Бронза – состав, свойства и производство сплава

Важным событием бронзового века было развитие металлургии, результатом которого стало открытие бронзы. Некоторые металлы, особенно олово, свинец и медь, могут быть извлечены из руд путем нагревания горных пород в огне или доменной печи. Процесс, известный как плавка.

Открытие бронзы с помощью существующих металлургических технологий произвело революцию в производстве оружия и произведений искусства.

Изначально бронза использовалась для изготовления оружия. Но вскоре металлисты применили этот сплав для изготовления предметов искусства. Один из старейших и наиболее распространенных методов изготовления бронзовых скульптур — это процесс выплавляемого воска. При котором создаются полые уникальные скульптуры в любой форме, которую выберет художник. Танцующая девушка (ок. 2500 г. до н. Э.) Из Мохенджодаро в долине Инда, возможно, первая бронзовая статуя в мире. Хотя она стоит в положении стоя, ее назвали Танцующая девушка. с предположением о своей профессии. Это одно из двух бронзовых произведений искусства, найденных в Мохенджодаро. Которые демонстрируют более гибкие черты по сравнению с другими, более формальными позами. Девушка обнажена, носит несколько браслетов и ожерелье, стоит в естественной позе. Положив правую руку на бедро, а в левой руке держит какой-то предмет, который упирается в ее бедро.

Танцующая девушка (ок. 2500 г. до н. Э.) : Бронза. 4 1/8 дюйма × 2 дюйма. Национальный музей, Нью-Дели.

Снетицкая культура возникла в начале Среднеевропейского бронзового века (2300-1600 гг. До н.э.). Культура отличается характерными металлическими предметами, включая крутящие моменты слитков, плоские оси, плоские треугольные кинжалы, браслеты со спиральными концами, булавки с дисками и лопастями, а также кольца для завивки, которые распространены на обширной территории Центральной Европы и за ее пределами. Интересный смешанный медиа-объект из этой культуры — Небесный диск Небры.(ок. 1600 г. до н. э.), который состоит из сине-зеленой патины, инкрустированной золотыми символами. Эти символы обычно интерпретировались как солнце или полная луна, лунный серп и звезды. Позже были добавлены две золотые дуги по бокам, обозначающие угол между солнцестояниями. Последним дополнением была еще одна дуга внизу, окруженная множеством штрихов, неопределенного значения. По-разному интерпретируемых как солнечная баржа с многочисленными веслами, как Млечный Путь или как радуга. Диск, вероятно, изготовленный молотком, является астрономическим инструментом, а также предметом религиозного значения.

Небесный диск Небры (ок. 1600 г. до н. Э.) : Бронза и золото. Диаметр 30 см. Пергамский музей, Берлин.
Бронзовая «руда» может встречаться в естественных условиях. Например, там, где вместе встречаются природные месторождения меди и олова, но это очень редко. Исторически бронзу можно было производить только тогда, когда торговля позволяла обменивать медь и олово, металлы или руды.

Как образуется бронза?

Медь производится из медной руды с помощью процесса, известного как плавка. Это нагревание руды до очень высокой температуры и удаление примесей. В это время к расплавленной меди также могут быть добавлены другие компоненты сплава, где они плавятся и соединяются с расплавленной медью. В наше время это делается с особой точностью, чтобы гарантировать консистенцию бронзы. Поскольку даже небольшие изменения в «рецепте» сплавов могут привести к очень разным физическим, литейным и эстетическим качествам.

Виды бронз и их маркировка

Человек придумал разные виды сплавов меди с металлами.

Именно характеристиками разных видов бронзовых сплавов можно объяснить стабильный спрос на них.

Химический состав различных марок бронзы

Разобраться в многообразии бронзовых сплавов поможет маркировка.

По ней легко определить, какие добавки ввели в сплав и в каких количествах. Например, БрОЦС4-4-2,5 обозначает: это бронза (Бр), легированная оловом (О), 4%; цинком (Ц), 4% и свинцом (С), 2,5%. На медь остается 100 — (4 + 4 + 2,5) = 89,5%.

Деформируемые, литейные бронзы маркируются немного по-другому. В маркировке первой ставится первая буква легирующего элемента, цифра после него количество процентов элемента в сплаве.

Пример: БрО5Ц5С5, где:

• Бр — это бронза;
• О (олово) 5%;
• Ц (цинк) 5%;
• С (свинец) 5%.

Количество меди в сплаве: 100% — 5% — 5% — 5%= 85%.

Свойства и применение бериллиевых бронз

Где используются разные виды бронзовых сплавов

В таблице указаны марки бронзы и где они востребованы.

Как бронза использовалась на протяжении всей истории?

Бронза была разработана около 3500 г. до н.э. древними шумерами в долине реки Тигр-Евфрат. Историки не уверены, как был обнаружен этот сплав, но считают, что бронза могла быть впервые получена случайно. Когда камни, богатые медью и оловом, использовались для создания колец для костра.

Около 3000 г. до н.э. изготовление бронзы распространилось на Персию. Где были найдены предметы из бронзы, такие как украшения, оружие и детали для колесниц. Бронза появилась в Египте и в Китае около 2000 года до нашей эры. Самые ранние отливки из бронзы были сделаны из песка. И этот метод иногда до сих пор используется, даже для литья колоколов.

Сначала использовались медно-мышьяковые сплавы, но ненадолго. Одним из недостатков этого сплава было то, что пары мышьяка, выделяемые во время плавки, убивали мастеров по металлу.

В конце концов, олово оказалось идеальным легирующим агентом для меди. Оптимальное соотношение олова к меди составляет от 10 до 20%. Температура плавления бронзы 950⁰C, по сравнению с 1084⁰C для чистой меди.

Почему необходимо заниматься утилизацией отходов бронзы

Как переработка бронзы сохраняет природные запасы

В настоящее время современная промышленность позволяет создавать новые изделия из вторичного сырья. Особенно широко переработка применяется в металлургии, где постоянно требуется новый материал для производства. В процессе вторичной переработки участвуют все виды металлов, в том числе и бронза.
Утилизация, а затем последующая переплавка металлолома, прежде всего, экономит природные ресурсы. Это особенно актуально для некоторых руд и минералов, которые не восполняются природой и имеют ограниченный запас. К таким относится медь, и ее сплав бронза.

Из вторичного сырья можно сделать много новых изделий

Как прием металлолома бронзы защищает природу от загрязнения

Переработка вторсырья имеет важное значение и для экологии. Вторичное использование металла гораздо меньше загрязняет окружающую среду, чем первоначальное изготовление этого материала.

Неправильная утилизация ведет к тому, что металлический хлам просто остается ржаветь на свалках, отравляя окружающая среду.

Если у вас скопилось большое количество ненужных бронзовых изделий или отходов, не выкидывайте их, а лучше сдайте в специальный пункт приема. Так вы не только сохраните запасы руды, защитите природу, но и хорошо заработаете на металлоломе, поскольку продажа лома бронзы довольно прибыльное занятие.

Современные предметы, обычно изготавливаемые из бронзы

В бронзовом веке бронза была широко распространена, потому что это был самый твердый металлический сплав. Бронзовые артефакты, относящиеся к этому периоду времени, включают инструменты, наконечники стрел и другое оружие, строительные материалы и предметы искусства. Когда использование железа стало более распространенным, из бронзы делалось меньше предметов повседневного обихода. Но его использование по сей день свидетельствует о его долговечности и универсальности. Сегодня мы используем бронзу во множестве приложений, некоторые из которых описаны ниже.

Собери Несколько Ядер Сертлингов

Сертлинги — (почти) милые огненные существа, обитающие в Болотах, Пепельных землях и вокруг огненных гейзеров. После победы над ними могут выпасть Surtling Cores, которые откроют возможности крафта для Charcoal Kiln и Smelter.

Если вам не нравится сражаться с волнами Surtlings, возможно потому что вы играете в одиночку, то вы можете попробовать найти несколько погребальных камер в биоме Шварцвальда. Внутри этих жутко выглядящих гробниц будут ядра Surtling на палках, вроде вкусной (очень горячей) сахарной ваты. Однако берегитесь скелетов.

Вам также понадобится немного камня и дерева для следующих шагов, поэтому не забудьте запастись при сборе ядер.

Музыкальные инструменты

Колокольчики и тарелки часто делают из бронзы; для колоколов используется специальный сплав «колокольный металл», который сделан с высоким содержанием олова. Азиатские ударные инструменты, такие как гонги и поющие чаши, также изготавливаются из бронзы в различных композициях.

Бронза также используется в струнных инструментах, включая гитару, контрабас и фортепиано, для обмоток стальных и нейлоновых струн. Бронзовые струны используются для тонов с более низким тоном, где они работают лучше, чем их аналоги из высокопрочной стали.

Струны

Чем чистят бронзовые изделия в быту?

Блеск и яркость бронзовых дверных ручек, подсвечников и т.п. можно восстановить, почистив их кашицей из лимонного сока и пищевой соды или «тестом» из порошка цикория, замешанного на воде.

Если изделия невелико или разбирается на части, можно прокипятить его с жёлтым горохом в течение нескольких часов.

Но, вообще-то, специалисты советуют просто протирать бронзу фланелевым лоскутом без всякой «химии». Чистая темноватая плёнка на поверхности металла останется, но она-то и придаёт ему очарование старины.

Архитектурная бронза

Бронза имеет множество архитектурных применений, начиная от предметов повседневного обихода, таких как почтовые ящики, мебель и перила лестниц, до более сложных декоративных элементов, таких как декоративная облицовка дверей и окон. Этот металл не только выдерживает испытание временем в этих применениях, но и доступна в различных цветах, что также делает ее желанной. Бронза, используемая в архитектуре, представляет собой сплав, состоящий из 57 процентов меди, 40 процентов цинка и трех процентов свинца.

Коммерческая бронза

Трудно найти отрасль, где бы не использовалась бронза! Мы ежедневно используем изделия из бронзы, даже не задумываясь об этом. Подшипники, втулки, винты, клапаны и бесчисленное множество других деталей сделаны из бронзы из-за ее прочности, долговечности, устойчивости к коррозии и пластичности. Деформируемые сплавы доступны в виде листов и пластин, труб или прутков и производятся прокатными и экструзионными станами или кузнечным станом. Напротив, литые сплавы производятся путем литья в песчаные формы, центробежного литья и непрерывного литья. Это наиболее доступный тип бронзового сплава.

Состав бронзовых сплавов

Классификацию бронзы можно проводить по химическим свойствам и технологичности (свойствам).

В зависимости от состава бронзы бывают двух видов:

1. Оловянные. Эти изделия износоустойчивы, хорошо обрабатываются. Олова в сплаве не меньше 4%. В лигатуру могут добавляться цинк, свинец, фосфор.
2. Специальные (безоловянные). Олова не содержат, лигатурой служат бериллий, никель, железо, кобальт, мышьяк и другие металлы и элементы.

Бронзовый сплав получает название по главному легирующему элементу (оловянная, бериллиевая, кремниевая). Иногда в названии содержатся 2-3 «участника» лигатуры (оловянно-цинково-свинцовистая, оловянно-фосфористая, оловянно-цинковая).

Содержание цинка не должно превышать содержание суммы других легирующих элементов; в противном случае это не бронза, а латунь.

Разновидности бронзы по технологичности:

1. Литейная. Изделия из нее хорошо противостоят агрессивным средам, трению и износу.
2. Деформируемая. Хорошо поддается механической обработке — ковке, штамповке, гибке, перфорированию.

Зачем легировать медь

Даже небольшая добавка лигатуры в сплав меняет его свойства.

Железо упрочняет алюминиевые бронзы, повышает сопротивляемость эрозии. Зато эта бронза не годится для использования в морской воде.

Легированные марганцем сплавы хладостойки, имеют повышенную коррозионную стойкость.

Никель в алюминиевых бронзах улучшает усталостную прочность, теплопроводность, хладостойкость, устойчивость в морской воде.

Бериллиевые бронзы обладают рядом превосходных качеств: теплопроводность, немагнитность, высокий предел прочности.

Список этот можно сделать очень длинным, ибо разных сплавов с общим названием «бронза» существует великое множество.

Каждый вид имеет свои плюсы и минусы, важно правильно выбрать марку бронзы. Рекомендуем: ПЛАТИНА — «гнилое серебро» или благородный металл

Техника изготовления бронзовых скульптур в Древней Греции

Древние греки и римляне издавна изготавливали скульптуры из бронзы. Буквально тысячи изображений богов и героев, победоносных спортсменов, государственных деятелей и философов заполняли храмы и святилища и стояли в общественных местах крупных городов. В течение более чем тысячи лет греческие и римские художники создали сотни типов статуй, влияние которых на крупномасштабные скульптуры из Западной Европы (и за ее пределами) продолжается и по сей день.

Бронзовое зеркало с подставкой в виде обнаженной девушки

В третьем тысячелетии до нашей эры древние литейщики методом проб и ошибок признали, что бронза имеет явные преимущества перед чистой медью для изготовления скульптур. Бронза — это сплав, обычно состоящий из 90 процентов меди и 10 процентов олова, и, поскольку он имеет более низкую температуру плавления, чем чистая медь, он будет дольше оставаться жидким при заполнении формы. Он также обеспечивает лучшее литье, чем чистая медь, и обладает превосходной прочностью на разрыв. Хотя в греческой и римской древности было много источников меди вокруг бассейна Средиземного моря, остров Кипр , само название которого происходит от греческого слова, обозначающего медь, был одним из самых важных. Олово, с другой стороны, было импортировано из таких регионов, как юго-запад Турции, Афганистан и Корнуолл, Англия.

Бронзовый человек и кентавр

Самые ранние крупномасштабные греческие бронзовые статуи имели очень простые формы, обусловленные их техникой изготовления, известной как сфирелатон (буквально « забиваемая молотом»), при которой части статуи изготавливались отдельно из кованых листов металла и прикреплялись к одной из них. другой с заклепками. Часто эти металлические листы украшали путем нанесения бронзы на деревянные формы для создания рельефов или вырезания рисунков с использованием техники, называемой отслеживанием.

Бронзовый торс юности

К позднему архаическому периоду (примерно 500–480 гг. До н.э.) сфирелатон вышел из употребления в качестве основного метода, когда литье по выплавляемым моделям стало основным методом изготовления бронзовых скульптур. Литье по выплавляемым моделям бронзы осуществляется тремя различными способами: литье по выплавляемым моделям, прямое литье по выплавляемым моделям и косвенное литье по выплавляемым моделям. Первый метод, который также является самым ранним и простым, требует создания модели из твердого воска. Эту модель окружают глиной, а затем нагревают, чтобы удалить воск и затвердеть. Далее форма переворачивается и в нее заливается расплавленный металл. Когда металл остывает, кузнец вскрывает глиняную модель, чтобы получить точную копию из бронзы.

Поскольку физические свойства бронзы не позволяют отливать большие цельнолитые изделия, использование моделей из твердого воска ограничивало основателя отливкой очень маленьких фигур. Чтобы решить эту проблему, древние греки использовали процесс полого литья по выплавляемым моделям для изготовления больших отдельно стоящих бронзовых статуй.

Обычно крупную скульптуру отливали из нескольких частей, таких как голова, туловище, руки и ноги. В процессе прямого литья из полого воска скульптор сначала создает глиняный стержень, который приблизительно по размеру и форме соответствует предполагаемой статуе. В больших статуях для стабилизации сердечника используется арматура, обычно сделанная из железных стержней. Затем глиняный сердечник покрывается воском, и добавляются вентиляционные отверстия для облегчения потока расплавленного металла и выхода газов, что обеспечивает равномерное литье.

Затем модель полностью покрывается грубым внешним слоем глины, а затем нагревается, чтобы удалить весь воск, тем самым создавая полую матрицу. Форму повторно нагревают в течение второго, более длительного периода времени, чтобы глина затвердела и выгорела остатки воска. После этого мастер по бронзе заливает расплавленный металл в форму до тех пор, пока не будет заполнена вся матрица. Когда бронза достаточно остынет, форма открывается, и бронза готова к процессу чистовой обработки.

При непрямом методе литья по выплавляемым моделям оригинальная мастер-модель не теряется в процессе литья. Таким образом, можно переделывать секции, составлять серию из одной и той же статуи и отливать крупногабаритные скульптуры. Благодаря этим преимуществам большинство крупномасштабных древнегреческих и римских бронзовых статуй было изготовлено косвенным методом.

Сначала модель статуи изготавливается в среде, предпочитаемой скульптором, обычно в глине. Затем вокруг модели изготавливается форма из глины или гипса, которая повторяет ее форму. Эта форма состоит из минимального количества секций, которые можно снять, не повредив моделирование поднутрений. После сушки отдельные части формы удаляются, собираются и скрепляются.

Затем каждый сегмент формы покрывается тонким слоем пчелиного воска. После того, как этот воск остынет, слепок удаляется, и художник проверяет, все ли необходимые детали перенесены с мастер-модели. В это время в восковой модели могут быть внесены исправления и другие детали.

Затем мастер по бронзе прикрепляет к восковой модели систему воронок, каналов и вентиляционных отверстий и покрывает всю конструкцию одним или несколькими слоями глины. Как и в прямом методе, глиняную форму нагревают и выливают воск. Его снова нагревают до более высокой температуры, чтобы обжечь глину, а затем нагревают еще раз при заливке расплавленного металла. Когда этот металл охлаждается, форма выламывается, открывая литой бронзовый сегмент статуи.

Все выступы, оставшиеся от заливных каналов, срезаются, а мелкие дефекты удаляются абразивом. Затем отдельно отлитые детали соединяют вместе с помощью металлургических и механических средств.

Мастерство изготовления этих соединений в древности является одним из величайших технических достижений греческой и римской обработки бронзы. В процессе отделки декоративные детали, такие как волосы и другой дизайн поверхности, могут быть подчеркнуты с помощью холодной обработки долотом. Древние греки и римляне часто добавляли глаза с вставкой стекло или камни, зубы и ногти, инкрустированные серебром, губы и соски, инкрустированные медью, — все это способствовало удивительно реалистичному внешнему виду бронзовой статуи.

Поскольку все, кроме нескольких древних бронзовых статуй были утеряны или переплавлены для повторного использования ценного металла, мраморные копии, сделанные в римский период, служат нашим основным визуальным свидетельством шедевров известных греческих скульпторов. Почти все мраморные статуи в галерее Марии и Майкла Джахарис в Метрополитен-музее представляют собой римские копии бронзовых статуй, созданных греческими художниками примерно на 500 лет раньше, в пятом и четвертом веках до нашей эры.

Техника литья

Основная статья: Литье по выплавляемым моделям

Наиболее широко используемый метод художественного литья из бронзы — это метод «воска по выплавляемым моделям» или микроплавление , который — в различных вариантах — следует следующим этапам: [ 15 ]

1. Оригинальная лепка из глины, гипса или другого материала.
2. Снятие основной формы, как правило, из гипса. После установки ядро ​​(исходная модель) удаляется.
3. «Негативная» форма заполняется воском для изготовления «позитивной» формы из этого материала.
4. Воск покрывают глиняной смесью. После высыхания его отправляют в печь, где воск тает и «теряется».
5. В случае небольших предметов новая форма используется непосредственно для отливки бронзы. Для более крупных изделий обычно его заполняют слоем воска, который образует пленку желаемой толщины для бронзы, а внутреннюю часть (папу) заполняют огнеупорным материалом. Весь процесс требует размещения аэраторов, литейных каналов и различных мер предосторожности для получения однородной отливки.
6. Финишная обработка, включающая в себя спиливание дефектов, шероховатость и полировку изделия.
7. Патина путем применения различных кислот и нагревания горелкой для ускорения окисления.