bronze est utilisé comme âme des câbles téléphoniques. Il est amagnétique, facile à souder, élastique et résistant aux basses températures. De plus, il peut contenir du manganèse.
Béryllium- le plus dur. Cet alliage est très résistant à la corrosion et aux températures extrêmes, tant positives que négatives. C'est un métal non magnétique et ne produit pas d'étincelles lors des collisions. De plus, du nickel ou du cobalt peuvent y être ajoutés. Les produits élastiques sont fabriqués à partir d'alliage - ressorts, membranes, plaques.
Aluminium– la composition est simple, cinq pour cent d’aluminium, le reste est du cuivre. La couleur du bronze est dorée brillante, elle résiste aux produits chimiques - acides. Il est solide en dureté et résistant à la chaleur, conservant ses propriétés même à des températures extrêmement basses. Il résiste mal à la corrosion et présente un retrait important lors de la coulée. Pour sa belle couleur, il est utilisé dans la production de bijoux, pour la fabrication de pièces de monnaie et de médailles. Les propriétés physiques prédéterminent l'utilisation de l'alliage dans les pièces de produits automobiles, la production de poudre à canon et la production pyrotechnique.
Marquage
Quels métaux composent le bronze ? La composition de base du bronze peut être déterminée par son marquage, élaboré sur la base des normes nationales. Exemple : BrOF 7. Les deux premières lettres sont en bronze ; composition de l'alliage : O – c'est de l'étain ; Ph est le phosphore ; 7 – teneur en additif, en l'occurrence l'étain, puisque la teneur en deuxième substance additive n'est pas indiquée dans le marquage. Désignations d'autres substances de remplissage : A – aluminium, K – silicium. Mts est du manganèse, Zh est du fer, et ainsi de suite, selon les premières lettres de l'additif.
Il n'est pas d'usage d'indiquer le pourcentage de teneur en cuivre dans l'étiquetage, il est calculé par calcul comme le reste de la différence. Dans l'exemple, cela représente 93 %. Sa couleur dépend de la composition chimique du bronze. La teneur en cuivre de l'alliage détermine sa couleur : plus elle est élevée, plus le bronze sera rouge, et vice versa. S'il n'y a que 50 % de cuivre et que tout le reste est constitué d'additifs légers, l'alliage ressemblera à de l'argent.
