Бронза

Шаблон:Обновить Шаблон:Сплав Бро́нза — сплав меди, обычно с оловом в качестве основного компонента, но к бронзам также относят медные сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка (это латунь), никеля (это мельхиор), цинка и никеля (это нейзильбер). Как правило, в любой бронзе в незначительных количествах присутствуют добавки: цинк, свинец, фосфор и другие.

Традиционную оловянную бронзу человек научился выплавлять ещё в начале бронзового века. Она широко использовалась очень долгое время, даже с приходом века железа бронза не утрачивала своей важности.

Плотность бронзы в зависимости от марки (и включения примесей) составляет 7500—8700 кг/м³; температура плавления — 930—1140 °C.

Этимология

Слово «бронза» (в форме bronzo) впервые появилось в средневековых итальянских текстах и, по всей вероятности, происходит от позднелатинского слова brandisium (в греческой форме — βροντησίον), которое производно от названия порта Бриндизи, откуда этот материал доставлялся в Рим<ref>https://www.jstor.org/stable/41728964</ref><ref>Henry and Renée Kahane. Byzantium’s Impact on the West: The Linguistic Evidence. // Illinois Classical Studies 06 (2) 1981, p. 395.</ref>. Некоторые лингвисты пытаются найти связь с персидским обозначением латуни (برنج, произносится как «berenj»)<ref>Etymologisches Wörterbuch der Europäischen (Germanischen, Romanischen und Slavischen) Wörter Orientalischen Ursprungs : Lokotsch, Karl : Free Download, Borrow, and Streaming :...</ref> — сплава меди с цинком. Также можно рассматривать версию праславянского языка - *brunь / *bronь 'бронза' – 'оружие, защита' – очевидна и логично применима к названию металла, который, в силу большей твердости, чем медь, был быстро востребован для производства оружия и защитной амуниции (аналогичная связь – между латы и латунь). То есть, возможно, к др.-рус. брънѩ 'латы<ref>https://lengvizdika.livejournal.com/7276.html</ref>

История

Самые древние бронзовые изделия, датируемые 5-м тысячелетием до н. э., были обнаружены на Иранском нагорье и у деревни Плочник в Сербии. В России наиболее древние бронзовые артефакты были обнаружены русским археологом Н. И. Веселовским в 1897 году при раскопках Майкопского кургана второй половины IV тысячелетия до н. э. Бронза майкопской культуры была мышьяковистой (сплав меди с мышьяком). Долгое время считалось, что именно представители майкопской культуры и изобрели бронзу<ref>History of Central Asia, The: 4-volume set - Christoph Baumer - Google Books</ref>. Постепенно знания о прочном и пластичном металле распространились на Ближний Восток и Египет, где, после перехода к оловянно-медному сплаву, бронза обрела положение одного из важнейших декоративных материалов. Через посредство древних индоевропейцев и сейминско-турбинцев узнали о бронзе и в Китае.

Файл:Guanghan-Sanxingdui-Museum-12-2012-gje.jpg

Четырёхметровое бронзовое дерево саньсиндуйской культуры

Исторически первой бронзой был сплав меди с мышьяком — так называемая мышьяковистая (или мышьяковая) бронза. По своим технофизическим свойствам мышьяковая бронза не уступала оловянной, а по разнообразию сортов, пригодных для тех или иных видов хозяйственной деятельности — от ответственных деталей до ювелирных изделий — даже превосходила её. Как явствует из археологических данных, в начале и даже в середине бронзового века мышьяковая бронза почти безраздельно господствовала на всём евразийском пространстве, за исключением, быть может, нескольких регионов, богатых «оловянным камнем» (современные Англия, Притяньшанье) или одновременно медными и свинцовыми рудами (Этрурия на северо-западе современной Италии).

Повсеместное вытеснение к концу бронзового века мышьяковой бронзы более дорогими сортами, в том числе оловянной, по-видимому, было связано сразу с несколькими причинами, в зависимости от региона действовавшими совместно или порознь. Среди них:

• высокая токсичность производства мышьяковой бронзы, с неизбежностью приводившая к инвалидизации металлургов и кузнецов со стажем (этот факт мог отразиться в античном образе бога металлургии Гефеста, который изображается хромым<ref>Environmental Chemistry of Arsenic - Google Books</ref>);
• непригодность мышьяковой бронзы для металлургического передела: металлургический брак из такой бронзы, равно как и сломанные изделия из неё, переплавке на сортовой металл не подлежали, так как при переплавке часть мышьяка просто испарялась или выделялась в виде шлака и бронза становилась очень хрупкой, в лучшем случае могли быть использованы для изготовления бижутерии или неответственных деталей;
• выработка за многие века поверхностно залегающих, богатых медью и мышьяком месторождений теннантита и других блеклых руд, наиболее удобных для выделки мышьяковой бронзы (использование других источников мышьяка и меди значительно усложняло процесс и делало его более дорогостоящим).

Поэтому с развитием гужевого и морского транспорта, а вместе с ними и международных экономических связей, во многих регионах стало выгоднее импортировать немышьяковые сорта бронзы, чем производить собственную мышьяковую.

• Бронзовая голова быка (Шумер, 2600—2350 гг. до н. э.)
  Бронзовая голова быка (Шумер, 2600—2350 гг. до н. э.)
• Античные бронзовые статуи
  Античные бронзовые статуи
• Бронзовый нож с золотой рукояткой с минойского Крита (18 век до н. э.)
  Бронзовый нож с золотой рукояткой с минойского Крита (18 век до н. э.)
• Бронзовая фигура из Саньсиндуя (Китай) высотой 262 см
  Бронзовая фигура из Саньсиндуя (Китай) высотой 262 см
• Позолоченные бронзовые статуэтки эпохи рококо
  Позолоченные бронзовые статуэтки эпохи рококо

С развитием крупного промышленного производства самым массовым видом бронзы стала оловянная, которую лишь в последнее столетие стали теснить конкуренты на основе ранее недоступных заменителей олова. По некоторым свойствам такие (безоловянные) бронзы превосходят оловянные: например, алюминиевые, кремниевые и особенно бериллиевые бронзы — по механическим свойствам, алюминиевые — по коррозионной стойкости, кремнецинковые — по текучести. Алюминиевая бронза благодаря красивому золотисто-жёлтому цвету и высокой коррозионной стойкости иногда также применяется как заменитель золота для изготовления бижутерии и монет. Прочность алюминиевой и бериллиевой бронз может быть дополнительно увеличена при помощи специальной термической обработки.

Оловянная бронза

Файл:Born bronze - Bronze casts.jpg

Изготовление бронзовых изделий методом литья в песчаную форму

Оловянная бронза — классический вид бронзы, сплав меди с оловом (медь преобладает), один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает значительно большей, по сравнению с чистой медью (освоенной ранее бронзы), твёрдостью, достаточной прочностью, более легкоплавка. Открытие бронзы сыграло огромную роль в освоении металлов человеком. Олово в любых марках оловяннистой бронзы всегда является вторым по количеству и основным легирующим компонентом сплава (медь — первым, а третье место отводится дополнительным добавкам: свинцу, цинку, мышьяку).

Оловянная бронза (кроме марок с низким содержанием олова — так называемой деформируемой бронзы) с трудом поддаётся обработке давлением (ковка, штамповка, прокатка и прочее), резанию и заточке. Благодаря этому бронза в целом — литейный сплав, по литейным качествам не уступает любому другому сплаву. Она обладает очень малой усадкой — 1%, тогда как усадка латуней и чугуна составляет около 1,5%, а стали — более 2%. Поэтому, несмотря на склонность к ликвации и сравнительно невысокую текучесть, бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё.

Бронзы обладают высокой антикоррозионной стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами. Этим обусловливается применение бронз в химической промышленности для изготовления литой арматуры, а также в качестве антифрикционного материала в других отраслях.

Оловянные бронзы могут быть дополнительно легированы цинком, никелем, фосфором, свинцом, мышьяком и другими металлами. Цинка добавляют не более 10% (в этом количестве он почти не изменяет свойств бронз, но делает их дешевле). Бронза с добавлением цинка называется «адмиралтейской бронзой» и обладает повышенной коррозионной стойкостью в морской воде. Свинец и фосфор улучшают антифрикционные свойства бронзы и её обрабатываемость резанием и давлением.

Безоловянные бронзы

Бронзами также могут называть некоторые другие подобные традиционной бронзе сплавы меди, в которых олово отсутствует. Самые известные из них — латунь (сплав Cu-Zn) и константан (Cu-Ni), бронзой не являющиеся, а также алюминиевая бронза и бериллиевая бронза. В прошлом (Древний Рим, к примеру) латунь и константан носили собирательное название шпиатр и считались подделкой.

Существуют также многокомпонентные бронзы — сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами.

Также необходимо упомянуть сплавы меди и фосфора. Они не могут служить машиностроительным материалом, поэтому их нельзя отнести к бронзам, однако они являются товаром на мировом рынке и предназначаются в качестве лигатуры при изготовлении многих марок фосфористых бронз, а также и для раскисления сплавов на медной основе.

Марки сплавов

Шаблон:Нет источников в разделе Бронза — это огромное семейство сплавов, обладающих разными свойствами в зависимости от своего состава, поэтому еще в СССР была разработана система обозначений состава конкретной бронзы<ref>Шаблон:Статья</ref>. Зарубежные обозначения марок бронзы строятся подобным образом, с указанием элементов из таблицы Менделеева

Сначала пишутся буквы Бр, а затем другие буквы, соответствующие металлу сплава. После каждой буквы ставят цифру концентрации в %. Если легирующего вещества менее 1%, цифру не ставят.

Например: БрО6Ц6С3

Металл	Буква	Элемент
Алюминий	А	Al
Железо	Ж	Fe
Марганец	Мц	Mn
Олово	О	Sn
Свинец	С	Pb
Фосфор	Ф	P
Цинк	Ц	Zn
Никель	Н	Ni
Кремний	К	Si

Использование

Колокольный набор из гробницы князя И (V век до н. э.)

Без бронзы невозможно обойтись в машиностроении, авиастроении и судостроении, благодаря ей изготавливаются станки, спецтехника. Она легче некоторых других металлов со сравнимой прочностью, изделия из бронзы долговечны и не подвержены воздействию солёной/морской воды. Из бронзы делают те детали, которые принимают на себя максимальную нагрузку. Небольшие изделия из сплава изнашиваются сравнительно небыстро (относительно других металлов).

Часто бронзы используются для изготовления подшипников скольжения и других деталях, подверженных трению скольжения, например, втулки в электродвигателях малой мощности, в насосах, компрессорах, вентиляторах и других механизмах. Также часто из бронзы изготавливаются венцы червячных колёс для червячных редукторов (в то же время вал-червяк изготавливается из легированной стали 40Х или 45Х), чаще всего в больших редукторах такие венцы представляют собой съёмные детали, крепящиеся к колесу болтами.

Бериллиевая бронза применяется для изготовления инструмента, не издающего искрения при использовании — такой инструмент предназначен для работы в пожаро- и взрывоопасных условиях.

Бронзографит (спечённый материал, состоящий из бронзы и частиц графита) используют для изготовления втулок для подшипников скольжения.

Адмиралтейская бронза (сплав олова меди и цинка), обладает высокой коррозионной стойкостью к подсоленной воде, данный сплав необходим при изготовлении элементов корпуса морских судов.<ref>Шаблон:Cite web</ref>

Алюминиевая бронза (сплавы меди с алюминием), в которых содержатся от 5% до 10% алюминия и 90-95% меди. Такая бронза хорошо сопротивляется окислению и действию морской воды — гораздо лучше, чем другие сплавы. Примесь кремния меняет цвет и свойства алюминиевой бронзы. Из алюминиевой бронзы изготавливают детали машин.

Кремниевая бронза отличается хорошей электропроводностью, употребляется для телефонных проволок.<ref>Шаблон:Cite web</ref>

Колокольная бронза

Классической маркой бронзы, применяемой издревле и до сих пор для литья колоколов, является колокольная бронза: 80% меди и 20% олова с разбросом соотношения 3%. Недостатком считается повышенная хрупкость, которой способствует большое содержание олова.

Пушечная бронза

Пушечным металлом называют разновидность оловянной бронзы — сплав меди, олова и цинка, используемого для отливки артиллерийских орудий (89—86 % Cu, 9—12 % Sn, 2 % Zn). Пушечные бронзы содержат в два раза меньше олова против бронз колокольных.

См. также

• Бронзовый век
• Латунь — сплав меди с цинком
• Монель-металл — сплав меди с никелем
• Потин (сплав)
• Список античных бронз
• Мышьяковистая бронза
• Алюминиевая бронза

Литература

• Шаблон:ВТ-ЭСБЕ

Ссылки

• Секреты антикварной бронзы
• Разновидности бронзы и их свойства — метПромStar