Bronzy v užšom zmysle slova sú zliatiny medi a cínu v rôznych hmotnostných pomeroch, avšak s prevahou medi. Prítomnosť iných kovov ako cínu v starých bronzoch by sa mala považovať za vedľajšie produkty. Takýmito nečistotami v spomínaných bronzoch sú: zinok, olovo, antimón, železo, striebro, niekedy nikel, kobalt, zlato, ako aj ďalšie kovy, ktoré sa do zliatiny zrejme dostali priamo z medených a cínových rúd pri procese tavenia.
Farba bronzu sa líši v závislosti od jeho zloženia; So zvyšujúcim sa percentom cínu v zliatine sa farba bronzov mení z ružovej a červenej (90-99% medi) na žltú (do 85% medi), potom na bielu (do 72% medi) a nakoniec na oceľovo sivú (do 35 % medi).
Bronzy môžu mať aj zlaté odtiene: napríklad starožitný zlatý bronz obsahuje podľa F. Wibela asi 88 % medi a 12 % cínu.
mosadz, alebo žltá meď, nazývaná zliatina medi s rôznym obsahom zinku, zvyčajne okolo 32 %; mosadz je charakteristická svojou krásnou žltou farbou.
Medzi národmi starovekého sveta, Grékmi a Rimanmi, meď a jej zliatiny bronz a mosadz nazývali rovnako: des u Rimanov, χαλχός u Grékov.
Starovekí Egypťania podľa Berthelota 1 nazývali meď a bronz rovnakým slovom chomt.
Tieto termíny sa zachovali dodnes, niekedy sa mylne nazýva mosadz, teda zliatina medi a zinku žltá alebo zelená meď, na rozdiel od červenej alebo čistej medi.
Korintský bronz (airin de Corinthe), podľa Berthelota 2, bola zliatina medi so zlatom a striebrom, Berthelot 3 naznačuje, že pod názvom orichalcum v dávnych dobách zrejme mysleli všetky žlté zliatiny, leskom pripomínajúce zlato; Platón vo svojej Atlantíde hovorí o tejto zliatine ako o vzácnom kove.
Bronz, ktorý používali Rimania a v stredoveku, bol podľa Brandta zriedkavo zliatinou len medi a cínu, ale zvyčajne obsahoval olovo v takom množstve, že ho treba považovať za pridaný zámerne. G. Richter upozorňuje, že v starých bronzoch staršieho pôvodu bol obsah cínu menší ako v bronzoch neskoršieho pôvodu; napríklad niektoré sekery z Tróje obsahovali len 3,87 % až 5,70 % cínu. Bronzy z Mykén už obsahujú viac cínu, od 10 do 13 %. V gréckych bronzových nádobách je obsah cínu zvyčajne od 10 do 14% a v minciach od 2 do 17%. Zrkadlá majú zvyčajne vyšší obsah cínu ako iné bronzy, ktorý sa pohybuje od 19 do 32 %.
Od staroveku Číňania a Indovia vyrábali hudobné nástroje v tvare činelu tzv tam-tam, gongy a iné, pozostávajúce zo zliatiny medi a 2,0 % cínu.
Osobitnou skupinou medzi starými bronzmi sú čínske a japonské umelecké bronzy, ktoré sa svojim zložením líšia od bronzov iných národov Ázie a Európy.
Čínske a japonské bronzy, ktoré sú pozoruhodné svojou tmavou patinou, obsahujú podľa štúdie M. Morina 4 olovo v množstve až 20 %. Uvádzame údaje z dvoch rozborov bronzov z tejto práce.
Niektoré čínske a japonské bronzy sú veľmi krehké, pri miernom zatlačení sa lámu.
Okrem bronzu v doslovnom zmysle slova Japonci vyrábajú iné zliatiny medi obsahujúce namiesto cínu drahé kovy: zlato a striebro.
Podľa výskumu Prof. Roberts-Austen "a, 5 z týchto zliatin používaných japonskými umelcami, dve zliatiny sú najviac zaujímavé: shaku do a shibu ichi. Prvá z nich, ako ukazujú analýzy, obsahuje až 4% zlata, v schibu ichi obsah striebra dosahuje 49% Patina týchto zliatin má veľmi krásne farby: na shaku do je fialovo-červená a na shibu ichi je šedá, Japonci navyše pripravujú špeciálnu zliatinu zvanú kuromi obsahujúcu meď, cín, kobalt a iné kovy.
Na záver uvádzame údaje z analýz rôznych predmetov z antického bronzu (tab. 1), ktoré uvádza G. Brinton Philips. 6 analýz bronzov z Kaukazu, ktoré vykonalo laboratórium Inštitútu historickej technológie, je uvedených v tabuľke 2; .
stôl 1
| Názov položky | Poloha | Dátum položky | Záujem | Poznámka | |||||
| Cu | Sn | Pb | Fe | Co | Ako | ||||
| Misa | Luxor | XI Egypt. din. | 85,8 | 3,5 | 8,5 | 0,2 | — | — | 7 % Sb |
| Nechty | Memphis | XXVI Egypt. din. | 74,6 | 0,9 | 21,3 | 0,3 | — | — | |
| Čip | » | — | 92,0 | 6,5 | 0,8 | 0,3 | — | — | |
| Misa | Mykény | — | 99,4 | — | 0,2 | — | 0,2 | ||
| Rukoväť meča | » | — | 99,4 | 0,1 | — | — | — | — | |
| Čip | Akropola v Aténach | 520 pred Kr e. | 88,1 | 9,7 | 0,3 | — | — | — | |
| Sekera- | Taormina | 600 pred Kr e. | 90,3 | 7,3 | 0,2 | 0,5 | — | — | |
| Zrkadlo | Kartágo | — | 82,0 | 14,4 | — | 0,6 | — | — | |
| Časť lampy | Zber v Yorkshire | — | 83,8 | 10,2 | 5,3 | 0,4 | — | — | |
| Kosák | Saratov | 1600 pred Kristom e. | 91,5 | — | — | 6,2 | 0,3 | — | |
| Misa | Ceylon | XII storočia | 77,5 | 19,6 | 0,2 | — | 0,4 | — | |
| Zrkadlo | Čína | 1000 N. e. | 65,2 | 9,7 | 23,2 | — | — | — | |
| Lyžica | Kórea | 900-1400 nášho letopočtu e. | 77,2 | 21,5 | — | 0,7 | — | — | |
| Zrkadlo | Japonsko | 1300 N. e. | 73,2 | 10,8 | 14.5 | — | — | — | |
| Nôž | Peru | — | 96,8 | 3,0 | — | 0,3 | — | — | |
| 94,3 | 4,8 | — | — | — | — | ||||
| 96,2 | 3,7 | — | — | — | — | ||||
| Ax | Peru | — | 93,7 | 5,0 | — | — | — | — | |
Tabuľka 2. Príklady analýzy starých bronzov podľa Inštitútu historickej technológie (1933-1934)
| Názov položky | Oblasť Nakhodka | Miesto objavu | Zoznamka | Záujem | Poznámka | |||||||
| Si | Sn | Pb | Zn | Fe | Sb | Ag | Ako | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 |
| Ax | Riečny bazén Kuban | Andryukovskaya | Koniec III - začiatok II tisíc. BC e. | 98,04 | — | 0,16 | — | 0,78 | — | sl. | 0,94, | Okrem toho tieto bronzy obsahujú prímesi niektorých ďalších prvkov. |
| Dýka | Severná Stred svahu Kaukaz | Faskau | 86,6 | 10,78. | 0,45 | — | 0,58 | sl. | sl. | sl. | ||
| Fragment sekery | To isté | Bobrinského zbierka | To isté | 85,71 | 11,72 | 0,47 | sl. | 0,11 | — | sl. | sl. | |
| Spona | To isté | Kumbulta | Prvé storočie nášho letopočtu e. | 71,12 | 2,46 | 3,92 | 17,00 | 0,52 | — | sl. | sl. | |
| Meč | centrum. Zakaukazsko | Vorňák | Koniec II - začiatok ja tisíc. BC e. | 88,54 | 9,72 | sl. | — | — | sl. | sl. | sl. | |
| Tip oštepy | To isté | Tsinondali | To isté | 96,4 | — | 0,69 | — | — | 3,05 | b. sl. | sl. | |
| Ax | To isté | Archadzor | To isté | 88,2 | 9,59 | 0,82 | — | — | sl. | sl. | sl. | |
| Tip personálu | To isté | Vorňák | To isté | 89,2 | 9,05 | 0,48 | sl. | Existuje | sl. | Existuje | ||
| Obraz idolu | Severná Ural | Palkana | Začiatok dnešného dňa e. | 95,1 | 1,13 | 0,10 | — | — | sl. | sl. | sl. | |
| Obrázok šelmy | To isté | Cherdyn | VI-VIII storočia n. e. | 78,13 | 17,43 | 2,50 | sl. | — | Existuje | sl. | sl. | |
| Plaketa | Severná Trans-Ural | Záliv Tazovskaya | To isté | 82,2 | 14,3 | 2,5 | — | 0,8 | sl. | sl. | sl. | |
| Odznak | To isté | Ostyatsky pohrebisko | XVII-XVIII storočia n. e. | 32,7 | 6,0 | 1,1 | sl. | — | sl. | sl. | sl. | |
Ako vidno z uvedených príkladov, zloženie starých bronzov je veľmi rôznorodé.
Ledebour verí, že tieto „bronzy“ predstavujú nečistú meď vo forme, v akej bola vytavená z rúd, so všetkými jej nečistotami.
Staroveké pamiatky zliatin medi sú často veľmi heterogénne v rôznych častiach toho istého objektu; okrem toho sa často objavujú póry a iné defekty odliatkov: mnohé egyptské bronzy majú nekovové jadro – tavené pieskovo-ílové jadro, v Rathgenovej terminológii predstavujúce prototyp moderných odlievacích kužeľov.
Najnovší umelecký bronz sa od bronzu starých európskych národov líši tým, že obsahuje okrem medi a cínu aj značné množstvo (niekedy až 35 – 40 %) zinku, ktorý sa pridáva kvôli zníženiu ceny zliatiny.
Keď už hovoríme o chemickom zložení starých bronzov a predmetov z archeologických vykopávok, treba poznamenať rozdielnu oxidáciu medi a cínu v starých bronzoch, ktoré boli v zemi. Tento jav si prvýkrát všimol Berthelot v roku 1894 pri analýze fragmentu náramku z pokladnice Dahchoui (XII. dynastia v Egypte 7
Na analýzu bola odobratá kovová substancia zo strednej časti objektu, najďalej od povrchovej vrstvy patiny. Samostatne sa analyzovala patina.
Analýza nepoškodenej kovovej časti sa vyznačuje výrazne nižším obsahom cínu. Berthelot to vysvetľuje tým, že meď zoxidovala viac ako cín, takže obsah cínu v nekovovej časti predmetu je vyšší ako v kovu.
Toto Berthelotovo vysvetlenie bolo potvrdené neskorším výskumom E. S. Elchaninova na bronzových šípoch 8 nájdených na ostrove Berezan (pri Čiernom mori), ktoré sa datujú do 6. alebo 5. storočia pred Kristom. e. Ukázalo sa, že časti, ktoré boli vystavené najväčšej deštrukcii, obsahovali relatívne viac cínu ako tie menej zničené, t. j. vplyvom pomalých reakčných procesov pri ležaní v zemi a pôsobením pôdnych vôd sa meď strácala vo väčšej miere. rozsahu ako cín.
Túto rozdielnu schopnosť kovov oxidovať treba mať na pamäti pri analýze starých bronzov, aby sme nezískali nesprávnu predstavu o pôvodnom kovovom zložení skúmaného predmetu.
1 M. Berthelot, Les origines de ralchitnie, 1885, s.
2 M. Berthelot, Stir le cuivre des aneiens, Annales de ehimie et de physique, 1887, s.
3 Bertlielot, Les origirtes de l'alchimie, 1885, s.
4 L. Knab, Traiteclesalliagesetaes depots nietalliques, Paríž, 1892, s.
5 L. Knab, op. otrok.
6 Americký antropológ, 1922, roč.
7 J. de Morgan, Fouilles a Dahchour, 1894, s.
8 Časopis Ruskej chemickej spoločnosti, 1903, s.
Ako vyrobiť bronz? Táto otázka stojí pred mnohými remeselníkmi, ktorí sa chcú prejaviť v umeleckom odlievaní, alebo ľuďmi, ktorí sa rozhodnú zvýšiť si vzdelanie v práci s rôznymi zliatinami kovov. Ak chcete odpovedať na túto otázku, musíte najprv pochopiť, čo je bronz, z čoho pozostáva, a až potom podrobne zvážiť celý proces tavenia tohto materiálu.
1 Čo je to bronz?
Bronz (taliansky: „bronzo“) je zliatina v určitých pomeroch medi a cínu, kde meď je vždy primárnou alebo hlavnou zložkou a cín sekundárnou alebo voliteľnou zložkou. Namiesto toho je možné do zliatiny zaviesť kremík, olovo, hliník, berýlium a iné kovy, okrem niklu a zinku, hoci niekedy sa pridávajú v malých množstvách.
Zliatina bronzu má svoje výhody a nevýhody. Pozitívne technické vlastnosti zahŕňajú:
- väčšia tvrdosť a pevnosť v porovnaní s meďou;
- taviteľnosť;
- má všetky výhody pre odlievanie;
- má vysoké antikorózne vlastnosti;
- má dobrú odolnosť proti opotrebeniu v dôsledku dlhodobého trenia.
Nevýhody bronzu sú:
- nie je vhodný na kovanie, razenie a valcovanie, to znamená na všetky procesy prebiehajúce pod tlakom;
- ťažko rezať;
- neostrí dobre.
Názov výslednej bronzovej zliatiny je odvodený od názvu pridaného kovu. Pridaním cínu sa získa cínový bronz, hliník - hliníkový bronz, berýlium - berýliový bronz atď.
Cínový bronz sa považuje za klasický (zvonček) alebo základný, v ktorom sa meď odoberá rýchlosťou 80% ± 3% a cín - 20% ± 3% z celkovej zliatiny. Pri výrobe bronzu je možné legovať iné kovy, ako je nikel, olovo, fosfor a arzén. To sa robí s cieľom poskytnúť kovu ďalšie technické vlastnosti. Bronz môže byť jednozložkový, v ktorom je meď legovaná jedným ďalším kovom, alebo viaczložkový, kde sa na legovaní podieľa viacero materiálov. Viaczložkové bronzy sa považujú za zložitejšie a majú zlepšené technické vlastnosti.
Proces výroby bronzu tiež zahŕňa získanie primárneho alebo sekundárneho materiálu. Na získanie primárnej klasickej zliatiny je potrebné taviť meď a cín, sekundárnou je použitie samotného bronzu ako prídavnej zložky pri tavení.
Objav bronzovej zliatiny zohral veľkú úlohu vo vývoji ľudskej éry. Koniec 4. tisícročia pred Kristom e. Je považovaný za čas prvej výroby bronzu a začiatok dlhej cesty človeka pri osvojovaní si zliatin rôznych kovov. Objav bol taký významný v histórii, že znamenal začiatok celej historickej éry - doby bronzovej. Výroba bronzu v staroveku bola neuveriteľne náročná, o čom svedčia súčasné pokusy vyrábať kov doma.
2 Klasická technológia výroby bronzu
Bronz možno vyrobiť roztavením hlavnej zložky medi a prídavnej zložky, ako je cín, v oceľovej alebo liatinovej rotačnej objímke pomocou elektrického oblúka.
Pri tavení cínových bronzov sa priamou interakciou medi a cínu tvoria oxidy, čo znižuje technické vlastnosti výslednej zliatiny. Aby sa predišlo strate prevádzkových vlastností bronzu, pred pridaním cínu do roztavenej medi sa dezoxiduje fosforom, to znamená, že sa pridá fosforečná meď, kde množstvo fosforu nepresahuje 10%.
Chemická reakcia s tvorbou pár anhydridu fosforu umožňuje proces odstraňovania nekovových inklúzií v medi. Fosfor je lacný deoxidátor, ktorý výrazne znižuje dobrú elektrickú vodivosť medi. Preto sa niekedy používajú drahšie komponenty ako deoxidačné činidlo, aby sa zabránilo tomuto efektu. Patria sem vápnik, lítium a draslík.
Proces tavenia na získanie bronzu sa uskutočňuje pod vrstvou dreveného uhlia alebo jeho zmesi so sódou - tavivom a prebieha v niekoľkých všeobecných fázach:
- pri teplote asi 1100 °C pod vrstvou taviva alebo uhlia.
- Vstup medi fosforu (asi 10%) na deoxidáciu.
- Pridaním ďalších komponentov sa získa jednozložková zliatina - cín, viaczložková zliatina - všetky ďalšie komponenty, sekundárna zliatina bronzu - bronz.
- Zahriatie výslednej zliatiny na teplotu 1200 °C.
- Rafinácia je odstránenie škodlivých nekovových nečistôt bizmutu, mangánu, síry a antimónu, niekedy aj hliníka, železa, kremíka a rozpustených plynov vodíka a kyslíka zo zliatiny oxidáciou hlavnej zložky.
- Modifikácia na zlepšenie mechanických vlastností zliatiny.
- Liatie do foriem pri teplote do 1300 °C.
Cínové bronzy sa ľahšie tavia a sú menej náchylné na prehriatie ako hliníkové bronzy. Pre hliníkový bronz je veľmi dôležitý teplotný režim, Preto nie sú povolené teploty topenia nad 1200 °C.
3 Výroba neotínových bronzov
Na výrobu hliníkového bronzu je potrebné nielen sledovať teplotu, ale aj zliatinu pred nalievaním do foriem dobre premiešať. Je to spôsobené veľkým rozdielom v hustote tavených komponentov, pretože meď a hliník sa môžu delaminovať. Preto je samotný proces mierne upravený:
- Meď sa pod tavivom topí a deoxiduje.
- Ďalšie zložky sa zavádzajú v čistej forme alebo vo forme zmesi s meďou.
- Dochádza k sekundárnej deoxidácii.
- Zavádza sa hliník.
- Povrch zliatiny je pokrytý tavivom.
- Zliatina je rafinovaná chloridom mangánu, modifikovaná vanádom, bórom alebo volfrámom a odlievaná do foriem.
Berýliový bronz sa taví vo všeobecných krokoch v indukčných peciach. Proces využíva grafitové tégliky. Vysoká toxicita vznikajúceho prachu a pár pri výrobe tohto typu bronzu vyžaduje, aby sa tavenie vykonávalo v oddelených izolovaných miestnostiach s výkonným ventilačným systémom.
Kremíkové bronzy sa vyrábajú v elektrických indukčných peciach s použitím dreveného uhlia. Rovnako ako pri zliatinách hliníka, aj pri zliatinách kremíka je dôležitá kontrola teploty topenia.
Konečným zliatinovým produktom je kovové prasiatko a jeho hmotnosť zvyčajne nepresahuje 42 kg. Všetky ošípané pochádzajúce z jednorazového tavenia sú klasifikované ako jedna šarža, hmotnosť šarže nie je obmedzená.
Ako každý výrobok, aj bronzové ošípané majú dokument kvality, ktorý odráža základné informácie: ochranná známka výrobcu, značka taveného bronzu, hmotnosť a číslo šarže, počet ošípaných v šarži a ich chemická analýza.
Potreba výroby bronzu je spôsobená jeho širokým rozsahom použitia. Armatúry, všetky časti pracujúce v priamom kontakte s parou a olejmi, ložiskové škrupiny, potrubné armatúry - to je malý zoznam použitia bronzu.
Bronz je zliatina medi s legovacím zložením takmer akéhokoľvek kovu. Výnimkou sú len zinok a nikel. Spočiatku sa táto zliatina skladala z medi a cínu, ale podľa niektorých informácií sa ešte skôr ľudia naučili vyrábať zliatinu z medi a arzénu. Preto je potrebné rozlišovať medzi cínovými a bezcínovými bronzmi (hliník, berýlium a iné). Odlievané zliatiny majú tiež značné rozdiely v mechanických vlastnostiach od tlakovo spracovaných zliatin. možné na našej webovej stránke.
Vlastnosti bronzu
Pridaním legujúcich prvkov do bronzovej zliatiny sa spevňuje kryštálová mriežka medi. Z tohto dôvodu je bronz pevnejší ako meď vo svojej čistej forme, má väčšiu odolnosť proti korózii a menšie zmršťovanie. Pridaním rôznych kovov do zliatiny je tiež možné zvýšiť a zlepšiť klzné vlastnosti výrobkov, húževnatosť, odolnosť proti opotrebeniu, elasticitu a zvárateľnosť.
Bronzy sú odolné voči korózii na vzduchu, dokonca aj v prímorskej klíme, vo vlhkej pare a v kyseline sírovej. Hliníkový bronz sa používa v morskej vode a kyseline chlorovodíkovej. V alkalickom prostredí a v prostredí pevných plynov najlepšie funguje kremíkový bronz. Vzhľadom na rôznorodosť kvality zliatin medi s rôznym zložením zliatin našiel bronz široké uplatnenie v mnohých oblastiach.
V tabuľke nižšie sú uvedené hlavné mechanické ukazovatele charakteristické pre bronzy, ktoré neprešli procesom vytvrdzovania a starnutia.
Treba tiež poznamenať, že zliatiny vystavené vytvrdzovaniu a starnutiu môžu mať ešte väčšiu pevnosť, čo však so sebou prináša zvýšenú krehkosť. Napríklad berýliový bronz po ochladení vo vode pri teplote 780 °C, ako aj po dvojhodinovom starnutí pri teplote 320 °C, má pevnosť v ťahu asi 1300 MPa a tvrdosť podľa Brinella 3500 MPa.
Bronz - História
Ale pozrime sa do histórie predtým, než budeme hovoriť o bronzovom priemysle dnes. Bronz bol objavený okolo 5-4 tisícročia pred naším letopočtom. Podľa niektorých zdrojov sa mohol začať používať na území moderného Thajska, pretože jedny z najväčších nálezísk cínu sa nachádzajú v juhovýchodnej Ázii. Ale podľa potvrdených informácií najstaršie bronzové nálezy pochádzajú približne zo 4 tisícročí pred Kristom, boli objavené na území susediacom s riekou Kubáň a patria do maykopskej kultúry. Podľa potvrdených informácií sa bezcínový bronz zo zliatiny s arzénom vyrábal skôr ako cínový bronz. Približne v tomto čase vedci začínajú počítať začiatok doby bronzovej, ktorá trvala asi dvetisíc rokov, až do kolapsu ustálených vzťahov v spoločnosti a najmä v provincii Circumpontic (centrum vtedajšieho hutníckeho priemyslu).
S príchodom konca doby bronzovej tento kov nestratil svoj význam. Pozoruhodným príkladom toho je obraz (XV. storočie pred nl) nájdený v egyptskej hrobke, ktorá patrila úradníkovi. Tu zobrazený obrázok ukazuje proces odlievania dverí pre určitý chrám. Na základe hieroglyfov bolo možné zistiť, že kov, z ktorého je brána vyrobená, je bronz, dodaný zo Sýrie.
Ťažba a výroba cínu
V minulosti mal cínový bronz najväčšiu koróznu odolnosť, pevnosť a ľahko sa leštil, pre čo bol cenený na úrovni zlata a striebra. Stannum (Sn, silný, cín) je vzácny a cenný taviteľný, kujný, tvárny kov známy ľudstvu približne od 4. tisícročia pred Kristom.
Zemská kôra obsahuje 2*10 -4 -2*10 -3 % Sn z celkovej hmotnosti. Hlavnou surovinou na výrobu Sn je kaziterit (SnO 2). Ložiská kaziteritov sa nachádzajú najmä v juhovýchodnej Ázii, ako aj v Austrálii a Južnej Amerike.
Kassiterit objavili ľudia náhodou, kvôli jeho masovej príbuznosti so zlatom. Keď ľudia ryžovali zlato, dostali spolu s ním kryštály kassiteritu a začali študovať jeho vlastnosti už v období neolitu. Kaziterit má tiež afinitu k hlbokým ložiskám polymetalických zlúčenín chalkopyritu s obsahom medi, a preto našiel široké využitie.
V súčasnosti sa cín vyrába hlavne z kasiteritu pyrometalurgickým procesom, podobne ako sa vyrába meď. Nebudeme sa ponoriť do zložitosti získavania cínu a medi, pretože to nezapadá do rozsahu tohto článku, ale iba stručne načrtneme fázy získavania cínu.
- Suroviny sa drvia na malé kúsky do veľkosti 10 mm.
- Na vibračných stoloch sú častice obsahujúce cín preosievané vplyvom gravitácie a vďaka väčšej hmotnosti od nečistôt.
- Vo flotačných strojoch obsah cínu v koncentráte stúpa na 70 % alebo viac.
- Vypaľovaním na vzduchu sa odstraňuje síra a arzén.
- V dôsledku tavenia sa koncentrát čistí a Sn sa redukuje do voľného stavu pomocou dreveného uhlia.
- Po rafinácii získava cín prijateľnú čistotu na priemyselné účely a posiela sa na výrobu polotovarov.
V súčasnosti význam cínového bronzu nie je taký veľký, pretože napríklad zo zliatiny medi a hliníka je možné získať výrobky s vysokou odolnosťou proti korózii a zároveň výrazne znížiť cenu valcovaného kovu. V minulosti bolo nemožné vyrábať hliník v priemyselnom meradle kvôli tomu, že ľudia o ňom až do 19. storočia nevedeli a dlho bol tento spôsob výroby hliníka veľmi drahý.
Výroba bronzu s rôznym zložením zliatin
Výrobe medi sme sa venovali v článku týkajúcom sa medeného priemyslu, venovali sme sa aj problematike získavania hliníka a výrobu čistého cínu sme rozobrali v tomto článku. Bronz sa vyrába tavením medi a zliatinových kovov. Tavenie cínových bronzov sa vykonáva v indukčných elektrických peciach, ako aj v téglikových peciach. Zliatiny hliníka sa vyrábajú aj v indukčných alebo elektrických oblúkových peciach, prípadne v koksovacích peciach, naftových peciach, grafitových téglikoch alebo kováčskych peciach.
Vsádzka (suroviny pre zliatinu v požadovaných pomeroch) môže byť veľmi rozdielna v závislosti od požadovaného zloženia zliatiny.
Základom zliatin cínu je:
- Cín, podľa GOST 860 (O3 a vyššie);
- Zinok podľa GOST 3640 (Ts1-Ts4);
- Olovo GOST 3778 (C1, C2);
- Fosforová meď podľa GOST 4515;
- Nikel podľa GOST 849 (Ni1, Ni2);
- Cínový bronz u ošípaných podľa GOST 614 a ďalších.
Náboj a jeho zloženie
OTSSNZ-7-5-1 |
||||||
Na získanie hliníkových bronzov sa používa:
- Meď GOST 859 (M0, M01) alebo M1, M2 (po požiarnej rafinácii);
- mangán GOST 6008;
- podľa GOST 11069 a GOST 11070 (A1, A2, A3);
- Železo a iné...
Pre kremíkový bronz sa v náboji používajú:
- Meď M2-M4 podľa GOST 859;
- Kremík v kryštáloch podľa GOST 2169;
- Pasová kremíková mosadz podľa GOST 1020;
- zinok Ts2-Ts4 podľa GOST 3640;
- Pretavené triesky LK80-3L atď.
Všetky prísady sa pridávajú do rúry v predpísanom poradí. Rúra a suroviny sú vopred pripravené. Výroba každého typu zliatiny má svoje vlastné technologické vlastnosti.
Aplikácia
Bronz vďačí za svoju vysokú popularitu nielen svojim dekoratívnym vlastnostiam, ale aj množstvu ďalších vlastností. Medzitým len málo z tých, ktorí používajú tento kov, dokáže pomenovať zloženie bronzu, ale práve to určuje vlastnosti tejto zliatiny medi.
Hlavné legujúce prísady
Bronz je farba, ktorá určuje väčšinu jeho vlastností. Človek začal vyrábať a využívať bronz na rôzne účely už v staroveku, o čom svedčia aj výsledky archeologických vykopávok. Spočiatku sa používal bronz, ktorého zloženie bolo obohatené o cín. Medzi zliatiny tohto typu patrí najmä takzvaný zvoncový bronz (zvony sa z neho odlievajú dlhé stáročia).
Okrem bronzov obsahujúcich cín sa dnes aktívne používajú aj zliatiny medi, ktoré tento chemický prvok neobsahujú. Namiesto cínu sa ako hlavná legovacia prísada v takýchto zliatinách medi používajú:
- berýlium, ktoré dodáva bronzu zvýšenú pevnosť;
- kremík a zinok sú prvky, vďaka ktorým je povrch bronzového výrobku veľmi odolný voči oderu a zlepšujú tekutosť bronzu, čo je dôležité najmä pre zlievarenské prevádzky;
- olovo, ktoré dodáva bronzu odolnosť proti korózii;
- hliník, ktorý dáva bronzu slušné vlastnosti proti treniu a vysokú odolnosť proti korózii.
Na otázku, aký kov je nevyhnutne prítomný v akomkoľvek bronze, možno odpovedať jednoznačne: je to meď.
Chemické zloženie rôznych druhov bronzu (kliknite pre zväčšenie)
Okrem delenia podľa chemického zloženia existuje klasifikácia podľa technológie spracovania:
- deformovateľné (používa sa na výrobu výrobkov, ktoré sa spracúvajú plastickou deformáciou);
- zlievareň (výrobky z nich sa vyrábajú odlievaním).
Moderný priemysel vyrába veľa druhov bronzu, ktoré sa líšia chemickým zložením, a teda vlastnosťami a rozsahom použitia. Mnoho skúsených remeselníkov vie dokonca podľa farby bronzu určiť, do akého typu patrí. Nie každý to však dokáže. Najistejším a najjednoduchším spôsobom, ako získať informácie o tom, čo obsahuje určitá značka bronzu a o aký typ ide, je rozlúštiť označenie, ktoré zahŕňa abecedné aj digitálne označenia.
Všetky druhy bronzových zliatin vyrábané modernými podnikmi v prísnom súlade s požiadavkami regulačných dokumentov (GOST) sú uvedené v špeciálnych tabuľkách, z ktorých môžete získať informácie nielen o chemickom zložení určitej triedy zliatiny, ale aj o jej oblasti použitia a vlastnosti. Avšak aj bez použitia takýchto tabuliek môžete určiť typ zliatiny a jej chemické zloženie, ak poznáte princíp, podľa ktorého sa tvorí jej označenie.
Mechanické vlastnosti a použiteľnosť cínových bronzov (k - kokilové liatie, p - pieskové liatie)
Že ide o bronz, zliatinu medi, pochopíte podľa prvých písmen „Br“ v označení. Za nimi sú umiestnené písmená, pomocou ktorých môžete zistiť, aké ďalšie kovy okrem medi sú obsiahnuté v chemickom zložení tejto zliatiny. Regulačný dokument stanovuje tieto pravidlá na označovanie chemických prvkov prítomných v bronze:
Zvyčajne označenie bronzu akejkoľvek značky neuvádza množstvo medi obsiahnuté v jeho chemickom zložení. V tomto prípade čísla uvedené v označení označujú kvantitatívny obsah (v celých zlomkoch percent) zostávajúcich prvkov. V súlade s tým sa množstvo medi obsiahnuté v bronze určitej značky vypočíta ako rozdiel medzi 100% celkového zloženia a množstvom prísad. Napríklad bronz Br AZh 9-4 obsahuje 9% železa a 4% hliníka, zvyšných 87% je meď.
Množstvo čistej medi obsiahnutej v bronze ovplyvňuje nielen technologické a prevádzkové vlastnosti výrobku, ale aj farbu jeho povrchu. Zlatou farbou sa teda vyznačujú výrobky z najbežnejších značiek bronzových zliatin, ktoré obsahujú asi 85 % medi. Ak sa množstvo medi zníži na 50 %, výsledkom môže byť biely bronz, farebne veľmi podobný striebru. Ak je to žiaduce, je možné získať šedý a dokonca čierny bronz - tento výsledok možno dosiahnuť znížením množstva medi v zliatine na 35% alebo menej.
Mnohé výrobky zo starého bronzu, ktorých povrch je takmer čierny, získali túto farbu nie v dôsledku použitia zliatiny určitého zloženia na ich výrobu, ale v dôsledku vystavenia času a rôznych vonkajších faktorov (požiare, dlhodobé vystavenie vlhká pôda atď.). V dávnych dobách jednoducho nemohli existovať technológie na výrobu bronzu, ktorých zloženie je doplnené kovmi vzácnych zemín, čo mu dodáva bohatú čiernu farbu.
Značky a oblasti ich použitia
Prirodzene, do zloženia akéhokoľvek bronzu sa zavádzajú rôzne chemické prvky nie bezcieľne, ale s cieľom zlepšiť jeho vlastnosti. Obsah kovu, akým je cín v bronze, teda ovplyvňuje jeho ťažnosť. Čím viac bronzu obsahuje tento kov, tým je zliatina tvrdšia a teda aj krehkejšia. Najvýraznejší vplyv na tvrdosť a pevnosť bronzu však má chemický prvok, akým je berýlium. Niektoré značky bronzových zliatin obsahujúcich berýlium vo svojom chemickom zložení prevyšujú vysokokvalitné ocele v ich pevnostných charakteristikách. Ak je podrobený procesu vytvrdzovania, spolu s vysokou pevnosťou získava elasticitu, čo umožňuje z tohto materiálu vyrábať pružiny, pružiny a membrány na rôzne účely.
Vlastnosti a aplikácie berýliových bronzov (kliknutím zväčšíte)
Bronzové zliatiny, ktorých chemické zloženie je obohatené o hliník, sa používajú na výrobu produktov, ktoré musia spájať dostatočne vysokú pevnosť s mimoriadnou odolnosťou proti korózii. Vďaka vlastnostiam bronzových zliatin tohto typu sa výrobky z nich úspešne používajú v najnepriaznivejších podmienkach (vysoká vlhkosť, vystavenie morskej vode atď.). V prípadoch, keď je potrebné vyrobiť výrobok z bronzu, ktorý bude počas prevádzky vystavený značnému nárazovému a treciemu zaťaženiu, je lepšie použiť zliatiny obsahujúce olovo v ich chemickom zložení. Z takéhoto bronzu sa vyrábajú najmä ložiská používané v mechanizmoch na rôzne účely.
Bronz, ktorý okrem medi obsahuje kremík a zinok, sa vyznačuje zvýšenou tekutosťou v roztavenom stave, preto sa používajú predovšetkým na výrobu zložitých dielov odlievaním. Charakteristickým pre tento typ je, že pri mechanickom náraze na výrobky, ktoré sú z nich vyrobené, nevznikajú žiadne iskry. Táto kvalita je v mnohých prípadoch veľmi dôležitá.
Relatívne novým druhom bronzu, ktorý bol vyvinutý v súvislosti s rozvojom ropného priemyslu, sú zliatiny medi, ktorých zloženie je obohatené o hliník a nikel. Takéto bronzy, vyznačujúce sa výnimočnou odolnosťou proti korózii, sa často nazývajú morské bronzy, pretože výrobky z nich si dokážu zachovať všetky svoje pôvodné vlastnosti aj po dlhšom používaní v slanej morskej vode. Vďaka rozvoju hutníckeho priemyslu bolo možné získať také zliatiny, ktoré sa aktívne používajú na výrobu prvkov ropných plošín inštalovaných na morských a oceánskych šelfoch.
Väčšina značiek bronzových zliatin nie je magnetická, čo umožňuje ich úspešné použitie na výrobu elektrických výrobkov.
Ako sa vyrába bronz?
Počas dlhého obdobia existencie technológie výroby bronzu sa zmenili iba nástroje a vybavenie, ale podstata zostala rovnaká. Ako v dávnych dobách, surovinou na výrobu tejto zliatiny medi môže byť vsádzka alebo bronzový odpad a tavivo, ktoré zabraňuje príliš intenzívnej oxidácii kovu v roztavenom stave, je drevené uhlie.
Samotný proces tavenia, v dôsledku ktorého sa získava bronz, sa vykonáva v nasledujúcom poradí.
- Téglik so surovinou sa umiestni do pece predhriatej na požadovanú teplotu.
- Aby kov po roztavení príliš neoxidoval, pridáva sa doň drvené drevené uhlie – tavivo.
- Po úplnom roztavení a kvalitnom zahriatí kovu sa do jeho zloženia zavádza fosforová meď, ktorá hrá úlohu kyslého katalyzátora.
- Po určitej expozícii v zahriatom stave sa do roztaveného kovu pridajú legujúce a väzbové prvky (ligatúry), po čom sa výsledná zliatina dôkladne premieša.
- Pred odlievaním roztaveného kovu sa k nemu opäť pridáva fosforová meď, čo je v tomto prípade nevyhnutné na zníženie aktivity oxidačných procesov.
Vo všetkých fázach výroby je potrebné starostlivo sledovať dodržiavanie správnych teplotných podmienok v peci a samotnej zliatiny. Množstvo legujúcich a spojovacích zložiek pridaných do roztaveného kovu by malo byť tiež kontrolované.
Bronz je kov získaný zmiešaním roztavenej medi a niektorých ďalších kovov a nekovov. Množstvo prídavných zložiek medi spravidla nepresahuje tri percentá, existujú však výnimky z tohto pravidla - zinok a nikel sa môžu pridávať vo veľkých množstvách. Takéto zliatiny sa nazývajú mosadz a kupronikel (kupronikel). V iných zliatinách môže byť prítomný aj zinok, ale s obmedzením: jeho množstvo by nemalo presiahnuť súčet ostatných pridaných kovov. Ak sa tak stane, zliatina bude mosadz.
Objavila sa táto kovová zliatina asi pred päť a pol tisíc rokmi. Vtedy sa začala doba bronzová. Dovtedy sa tavila iba meď - tento kov bol základom všetkých nástrojov. Keď sa náhodou spojili taveniny medi a cínu, získal sa ďalší kov, ktorý sa volal bronz – zliatina medi a cínu, tvrdšia ako pôvodné kovy. Okamžite našiel široké uplatnenie vo všetkých sférach ľudského života: vyrábali sa z neho čepeľové zbrane a kuchynské náčinie, zrkadlá a šperky, mince a sochárske výtvory.
Stredovekí bronzoví remeselníci odlievali zvony pre potreby kostola a delá pre armádu. Na odlievanie kanónov bol použitý špeciálne vyrobený bronz. Táto technológia existovala až do devätnásteho storočia. Nižšie sú uvedené niektoré zaujímavé fakty o bronze.
Výrobné metódy a vlastnosti
Fyzické údaje
Charakteristiky zliatiny sú určené jej chemickým zložením a môžu sa meniť v určitých medziach. Bronz je menej náchylný na koróziu a poskytuje lepší sklz kov na kov ako mosadz. Má vyššiu pevnosť a je menej náchylný na atmosférické vplyvy (voda a vzduch) a lepšie odoláva soliam a organickým kyselinám. Je ľahko opracovateľný, možno ho spájkovať a upevniť zváraním. Niektoré fyzikálne vlastnosti bronzu:
- špecifická hmotnosť od 7,8 do 8,7 ton / meter kubický. meter;
- teplota topenia bronzu – topí sa pri zahriatí z 930 na 1140 stupňov;
- farba sa mení z červenej - farba medi, na bielu - farba cínu;
- odolnosť proti opotrebovaniu a dobré kĺzanie po kove určujú rozsah použitia ako klzné ložiská fungujú dobre za akýchkoľvek teplotných podmienok;
- Existuje vysoká elektrická vodivosť a prenos tepla, odolnosť voči pare, čo prispieva k výrobe dielov pre zariadenia pracujúce v extrémnych situáciách.
Ako vyrobiť bronz
Tavenie a miešanie medených tavenín a prísad rôznych kovov, ktoré umožňujú dodať zliatine určité požadované vlastnosti, vedie k výrobe zliatinového kovu, akým je bronz. Vo výrobnom procese zapojené elektrické rúry indukčný typ a téglikové kovania, s ich pomocou môžete vyrábať akékoľvek zliatiny s meďou.
Tavenie sa vykonáva s prísadami taviva a počiatočnou surovinou na tavenie môže byť medená ruda alebo medený šrot. Typicky sa medený šrot pridáva do taveniny spolu s prídavným kovom počas procesu tavenia. Pri tavení iba medenej rudy sa vykonávajú tieto operácie:
Pri použití šrotu medi je postup výroby bronzu rovnaký.
Odrody
Podľa pomeru obsahu hlavných zložiek bronzu - medi a cínu sú známe dva hlavné typy: cín, keď je hlavným plniacim materiálom cín, a bezcín, ak je cín prítomný vo veľmi malých množstvách.
Cínový bronz
Klasický alebo cínový bronz– univerzálny materiál nielen v priemysle, ale aj v iných sférach ľudskej činnosti. V tejto zliatine je 80 dielov medi na 20 dielov cínu, dobre sa taví, má vysokú pevnosť, je dosť tvrdá, nekoroduje, je odolná proti opotrebeniu a pomáha znižovať trenie medzi kovmi.
Tieto výhody cínového bronzu vedú k ťažkostiam v niektorých iných ohľadoch: zliatinu je ťažké kuť a rezať, brúsiť ostré hrany a lisovať, ale je ľahké z nej vyrábať odliatky. Usadzovanie pri ochladzovaní nálevu nepresahuje jedno percento, čo umožňuje použitie materiálu v umeleckých produktoch mimoriadnej presnosti.
Aby zliatina získala ďalšie vlastnosti, jej zloženie môže zahŕňať prísady iných kovov a nekovov:
- zinok v množstve až 10% zlepšuje antikorózne vlastnosti diely vyrobené z tejto zliatiny sa používajú pri stavbe lodí, kde je agresívnym prostredím slaná voda;
- Olovo a fosfor prispievajú k lepšiemu kĺzaniu bronzových výrobkov po iných kovoch, takáto zliatina sa ľahšie rezá a lisuje.
Bez cínu
– niekedy nie je použitie cínu v zliatine povolené a požadované vlastnosti sa získajú pridaním iných kovov. Moderné technológie umožňujú voliť prísady tak, že výrobky vyrobené z bezcínového bronzu úplne nahradia výrobky vyrobené z klasického bronzu.
Olovený bronz– zliatina, ktorá dobre kĺže po kove, odoláva vysokému tlaku, je veľmi odolná a ľahko sa neroztopí. Jeho oblasťou použitia sú ložiská pracujúce pod vysokým tlakom.
Silikón- je to 97% medi, trocha cínu a päť stotín percenta kremíka, pridáva sa na zvýšenie elektrickej vodivosti a takýto bronz sa používa ako žily telefónnych káblov. Je nemagnetický, ľahko spájkovateľný, elastický a odolný voči nízkym teplotám. Okrem toho môže obsahovať mangán.
Berýlium- najtvrdší. Táto zliatina je veľmi odolná voči korózii a extrémnym teplotám, pozitívnym aj negatívnym. Je to nemagnetický kov a pri kolíziách nevytvára iskry. Okrem toho sa do nej môže pridať nikel alebo kobalt. Zo zliatiny sa vyrábajú elastické výrobky - pružiny, membrány, platničky.
hliník– zloženie je jednoduché, päť percent hliníka, zvyšok je meď. Farba bronzu je lesklá zlatá, je odolná voči chemikáliám - kyselinám. Vyznačuje sa vysokou tvrdosťou a tepelnou odolnosťou, pričom si zachováva svoje vlastnosti aj pri extrémne nízkych teplotách. Zle odoláva korózii a počas odlievania vykazuje výrazné zmršťovanie. Pre svoju krásnu farbu sa používa pri výrobe šperkov, mincí a medailí. Fyzikálne vlastnosti predurčujú použitie zliatiny v častiach automobilových produktov, pušnom prachu a pyrotechnickej výrobe.
Označovanie
Aké kovy tvoria bronz? Základné zloženie bronzu možno určiť jeho označením, vypracovaným na základe štátnych noriem. Príklad: BrOF 7. Prvé dve písmená sú bronzové; zloženie zliatiny: O – ide o cín; Ph je fosfor; 7 – obsah prídavnej látky, v tomto prípade cínu, keďže obsah druhej prídavnej látky nie je uvedený v označení. Označenie ostatných plniacich látok: A – hliník, K – kremík. Mts je mangán, Zh je železo a tak ďalej, podľa prvých písmen aditíva.
Nie je zvykom uvádzať v označení percento obsahu medi, vypočíta sa výpočtom ako zvyšok rozdielu. V príklade je to 93 %. Jeho farba závisí od chemického zloženia bronzu. Obsah medi v zliatine určuje jej farbu – čím je vyššia, tým bude bronz červenší a naopak. Ak je tam iba 50% medi a všetko ostatné sú ľahké prísady, potom bude zliatina pripomínať striebro.
