Бронза — марки, свойства, применение

• Что такое бронза?
• Производство бронзы
• Виды бронзы
• Бронзовый прокат
• Марки бронзы и их расшифровка
• Классификация марок бронзы
• ГОСТ’ы на бронзу и бронзовый прокат

Что такое бронза?

Бронза — это сплав на основе меди (Cu), в котором основным легирующим компонентом традиционно является олово (Sn). Современные бронзы могут включать и другие элементы, такие как алюминий (Al), кремний (Si), свинец (Pb), фосфор (P) и цинк (Zn).

Бронза известна своей прочностью, износостойкостью и коррозионной устойчивостью, что делает её ценным материалом в различных отраслях промышленности.

 Основные компоненты бронзы

• Медь (Cu) — основа сплава (80–95%).
• Олово (Sn) — классический легирующий элемент (5–20%). Чем выше доля олова, тем тверже сплав.

Другие добавки:

• Алюминий (Al) — повышает прочность и коррозионную стойкость (алюминиевая бронза).
• Кремний (Si) — улучшает текучесть при литье (кремниевая бронза).
• Свинец (Pb) — облегчает обработку резанием.
• Фосфор (P) — увеличивает износостойкость (фосфористая бронза).

Механические свойства бронзы

• Высокая прочность (до 700–800 МПа у некоторых марок).
• Хорошая пластичность (зависит от состава: оловянная бронза менее пластична, чем алюминиевая).
• Износостойкость — бронза широко используется в узлах трения (подшипники, шестерни).

Физические свойства бронзы

• Температура плавления: 850–1100 °C (зависит от состава).
• Плотность: 8,5–9,3 г/см³.
• Цвет: от красновато-коричневого до золотистого.
• Коррозионная стойкость: Устойчива к воде (включая морскую), атмосферным воздействиям и кислотам (кроме азотной). Не ржавеет, как черные металлы.
• Антифрикционные свойства: Низкий коэффициент трения, что делает её идеальной для подшипников.

Бронза – один из первых металлических сплавов, известных человечеству. Бронзовый век (около 3300–1200 гг. до н. э.) – эпоха, когда бронзовые орудия, оружие и украшения заменили каменные и медные.

Производство бронзы

Процесс производства бронзы включает добычу и подготовку сырья, плавку, разливку, термическую и механическую обработку. В зависимости от состава и метода производства бронза может быть литейной (для отливок) или деформируемой (для проката, штамповки, ковки).

Основное сырье для производства бронзы

• Медь (Cu) – основной компонент, добывается из руд (халькопирит, малахит, борнит и др.).
• Олово (Sn) – один из главных легирующих элементов, придаёт прочность и коррозионную стойкость.

Дополнительные элементы:

• Алюминий (Al) – повышает прочность и жаростойкость.
• Свинец (Pb) – улучшает антифрикционные свойства.
• Кремний (Si) – повышает износостойкость.
• Бериллий (Be) – делает сплав упругим и твёрдым.

Технология производства бронзы

1. Подготовка сырья

1. Добыча меди (в шахтах, карьерах).
2. Обогащение руды (флотация, гидрометаллургия).
3. Выплавка чистой меди (конвертерный процесс).
4. Подготовка легирующих добавок (олово, алюминий и др.).

2. Плавка бронзы

Процесс проходит в электропечах, индукционных или пламенных печах.

• Температура плавки – 900–1200°C (зависит от состава).
• В процессе плавки добавляют раскислители (например, фосфор), удаляющие кислород и предотвращающие пористость.
• Производится рафинирование – очистка от примесей.

3. Разливка бронзы

После плавки жидкий металл разливают:

• В формы (литейная бронза) – получают сложные детали.
• В слитки (прокатная бронза) – для дальнейшего проката или ковки.

4. Термическая обработка. После затвердевания бронза проходит отжиг, закалку, нормализацию, что улучшает её механические свойства.

5. Механическая обработка. Включает прокатку, ковку, штамповку, фрезерование, токарную обработку.

Методы производства бронзы

Виды бронзы

Бронза классифицируются по основному легирующему компоненту. Каждый тип обладает уникальными свойствами и областями применения. Рассмотрим основные виды бронзы, их особенности и использование.

Виды бронзы по химическому составу

Виды бронзы по технологии производства

Сравнительная таблица видов бронзы

Бронзовый прокат

Бронзовый прокат — это изделия из бронзы, полученные методом горячей или холодной прокатки через валки. Такой способ обработки придает материалу заданную форму, размеры и улучшает его механические свойства. Бронзовый прокат ценится за коррозионную стойкость, износоустойчивость, антифрикционные свойства и эстетичный внешний вид.

Основные свойства бронзового проката:

• Высокая прочность и износостойкость.
• Отличная коррозионная стойкость, особенно в морской воде.
• Хорошие антифрикционные свойства (низкое трение).
• Жаростойкость (может работать при высоких температурах).
• Хорошая электропроводность.

Виды бронзового проката

Бронзовый прокат выпускается в различных формах, в зависимости от области применения:

Где применяется бронзовый прокат:

• Машиностроение – подшипники, втулки, шестерни.
• Судостроение – детали гребных винтов, клапаны.
• Электротехника – контакты, токопроводящие элементы.
• Авиастроение – компоненты двигателей и силовых узлов.
• Строительство – декоративные элементы, облицовка.

Особенности производства

• Горячая прокатка: Используется для крупногабаритных заготовок. Температура — выше температуры рекристаллизации бронзы (около 700°C). Дает меньшую точность, но высокую производительность.
• Холодная прокатка: Применяется для тонких листов, лент и проволоки. Обеспечивает гладкую поверхность и повышенную прочность.
• Термическая обработка: Отжиг для снятия напряжений или закалка для повышения твердости.

Марки бронзы и их расшифровка

Марки бронзы — обозначаются буквенно-цифровыми кодами, где указываются основные легирующие элементы и их процентное содержание. В России применяется ГОСТ 18175-78 для деформируемых бронз и ГОСТ 493-79 для литейных.

Структура маркировки

Марка бронзы начинается с «Бр» (сокращение от «бронза»), за которым следуют:

• Буквы — обозначают легирующие элементы.
• Цифры — указывают процентное содержание каждого элемента (кроме меди, которая составляет остаток).

Пример: БрОФ6.5-0.15

• Бр — бронза.
• О — олово (Sn).
• Ф — фосфор (P).
• 6.5 — 6,5% олова.
• 0.15 — 0,15% фосфора.
• Остальное — медь (Cu).

Обозначения легирующих элементов

Особенности маркировки

Порядок букв соответствует убыванию содержания элементов (кроме меди). Например: БрАЖМц9-2-1.5 = 9% Al, 2% Fe, 1,5% Mn.

Цифры после букв указывают процент элемента (округленно). Если элемент добавлен в количестве <1%, цифра не ставится (например, БрОФ10-1 — 10% Sn, 1% P).

Литейные бронзы часто имеют в маркировке букву «Л» (например, БрО3Ц7С5Н1 — литейная).

Классификация марок бронзы

Оловянные бронзы

Содержат олово (Sn) в качестве основного легирующего элемента. Примеры:

• БрОФ6.5-0.15 (6,5% Sn, 0,15% P): Применение: пружины, контакты, мембраны.
• БрОЦС4-4-2.5 (4% Sn, 4% Zn, 2,5% Pb): Применение: антифрикционные втулки, подшипники.

Безоловянные бронзы

Основные легирующие элементы — алюминий (Al), кремний (Si), бериллий (Be) и др. Примеры:

• БрА5 (5% Al): Применение: детали для морской воды, деформируемые элементы.
• БрАЖ9-4 (9% Al, 4% Fe): Применение: шестерни, втулки, гребные винты.
• БрКМц3-1 (3% Si, 1% Mn): Применение: пружины, сетки, электротехника.
• БрБ2 (2% Be): Применение: пружины, не искрящий инструмент.

Международные аналоги

В Европе и США маркировка отличается. Например:

• C90300 (США) — аналог БрО10С10 (оловянно-свинцовая бронза).
• CuAl10Fe5Ni5 (EN) — аналог БрАЖН10-4-4.

ГОСТ’ы на бронзу и бронзовый прокат

ГОСТы, регламентирующие производство бронзы и бронзового проката, охватывают состав сплавов, технологию изготовления, параметры продукции и методы контроля. Эти стандарты обеспечивают единые требования к качеству, безопасности и совместимости материалов.

• ГОСТ 613-79. Бронзы оловянные литейные. Марки. Регламентирует состав и марки литейных оловянных бронз (например, БрО10С10, БрОЦС5-5-5).
• ГОСТ 5017-2006. Бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением. Марки. Определяет состав деформируемых бронз на основе алюминия, кремния, марганца (например, БрА5, БрКМц3-1).
• ГОСТ 18175-78. Бронзы бериллиевые. Марки. Регламентирует сплавы с бериллием (Be) — например, БрБ2.
• ГОСТ 1208-90. Листы и полосы из бронзы. Технические условия.
• ГОСТ 1628-78. Прутки прессованные из медных сплавов. Технические условия.
• ГОСТ 15835-93. Проволока из медных сплавов. Технические условия.