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!
Бронза - это универсальный металлический сплав, состоящий в основном из меди. Он образуется путем соединения меди с одним или несколькими легирующими элементами, чаще всего оловом, но также включает алюминий, бериллий, кремний, марганец, никель, фосфор и иногда цинк в небольших количествах. Конкретный состав варьируется в зависимости от желаемых свойств и предполагаемого применения.
Металлургическое понятие "бронза" включает в себя широкий спектр медных сплавов, за исключением чистой меди, латуни (медно-цинковые сплавы) и мельхиора (медно-никелевые сплавы). Добавление легирующих элементов в медь значительно улучшает ее механические и химические свойства, в результате чего получается материал с лучшими характеристиками по сравнению с чистой медью.
Процесс легирования придает бронзе уникальное сочетание свойств:
Благодаря этим свойствам бронза является бесценным материалом в различных отраслях промышленности, включая морскую технику, аэрокосмическую отрасль, электротехнику и художественное творчество. Хотя бронза может быть сложнее в обработке, чем некоторые другие металлы, из-за своей твердости и высокой температуры плавления, современные технологии производства, такие как точное литье, обработка с ЧПУ и аддитивное производство, расширили сферу ее применения и повысили эффективность производства.
Конкретный состав бронзы тщательно подбирается в соответствии с требованиями каждого конкретного случая применения, обеспечивая баланс таких факторов, как прочность, пластичность, коррозионная стойкость и экономическая эффективность. Эта способность к адаптации обеспечила бронзе постоянную актуальность как в традиционных, так и в самых современных инженерных областях.
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 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
NL 
PT 
PT_BR 
KO