Бронза

(Bronze)

Содержание

Содержание

1. Оловянные бронзы

2. Безоловянные бронзы

3. Свойства бронзы

4. Бенинская бронза

Бронза — это сплав купрума, обычно с оловом как основным легирующим элементом, но применяются и сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка и никеля. Название «бронза» происходит от итал. bronzo которое, в свою очередь, либо произошло от персидского слова «berenj», означающего «латунь», либо от названия города Бриндизи, из которого этот материал доставлялся в Рим.

Бронза – это сплав купрума, олова и цинка.

Бронза (франц. bronze, от итал. - bronzo) - это сплав купрума с разными химическими элементами, главным образом металлами (олово, алюминий, бериллий, свинец, кадмий, хром и др.).

Оловянные бронзы

Наиболее древние бронзовые артефакты были обнаружены археологом Веселовским в 1897 году в районе реки Кубань (т.н. Майкопская культура). Бронза майкопских курганов в основном представлена сплавом купрума с мышьяком. Постепенно знания о прочном и пластичном металле распространились на Ближний Восток и Египет. Здесь, после перехода к оловянно-медному сплаву, бронза обрела положение одного из важнейших декоративных материалов.

Первые предмета торговли из бронзы получены за 3 тыс. лет до н. э. восстановительной плавкой смеси медной и оловянной руд с древесным углём. Значительно позднее бронзу стали изготовлять добавкой в медь олова и других металлов.

Бронза применялась в древности для производства оружия и орудий труда (наконечников стрел, кинжалов, топоров), украшений, монет и зеркал. В средние века большое количество бронзы шло на отливку колоколов. Колокольная бронза обычно содержит 20% олова. До середины 19 в. для отливки орудийных стволов использовалась так называемая пушечная (орудийная) Б. - сплав купрума с 10% олова. В 19 в. началось применение Б. в машиностроении (втулки подшипников, золотники паровых машин, шестерни, арматура). Особенно ценными для машиностроения оказались антифрикционные свойства и стойкость против коррозии оловянных Б. В развитых промышленных странах появилось большое число марок машинных Б. разного состава, содержавших до 10-15% олова, до 5-10% цинка, а также небольшие добавки свинца и фосфора.

В 20 в. начали изготовлять заменители оловянных бронз, не содержащие дефицитного олова и часто превосходящие их по многих свойствам. Наиболее распространены алюминиевые Б. с 5-12% алюминия и добавками железа, марганца и никеля. В 20-30-е гг. разработаны безоловянные бронзы (бериллиевые, кремненикелевые и др.), способные сильно упрочняться при закалке с последующим искусственным старением. Например, сплав купрума с 2% бериллия после термической обработки приобретает большую прочность, чем многие стали, и очень высокий предел текучести - 1280 Мн/м2 (128 кгс/мм2).

Олово на механические свойства купрума влияет аналогично цинку: повышает прочность и пластичность. Сплавы купрума с оловом 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.

Оловянная бронза хорошо обрабатывается давлением и резанием. Она имеет очень малую усадку при литье: менее 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. Оловянные бронзы знали и широко использовали ещё в древности. Большинство античных предметов торговли из бронзы содержат 75—90 % купрума и 25—10 % олова, что делает их внешне похожими на золотые, однако они более тугоплавкие. Они не утратили своего значения и в настоящее время. Оловянная бронза — непревзойдённый литейный сплав.

Оловянные бронзы легируют цинком, никелем и фосфором. Цинка добавляют до 10 %, в этом количестве он почти не изменяет свойств бронз, но делает их дешевле. Оловянная бронза с добавлением цинка называется «адмиралтейской бронзой» и обладает повышенной короззионной стойкостью в морской воде. Из нее делались, например, астролябии и другие штурманские инструменты для мореплавания. Свинец и фосфор улучшают антифрикционные свойства бронзы и её обрабатываемость резанием.

Безоловянные бронзы

В силу высокой стоимости олова были найдены заменители оловянной бронзы. Они содержат олово в меньшем количестве по сравнению с ранее применявшимися бронзами или не содержат его совсем.

В древности иногда использовался сплав купрума с мышьяком — мышьяковистая бронза, в некоторых культурах использование мышьяковистой бронзы даже предшествовало выплавке обычной. Использовались и сплавы, в которых мышьяком замещалась лишь часть олова.

В настоящее время существует ряд марок бронз, не содержащих олова. Это двойные или чаще многокомпонентные сплавы купрума с алюминием, марганцем, железом, свинцом, никелем, бериллием и кремнием. Величина усадки при кристаллизации у всех этих бронз более высокая, чем у оловянных.

По некоторым свойствам безоловянные бронзы превосходят оловянные. 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 бронзы может быть увеличена при помощи термической обработки.

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

Свойства бронзы

Присутствие посторонних металлов в настоящей бронзе (сплавах купрума с оловом) носитиногда случайный характер и обусловливается неполной чистотой исходногоматериала (некоторые образчики античной бронзы), но обыкновенно прибавка известного количества тех или других веществ производится заведомо, с определенными целями, и тогда такая бронза получает особые названия(марганцовая бронза, фосфорная бронза и т.д.).

От прибавки олова медь становится более легкоплавкой, твердой, упругой, а следовательнозвучной, способной к полировке, но менее тягучей, а потому бронза,главным образом, идет на отливку различных предметов.

Качества бронзы зависят от состава, способов приготовления и последующей обработки. Если сплавы купрума с оловом, содержащие от 7% до 15% этого последнего инаиболее употребительные в практике, подвергнуть медленному охлаждению,то происходит разделение сплава и часть более богатая купрумом застывает ранее; такое явление, называемое ликвацией бронзы, служит большой помехой при отливке больших бронзовых предметов; его до известной степени можно устранить прибавкой некоторых веществ (напр., фосфористоймеди, цинка) или быстро охлаждая отлитые предметы (обратно, примесьсвинца обусловливает более легкое разделение сплава, так что следуетизбегать прибавки этого последнего свыше 3%).

При закалке бронзыпроисходит явление совершенно обратное тому, которое наблюдается длястали: бронза становится мягкой и до известной степени ковкой. Цвет бронзы, с увеличением процентного содержания олова, переходит изкрасного (90% - 99% купрума) в желтый (85% купрума), белый (50%) истально-серый (до 35% купрума).

Что касается тягучести, то при 1% - 2% олова сплавы ковки на холоду, но менее нежели чистая медь; при 5% олова бронзу можно ковать только при температуре красного каления, а присодержании свыше 15% олова ковкость совершенно пропадает; сплавы с очень большим процентом олова опять становятся несколько мягкими и вязкими. Сопротивление разрыву зависит частью от состава, частью от агрегатногосостояния, обусловливаемого способом охлаждения; при полной однородностии одинаковом составе, бронза с мелко кристаллическим строением обладаетбольшею способностью сопротивления.

Удельный вес бронзы обыкновенно больше, чем среднее из удельного веса составных частей, и меняется отпроковки и более или менее быстрого охлаждения. По исследованиям Риша(Riche), сплав, отвечающий формуле SnСu3, имеет наибольший уд. вес 8,91(следовательно, при его образовании происходит наибольшее сжатие); строение его кристаллическое, цвет синеватый; при медленном охлаждении он остается совершенно однородным; по всей видимости, здесь имеется определенное химическое соединение. Подобными же свойствами обладаетсплав SnCu4.

Под влиянием влажности и углекислоты воздуха и томуподобных причин, на бронзе, с течением времени, появляется иногдапревосходный голубовато-зеленый налет, или слой основных медных солей,столь ценимый в бронзовых предметах знатоками и носящий название Aerugonobilis, Patina, Verde antico. Patina предохраняет бронзу от дальнейшегоизменения; имеет ли влияние на быстроту появления ее состав бронзы -вопрос спорный; известно, что образование patina можно ускорить искусственным образом, но только в ущерб красоте.

Не так давно был поднят вопрос по поводу того, что бронзовые статуи в больших городах (Лондоне, Берлине) или прямо чернеют, или же образовавшаяся на них зеленая patina постепенно приобретает более темный, почти черный цвет.

Комиссия, собранная по этому поводу в Берлине, решила, что такое явлениезависит от дымной и пыльной атмосферы больших городов, где зданияотапливаются по преимуществу каменным углем, содержащим сернистые соединения.

Для сохранения статуй рекомендуют чистить их растворомспермацета в бензине. Античная бронза была известна людям гораздо раньше латуни; в очень отдаленные времена ею, как известно, пользовались для выделки оружия,монет, различных украшений и т.п. (бронзовый век).

Бронзу получали тогда выплавкой медных и оловянных руд, а потому в античной бронзе нерідко содержатся, в виде примеси, железо, кобальт, никель, свинец, цинк,серебро и др. Наиболее старинная бронза, золотистого цвета, содержит приблизительно 88% купрума и 12% олова.

Пушечный или артиллерийский металл состоит (в круглых цифрах) из 90 -91 ч. Купрума и 9 - 10 ч. Олова (содержит также иногда небольшие количества цинка и свинца). Сплавы с таким составом весьма склонны к ликвации. Уд.вес артиллерийского металла, содержащего 10% олова, равен 8,87.

Бронза для орудий должна отличаться твердостью, вязкостью, упругостью, обладатьбольшим сопротивлением разрыву и возможной индифферентностью поотношению к химическим агентам; этим требованиям удовлетворяют сплавыуказанного состава, но только до известной степени. Так называемаястальная бронза Ухациуса (Stahlbronze) содержит 8% олова.

Для увеличения сопротивления разрыву такую бронзу подвергают сильному давлению, загонця при помощи гидравлического пресса в высверленное жерло пушки стальной конус большего диаметра. Колокольный металл отличается от предыдущего большим содержаниемолова; средний состав его: 78% купрума и 22% олова; уд. вес 8,368. Содержание серебра в некоторых колоколах составляет случайную илиизлишнюю примесь: ошибочно думают, что серебро увеличивает звучность колоколов. Сплав купрума с оловом указанного состава обладает всеми теми свойствами, которые можно требовать от хорошего колокола, т.е.звучностью, достаточной твердостью и прочностью (противодействиемразрыву). В изломе он мелкозернист, желтовато-серого цвета) легкоплавок, хрупок.

Известный тон колокола зависит от его формы, отливки и состава. Сплавы, идущие на изготовление музыкальных ударных инструментов и для китайских там-там или гонг-гонг, имеют состав подобный колокольному металлу. Особенная звучность китайских инструментов достигается быстрым охлаждением сплава (закалкой) и продолжительной проковкой. Новая статуйная бронза.

Употребление для литейных работ бронзы, состоящей только из купрума и олова, кроме сравнительной дороговизны, представляет не мало и других неудобств: такая бронза довільно трудноплавка, не так хорошо отливается в форму, при затвердевании легкоподвергается ликвации, что невыгодно отражается на наружном виде отлитыхпредметов и на образовании равномерного слоя медных солей (patina);притом она трудно поддается обработке резцом. Эти неудобства могут бать устранены известным изменением состава бронзы, а потому в настоящее время при отливке статуй часть олова в бронзе заменяют цинком.

Сплавы с10% - 18% цинка и 2% - 4% олова отличаются красивым красновато-желтымцветом, хорошо выполняют малейшие углубления формы, достаточно вязки дляобработки и приобретают от действия атмосферных влияний красивый зеленыйналет (patina). Большее содержание олова делает бронзу слишком хрупкой, а от излишней прибавки цинка она теряет свой цвет и покрывается некрасивым темным налетом металлических соединений.

От примеси свинца бронза становится более способной к обработке, но уже при количествахсвыше 3% сплавы весьма легко подвергаются ликвации. По Д'Арсе, наиболее пригодна для отливки статуй бронза, состоящая из 82% купрума, 18% цинка, 3%олова и 1,5% свинца. Нормальная бронза Эльстера содержит 862/3 % купрума,62/3 % олова, 31/3 % свинца и 31/3 % цинка. Фосфорная бронза, предложенная Кюнцелем в 1871 г., состоит из 90%купрума, 9% олова и 0,5% - 0,5% фосфора; употребляется для отливки пушек, колоколов, статуй, подшипников, различных частей машин и т.п.

Прибавка фосфора (в виде фосфорной купрума или олова) увеличивает упругость бронзы, сопротивление разрыву и твердость; расплавленный металл легко отливаетсяи хорошо выполняет углубления формы. Изменяя весовые отношения составныхчастей, можно придать сплавам желаемые свойства: сделать их мягкими как медь или вязкими как железо, и твердыми как сталь; от ударов и толчко встроение фосфористой бронзы не меняется; при содержании фосфора свыше 0,5% цвет ее золотистый.

Алюминиевая бронза - сплавы купрума с алюминием, содержащие от 5% до 10%этого последнего и 90% - 95% купрума. Цвет бронзы, при содержании 5% алюминия, весьма похож на золото; кроме красоты, она отличается многими другими превосходными качествами (между прочим сплавы с 8% - 5% алюминиявесьма тягучи).

В торговле имеется алюминиевая бронза пяти сортов, с различной степенью тягучести и противодействия разрыву; она хорошо сопротивляется окислению и действию морской воды, гораздо лучше, чем другие сплавы. Примесь кремния меняет цвет и свойства алюминиевойбронзы. Как материал для изготовления различных частей машин, она вытесняет на бумажных фабриках и пороховых заводах фосфорную бронзу.

Кремневая бронза обладает таким же сопротивлением разрыву, как фосфористая бронза и отличается большой электропроводностью, употребляется для телефонных проволок. Вейлеровская кремневая бронза(для телефонных проволок) содержит, по анализу Гампе, 97,12% купрума, 1,62% цинка, 1,14% олова и 0,05 кремния.

Марганцовая бронза получается сплавлением марганцовистого чугуния (ферромангана) с купрумом, затем с купрумом и цинком или же с купрумом, цинком и оловом. Вronce Сompany в Британии изготовляет пять сортов ее, которые отличаются друг от друга по своим свойствам (твердости, вязкости, сопротивлению разрыву) и применяются для различных целей. Кроме этих сортов бронзы, существуют еще многие другие сплавы,имеющие различные применения; такова, напр., бронза для зеркал, медалей, монет, подшипников и различных частей машин и т.д.

Цвет бронзы, с увеличением процентного содержания олова, переходит из красного (90% - 99% купрума) в желтый (85% купрума), белый (50%) и стально-серый (до 35% купрума). Что касается тягучести, то при 1% - 2% олова сплавы ковки на холоду, но менее нежели чистая медь; при 5% олова бронзу можно ковать только при температуре красного каления, а при содержании свыше 15% олова ковкость совершенно пропадает; сплавы с очень большим процентом олова опять становятся несколько мягкими и вязкими. Сопротивление разрыву зависит частью от состава, частью от агрегатного состояния, обусловливаемого способом охлаждения; при полной однородности и одинаковом составе, бронза с мелко кристаллическим строением обладает большею способностью сопротивления.

Удельный вес бронзы обыкновенно больше, чем среднее из удельного веса составных частей, и меняется от проковки и более или менее быстрого охлаждения. По исследованиям Риша (Riche), сплав, отвечающий формуле SnСu3, имеет наибольший уд. вес 8,91 (следовательно, при его образовании происходит наибольшее сжатие); строение его кристаллическое, цвет синеватый; при медленном охлаждении он остается совершенно однородным; по всей видимости, здесь имеется определенное химическое соединение. Подобными же свойствами обладает сплав SnCu4.

Под влиянием влажности и углекислоты воздуха и тому подобных причин, на бронзе, с течением времени, появляется иногда превосходный голубовато-зеленый налет, или слой основных медных солей, столь ценимый в бронзовых предметах знатоками и носящий название Aerugo nobilis, Patina, Verde antico.

Patina предохраняет бронзу от дальнейшего изменения; имеет ли влияние на быстроту появления ее состав бронзы - вопрос спорный; известно, что образование patina можно ускорить искусственным образом, но только в ущерб красоте. Не так давно был поднят вопрос по поводу того, что бронзовые статуи в больших городах (Лондоне, Берлине) или прямо чернеют, или же образовавшаяся на них зеленая patina постепенно приобретает более темный, почти черный цвет. Комиссия, собранная по этому поводу в Берлине, решила, что такое явление зависит от дымной и пыльной атмосферы больших городов, где здания отапливаются по преимуществу каменным углем, содержащим сернистые соединения. Для сохранения статуй рекомендуют чистить их раствором спермацета в бензине.

Античная бронза была известна людям гораздо раньше латуни; в очень отдаленные времена ею, как известно, пользовались для выделки оружия, монет, различных украшений и т.п. (бронзовый век). Бронзу получали тогда выплавкой медных и оловянных руд, а потому в античной бронзе нередко содержатся, в виде примеси, железо, кобальт, никель, свинец, цинк, серебро и др. Наиболее старинная бронза, золотистого цвета, содержит приблизительно 88% купрума и 12% олова.

Пушечный или артиллерийский металл состоит (в круглых цифрах) из 90 -91 ч. Купрума и 9 - 10 ч. Олова (содержит также иногда небольшие количества цинка и свинца). Сплавы с таким составом весьма склонны к ликвации. Уд. вес артиллерийского металла, содержащего 10% олова, равен 8,87. Бронза для орудий должна отличаться твердостью, вязкостью, упругостью, обладать большим сопротивлением разрыву и возможной индифферентностью по отношению к химическим агентам; этим требованиям удовлетворяют сплавы указанного состава, но только до известной степени. Так называемая стальная бронза Ухациуса (Stahlbronze) содержит 8% олова. Для увеличения сопротивления разрыву такую бронзу подвергают сильному давлению, загоняя при помощи гидравлического пресса в высверленное жерло пушки стальной конус большего диаметра.

Колокольный металл отличается от предыдущего большим содержанием олова; средний состав его: 78% купрума и 22% олова; уд. вес 8,368. Содержание серебра в некоторых колоколах составляет случайную или излишнюю примесь: ошибочно думают, что серебро увеличивает звучность колоколов. Сплав купрума с оловом указанного состава обладает всеми теми свойствами, которые можно требовать от хорошего колокола, т.е. звучностью, достаточной твердостью и прочностью (противодействием разрыву). В изломе он мелкозернист, желтовато-серого цвета) легкоплавок, хрупок. Известный тон колокола зависит от его формы, отливки и состава. Сплавы, идущие на изготовление музыкальных ударных инструментов и для китайских там-там или гонг-гонг, имеют состав подобный колокольному металлу. Особенная звучность китайских инструментов достигается быстрым охлаждением сплава (закалкой) и продолжительной проковкой.

Новая статуйная бронза. Употребление для литейных работ бронзы, состоящей только из купрума и олова, кроме сравнительной дороговизны, редставляет не мало и других неудобств: такая бронза довольно трудноплавка, не так хорошо отливается в форму, при затвердевании легко подвергается ликвации, что невыгодно отражается на наружном виде отлитых предметов и на образовании равномерного слоя медных солей (patina); притом она трудно поддается обработке резцом. Эти неудобства могут быть устранены известным изменением состава бронзы, а потому в настоящее время при отливке статуй часть олова в бронзе заменяют цинком.

Сплавы с 10% - 18% цинка и 2% - 4% олова отличаются красивым красновато-желтым цветом, хорошо выполняют малейшие углубления формы, достаточно вязки для обработки и приобретают от действия атмосферных влияний красивый зеленый налет (patina). Большее содержание олова делает бронзу слишком хрупкой, а от излишней прибавки цинка она теряет свой цвет и покрывается некрасивым темным налетом металлических соединений. От примеси свинца бронза становится более способной к обработке, но уже при количествах свыше 3% сплавы весьма легко подвергаются ликвации. По Д'Арсе, наиболее пригодна для отливки статуй бронза, состоящая из 82% купрума, 18% цинка, 3% олова и 1,5% свинца. Нормальная бронза Эльстера содержит 862/3 % купрума, 62/3 % олова, 31/3 % свинца и 31/3 % цинка.

Фосфорная бронза, предложенная Кюнцелем в 1871 г., состоит из 90% купрума, 9% олова и 0,5% - 0,5% фосфора; употребляется для отливки пушек, колоколов, статуй, подшипников, различных частей машин и т.п. Прибавка фосфора (в виде фосфорной купрума или олова) увеличивает упругость бронзы, сопротивление разрыву и твердость; расплавленный металл легко отливается и хорошо выполняет углубления формы. Изменяя весовые отношения составных частей, можно придать сплавам желаемые свойства: сделать их мягкими как медь или вязкими как железо, и твердыми как сталь; от ударов и толчков строение фосфористой бронзы не меняется; при содержании фосфора свыше 0,5% цвет ее золотистый.

Кремневая бронза обладает таким же сопротивлением разрыву, как фосфористая бронза и отличается большой электропроводностью, употребляется для телефонных проволок. Вейлеровская кремневая бронза (для телефонных проволок) содержит, по анализу Гампе, 97,12% купрума, 1,62% цинка, 1,14% олова и 0,05 кремния.

Марганцовая бронза получается сплавлением марганцовистого чугуна (ферромангана) с купрумом, затем с купрумом и цинком или же с купрумом, цинком и оловом. Вronce Сompany в Великобритании изготовляет пять сортов ее, которые отличаются друг от друга по своим свойствам (твердости, вязкости, сопротивлению разрыву) и применяются для различных целей.

Бенинская бронза

Бенинская бронза — коллекция из более чем 1000 латунных пластинок с изображениями из королевского дворца королевства Бенин. Название дважды обманчиво — не только из-за материала, но и потому, что границы средневекового королевства не совпадали с границами современных государств, и дворец находился на территории современной Нигерии, а не соседнего Бенина.

Пластинки были захвачены британскими войсками во время Бенинской карательной экспедиции 1897 года и переданы в Форин-Офис. Около 200 предметов были позднее переданы в Британский музей, остальные разошлись по частным коллекциям.

«Бронзовые» (то есть латунные) предмета торговли изображают ряд сцен, в том числе изображения животных, рыб, людей и сцены придворной жизни. Изображения отлиты попарно, хотя каждое изделие изготавливалось индивидуально. Предполагается, что изначально эти латунные украшения были приделаны к стенам и столбам дворца, при этом некоторые из них служили как наставления по придворному протоколу для прибывших ко двору.

Бронзовые предмета торговли из Нигерии вызвали в Европе большой интерес к африканской культуре. По мнению историков, они были отлиты в 13 — 16 веках.

Нигерия, на территории которой находилась значительная часть Королевства Бенин, в 1950—1970-е годы выкупила у Британского музея около 50 предметов и постоянно обращается с просьбой о возврате остальных.

Источники

ru.wikipedia.org Википедия - свободная энциклопедия

chemport.ru - Химический портал

mirslovarei.com - Мир словарей

slovopedia.com - Словопедия - толковые словари

italmas.com - Колокольный завод