Вы когда-нибудь задумывались, что делает бронзу такой особенной и универсальной? В этой статье мы исследуем увлекательный мир бронзы - сплава, состоящего в основном из меди, смешанной с такими элементами, как олово, алюминий и кремний. Мы раскроем ее уникальные свойства, различные виды и практическое применение, предоставив информацию от опытных инженеров-механиков. Приготовьтесь узнать, как бронза формировала отрасли промышленности благодаря своей прочности, эластичности и коррозионной стойкости!
Что такое бронза и из чего она сделана?
Бронза - это вид сплава, состоящего в основном из меди. Она представляет собой смесь меди с другими элементами, такими как олово, алюминий, бериллий, кремний, марганец, кадмий, цирконий, титанмагний и железо.
Все сплавы меди, за исключением чистой меди, а также медно-цинковой (латунь) и медно-никелевой (белая медь) можно отнести к бронзовым.
Добавление других элементов к меди в бронзе повышает ее прочность и придает ей особые свойства. Бронза обладает высокой устойчивостью к сжатию, а ее высокая эластичность, устойчивость к размягчению, коррозии и износу делают ее полезным материалом для различных применений. Несмотря на сложность обработки, эти свойства обусловили широкий спектр применения бронзы.
Сколько видов бронзы существует?
Бронзу можно разделить на несколько категорий по основным элементам, входящим в ее состав. Это оловянная бронза (в том числе фосфористая), алюминиевая, бериллиевая, кремниевая, марганцевая, хромовая, кадмиевая, циркониевая, хром-циркониевая, титановая, магниевая, железная и другие.
Тип сплава на основе меди, в котором основным элементом является олово, называется оловянной бронзой. Оловянная бронза, используемая в промышленном секторе, обычно содержит от 3% до 14% олова.
Оловянная бронза с содержанием олова менее 5% идеально подходит для холодной обработки. С другой стороны, оловянная бронза с содержанием олова от 5% до 7% подходит для горячей обработки. Для литья предпочтительна оловянная бронза с содержанием олова более 10%.
Оловянная бронза широко применяется в различных отраслях промышленности, включая судостроение, химическую, машиностроение и приборостроение. В основном из нее изготавливают износостойкие детали, такие как подшипники, втулки валов, упругие детали, например пружины, а также антикоррозионные и антимагнитные детали.
Тип сплава на основе меди, в котором основным элементом является алюминий, известен как алюминиевая бронза. Алюминиевая бронза обладает более высокими механическими свойствами по сравнению с латунью и оловянной бронзой.
На практике алюминиевая бронза содержит от 5% до 12% алюминия, при этом содержание алюминия между 5% и 7% обеспечивает наилучшую пластичность, что делает ее идеальной для холодной обработки. Однако при содержании алюминия свыше 7% до 8% прочность сплава возрастает, но пластичность значительно снижается. Поэтому он в основном используется в литом виде или после горячей обработки.
По износостойкости и коррозионной стойкости алюминиевая бронза превосходит латунь и оловянную бронзу в атмосфере, морской воде, морской углекислоте и большинстве органических кислот.
Из алюминиевой бронзы можно изготавливать высокопрочные износостойкие детали, такие как шестерни, втулки валов и червячные передачи, а также эластичные элементы с высокой коррозионной стойкостью.
Тип медного сплава, основным элементом которого является бериллий, называется бериллиевой бронзой. Содержание бериллия в бериллиевой бронзе обычно составляет от 1,7% до 2,5%.
Бериллиевая бронза характеризуется высоким пределом упругости и усталости, отличной износостойкостью и коррозионной стойкостью, хорошей электропроводностью и теплопроводностью, немагнитностью и отсутствием искр при ударе.
В основном используется для изготовления критических пружин в точных приборах, часовых шестеренок, подшипников и втулок, работающих на высоких скоростях и под высоким давлением, а также сварочных электродов, взрывозащищенных инструментов, навигационных компасов и других жизненно важных компонентов.
Тип бронзы, основным элементом которой является кремний, известен как кремниевая бронза. Помимо кремния, кремниевая бронза, используемая в промышленности, также содержит следовые количества марганца, никеля, цинка и других элементов.
Кремний представляет собой ограниченный твердый раствор в меди, с максимальной растворимостью 5,3% при 852°C, которая уменьшается с понижением температуры. Однако эффект упрочнения при старении незначителен, и обычно упрочняющая термообработка не проводится.
Содержание кремния в деформируемой кремниевой бронзе варьируется от 1% до 4%. При увеличении содержания кремния может появиться хрупкая фаза, снижающая пластичность сплава.
Кремниевая бронза имеет узкий температурный диапазон кристаллизации, хорошую текучесть и более высокие механические свойства по сравнению с оловянной бронзой. Она может быть использована в качестве заменителя оловянной бронзы в машиностроении.
Марганцевая бронза - это вид сплава, основным легирующим элементом которого является медь, а главным - марганец. Основными марками марганцевой бронзы являются QMn1,5 (Cu-1,5Mn) и QMn5 (Cu-5Mn), а также другие.
Хромистая бронза - это тип медного сплава, содержащего от 0,4% до 1,1% хрома. Хромистая бронза может быть упрочнена закалкой, старением или закалкой и старением при холодной деформации.
При эвтектической температуре 1072°C максимальная растворимость хрома в меди составляет 0,65%. При снижении температуры твердая растворимость хрома быстро уменьшается, и частицы хрома выпадают в осадок после обработки твердым раствором и старения.
Добавление хрома значительно повышает температуру рекристаллизации и термическую прочность сплава, но несколько снижает проводимость меди. Проводимость стержня из хромовой бронзы, обработанного раствором, составляет 45% IACS, которая увеличивается до 80% IACS после обработки старением. Температура размягчения состаренной хромовой бронзы составляет 400°C, что в два раза выше, чем у холоднодеформированной меди.
Этот сплав может использоваться как в состоянии литья, так и в состоянии деформации. При добавлении алюминия и магния в качестве легирующих элементов хромовой бронзы на поверхности сплава Cu-Cr образуется тонкая, плотная оксидная пленка, прочно связанная с основным металлом, что повышает стойкость к высокотемпературному окислению и жаропрочность сплава. Содержание алюминия и магния в сплаве обычно не превышает 0,3%.
Кадмиевая бронза - особый вид бронзы, основным легирующим элементом которой является кадмий, иногда добавляется хром от 0,35% до 0,65%. Кадмий и медь образуют твердый раствор при высоких температурах, но растворимость быстро уменьшается при снижении температуры.
Низкое содержание кадмия приводит к слабому эффекту упрочнения частиц осажденной фазы, поэтому сплав не может быть упрочнен термической обработкой и может быть упрочнен только холодной деформацией.
Кадмиевая бронза обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью, хорошей износостойкостью, износостойкостью и коррозионной стойкостью, а также хорошими технологическими характеристиками. Она широко используется в производстве токопроводящих, жаропрочных и износостойких деталей для электрических устройств.
Важно отметить, что летучие вещества кадмия токсичны, поэтому материал необходимо готовить методом плавки, соблюдая меры безопасности в процессе плавки. Отечественная марка кадмиевой бронзы - QCd1. Она выпускается в виде пластин, полос, прутков и проволоки.
Основные области применения: коммутаторы двигателей, переключатели, пружинные контакты, волноводные полости, высокопрочные линии передачи, соединения и электроды для контактной сварки, ролики и др.
Циркониевая бронза - это особый вид бронзы, основным легирующим элементом которой является цирконий, а для повышения прочности иногда добавляется небольшое количество циркония. Распространенные марки циркониевой бронзы - QZr0.2 и QZr0.4.
Она обладает хорошей термической прочностью и сопротивлением ползучести, а также сохраняет хорошую пластичность и электропроводность при высоких температурах. Циркониевая бронза производится методом плавки.
В основном используется как контактная сварка деталей и высокопрочных электродных материалов. Использование циркониевой бронзы становится все более распространенным в черной металлургии благодаря ее высокой электропроводности, теплопроводности и простоте обработки.
Хромоциркониевая бронза - это сплав, обладающий высокой прочностью, твердостью, электропроводностью и теплопроводностью, а также хорошей износостойкостью. После обработки старением его твердость, прочность, электропроводность и теплопроводность значительно повышаются, что делает его легко свариваемым.
Он широко используется в таких областях, как коммутаторы двигателей, аппараты точечной сварки, сварка швом машины, электроды для машин стыковой сварки и другие компоненты, от которых требуется прочность, твердость, электропроводность и проводимость при высоких температурах.
В качестве электрода для электрической искры хромоциркониевая бронза может создавать идеальную зеркальную поверхность с хорошими вертикальными характеристиками. Она позволяет достичь эффектов, которых трудно добиться при использовании чистой красной меди, таких как шелушение, и подходит для труднообрабатываемых материалов, таких как вольфрамовая сталь.
Марки хромоциркониевой бронзы включают C18150, C18200, C15000 и C15100.
Титановая бронза - это медный сплав, основным легирующим элементом которого является титан. Это новый тип эластичного материала, который хорошо поддается обработке как в холодном, так и в горячем состоянии. Благодаря термической обработке свойства титановой бронзы могут быть значительно улучшены и усилены. Например, ее прочность на разрыв может быть увеличена с 686 МПа до 1009 МПа.
Титановая бронза используется для изготовления высокопрочных, высокоэластичных и износостойких упругих элементов, электрических переключателей, упругих элементов реле, мембранных коробок, диафрагм, шестерен, подшипников, вкладышей подшипников, втулок подшипников и т.д.
Магниевая бронза - это разновидность магниево-медного сплава. Отечественная марка магниевой бронзы - QMg0.8. Она представляет собой бинарный сплав меди и магния и широко используется в качестве проводящего материала, например, в кабелях, и может заменить кадмиевую бронзу во многих областях применения.
Магниевая бронза поставляется в основном в виде проволоки и используется в основном для производства токопроводящих компонентов, таких как кабели и авиационные антенны.
Железная бронза - это разновидность бронзы, основным элементом которой является железо. Медно-железные сплавы, также известные как железная бронза, в Америке представлены сплавом C19400.
Благодаря термической обработке, осаждение железа в сплаве повышает его прочность и жаростойкость. Предел прочности при растяжении в закаленном состоянии может достигать 415-485 МПа, а электропроводность - 60% IACS.
Железная бронза широко используется в качестве материала для свинцовых рамок интегральных схем и включена в стандарт ASTM B465-85 в США. Этот стандарт также включает сплавы C19200, C19500 и C19600, содержание железа в которых составляет от 0,8% до 12%, от 10% до 20% и от 9% до 12% соответственно, а содержание фосфора - от 0,01% до 0,04%, от 0,01% до 0,35% и от 0,25% до 0,35% соответственно.
В Китае аналогом сплава C19400 является железная бронза QFe2.5-0.1.
Как основатель MachineMFG, я посвятил более десяти лет своей карьеры металлообрабатывающей промышленности. Мой обширный опыт позволил мне стать экспертом в области производства листового металла, механической обработки, машиностроения и станков для обработки металлов. Я постоянно думаю, читаю и пишу об этих предметах, постоянно стремясь оставаться на переднем крае своей области. Позвольте моим знаниям и опыту стать преимуществом для вашего бизнеса.
RU 
EN 
DE 
ES 
FR 
IT 
NL 
PT 