Технология получения бронзы – производители, способы получения, технология производства

alexxlab | 24.04.2020 | 0 | Разное

Технология производства бронзы

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………………..3

 

1.Бронза, её свойства…………………………………………………6

 

2.Технология производства…………………………………………14

 

3.Контроль качества и сфера применения………………………18

 

Заключение…………………………………………………………..24

 

Список использованных источников…………………………….25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

В 3 тыс. до Р.Х. люди начали широко применять в своей хозяйственной  деятельности металлы. Переход от каменных орудий к металлическим имел колоссальное значение в истории человечества. Пожалуй, никакое другое открытие не привело к таким значительным общественным сдвигам. Первым металлом, получившим широкое распространение, была медь. Постоянно разыскивая необходимые им камни, наши предки, надо думать, уже в древности обратили внимание на красновато-зеленые или зеленовато серые куски самородной меди. В обрывах берегов и скал им попадались медный колчедан, медный блеск и красная медная руда (куприт). Поначалу люди использовали их как обыкновенные камни и обрабатывали соответствующим способом. Вскоре они открыли, что при обработке меди ударами каменного молотка ее твердость значительно возрастает и она делается пригодной для изготовления инструментов. Таким образом вошли в употребление приемы холодной обработки металла или примитивной ковки. Затем было сделано другое важное открытие – кусок самородной меди или поверхностной породы, содержавшей металл, попадая в огонь костра, обнаруживал новые, несвойственные камню особенности: от сильного нагрева металл расплавлялся и, остывая, приобретал новую форму. Если форму делали искусственно, то получалось необходимое человеку изделие. Это свойство меди древние мастера использовали сначала для отливки украшений, а потом и для производства медных орудий труда. Так зародилась металлургия. Плавку стали осуществлять в специальных высокотемпературных печах, представлявших собой несколько измененную конструкцию хорошо известных людям гончарных печей. Вообще говоря, медь – мягкий металл, сильно уступающий в твердости камню. Но медные инструменты можно было быстро и легко затачивать. (По наблюдениям С.А. Семенова, при замене каменного топора на медный скорость рубки увеличивалась примерно в три раза.) Спрос на металлические инструменты стал быстро расти. Люди начали настоящую «охоту» за медной рудой. Оказалось, что она встречается далеко не везде. В тех местах, где обнаруживались богатые залежи меди, возникала их интенсивная разработка, появлялось рудное и шахтное дело. Как показывают открытия археологов, уже в древности процесс добычи руды был поставлен с большим размахом. Например, вблизи Зальцбурга, где добыча меди началась около1600 году до Р.Х., шахты достигали глубины 100 м, а общая длина отходящих от каждой шахты штреков составляла несколько километров. Древним рудокопам приходилось решать все те задачи, которые стоят и перед современными шахтерами: укрепление сводов, вентиляция, освещение, подъем на гора добытой руды. Штольни укрепляли деревянными подпорками. Добытую руду плавили неподалеку в невысоких глиняных печах с толстыми стенками.

В конце 3 тыс. до Р.Х. древние  мастера начали использовать свойства сплавов, первым из которых стала бронза. На открытие бронзы людей должна была натолкнуть случайность, неизбежная при массовом производстве меди. Некоторые сорта медных руд содержат незначительную (до 2%) примесь олова. Выплавляя такую руду, мастера заметили, что медь, полученная из нее, намного тверже обычной. Оловянная руда могла попасть в медиплавильные печи и по другой причине. Как бы то ни было, наблюдения за свойствами руд привели к освоению значения олова, которое и стали добавлять к меди, образуя искусственный сплав – бронзу. При нагревании с оловом медь плавилась лучше и легче подвергалась отливке, так как становилась более текучей. Бронзовые инструменты были тверже медных, хорошо и легко затачивались. Металлургия бронзы позволила в несколько раз повысить производительность труда во всех отраслях человеческой деятельности. Само производство инструментов намного упростилось: вместо того, чтобы долгим и упорным трудом оббивать и шлифовать камень, люди наполняли готовые формы жидким металлом и получали результаты, которые и во сне не снились их предшественникам. Техника литья постепенно совершенствовалась. Сначала отливку производили в открытых глиняных или песчаных формах, представлявших собой просто углубление. Их сменили открытые формы, вырезанные из камня, которые можно было использовать многократно. Однако большим недостатком открытых форм было то, что в них получались только плоские изделия. Для отливки изделий сложной формы они не годились. Выход был найден, когда изобрели закрытые разъемные формы. Перед литьем две половинки формы крепко соединялись между собой. Затем через отверстие заливалась расплавленная бронза. Когда металл остывал и затвердевал, форму разбирали и получали готовое изделие. Такой способ позволял отливать изделия сложной формы, но он не годился для фигурного литья. Но и это затруднение было преодолено, когда изобрели закрытую форму. При этом способе литья сначала лепилась из воска точная модель будущего изделия. Затем ее обмазывали глиной и обжигали в печи. Воск плавился и испарялся, а глина принимала точный слепок модели. В образовавшуюся таким образом пустоту заливали бронзу. Когда она остывала, форму разбивали. Благодаря всем этим операциям мастера получили возможность отливать даже пустотелые предметы очень сложной формы. Постепенно были открыты новые технические приемы работы с металлами, такие как волочение, клепка, пайка и сварка, дополнявшие уже известные ковку и литье. С развитием металлургии бронзовые изделия, повсюду стала вытеснять каменные. Но не нужно думать, что это произошло очень быстро. Руды цветных металлов имелись далеко не везде. Причем олово встречалось гораздо реже, чем медь. Металлы приходилось транспортировать на далекие расстояния. Стоимость металлических инструментов оставалась высокой. Все это мешало их широкому распространению. Бронза не могла до конца заменить каменные инструменты. Это оказалось под силу только железу.

1.Бронза, её  свойства

 

Бронзами называют двойные  и многокомпонентные медные сплавы, в которых основными легирующими  элементами являются различные металлы, кроме цинка. Медноникелевые сплавы выделены в отдельную группу материалов. Название бронзе дают по легирующим элементам (например, сплав меди с алюминием называют алюминиевой бронзой). Маркируют бронзы буквами Бр, за которой следуют заглавные буквы легирующих элементов и через дефис цифры — их процентное содержание.

Различают две группы бронз: оловянные, в которых преобладающим  легирующим элементом является олово, и безоловянные (специальные).

По технологическому признаку бронзы делят на деформируемые и литейные. Первые легко поддаются штамповке, ковке, рифлению и другим видам обработки давлением, используемым при изготовлении изделий. Литейные бронзы предназначены для фасонных отливок. Бронзы по сравнению с латунью обладают более высокими прочностью, коррозионной стойкостью и антифрикционными свойствами. Они весьма стойки на воздухе, в морской воде, растворах большинства органических кислот, углекислых растворах.

В качестве легирующих элементов  в бронзах используют олово, алюминий, никель, марганец, железо, кремний, свинец, фосфор, бериллий, хром, цирконий и другие элементы. Бронзы, в которых легирующие элементы входят в твердый раствор, упрочняют деформационным наклепом. Последующим низкотемпературным отжигом (250- 300° С) могут быть повышены их упругие свойства. Бронзы, содержащие бериллий, хром, цирконий и некоторые другие элементы с переменной их растворимостью в альфа-твердом растворе, упрочняют дисперсионным твердением. К этому классу относится также бронза марки БрАЖН10-4-4.

Из перечисленных элементов  олово, алюминий, никель и кремний  главным образом повышают прочность, упругие свойства и коррозионную стойкость бронз, а в сочетании с другими элементами (свинцом, фосфором, цинком) также и антифрикционные свойства. Железо и никель сильно измельчают зерно и повышают температуру рекристаллизации бронз. Марганец и кремний повышают их жаростойкость. Бериллий, хром и цирконий, особенно после закалки и старения, повышают прочностные свойства сплавов, одновременно незначительно снижая их электропроводность. Эти элементы существенно повышают жаропрочность бронз. Большинство бронз (за исключением алюминиевых) хорошо поддаются сварке и пайке твердыми и мягкими припоями.

Безоловянные бронзы по своим свойствам не уступают, а по некоторым превосходят оловянные бронзы, и поэтому их широко применяют в машиностроении и других отраслях промышленности. Бронзы используют для изготовления арматуры, всевозможных шестерен, подшипников, втулок, баков, резервуаров и других ответственных деталей и узлов машин и аппаратов.

Свойства бронз определяются содержанием в них легирующих элементов.

Бериллиевая бронза в  облагороженном состоянии — наиболее прочный сплав на медной основе. По своей твердости и упругим  свойствам при обычной температуре она превосходит высококачественные стали. Особое положение занимают хромо- и кадмий-содержащие бронзы, которые являются наиболее высокоэлектропроводными, и теплопроводными из стандартных бронз.

В машиностроении используют плоский и круглый, прокат из бронз;

Плоский прокат поставляют в мягком (отожженном или закаленном), полутвердом (обжатие 10—30%), твердом (обжатие 30—50%) н особо твердом (обжатие более 60%) состоянии.

1.1. Оловянные бронзы

 

Однофазные и двухфазные бронзы превосходят латуни в прочности  и сопротивлении коррозии (особенно в морской воде).

Однофазные бронзы в  катаном состоянии, особенно после  значительной холодной пластической деформации, имеют повышенные прочностные и

упругие свойства (δ>= 40 кгс/мм2).

Для двухфазных бронз  характерна более высокая износостойкость.

Важное преимущество двухфазных оловянистых бронз – высокие  литейные свойства; они получают при литье наиболее низкий коэффициент усадки по  сравнению с другими металлами, в том числе чугунами. Оловянные бронзы применяют для литых деталей сложной формы. Однако для арматуры котлов и подобных деталей они используются лишь в случае небольших давлений пара.

Недостаток отливок  из оловянных бронз – их значительная микропористость.

Поэтому для работы при  повышенных давлениях пара они все  больше заменяются алюминиевыми бронзами.

Из-за высокой стоимости  олова чаще используют бронзы, в  которых часть олова заменена цинком (или свинцом).

                             Таблица 1.1.

Оловянные бронзы

марка	химический состав						назначение
	Sn	P	Zn		Ni	Pb
	обрабатываемые давлением (однофазные) по ГОСТ 5017–49
Бр.ОФ6,5–0,15	6–7	0,1–0,25	―	―		―	Ленты, сетки в аппаратостроении, бумажной  пром..Мембраны, пружины, детали работающие на трение.
Бр.ОЦ4–3	3,5	―	2,7–3,3	―		―
	литейные (двухфазные) по ТУ
Бр.ОЦ10–2	9–11	―	2–4		―	―	шестерни, втулки, подшипники.
Бр.ОФ10–1	9–11	0,8–0,12	―		―	―	То же, пластичность выше.
Бр.ОНС11–4–3	―	―	―		4	3	То же, при нагреве. Втулки клапанов.

 

1.2. Алюминиевые бронзы

 

Эти бронзы (однофазные и  двухфазные) все более широко заменяют латуни и оловянные бронзы.

Однофазные бронзы в  группе медных сплавов имеют наибольшую пластичность (δ до 60%). Их используют для листов (в том числе небольшой толщины) и штамповки со значительной деформацией. После сильной холодной пластической деформации достигаются повышенные прочность и упругость.

Двухфазные бронзы подвергают горячей деформации или применяют  в виде отливок. У алюминиевых бронз литейные свойства (жидкотекучесть) ниже, чем у оловянных; коэффициент усадки больше, но они не образуют пористости, что обеспечивает получение более плотных отливок. Литейные свойства улучшаются введением в указанные бронзы небольших количеств фосфора. Бронзы в отливках используют, в частности, для котельной арматуры сравнительно простой формы, но работающей при повышенных напряжениях.

Кроме того, алюминиевые  двухфазные бронзы, имеют более высокие прочностные свойства, чем латуни и оловянные бронзы. У сложных алюминиевых бронз, содержащих никель и железо, прочность составляет 55-60 кгс/мм2.

Все алюминиевые бронзы, как и оловянные, хорошо устойчивы против коррозии в морской воде и во влажной тропической атмосфере.

Алюминиевые бронзы используют в судостроении, авиации, и т.д. В виде лент, листов, проволоки их применяют для упругих элементов, в частности для токоведущих пружин.

Таблица 1.2. 

Алюминиевые бронзы  

марка	химический состав			назначение
	Al	Fe	Ni
	высокой пластичности (однофазные)
Бр.А5	4–6	―	―	Ленты, полосы, для пружин.
	высокой прочности (двухфазные)
Бр.АЖ 9–4	8–10	2–4	―	Шестерни, втулки, арматура, в.т.ч для морской воды.
Бр.АЖН10–4–4	9,5–11	3,5–5,5	3,5–5,5	То же, при больших давлениях и трении.

 

 

 

1.3. Кремнистые бронзы

 

Применение кремнистых бронз ограниченное. Используются однофазные бронзы как более пластичные. Они превосходят алюминиевые бронзы и латуни в прочности и стойкости в щелочных (в том числе сточных) средах.

Эти бронзы применяют  для арматуры и труб, работающих в указанных средах.

 Кремнистые бронзы, дополнительно легированные марганцем, в результате сильной холодной деформации приобретают повышенные прочность и упругость и в виде ленты или проволоки используются для различных упругих элементов.

stud24.ru

: Металлургия: образование, работа, бизнес :: MarkMet.ru

Н.А. Коротченко, П.И.Черноусов

Древнейшие металлоносные культуры Евразии, заро­дившиеся в среде культур каменного века, расширяли свои территориальные границы в эпоху Бронзового века, который охватывает период III и II тысячелетий до н.э. За это время «металлическая цивилизация» распространи­лась на территорию свыше 40 млн км2. Последовавшие эпохи железа и средневековья почти не раздвинули её границ. Все основные события и революционные сдвиги в сферах технологии и социального развития совершались по преимуществу внутри этого обширного, но четко огра­ниченного пространства [1].
 
Ключевыми революционными техническими преоб­разованиями Бронзового века принято считать освоение ирригационного земледелия и полного металлургическо­го цикла производства металлов, включая добычу руды, выжиг древесного угля, подготовку материалов, выплав­ку и рафинирование чернового металла, литьё, ковку, волочение проволоки, другие виды металлообработки и рециклинг металлолома. В Бронзовом веке были освое­ны технологии выплавки и обработки металлов, получив­ших название «семь металлов Древности»: меди, золота, свинца, серебра, железа, ртути и олова [2-8].
Были изобретены новые технологии для добычи и обработки камня. В строительном деле началось широ­кое применение металлических инструментов и орудий труда: кирок, кайл, сверл, молотов, тесел, резцов.
 
Возникновение цивилизации Древнего мира потре­бовало развития транспорта. Для этих целей использова­лись естественные водные магистрали и многочисленные водные каналы, прокладывались дороги для колесных повозок.
Первое изображение колесного транспорта, отно­сящееся к III тысячелетию до н.э., обнаружено на терри­тории бывшего Шумера (рис. 1) [2-6]. Появились легкие боевые колесницы – древнейший вид военной техники. Колесни­цы составляли главную силу всех армий Древнего мира вплоть до наступления позднего Железного века (т.е. до середины I тысячелетия до н. э). Для них требовалось легкое колесо, изготовить которое можно только с ис­пользованием специального металлического инструмен­та (рис. 2) [9].
 
Общепризнано, что определяющую роль в техниче­ском прогрессе в бронзовую эпоху сыграло появление ли­тых топоров, мечей и мотыг — основных видов орудий труда и оружия [4-6, 8-10]. Основой цивилизации стала металлургия меди.
 
Для производства меди повсеместно использовались как окисленные, так и сернистые руды. Месторождения медной руды обычно делятся на две зоны. Верхняя часть, находящаяся над уровнем грунтовых вод, представляет собой зону окисления, содержащую легковосстановимый оксид, а нижняя, основная, часть месторождения явля­ется зоной цементации, состоящей из сульфидных руд, в основном халькопирита (CuFeS,) или халькоцита (Cu9S) [11-13].
Содержание меди в сульфидных рудах намного ниже, чем в окисленных. После истощения верхних слоев начали использовать более бедные медью сульфиды. Это потре­бовало более высокого уровня горно-металлургических технологий, применения предварительного обжига, опе­раций по очистке различного рода штейнов и рафиниро­ванию «черновой» меди.
 
Металлургические печи, наиболее характерные для бронзового века, были обнаружены в Австрии (Миттеберг), в Азербайджане (Мингечаур), на Сардинии. Четы­рехугольные или цилиндрические печи имели толстые стенки, высоту до полуметра, были сложены из камня и изнутри обмазаны глиной (или целиком глинобитные). На поду печи имели небольшое углубление для сбора ме­талла. Передняя стена внизу была снабжена отверстием, через которое мехами осуществлялась подача дутья и вы­пускался из печи шлак.
Выплавленные из руды слитки меди содержали зна­чительное количество шлаковых включений. Их отде­ляли ударами молотов. Рафинирование черновой меди осуществляли в тиглях и небольших горнах. При этом на расплавленную черновую медь дутьевыми трубками подавали воздух, основная масса оставшихся в ней при­месей, кроме благородных металлов (золота и серебра), окислялась и формировала шлак [7, 8,15].
В бронзовую эпоху высокого уровня достигли техно­логии холодной ковки и литья.
Ковка – древнейший способ обработки металлов давлением. Освоение способа обработки самородного металла ковкой базировалось на накопленных навыках и опыте изготовления каменных орудий труда путем «обив­ки» камня каменным же молотом [15,16].
 
Самородная медь, которую первобытные люди вна­чале тоже считали разновидностью камня, при ударах ка­менного молота не давала характерных для камня сколов, а изменяла свою форму и размеры без нарушения сплош­ности материала. Это замечательное технологическое свойство «нового камня» явилось мощнейшим стимулом добычи самородного металла и использования его чело­веком. Кроме того, было замечено, что ковка повышает твердость и прочность металла.
В качестве молота вначале применяли обычные куски твердого камня. Первобытный умелец, зажимая камень в руке, наносил им удары по куску самородного или вы­плавленного из руды металла. Эволюция этого простей­шего способа ковки привела к созданию прообраза куз­нечного молота, снабженного рукояткой [3-6].
 
Вторым из древнейших способов обработки металлов стало литье [3-6, 10]. Расплавленный металл при затвер­девании мог принять форму любого предмета. Сначала отливку производили в открытых глиняных или песча­ных формах. Их сменили открытые формы, вырезанные из камня, и формы, у которых углубление для отливаемо­го предмета находилось в одной створке, а другая была просто плоской, прикрывающей.
Следующим шагом стало изобретение разъемных форм и закрытых форм для фигурного литья. В послед­нем случае сначала лепилась из воска точная модель бу­дущего изделия. Затем ее обмазывали глиной и обжигали в печи. Воск плавился, а глина принимала точный отпеча­ток модели и использовалась в качестве литейной фор­мы. Этот способ получил название литья по восковой модели. Мастера получили возможность отливать пусто­телые предметы очень сложной формы. Для образования полости практиковалась вставка в формы особых глиня­ных сердечников (литейных стержней). Несколько позд­нее были изобретены другие, более сложные технологии литья [10,11].
Древние литейные формы делались из камня, метал­ла и глины. Последние, как правило, изготовлялись путем оттиска в глине специально сделанных моделей (из дере­ва и других материалов) изделий. Могли употребляться и сами отлитые металлические изделия. Следует отметить, что формы, вырезанные из камня или же литые металли­ческие, вследствие их большей ценности не всегда служи­ли для получения литых изделий, а могли использоваться для изготовления в них легкоплавких моделей. Например, в некоторых районах Англии было зафиксировано изго­товление свинцовых моделей в бронзовых литейных формах.
Литые мечи и кинжалы раньше других бронзовых из­делий стали произведениями искусства. Древние мечи, найденные при археологических раскопках, часто снаб­жены не только замысловатыми рукоятями с литыми узорами, но и богатой инкрустацией из серебра, золота и драгоценных камней. Они изготовлялись как цельноли­тыми, так и биметаллическими, с использованием техно­логии налива. Это позволяло клинок меча или кинжа­ла отливать из твердых сортов бронзы и проковывать, а рукояти – из мягкой бронзы, с хорошими литейными свойствами и цветом. Биметаллические мечи, как прави­ло, отливали по восковым моделям.
Согласно современным представлениям, ранний бронзовый век – это эпоха безраздельного господства мышьяковой бронзы. Олово пришло на смену мышьяку только во II тысячелетии до н.э. Отметим, что качество изделий из оловянной и мышьяковой бронз примерно одинаково, при этом технология обработки оловянной бронзы заметно сложнее, так как зачастую требует го­рячей ковки (хотя и при низких температурах). Редко на поверхности земли встречаются минералы олова. Тем не менее, оловянная бронза практически повсеместно вы­теснила мышьяковую [8].
Главная причина заключалась в следующем. В древ­ности люди относились к металлическим предметам чрезвычайно бережно, ввиду их высокой стоимости. По­врежденные предметы отправлялись в ремонт или на пе­реплавку. Но отличительной особенностью мышьяка яв­ляется возгонка при температурах около 600 °С. Именно в таких условиях проводился смягчающий отжиг бронзо­вых изделий. Теряя часть мышьяка, металл изменял свои механические свойства в худшую сторону. Объяснить это явление древние металлурги не могли. Однако достовер­но известно, что вплоть до I тысячелетия до н.э., изделия из медного и бронзового лома стоили дешевле, чем из­делия из «первородного» металла [7].
Было и еще одно обстоятельство, способствовавшее вытеснению мышьяка из металлургического производ­ства. Постоянное воздействие ядовитых паров мышьяка на организм приводит к ломкости костей, заболеваниям суставов и дыхательных путей. Неудивительно, что древ­ние металлурги не производили впечатления крепких и здоровых людей. Хромота, сутулость, деформация суста­вов были профессиональными заболеваниями мастеров работавших с мышьяковой бронзой. Недаром в мифах и преданиях многих народов, в древнейших эпосах метал­лурги часто изображаются хромыми, горбатыми, ино­гда – карликами, со скверным, раздражительным харак­тером, косматыми волосами и отталкивающей внешно­стью. Даже у древних греков бог-металлург Гефест был хромым.
Олово стало последним из семи великих металлов древности, ставшим известным человеку. Оно не присут­ствует в природе в самородном виде, а его единственный минерал, имеющий практическое значение, касситерит является трудновосстановимым и малораспространен­ным [12-17]. Тем не менее, этот минерал был известен человеку уже в глубокой древности. Дело в том, что кас­ситерит является спутником (хотя и редким) золота в его россыпных месторождениях. Благодаря высокой удель­ной массе золото и касситерит в результате промывки зо­лотоносной породы оставались на промывочных лотках древних старателей. И хотя факты использования касси­терита древними ремесленниками неизвестны, сам мине­рал был знаком человеку уже во времена неолита.
По-видимому, впервые оловянная бронза была произ­ведена из полиметаллической руды добытой из глубинных участков медных месторождений, в состав которой наряду с сульфидами меди входил и касситерит. Древние метал­лурги, уже располагавшие знаниями о положительном вли­янии на свойства металла реальгара и аурипигмента, до­статочно быстро обратили внимание на новый компонент шихты – «оловянный камень». Поэтому появление оловян­ной бронзы произошло, скорее всего, сразу в нескольких промышленных регионах Древнего мира [1, 7, 8].
 
Несмотря на выдающиеся достижения в металлур­гии меди, самым «технологичным» металлом Бронзового века было золото [4-6]. В III тысячелетии до н.э. жильное золото добывалось на территории Европы и Азии прак­тически из всех известных его месторождений. В древ­неегипетских и шумерских текстах часто можно найти упоминания о разновидностях употреблявшегося в древ­ности золота. Усматривалось различие в его происхожде­нии: «речное», «горное», «скалистое», «золото в камне», а также по цвету. Цвет нерафинированного золота зави­сит от его природных примесей: меди, серебра, мышьяка, олова, железа и пр. Древние металлурги принимали все эти сплавы золота за разновидности самого золота. Ар­хеологами найдены древние золотые изделия, охватыва­ющие большую гамму цветов: от тускло-жёлтого и серого до различных оттенков красного цвета.
Технология очистки (рафинирования) золота от при­месей была известна шумерам уже в начале III тысячеле­тия до н.э. Её описание содержится в рукописях библио­теки ассирийского царя Ашшурбанипала. Согласно этой технологии золото плавили вместе со свинцом, солью и ячменными отрубями в специальных горшках, изготов­ленных из глины, смешанной с костной золой. Образую­щийся шлак впитывался пористыми стенками горшка, а на его дне оставался очищенный сплав золота с серебром. Таким образом, из золота удалялись все примеси, кроме серебра. На Ближнем Востоке и в Египте широко применялось листовое золото – фольга. Фольгой покрывали самые раз­личные предметы: как металлические, так и деревянные. Например, с помощью ковки или органического клея зо­лотая фольга прикреплялась к изделиям из бронзы, меди и серебра. При этом золотое покрытие спасало медь и бронзу от коррозии. Золотой фольгой часто покрывали деревян­ную мебель, прикрепляя ее при помощи маленьких золо­тых заклепок. Более тонкие золотые листы приклеивались к дереву, предварительно покрытому слоем специальной штукатурки [16].
В эпоху Древнего мира широкий размах получи­ло производство ювелирных изделий и шитых золотом одежд. Ювелирные ремесла потребляли огромное коли­чество благородных металлов и их сплавов, прежде всего в виде проволоки. Золотая и серебряная проволока ис­пользовалась также в качестве эквивалента стоимости в торговле.
В первой половине III тысячелетия до н.э. металло­обработка, особенно ювелирное дело, достигла высокого уровня в Месопотамии. Широкое развитие здесь получи­ла обработка золота, серебра и электрона. Особый инте­рес представляет известное погребение царицы Шубад (XXVI-XXVвв. до н.э.). Ее одежда была покрыта бога­тыми украшениями из золота, ляпис-лазури, сердолика. Массивный головной убор состоял из диадемы, венка из золотых листьев, золотых колец и трех золотых цветков. В диадеме использована тонкая золотая проволока диаме­тром 0,25-0,30 мм, свитая в спираль диаметром около 2,38 мм. Считают, что проволока изготовлена волочением.
Наиболее древние образцы проволоки изготовлены либо ковкой, либо разрезкой кованого листового металла. В Абидосе (Египет) найден проволочный браслет, датиру­емый 3400 г. до н.э. Он состоит из двух групп бусинок, со­единенных прядью из свитых вместе золотых проволочек и толстого волоса. Искусно отделанная проволока имела такой же диаметр (0,33 мм), какой был у волоса.
Существовало два основных способа получения ко­ваной проволоки. При первом способе слиток или кусок металла расковывался молотком в пруток заданной тол­щины и профиля. При втором способе из слитка или ку­ска металла ковкой получали лист, а затем разрезали его на полоски, края которых округляли ударами молотка. При циркулярной резке получались длинные куски про­волоки – в этом заключалось её преимущество. Приме­ром практического применения циркулярной резки ме­талла могут служить полоски из золота длиной более 1,5 м, найденные в одной из гробниц Ура [17].
В Уре найдены также сканные (филигранные) из­делия, датированные III тысячелетием до н.э. Сущность сканного производства состоит в том, что из тонкой зо­лотой, серебряной или медной проволоки круглого или четырехугольного сечения выполняются ажурные или напаянные на металлическую основу узоры. Для боль­шей красоты проволока предварительно скручивается в две или три нити и сплющивается. Значительное распро­странение получили у древних народов шитые золотом одежды. Особенность этого вида искусства заключается в умении изготовлять тончайшие нити проволоки, кото­рые с основой материала образуют эластичную ткань.
Попытки производить более изящную и тонкую про­волоку привели к тому, что постепенно был выработан новый способ ее получения. Для сглаживания неровно­стей, калибрования и уплотнения проволоку стали про­талкивать через отверстия в твердых материалах. Образ­цы такой проволоки из золота, датируемые IV тысячеле­тием до н.э., найдены в Египте. Впоследствии эта опера­ция выравнивания поверхности проволоки развилась в волочение [16].
Считают, что в самом примитивном виде способ воло­чения начали применять в древнейший период (еще до по­явления металлических орудий) для отделки стержней дро­тиков и гарпунов. Стержни изготовляли из сырого дерева и затем калибровали протаскиванием (волочением) через костяные выпрямители. Раскопки погребений в Египте пе­риода Среднего царства (2800-2500 гг. до н.э.) подтверж­дают, что техника выпрямления деревянных прутков была широко распространена в древности. Обнаружена роспись, изображающая двух ремесленников, занятых выпрямлени­ем прутков из дерева.
Технология разделения металлов была освоена в свя­зи с развитием металлургии серебра. Древнейшие сере­бряные изделия обнаружены на территории Ирана и Ана­толии (современная Турция). В Иране их нашли в местечке Тепе-Сиалк: это пуговицы, датируемые началом V тысяче­летия до н.э. В Анатолии, в Бейджесултане, найдено сере­бряное кольцо, датируемое концом того же тысячелетия.
Металлургия серебра возникла в прямой связи с до­бычей свинца из соединений, содержащих свинец и серебро одновременно. Археологические находки из двух этих металлов, как правило, синхронны. Свинцовые руды, содержащие значительное количество серебра распро­странены во многих регионах мира. Известны их место­рождения в Испании, Греции, Иране, на Кавказе. Процесс отделения серебра от свинца, называемый купеляцией, был известен уже в IV тысячелетии до н.э. Для разделе­ния свинца и серебра применяли купеляцию: окисление свинца, отделение оксида (глета) от серебра и последую­щее «повторное» восстановление свинца из оксида [2-7].
В быту серебро почти повсюду появилось позднее меди и золота. Из него изготавливали, главным образом, посуду, украшения и ювелирные изделия. Быстро научились де­лать серебряную фольгу и фурнитуру, которыми украшали одежду и мебель. Уже в III тысячелетии до н.э. серебро ис­пользовали для пайки медных изделий.
Таким образом. Бронзовый век можно считать пе­риодом зарождения цветной металлургии. Основы из­вестных термических процессов извлечения цветных металлов из руд, механической обработки и литья были освоены к началу I тысячелетия до н.э.

markmet.ru

Литье бронзы: история, оборудование, технология, этапы

При изготовлении декоративных изделий из металла часто используется бронза. Из этого материала получаются привлекательные изделия, которые длительное время сохраняют приличный внешний вид. Литье бронзы считается одни из самых популярных литейных процессов и применяется сотни лет для изготовления различных изделий из этого металла. Чтобы понимать насколько этот материал подходит для литья и как с ним правильно работать, требуется обладать общей информацией о самом металле и способах его обработки.

Бронза представляет собой сплав, в состав которого может входит олово, медь и другие компоненты. К сторонним примесям относится цинк, алюминий, бериллий, свинец, никель или кремний. Если говорить о составе, бронзу можно разделить на две группы:

1. Оловянные сплавы. Материал может состоять из двух и нескольких компонентов. Олово относится ко второму по процентному содержанию компоненту сплава.
2. Безоловянные сплавы. В состав могут входить алюминий, свинец, кремний, свинец или бериллий. Эти компоненты изменяют характеристики сплава.

К характеристикам бронзового сплава относятся:

1. Плотность. Этот показатель зависит от содержания олова в составе. Среднее число 9,1 кг/куб. см.
2. Температура при которой плавится металл. Изменяется в зависимости от компонентов состава. Диапазон 880–1060 градусов по Цельсию.
3. Теплоемкость — 0,385 кДж / (кг*К).
4. Электропроводность — 0,176 мкОм*м.

При желании изменить какую-либо из характеристик сплава в его состав добавляется определённое количество сторонних примесей.

История технологии

Историки и археологи утверждают, что литье из бронзы начало развиваться более 10 тысяч лет назад. В начале истории появления этого сплава он использовался для производства орудий труда и примитивных украшений. Раньше сплав использовали только в производственных целях. На данный момент бронза используется для изготовления декоративных изделий, заборов, подвижных ограждений, люстр, бра, скульптурных композиций.

Моментом самого главного пика изготовления изделий из бронзы является период европейского барокко. В этот период люди украшали свои дома и поместья декоративными элементами из этого сплава.

Основные этапы

Литье бронзы подразумевает под собой технологический процесс, который требует использование специального оборудования и соблюдения определённых этапов производства:

1. В первую очередь подготавливается чертеж будущей заготовки.
2. Создаётся примыкание к модели литниковой системы. Для этого производится спаивание или приклеивание.
3. Изготавливается литьевая форма из огнеупорных смесей.
4. Форма освобождается от модельного состава. Для этого её нагревают паром или опускают в ёмкость с горячей водой.
5. Используя центробежную машину, расплавленная бронза заливается в форму.
6. Будущей заготовке дают самостоятельно остыть.

Для дальнейшей обработки детали из бронзы форма разбивается. Заготовка промывается с помощью химических составов.

Технологии литья бронзовых изделий

Литье из бронзы можно разделить на несколько видов в зависимости от технологического процесса и использования литейных машин. Для плавки сплава используются индукционные печи. Сам металл покрывается флюсом.

Литье под давлением

В процессе вакуумного всасывания расплавленный металл начинает втягиваться в форму кристаллизатора. Далее начинается охлаждение заготовки, которое происходит от краёв к центру. В качестве кристаллизатора использует емкость с тонкими стенками. Она охлаждается водой. После охлаждения заготовка сама отходит от формы.

Центробежное литье

Центробежное литье бронзы применяется для изготовления деталей цилиндрической и конусовидной формы. К ним относятся уплотнительные кольца, втулки для промышленного оборудование и другие детали. С помощью центробежной технологии изготавливаются червячные колёса и шестерни. Технологический процесс подразумевает под собой вращение формы, благодаря чему расплавленный металл уплотняется.

Художественное литье

Технология художественного литья из бронзы используются в случаях создания декоративных элементов. К ним относятся различные скульптуры, светильники, решётки, ограды, сувенирная продукция. Этапы художественного литья из бронзы:

1. Изначально изготавливается чертеж будущей заготовки.
2. Далее мастер создаёт форму, в которую будет переливаться расплавленный металл.
3. Расплавляется исходное сырье — шихта.
4. Форма для литья заполняется расплавленным металлом.
5. Процесс охлаждения.
6. Извлечение заготовки из формы.

Последним этапом считается очистка и дальнейшая обработка детали. Если конструкция составная, изначально создаются и обрабатываются отдельные детали. После этого они соединяются в одну конструкцию. Швы зачищаются и обрабатываются защитными составами. При правильном выполнении технологического процесса создания декоративных элементов из бронзы, можно избежать ошибок и снижения качества готовой продукции.

Литье в домашних условиях

Опытные мастера металлургии практикуют литье из бронзы в домашних условиях. Для проведения этого процесса требуется приобрести:

• горн,
• щипцы,
• древесный или каменный уголь,
• тигель в котором будет плавиться металл.

В качестве нагревательного элемента для плавки бронзового сплава часто используют газовую горелку. Связано это с тем, что бронзу можно расплавить при небольшой температуре. Так можно сэкономить на покупке индукционной печи.

Создание литейной формы

Литье бронзы в домашних условиях требует правильного изготовления форм для литья. Формовочная смесь должна состоять из смеси, песчаника, каменноугольной пыли, глины. Этапы изготовления формы:

1. Формовочная смесь засыпается в деревянный ящик, который называется опока. Сверху её утрамбовывают слабыми ударами.
2. Далее в формовочную смесь погружается модель будущей заготовки.
3. Сверху располагается ещё один ящик (опока). В него засыпается формовочная смесь. Трамбуется.
4. Далее мастер разделяет форму на нижнюю и верхнюю половины.

Как правильно залить расплавленную бронзу в литейную форму

Литье из бронзы в домашних условиях требует особой подготовки литейных форм. Из них требуется удалить воздух чтобы получились долговечные отливки без дефектов. Формы необходимо раскрутить в центрифуге с электроприводом. После этого можно заливать расплавленный металл.

Как получить более качественное литье

Качество литья можно повысить. Нужно использовать другой изменённую технологию. При этом используется воск. Из него изготавливают формы, в которые будут заливаться отливки. Можно использовать парафин. Чтобы сделать такую модель, требуется использовать готовую форму, которая нагревается в кипящей воде.

Литье бронзы известно многие сотни лет. С помощью этого технологического процесса изготавливаются декоративные элементы, ограждения, светильники и скульптуры. В состав бронзы входят разные компоненты, которые влияют на характеристики сплава. Существует различные виды изготовления отливок из бронзы, которые подразумевают разные технологические процессы.

Загрузка…

xn—-ntbhhmr6g.xn--p1ai

Способ получения высокооловянистой бронзы | Банк патентов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения высокооловянистой бронзы. Может использоваться для получения сверхпроводящих материалов. Способ получения высокооловянистой бронзы, преимущественно для сверхпроводниковых материалов, включает плавку компонентов в инертной атмосфере с электромагнитным перемешиванием расплава полем соленоида. Расплав подвергают грануляции в инертной атмосфере. Гранулы соединяют диффузионной сваркой в вакууме при температуре 0,6-0,8 от температуры плавления бронзы и давлении сжатия 0,5-21 МПа с изотермической и изобарной выдержкой в течение 10-20 минут. Техническим результатом является повышение содержания олова в бронзе и гомогенности по олову без снижения технологических характеристик сплава. 1 ил.

-Изобретение относится к цветной металлургии, конкретно к способам получения высокооловянистой бронзы, используемой преимущественно для получения сверхпроводящих материалов.

Олово является одним из важнейших компонентов сверхпроводника на основе ниобата олова. Оно вводится в исходную сборку в составе высокооловянистой бронзы при содержании олова (13-14,5)%. Для достижения требуемых механических свойств заготовок, а также электрофизических характеристик сверхпроводника важно, чтобы олово было равномерно распределено по объему бронзы. При этом не допускается наличие пористости и несплошностей в сплаве.

Известен способ получения слитков из сплавов на основе меди, содержащих олово, включающий вакуумную индукционную плавку, при которой медь загружают в графитовый тигель вакуумной индукционной печи, вакуумируют печь, расплавляют и перегревают расплав до температуры Т=1250…1400°С, рафинируют расплав за счет выдержки при этих температурах, вводят олово, охлаждают расплав до температуры литья, превышающей температуру плавления на 100-200°С, и разливают в изложницу. (Фридлярский Р.М., Стрельцов Ф.М., Молдавский О.П. Вакуумная плавка медных сплавов. М., 1974 г. Цветметинформация, с.68-69).

Недостатком данного способа является наличие в теле слитка газовой пористости и грубых, неравномерно распределенных по объему слитка хрупких выделений интерметаллической фазы Cu₃₁Sn₈, обогащенных оловом, что снижает выход годного при последующей обработке давлением таких слитков, особенно при содержании олова более 13% (по массе).

Известен также способ получения слитков на основе меди с оловом, при котором медь загружают в графитовый тигель вакуумной индукционной печи, производят ее расплавление на воздухе, вводят олово в окисленный расплав при Т=1100…1200°С, вакуумируют печь, перегревают расплав до температуры литья и разливают в водоохлаждаемую изложницу, в результате чего получают слиток из сплава меди с оловом без газовой пористости. (А.с. №1144396 кл. С22В 9/04). Недостатком данного способа является наличие в теле слитка крупных, неравномерно распределенных хрупких выделений интерметаллической фазы Cu₃₁Sn₈, обогащенных оловом, что снижает выход в годное при обработке слитков давлением, особенно при содержании олова более 13% (по массе).

Известен способ получения слитков из сплавов на основе меди, содержащих олово, при котором проводят индукционную плавку в графитовом тигле в инертной атмосфере с разливкой в изложницу. Полученный слиток переплавляют в дуговой печи в инертной атмосфере в медный водоохлаждаемый кристаллизатор. (Ю.Ф.Ефимов и др. Распределение олова в больших слитках бронзы БрО14. Известия ВУЗов. Цветная металлургия, 1990 г., с.105-110). Недостатком этого способа является неудовлетворительное формирование поверхности, а также неудовлетворительное распределение олова, обусловленное ликвационными процессами.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения бронзы (RU 2180359 10.03.2002), включающий плавку компонентов в инертной атмосфере с электромагнитным перемешиванием расплава полем соленоида.

Преимуществом данного способа является возможность получения слитков диаметром до 190 мм с удовлетворительным распределением олова по длине слитка. Недостатком известного способа является принципиальная невозможность подавления междендридной и осевой ликвации олова в поперечных сечениях слитка при кристаллизации, особенно на стадии завершения процесса дуговой плавки, когда глубина жидкой ванны еще значительна, а токовая нагрузка плавно снижается до минимума и электромагнитное перемешивание полем соленоида выключается для уменьшения глубины жидкой ванны с целью вывода усадочной раковины к поверхности кристаллизующегося слитка. Ликвационное обогащение оловом осевой части слитка и междендридного пространства, в свою очередь, приводит к образованию хрупкой интерметаллидной фазы и крупных эвтектоидных включений, присутствие которых резко снижают деформируемость высокооловянистой бронзы при обработке давлением и является основным препятствием повышения электрофизических характеристик сверхпроводников на основе ниобата олова путем повышения олова в сплаве, а также не позволит минимизировать издержки производства. При увеличении содержания олова в бронзе выше 13% (мас.) и (или) увеличении диаметра слитка ликвация олова возрастает, возрастает количество интерметаллидной фазы и эвтектоида, что приводит к повышению брака изделий, получаемых при обработке сплава давлением.

Заявляемое изобретение решает задачу подавления ликвационных процессов, повышения гомогенности сплава по олову, снижения размеров эвтектоидных включений в сплаве, что, в свою очередь, позволяет повысить содержание олова в бронзе без снижения технологических характеристик сплава и способствует повышению качества сверхпроводника, для изготовления которого она предназначена.

Технический результат достигается тем, что в способе получения высокооловянистой бронзы, включающем плавку компонентов в инертной атмосфере с электромагнитным перемешиванием расплава полем соленоида, расплав подвергают грануляции в инертной атмосфере, после чего гранулы соединяют диффузионной сваркой в вакууме при температуре 0,6-0,8 от температуры плавления бронзы и давлении сжатия 0,5-21 МПа с изотермической и изобарной выдержкой в течение 10-20 минут.

Грануляцию ведут при скорости охлаждения расплава ≥2000°С/с.

Грануляцию ведут с получением размера гранул 0,2-2,0 мм.

Новизна технического решения заключена в совокупности применения известных приемов плавки, грануляции и диффузионной сварки сплава с достижением новых качественных показателей, а именно возможности повышения содержания олова при сохранении пластичности сплава и повышении выхода в годное на технологических операциях.

Пределы параметров диффузионной сварки определяются следующим:

– при температуре диффузионной сварки менее 0,6 от температуры плавления бронзы снижается плотность заготовки, при температуре более 0,8 от температуры плавления бронзы увеличивается свариваемость сплава с инструментом;

– при давлении сжатия гранул менее 0,5 МПа снижается плотность заготовки, при давлении более 21 МПа увеличивается заклинивание инструмента по технологическим зазорам;

– при изотермической выдержке менее 10 минут уменьшается плотность заготовки, при изотермической выдержке более 20 минут снижается производительность процесса.

Скорость охлаждения расплава ≥2000°С/с определяется параметрами инертной атмосферы и габаритами установки грануляции.

Пределы размеров гранул от 0,5 до 2,0 мм задаются параметрами инертной атмосферы, а также скоростью распыления гранул и определяются следующим: – при размере гранул более 2,0 мм значительно искажается сферическая форма и возрастает расход гелия на охлаждение, при размере менее 0,5 мм снижается производительность процесса грануляции.

Отлитые гранулы подвергают твердофазному компактированию диффузионной сваркой в вакууме не выше 5×10^-5 мм рт. ст., в интервале температур 0,6-0,8 температуры плавления высокооловянистой бронзы, при давлении сжатия 0,5-21 МПа, изобарной и изотермической выдержке в течение 10-20 мин.

Пример осуществления способа.

Катодную медь марки МООК(ГОСТ859-78) и олово в чушках марки 01Пч(ГОСТ860-75) загружали в плавильник установки гранулирования. Вакуумировали печь и гранулятор до остаточного давления 5×10^-5 мм рт. ст., после чего заполняли печь и гранулятор гелием марки А до давления 0,4-0,6 ати. Расплав перегревали на 100-150°С выше температуры плавления и перемешивали полем индуктора. Продолжительность перемешивания определялась опытным путем по результатам хим. анализов. Полученную бронзу гранулировали и классифицировали по границам – 2000+200 мкм. Гранулы бронзы сваривали в необходимые заготовки в вакуумной установке УСП. Температура нагрева гранул составляла 0,6 от температуры плавления бронзы, давление сжатия составляло 15МПа, а время выдержки составило 20 мин. Сваренные черновые заготовки протачивали в необходимые размеры для последующей обработки давлением. В результате осуществления способа получили равномерное распределение олова в бронзе с мелкодисперсным выделением эвтектоида, который легко растворяется последующей гомогенизацией. Способ позволил повысить содержание олова в сплаве до 15% (по массе) без существенного снижения технологичности сплава.

На чертеже приведена микроструктура высокооловянистой бронзы:

а, б – микроструктура литой бронзы, полученной по прототипу,

в, г – микроструктура литой бронзы, полученной по предлагаемому способу.

Формула изобретения

1. Способ получения высокооловянистой бронзы, преимущественно для сверхпроводниковых материалов, включающий плавку компонентов в инертной атмосфере с электромагнитным перемешиванием расплава полем соленоида, отличающийся тем, что расплав подвергают грануляции в инертной атмосфере, после чего гранулы соединяют диффузионной сваркой в вакууме при температуре 0,6-0,8 от температуры плавления бронзы и давлении сжатия 0,5-21 МПа с изотермической и изобарной выдержкой в течение 10-20 мин.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что грануляцию проводят со скоростью охлаждения расплава ≥2000°С/с.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что грануляцию проводят с получением размера гранул 0,2-2,0 мм.

bankpatentov.ru

Способ получения оловянистой бронзы

Изобретение относится к цветной металлургии и, в частности, к способам получения оловянистой бронзы. Техническим результатом изобретения является сокращение времени и трудозатрат на получение оловянистой бронзы. Оловянистую бронзу получают плавлением медного минерального концентрата, содержащего в %: Cu₂S – 20-25; CuFeS, FeS – 20-25; AsFeS – 1,5-2,5; SnO₂ – 3-5; Zn – 1,5-2,0; Pb – 1,5-2,0; ZnS – 1,5-2,0; SiO₂ – остальное (например, “Дальневосточной горной компании” (пос.Солнечный, Хабаровский край), который обжигают при температуре 800-850°С и изготавливают окатыши из обожженного медного минерального концентрата, глины, извести, воды и цемиша. Полученные окатыши сушат, расплавляют и плавят под слоем молотого графита в электродуговой печи, не применяя медь и олово в качестве шихтовых материалов. Химический состав получаемой однофазной бронзы: 91,76% Cu, 4,21% Sn, 0,31% Si, 0,42 Zn, 1,8% Pb, 3,06% Fe.

 

Изобретение относится к цветной металлургии и, в частности, к способам получения оловянистой бронзы.

Известен способ получения оловянистой бронзы, при котором плавку оловянистой бронзы ведут в тигельных, плазменных и электрических печах. При приготовлении оловянистой бронзы из чистых металлов плавку начинают с расплавления меди. Затем медь раскисляют фосфором и последовательно вводят в ванну цинк, свинец, олово (В.М.Чурсин. Технология цветного литья. – М.: Металлургия, 1967, с.252).

Однако данный способ имеет недостаток, связанный с необходимостью применения чистых шихтовых материалов (медь, олово), что повышает стоимость бронзы.

В качестве прототипа принят способ получения оловянистой бронзы, включающий восстановительную плавку оловосодержащих шлаков с вторичными медьсодержащими материалами (SU 1782993 А1, стр.1-2, МПК С 22 В 7/04, опубл. 23.12.1992). Недостатками данного способа являются длительность операций приготовления оловянистой бронзы и необходимость применения чистых материалов.

Технической задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является сокращение времени и трудозатрат на получение оловянистой бронзы.

Указанная задача решается тем, что оловянистую бронзу получают плавкой из медного минерального концентрата, содержащего в %: Cu₂S – 20-25; CuFeS, FeS – 20-25; AsFeS – 1,5-2,5; SnO₂ – 3-5; Zn – 1,5-2,0; Pb – 1,5-2,0; ZnS – 1,5-2,0; SiO₂ – остальное, который перед плавкой обжигают при температуре 800-850°С и изготавливают из него глины, извести и цемиша окатыши, сушат их и подвергают плавке под слоем молотого графита в электродуговой печи. При этом не применяют ни медь, ни олово в качестве чистых шихтовых материалов, что позволяет сократить время получения оловянистой бронзы и снизить трудозатраты. Химический состав получаемой однофазной бронзы: 91,76% Cu; 4,21% Sn; 0,31% Si; 0,42% Zn; 1,8% Pb; 3,06% Fe.

Пример реализации способа

Концентрат меди, содержащий в %: Cu₂S – 20-25; CuFeS, FeS – 20-25; AsFeS – 1,5-2,5; SnO₂ – 3-5; Zn – 1,5-2,0; Pb – 1,5-2,0; ZnS – 1,5-2,0; SiO₂ – остальное, подвергают обжигу (800-850°С). При этом происходит удаление мышьяка, частичное удаление серы (SO₂) и перевод части железа из сульфидной формы в оксидную, что позволяет получать богатый по меди штейн и отделить часть железа от меди, переведя его частично в жидкий шлак. Для проведения обжига емкость с концентратом помещают в печь сопротивления и нагревают до 800-850°С. После нагрева в емкость вводят трубку, через которую подают сжатый воздух, для восстановления меди из сульфидов. Из обожженного концентрата (14,700 кг), воды, глины (4,400 кг), извести (0,735 кг), цемиша (0,147 кг) изготавливают окатыши диаметром 20-40 мм. Сушат окатыши в прокалочной печи при температуре 250°С в течение 3 ч. Обожженный концентрат в виде окатышей расплавляют под слоем молотого графита (30 мас.% от веса шихты) в электродуговой печи. Плавку ведут “на блок” в 20 кг при рабочем напряжении 60 В и токе 1000 А с нижним запалом на коротких дугах, после расплавления – в режиме длинных дуг. Расплавление происходило в течение 5 минут при 1700°С, выдержка расплава – 7 минут.

Таким образом, способ позволяет, не применяя чистые шихтовые материалы (медь и олово), сократить время получения оловянистой бронзы и снизить трудозатраты.

Способ получения оловянистой бронзы, включающий плавку в печи медь- и оловосодержащего материала, отличающийся тем, что в качестве медь- и оловосодержащего материала используют медный минеральный концентрат, содержащий, %: Cu₂S – 20-25; CuFeS, FeS – 20-25; AsFeS – 1,5-2,5; SnO₂ – 3-5; Zn – 1,5-2,0; Pb – 1,5-2,0; ZnS – 1,5-2,0; SiO₂ – остальное, который перед плавкой обжигают при температуре 800-850°С, изготавливают окатыши из обожженного медного минерального концентрата, глины, извести, воды и цемиша, сушат их, а плавку ведут в электродуговой печи под слоем молотого графита.

findpatent.ru

Технология производства бронзы

Таблица 3.2.

Характерные свойства и примерное назначение безоловянных бронз, обрабатываемых давлением

Бронза – это двойные и многокомпонентные медные сплавы, в которых основными легирующими элементами являются различные металлы, кроме цинка. Различают две группы бронз: оловянные, в которых преобладающим легирующим элементом является олово, и безоловянные (специальные).

В качестве легирующих элементов  в бронзах используют олово, алюминий, никель, марганец, железо, кремний, свинец, фосфор, бериллий, хром, цирконий и другие элементы. Свойства бронз определяются содержанием в них легирующих элементов. При этом  особенность технологии производства бронз определяется их составом:

– оловянных – образование SnO2 при взаимодействии олова с закисью меди. Наличие включений SnCO2 заметно снижает механические и эксплуатационные свойства оловянных бронз.

– алюминиевые бронзы чувствительны к перегреву и более оловянных склонны к поглощению газов. Поэтому плавку их ведут в окислительной атмосфере под слоем флюса, не допуская перегрева расплава выше 1200° С.

– бериллиевой бронзы (Бр. Б2, Бр. БНТ) мало чем отличается от плавки оловянных бронз. Для этого используют индукционные печи с графитовыми тиглями.

– кремнистые бронзы плавят в электрических индукционных печах под покровом древесного угля. Медь перед введением кремния или отходов раскисляют фосфором.

После изготовления в  независимости от способа получения, сплава и содержания все типы бронз подлежат проверки на качество и возможность их дальнейшего использования. Что касается применения, то они обширно применяются во всех сферах деятельности человека как в производстве, так и искусстве.

Тип бронзы	Марка	Характерное свойство	Назначение
Алюминиевые бронзы	БрА5 (СuАl5)	Деформируется  в  холодном   и  горячем  состояниях,  коррозиойностойкая, жаропрочная, стойкая к истиранию	Монеты, детали, работающие в морской  воде, детали для  химического машиностроения
	БрА7 (СuАl8)	Деформируется в холодном состоянии, жаропрочная и стойкая к истиранию,  коррозионностойкая, в части, к серной и уксусной кислотам	Детали для химического машиностроения,  скользящие контакты
	БрАЖМц10―3—1,5 (СиАl10FеЗМn1) БрАЖН10—4—4 (CuAl10Fe4Ni4) БрАЖНМц9— 4―4―1	Плохо   деформируется в холодном состоянии, деформируется в  горячем состоянии, высокая   прочность  при повышенных температурах, коррозионностойкая,  высокая  эрозионная  и кавитационная стойкости	Трубные доски конденсаторов, детали для химической аппаратуры
	БрАМц9—2(CuAl9Mn2)	Высокое сопротивление при знакопеременной нагрузке	Трубные доски конденсаторов, износостойкие детали, винты, валы, детали для   гидравлических установок
	БрАМц10—2	Высокое сопротивление при знакопеременной нагрузке	Заготовки, фасонное   литье в судостроении
	БрАЖ9―4 (CuAl9Fe4)	Высокие механические     свойства, хорошие    антифрикционные свойства, коррозионностойкая	Шестерни, втулки, седла клапанов в  авиапромышленности, в машиностроении для отливок массивных деталей в землю
Бериллиевые бронзы	БрБ2 (CuBe2Ni (Co) БрБНТ1,9 (CuBe2NiTi) БрБНТ1,9Мг	Высокая прочность и  износостойкость, высокие пружинные свойства, хорошие антифрикционные    свойства,  средняя    электропроводность и теплопроводность,  очень хорошая деформируемость в закаленном состоянии	Пружины, пружинящие   детали ответственного  назначения, износостойкие детали всех видов, неискрящие инструменты
Кремниевые бронзы	БрКМцЗ—1 (CuSi3Mn1)	Коррозионностойкая, пригодна для  сварки, жаропрочная,  высокое сопротивление сжатию	Детали всех видов для химических аппаратов, пружины и пружинящие детали, детали для судостроения, а также сварных конструкций
Марганцевые бронзы	БрКН1—3	Высокие механические и  технологические свойства, коррозионностойкая, хорошие антифрикционные свойства	Ответственные детали в моторостроении, направляющие втулки
	БрМц5	Высокие механические    свойства, хорошая деформируемость в горячем и холодном состояниях,    коррозионностойкая,     повышенная  жаропрочность	Детали и изделия, работающие при повышенных температурах
Кадмиевые и магниевые бронзы	БрКд1(CuCd1) БрМг0,З	Высокие электропроводность и жаропрочность	Коллекторы   электродвигателей, детали машин контактной сварки и другие детали
Серебряная бронза	БрСр0,1 (CuAg0,1)	―	Коммутаторы, коллекторныекольца, обмотки роторов турбогенераторов
Хромовая бронза	БрХ1 (CuCr1)	―	Электроды для сварки, электродетали,  оборудование варочных машин
Теллуровая бронза	(CuFeP)	―	Детали, обрабатываемые на автоматах, элементы телетехнических,   радиотехнических, электрических и электронных устройств

stud24.ru

Технология производства изделий из бронзы

Литье

Литейное дело можно смело отнести к наиболее древним ремеслам в мире. Когда литейное производство только зарождалось, тоговые мастера изготавливали свои модели из воска, а литейные формы – из глины. Позднее (примерно в XII н.э.), благодаря развитию технологий, появились двухсторонние формы для литья, при помощи которых изготавливались изделия более сложной формы – это и домашняя утварь, и оружие, и всевозможные украшения. В Средневековье (а именно в XV столетии) человечество научилось плавить чугун, а со второй половины XIX – еще и сталь. Литейное производство существенно усложнилось, и в нем начали активно использовать самые современные технологии и инструменты.

Эскиз изделия

Наша компания занимается изготовление литых изделий из бронзы и латуни. Нам под силу воплотить абсолютно любые замыслы заказчика, ведь после того, как мы получаем заказ, над созданием будущего эскиза трудятся профессиональные художники и дизайнеры. Таким образом, создается будущая модель изделия, в которой учтены все пожелания заказчика.

Модель отливки

Свой окончательный вид рабочий эскиз приобретает в виде чертежа, по которому изготавливается непосредственно сама модель. Такая модель отливки позволяет создать в литейной форме точный отпечаток будущего изделия. Можно сказать, что от точности такой модели зависит и качество отливки, а потому очень важно соблюсти все требования в процессе изготовления. Модель отливки в обязательном порядке должна имеет ровную и идеально гладкую поверхность – для этих целей она покрывается слоем шпаклевки, грунтовки и лака.

В ручном литье (а именно оно доминирует в нашей мастерской) используются разъемные и неразъемные модели отливок. Основными материала для их изготовления являются гипс, дерево или пластик. Следует отметить, что если изделие имеет сложную форму и высокую точность поверхности, то модель изготавливается из ценных пород древесины, как-то липа, ольха, сосна и бук. В некоторых случаях применяются даже модели из слоновой кости, которые можно использовать не один раз.

Конструктивно все модели, которые используются в современном литье, можно условно разделить на несколько типов:

1. Неразъемные. Такие модели наиболее часто используются в ручном литье. Извлечение таких моделей из формы происходит без разделения их на части. В процессе формовки неразъемные модели оставляют четкий отпечаток формы будущей отливки, что делает процесс литья довольно высокоточным.
2. Разъемные. Модели данного типа состоят из нескольких частей (как правило, двух), которые легко отделяются по плоскости или же фасонной поверхности. Как правило, формировка отливки посредством таких моделей происходит в разъемных опоках.
3. Специальные – модели, которые, по сути, являются формовочными шаблонами или же скелетными моделями и применяются для формировки особо сложных латунных и бронзовых отливок.

  

Формовка

После завершения работы по созданию модели и утверждению готового варианта у заказчика, выполняется еще один этап литья – изготовление формы. Именно в нее в дальнейшем заливается раскаленный металл, своими очертаниями, повторяющий форму модели. Для того, чтобы изготовить литейную форму используется непосредственно сама модель изделия, всевозможные инструменты и основной компонент – песчано-глиняная смесь. Следует отметить, что процесс формовки (изготовления формы для литья) можно назвать наиболее трудоемким и сложным. Зависит продолжительность создания формы от габаритов изделия, а также его сложности.


Современные литейные формы можно разделить на несколько видов: разовые и многоразовые. Основной составляющей любой литейной формы является кварцевый песок, в который для повышения вязкости добавляют глину (в некоторых случаях, еще и машинное масло). После изготовления отливки, разовую форму разрушают и полученный материал используют повторно.


Состоит любая литейная форма из опок (две полуформы). Такие конструкции (как правило, выполненные из стали) удерживают формовочную смесь при ее уплотнении. В ходе ручной формовки используются легкие переносные опоки, имеющие небольшие габариты.

Заливка формы

После того, как формовка завершена, форму подготавливают под дальнейшую заливку. Металл плавится в печи, которая может быть нескольких основных видов: пламенная, тигельная и дуговая.


Следует отметить, что в процессе художественного литья «чистые» металлы используются довольно редко. Сплавы для литья могут быть черными (чугун, стать) и цветными (пропорциональное соединение алюминия, олова, меди, магния цинка и т.д.). Наиболее популярными (в силу простоты плавки и литья) можно назвать бронзу и латунь – именно такие материалы в большинстве случаев и используются нашей Фирмой для получения отливок.

Латунь – это цветной металл, который является сплавом цинка и меди. Как правило, имеет плотную структуру и применяется для производства отливок сложной формы.


Бронза представляет собой сплав олова, алюминия, марганца или свинца. Существует несколько типов бронзы – безоловянная и оловянная (наиболее распространена для литья).


Как только металл в печи расплавился, производится заливка его в литейную форму. Это сама кратковременная операция литья, однако, роль ее довольно-таки велика. Именно при заливке появляется всевозможный брак, как-то раковины, пригары, недоливы. Наши мастера ля заливки расплавленного металла используют самые разнообразные ковши, но самыми оптимальными являются специальные ложки.

Выбивка отливки из формы

После литья и остывания металла в форме, производится выбивка готовой отливки.  Суть такого процесса заключается в разрушении литейной формы, для чего наши мастера используют клещи и молоток.







Опиловка и обрубка

После того, как отливка вынута из формы, на ней имеются всевозможные литники, выпоры и прибыли. Также, возможно образование заливов, которые необходимо удалить, дабы придать изделию завершенный внешний вид. Производится такой процесс при помощи специальных инструментов.




Очистка

После обрубки, отливку нужно очистить от пригоревшей формовочной смеси и других дефектов. Как правило, выполняется очистка вручную посредством металлических щеток и прочих инструментов.










Полировка

Полировка готового изделия, полученного посредством литья, производится при помощи специальной пасты, которая наносится на матерчатые круги. Кроме того, возможно использование абразивных материалов и гарцевочных щеток – все это делает возможных получения самого высокого качества финишной обработки.




Чеканка

Финишным процессом обработки отливки можно назвать чеканку. Она необходима тогда, когда поверхность модели имеет рисунок, но по каким-то причинам он не слишком четкий. Чеканка – это довольно сложный и трудоемкий процесс, который проводится настоящими профессионалами своего дела. После окончательной обработки, изделие (по желанию заказчика) может быть покрыто декоративным слоем золота, серебра, никеля или патины.

Тонирование

Тонирование – это процесс, предполагающий нанесение на отливку слоя патины, дабы искусственно состарить изделие. Цвет патины может быть разнообразным и колебаться от светло-коричневого до черного.




Сборка отливок

В последнем этапе происходит сборка отливок, т.е. соединение в одно целое частей изделия (если, соответственно, изделие составное). Отливки монтируются так, чтобы знак на одной части отливки и соответствующее ему гнездо полностью совпали.


Процесс художественного литья из бронзы и латуни завершен. Изделие готово к приему Заказчика и долгие годы будет радовать своим видом не одно поколение.

В заключении нам еще раз хотелось бы сказать о том, что эта статья не преследует рассмотрение глубоких технологических процессов и тонкостей художественного литья. Мы лишь в сжатой форме попытались описать тот процесс производства, который происходит в мастерских нашей Фирмы.

v-hram.ru