Bronz je slitina na bázi mědi. Pomocnými kovy mohou být nikl, zinek, cín, hliník a další. V tomto článku budeme zvažovat typy, technologické vlastnosti, chemické látky. složení bronzu a také způsoby jeho výroby.
Klasifikace
1. Podle chemického složení se tento kov obvykle dělí do dvou skupin. První jsou cínové bronzy. V nich je hlavním legujícím prvkem cín. Druhý je bez plechu. Níže o tom budeme hovořit podrobněji.
2. Podle technologických vlastností bronzu je zvykem jej dělit na deformovatelný a slévárenský. Ty první se dobře zpracovávají pod tlakem. Poslední jmenované se používají pro tvarové odlitky.
Tento kov má ve srovnání s mosazí mnohem lepší kluzné, mechanické vlastnosti a také odolnost proti korozi. Bronz je ve skutečnosti slitina mědi a cínu (jako hlavní pomocný prvek). Nikl a zinek zde nejsou hlavními legujícími prvky, k tomu se používají komponenty jako hliník, cín, mangan, křemík, olovo, železo, berylium, chrom, fosfor, hořčík, zirkon a další.
Cínové bronzy: Slévárna
Pojďme zjistit, co takový kov je. Cínový bronz (foto níže ukazuje lité díly) je slitina, která má nižší tekutost než ostatní typy. Má však nevýznamné objemové smrštění, což umožňuje získat tvarové bronzové odlitky. Tyto vlastnosti určují aktivní použití bronzu při odlévání valivých dílů. Rovněž se uvažovaná slitina používá při výrobě armatur určených pro provoz ve vodném prostředí (včetně mořské vody) nebo ve vodní páře, v olejích a pod vysokým tlakem. Pro zodpovědné účely existují také tzv. nestandardní odlévací bronzy. Používají se při výrobě ložisek, ozubených kol, pouzder, dílů čerpadel, těsnících kroužků. Tyto díly jsou navrženy pro provoz pod vysokým tlakem, vysokými rychlostmi a nízkým zatížením.
Olověné bronzy
Tento poddruh slévárenských slitin cínu se používá při výrobě ložisek, těsnění a tvarových odlitků. Takové bronzy se vyznačují nízkými mechanickými vlastnostmi, v důsledku čehož se v procesu výroby ložisek a pouzder jednoduše nanášejí na ocelový základ ve formě velmi tenké vrstvy. Slitiny s vysokým obsahem cínu mají vyšší mechanické vlastnosti. Proto je lze použít bez ocelové podložky.
Cínové bronzy: Deformovatelné
Slitiny zpracované tlakem se obvykle dělí do následujících skupin:cín-fosfor, cín-zinek a cín-zinek-olovo. Své uplatnění našly v celulózo-papírenském průmyslu (vyrábějí se z nich sítě) a strojírenství (výroba pružin, ložisek a strojních součástí). Kromě toho se tyto materiály používají při výrobě bimetalických výrobků, tyčí, pásků, pásů, ozubených kol, ozubených kol, pouzder a těsnění pro vysoce zatěžované stroje, trubek pro přístrojové vybavení, tlačných pružin. V elektrotechnice je rozšířené použití bronzu (tepaného) díky jeho vynikajícím mechanickým vlastnostem (spolu s vysokými elektrickými charakteristikami). Používá se při výrobě proudových pružin, konektorů, kontaktů. V chemickém průmyslu se cínové bronzy používají k výrobě pružinových drátů, v přesné mechanice - armatury, v papírenském průmyslu - škrabky, v automobilovém a traktorovém průmyslu - pouzdra a ložiska.
Tyto slitiny mohou být dodávány v extra tvrdém, tvrdém, polotvrdém a měkkém (žíhaném) stavu. Cínové bronzy jsou obvykle opracované za studena (válcované nebo tažené). Horký kov je pouze lisován. Pod tlakem je bronz dokonale opracován za studena i za tepla.
Beryllium bronz
Jedná se o slitinu patřící do skupiny precipitačně vytvrzovaných kovů. Má vysoké mechanické, fyzikální a elastické vlastnosti. Berylliový bronz má vysokou úroveň tepelné odolnosti, odolnosti proti korozi a cyklické pevnosti. Je odolný vůči nízkýmteplotu, nemagnetizuje a při úderu nevytváří jiskry. Kalení beryliových bronzů se provádí při teplotách 750-790 stupňů Celsia. Přídavek kob altu, železa a niklu přispívá ke zpomalení rychlosti fázových přeměn při tepelném zpracování, což značně usnadňuje technologii stárnutí a kalení. Přídavek niklu navíc přispívá ke zvýšení teploty rekrystalizace a mangan může nahradit, i když ne úplně, drahé beryllium. Výše uvedené vlastnosti bronzu umožňují použití této slitiny při výrobě pružin, pružinových částí a membrán v hodinářském průmyslu.
Slitina mědi a manganu
Tento bronz má speciální vysoké mechanické vlastnosti. Zpracovává se tlakem za studena i za tepla. Tento kov se vyznačuje vysokou tepelnou odolností a odolností proti korozi. Slitina mědi s přídavkem manganu našla široké uplatnění v armaturách pecí.
Silikonový bronz
Jedná se o slitinu obsahující nikl, méně často mangan. Takový kov se vyznačuje ultravysokými mechanickými, kluznými a elastickými vlastnostmi. Křemíkový bronz přitom při nízkých teplotách neztrácí svou plasticitu. Slitina je dobře pájená, zpracovává se tlakem za vysokých i nízkých teplot. Dotyčný kov není zmagnetizován, při úderu nejiskří. To vysvětluje široké použití bronzu (křemíku) při stavbě námořních lodí při výrobě valivých dílů, ložisek, pružin,mřížky, výparníky, pletivo a vodicí pouzdra.
Odlévání bezcínových slitin
Tento typ bronzu se vyznačuje dobrou korozí, vlastnostmi proti tření a také vysokou pevností. Používají se pro výrobu dílů, které jsou provozovány ve zvláště obtížných podmínkách. Patří sem ozubená kola, ventily, pouzdra, ozubená kola pro výkonné turbíny a jeřáby, šneky, které pracují v tandemu s kalenými ocelovými díly, ložiska, která fungují pod vysokým tlakem a rázovým zatížením.
Jak vyrobit bronz?
Výroba tohoto kovu musí být prováděna ve speciálních pecích používaných pro tavení slitin mědi. Bronzová nálož může být vyrobena z čerstvých kovů nebo s přídavkem sekundárního odpadu. Proces tavení se obvykle provádí pod vrstvou tavidla nebo dřevěného uhlí.
Proces využívající vsázku čerstvých kovů probíhá v určitém pořadí. Nejprve se potřebné množství tavidla nebo dřevěného uhlí vloží do vysoce vyhřáté pece. Pak se tam umístí měď. Po čekání na roztavení zvyšte teplotu ohřevu na 1170 stupňů. Poté musí být tavenina deoxidována, k čemuž je přidána fosforová měď. Tento proces lze provádět ve dvou fázích: přímo v peci a poté v pánvi. V tomto případě se přísada zavádí ve stejných poměrech. Dále se do taveniny přidají potřebné legující prvky zahřáté na 120 stupňů. Žáruvzdorné komponenty by měly být zavedeny ve formě ligatur. Dále roztavený bronz (foto,níže, ukazuje proces tavení) se míchá, dokud se všechny přidané látky úplně nerozpustí a zahřejí na požadovanou teplotu. Při vypouštění výsledné slitiny z pece musí být před litím nakonec dezoxidována zbytkem (50 %) fosforové mědi. To se provádí za účelem uvolnění bronzu z oxidů a zvýšení tekutosti taveniny.
Tavení z recyklovaných materiálů
Abyste mohli vyrobit bronz z recyklovaných kovů a odpadu, tavení by mělo být provedeno v následujícím pořadí. Nejprve se měď roztaví a dezoxiduje pomocí fosforových přísad. Poté se do taveniny přidávají cirkulující materiály. Poté se kovy zcela roztaví a v příslušném pořadí se zavedou legující prvky. V případě, že se vsázka skládá z malého množství čisté mědi, je nutné nejprve roztavit obíhající kovy a poté přidat měď a legující prvky. Tavení se provádí pod vrstvou tavidla nebo dřevěného uhlí.
Po roztavení směsi a jejím zahřátí na požadovanou teplotu se provede finální dezoxidace směsi fosfornou mědí. Dále se tavenina pokryje nahoře kalcinovaným uhlím nebo sušeným tavidlem. Spotřeba posledně jmenovaného je 2-3 procenta hmotnosti kovu. Zahřátá tavenina se udržuje po dobu 20-30 minut, periodicky se míchá a poté se oddělená struska odstraní z jejího povrchu. Všechno, bronz je připraven k lití. Pro lepší odstranění strusky lze do naběračky přidat křemičitý písek, který ji zahustí. Chcete-li zjistit, zda je bronz připraven k odlévání do forem, speciáltechnologický test. Lom takového vzorku musí být jednotný a čistý.
Hliník bronz
Jedná se o slitinu mědi a hliníku jako legujícího prvku. Proces tavení tohoto kovu se výrazně liší od výše uvedeného, což je vysvětleno chemickými vlastnostmi pomocné složky. Zvažte, jak vyrobit bronz pomocí komponentů z hliníkové slitiny. Při výrobě tohoto typu slitiny za použití recyklovaných materiálů ve vsázce se nepoužívá operace pro dezoxidaci fosforovými složkami. To je způsobeno tím, že fosfor se vyznačuje nižší afinitou k molekulám kyslíku než hliník. Měli byste si také uvědomit, že tento typ bronzu je velmi citlivý na přehřátí, takže teplota by neměla přesáhnout 1200 stupňů. V přehřátém stavu se hliník oxiduje a slitina bronzu je nasycena plyny. Kromě toho se oxid vznikající při tavení tohoto druhu bronzu neredukuje přidáním dezoxidačních činidel a je velmi obtížné jej z taveniny odstranit. Oxidový film má velmi vysokou teplotu tání, což výrazně snižuje tekutost bronzu a způsobuje vyřazení. Tavení probíhá velmi intenzivně, při horních hranicích teplot ohřevu. Kromě toho by se hotová tavenina neměla zadržovat v peci. Při tavení hliníkového bronzu se jako krycí vrstva doporučuje použít tavidlo, které je 50 % soda a 50 % kryolit.
Hotová tavenina se před litím do forem zušlechťuje tak, že se do ní vnese chlorid manganitý, popř.chlorid zinečnatý (0,2-0,4 % z celkové hmotnosti vsázky). Po tomto postupu by měla být slitina udržována po dobu pěti minut až do úplného zastavení vývoje plynu. Poté se směs přivede na požadovanou teplotu a nalije se do forem.
Aby se zabránilo segregaci v tavenině bronzu s vysokým obsahem olověných nečistot (50-60%), doporučuje se přidat 2-2,3% niklu ve formě měď-niklových ligatur. Nebo jako tavidla je nutné použít síranovou sůl alkalických kovů. Nikl, stříbro, mangan, pokud jsou součástí bronzu, by měly být přidány do taveniny před postupem přidávání cínu. Navíc pro zlepšení kvality výsledné slitiny je někdy modifikována drobnými přísadami na bázi žáruvzdorných kovů.
