Бронза

БРОНЗА (французский - bronze, от итальянского - bronzo), сплав на основе меди, легирующими добавками которого являются олово, алюминий, кремний, бериллий и другие химические элементы, за исключением цинка и никеля (сплав меди с цинком называется латунью, с никелем - медно-никелевым сплавом). В зависимости от легирующего элемента различают соответственно бронзу оловянную, алюминиевую, кремниевую, бериллиевую и др. Бронза имеет золотисто-жёлтый цвет, однако при окислении поверхностного слоя приобретает окраску от зелёной до густо-коричневой или чёрной. Бронза обладает высокими твёрдостью и прочностью, хорошими антифрикционными и литейными свойствами, легко обрабатывается резанием. Бронзы подразделяются на деформируемые (выпускаются в виде лент, полос, проволоки) и литейные (для изготовления литых фасонных деталей и конструкций промышленного назначения, декоративно-прикладных изделий, скульптуры).

Оловянные бронзы обычно содержат 2,5-20% Sn. Хорошо обрабатываются резанием, паяются, хуже свариваются. Высокая коррозионная стойкость литейных бронз обусловливает их применение для изготовления пароводяной арматуры, работающей под давлением. Деформируемые бронзы, обладающие высокими упругими свойствами и сопротивлением усталости, используются для изготовления плоских пружин в точной механике, электротехнике, химическом машиностроении и других областях промышленности. Наряду с оловянными получили распространение бронзы, легированные другими элементами, часто превосходящие оловянные по многим свойствам. Алюминиевые бронзы содержат 5-12% Al. Алюминий при добавлении к меди значительно улучшает механические свойства последней. Твёрдость алюминиевых бронз можно изменять путём закалки и отпуска. Применяют для изготовления высокопрочных и коррозионностойких деталей и конструкций (сёдла клапанов, части насосов и турбин, шестерни и др.), предназначенных для работы как при обычной, так и повышенной температурах (до 500°С). Кремнистые бронзы содержат до 3% Si; обладают высокими механическими (особенно упругими) свойствами, износостойкостью. Для фасонных отливок применяются редко, так как литейные свойства кремнистых бронз ниже, чем оловянных и алюминиевых. Их используют вместо более дорогих оловянных бронз при изготовлении антифрикционных деталей, а также для замены бериллиевых бронз при производстве пружин, мембран и других деталей приборов, работающих в пресной и морской воде. Бериллиевые бронзы содержат 1,6-2,6% Be; характеризуются чрезвычайно высокими пределами упругости, прочности, а также твёрдостью и коррозионной стойкостью в сочетании с повышенными сопротивлениями усталости, ползучести и износу. Бериллиевые бронзы являются теплостойкими материалами, устойчиво работающими при температуре до 500°С. Обладают высокой тепло- и электропроводностью; при ударах не образуют искр. Они хорошо свариваются точечной и роликовой сваркой. Применяются для изготовления деталей ответственного назначения: упругих элементов точных электронных приборов (контакты, разъёмы, плоские пружины, мембраны); деталей, работающих на износ (кулачки, шестерни, червячные передачи); подшипников, работающих при высоких скоростях, больших давлениях и повышенных температурах; инструментов для работы во взрывоопасных средах - в шахтах, на газовых заводах.

Особую группу составляют бронзы, обладающие повышенной жаропрочностью (сплавы меди с хромом, железом, кобальтом и др.) и высокой тепло- и электропроводностью (сплавы меди с хромом, цирконием, совместно с кобальтом и никелем).

Историческая справка. Судя по разработкам ряда исследователей, первые многочисленные серии изделий из бронзы с искусственной примесью мышьяка появляются в начале 4-го тысячелетия до нашей эры в Циркумпонтийской металлургической провинции. Оловянные бронзы входят в употребление в основном с 3-го тысячелетия, а расцвет их применения приходится на 2-е тысячелетие, особенно там, где находились крупные, легко доступные месторождения оловянных руд (Европейская металлургическая провинция, Восточноазиатская металлургическая провинция). С 3-го тысячелетия до нашей эры широко использовались и многокомпонентные сплавы на медной основе с искусственными примесями мышьяка, сурьмы, олова, свинца, серебра и некоторых других элементов. Эпоха в истории человечества, когда бронза являлась основным материалом для изготовления оружия, орудий труда, украшений и других изделий (бронзовый век), закончилась в начале 1-го тысячелетия до нашей эры, сменившись железным веком.

Для изготовления сложных по форме изделий использовали бронзу, более насыщенную примесями, что делало расплав легкотекучим, но резко повышало хрупкость застывшего металла. Такой материал пригоден для украшений, но не для орудий. Поэтому в древних оружии и орудиях труда, как правило, примесь мышьяка не превышала 5-7%, олова - 10-12%, а в украшениях сумма примесей к меди достигала 25-30% и более. Колокола, а позднее и орудийные стволы, отливали из оловянной бронзы (колокольная бронза содержала до 20% Sn, а орудийная - до 10%).

Лит.: Смирягин А. П. Промышленные цветные металлы и сплавы. 3-е изд. М., 1974; The beginnings of metallurgy. Bochum, 1999; Колачев Б. А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М., 2001.