Bronza je legura na bazi bakra. Pomoćni metali mogu biti nikal, cink, kalaj, aluminijum i drugi. U ovom članku ćemo razmotriti vrste, tehnološke karakteristike, kemijske. sastav bronze, kao i metode za njenu proizvodnju.
Klasifikacija
1. Prema hemijskom sastavu ovaj metal se obično deli u dve grupe. Prva su limene bronze. U njima je kalaj glavni legirajući element. Drugi je bez konzerve. O tome ćemo detaljnije govoriti u nastavku.
2. Prema tehnološkim karakteristikama bronce, uobičajeno je podijeliti je na deformabilnu i ljevačku. Prvi se dobro obrađuju pod pritiskom. Potonji se koriste za oblikovane odljevke.
Ovaj metal, u poređenju sa mesingom, ima mnogo bolju otpornost na trenje, mehanička svojstva, kao i otpornost na koroziju. U stvari, bronza je legura bakra i kalaja (kao glavni pomoćni element). Nikl i cink ovde nisu glavni legirajući elementi; za to se koriste komponente kao što su aluminijum, kalaj, mangan, silicijum, olovo, gvožđe, berilijum, hrom, fosfor, magnezijum, cirkonijum i druge.
Tin bronze: Livnica
Hajde da shvatimo šta je takav metal. Limeni bronza (fotografija ispod prikazuje livene delove) je legura koja ima manju tečnost od drugih vrsta. Međutim, ima neznatno volumetrijsko skupljanje, što omogućava dobivanje oblikovanih brončanih odljevaka. Ova svojstva određuju aktivnu upotrebu bronce u lijevanju antifrikcionih dijelova. Također, razmatrana legura se koristi u proizvodnji armatura namijenjenih za rad u vodenom mediju (uključujući morsku vodu) ili u vodenoj pari, u uljima i pod visokim pritiskom. Postoje i takozvane nestandardne livene bronce za odgovorne svrhe. Koriste se u proizvodnji ležajeva, zupčanika, čaura, dijelova pumpi, zaptivnih prstenova. Ovi dijelovi su dizajnirani da rade pod visokim pritiskom, velikim brzinama i malim opterećenjima.
Olovne bronze
Ova podvrsta livačkih legura kalaja koristi se u proizvodnji ležajeva, zaptivki i oblikovanih odlivaka. Takve bronce karakteriziraju niska mehanička svojstva, zbog čega se u procesu proizvodnje ležajeva i čahura jednostavno nanose na čeličnu podlogu u obliku vrlo tankog sloja. Legure sa visokim sadržajem kalaja imaju veća mehanička svojstva. Stoga se mogu koristiti bez čelične podloge.
Tin bronze: deformabilne
Legure obrađene pritiskom obično se dijele u sljedeće grupe:kalaj-fosfor, kalaj-cink i kalaj-cink-olovo. Svoju primenu našli su u industriji celuloze i papira (od njih se prave mreže) i mašinstvu (proizvodnja opruga, ležajeva i mašinskih delova). Osim toga, ovi materijali se koriste u proizvodnji bimetalnih proizvoda, šipki, traka, traka, zupčanika, zupčanika, čahure i zaptivki za visokoopterećene mašine, cijevi za instrumentaciju, tlačnih opruga. U elektrotehnici je raširena upotreba bronce (kovane) zbog njenih odličnih mehaničkih svojstava (uz visoke električne karakteristike). Koristi se u proizvodnji strujnih opruga, konektora, kontakata. U hemijskoj industriji limene bronce se koriste za proizvodnju opružne žice, u preciznoj mehanici - okovi, u industriji papira - strugači, u automobilskoj i traktorskoj industriji - čahure i ležajevi.
Ove legure se mogu isporučiti u ekstra tvrdom, tvrdom, polutvrdom i mekom (žarenom) stanju. Limene bronce se obično obrađuju hladno (valjane ili vučene). Vrući metal se samo presuje. Pod pritiskom, bronza se savršeno obrađuje i hladno i toplo.
Berilijum bronza
Ovo je legura koja pripada grupi metala koji otvrdnjavaju na udaru. Ima visoka mehanička, fizička i elastična svojstva. Berilijum bronza ima visok nivo otpornosti na toplotu, otpornost na koroziju i cikličku čvrstoću. Otporan je na nisketemperature, ne magnetizira se i ne iskre pri udaru. Stvrdnjavanje berilijumskih bronza vrši se na temperaturama od 750-790 stepeni Celzijusa. Dodatak kob alta, gvožđa i nikla doprinosi usporavanju stope faznih transformacija tokom termičke obrade, što umnogome olakšava tehnologiju starenja i očvršćavanja. Osim toga, dodatak nikla doprinosi povećanju temperature rekristalizacije, a mangan može zamijeniti, iako ne u potpunosti, skupi berilij. Gore navedene karakteristike bronze omogućavaju upotrebu ove legure u proizvodnji opruga, opružnih dijelova i membrana u industriji satova.
Legura bakra i mangana
Ova bronza ima posebna visoka mehanička svojstva. Obrađuje se pritiskom, kako hladnom tako i toplom. Ovaj metal karakterizira visoka otpornost na toplinu, kao i otpornost na koroziju. Legura bakra sa dodatkom mangana našla je široku primenu u armaturama za peći.
Silikon bronza
Ovo je legura koja sadrži nikl, rjeđe mangan. Takav metal karakteriziraju ultra visoka mehanička, antifrikciona i elastična svojstva. Istovremeno, silikonska bronca ne gubi svoju plastičnost na niskim temperaturama. Legura je dobro lemljena, obrađena pritiskom na visokim i niskim temperaturama. Dotični metal nije magnetiziran, ne varniči pri udaru. Ovo objašnjava široku upotrebu bronce (silikona) u pomorskoj brodogradnji u proizvodnji delova protiv trenja, ležajeva, opruga,rešetke, isparivači, mrežice i vodilice.
Livene legure bez kalaja
Ovu vrstu bronze karakterišu dobra korozija, svojstva protiv trenja, kao i visoka čvrstoća. Koriste se za izradu dijelova koji rade u posebno teškim uvjetima. To uključuje zupčanike, ventile, čahure, zupčanike za snažne turbine i dizalice, puževe koji rade u tandemu sa dijelovima od kaljenog čelika, ležajeve koji rade pod visokim pritiskom i udarnim opterećenjima.
Kako napraviti bronzu?
Proizvodnja ovog metala mora se odvijati u specijalnim pećima koje se koriste za topljenje legura bakra. Bronzano punjenje se može napraviti od svježih metala ili uz dodatak sekundarnog otpada. Proces topljenja se obično izvodi ispod sloja fluksa ili drvenog uglja.
Proces koji koristi punjenje svježih metala odvija se u određenom nizu. Najprije se potrebna količina fluksa ili drvenog uglja ubacuje u jako zagrijanu peć. Zatim se tu postavlja bakar. Nakon što sačekate da se otopi, povećajte temperaturu grijanja na 1170 stepeni. Nakon toga, talina se mora deoksidirati, za što se dodaje fosforni bakar. Ovaj proces se može izvesti u dvije faze: direktno u peći, a zatim u loncu. U ovom slučaju, aditiv se unosi u jednakim omjerima. Zatim se u talinu dodaju potrebni elementi za legiranje zagrijani na 120 stepeni. Vatrostalne komponente treba uvesti u obliku ligatura. Dalje istopljena bronza (fotografija,ispod, pokazuje proces topljenja) se miješa dok se sve dodane tvari potpuno ne otope i zagriju na željenu temperaturu. Prilikom puštanja nastale legure iz peći, prije izlivanja, mora se konačno deoksidirati ostatkom (50%) fosfornog bakra. Ovo se radi kako bi se bronza oslobodila oksida i povećala fluidnost taline.
Tapljenje od recikliranih materijala
Da bi se bronza napravila koristeći reciklirane metale i otpad, topljenje treba obaviti sljedećim redoslijedom. Najprije se bakar topi i deoksidira aditivima fosfora. Zatim se u talinu dodaju cirkulirajući materijali. Nakon toga se metali potpuno tope i legirajući elementi se unose odgovarajućim redoslijedom. U slučaju da se punjenje sastoji od male količine čistog bakra, potrebno je prvo rastopiti cirkulirajuće metale, a zatim dodati bakar i legirajuće elemente. Topljenje se vrši ispod sloja fluksa ili drvenog uglja.
Nakon topljenja smjese i zagrijavanja na potrebnu temperaturu, vrši se konačna deoksidacija smjese fosfornim bakrom. Zatim se talina odozgo prekriva kalciniranim ugljem ili osušenim fluksom. Potrošnja potonjeg iznosi 2-3 posto mase metala. Zagrijana talina se drži 20-30 minuta, povremeno se miješa, a zatim se izdvojena šljaka uklanja sa njene površine. Sve, bronza je spremna za livenje. Za bolje uklanjanje šljake u lonac se može dodati kvarcni pijesak koji je zgušnjava. Da bi se utvrdilo da li je bronca spremna za livenje u kalupe, posebantehnološko ispitivanje. Prijelom takvog uzorka mora biti ujednačen i čist.
Aluminijumska bronca
To je legura bakra i aluminijuma kao legirajući element. Proces topljenja ovog metala značajno se razlikuje od gore navedenog, što se objašnjava hemijskim karakteristikama pomoćne komponente. Razmislite o tome kako napraviti bronzu koristeći komponente legure aluminija. U proizvodnji ove vrste legure korištenjem recikliranih materijala u punjenju ne koristi se operacija deoksidacije fosfornim komponentama. To je zbog činjenice da fosfor karakterizira niži afinitet za molekule kisika od aluminija. Takođe treba da znate da je ova vrsta bronze veoma osetljiva na pregrevanje, pa temperatura ne bi trebalo da pređe 1200 stepeni. U pregrijanom stanju, aluminij se oksidira, a legura bronze je zasićena plinovima. Osim toga, oksid koji nastaje pri topljenju ove vrste bronce se ne reducira dodatkom deoksidatora, te ga je vrlo teško ukloniti iz taline. Oksidni film ima vrlo visoku tačku topljenja, što značajno smanjuje fluidnost bronce i uzrokuje odbacivanje. Topljenje se vrši vrlo intenzivno, na gornjim granicama temperatura grijanja. Osim toga, gotova talina ne smije se zadržavati u peći. Prilikom topljenja aluminijske bronce preporučuje se korištenje fluksa koji je 50% sode pepela i 50% kriolita kao pokrivni sloj.
Gotova talina se rafinira prije izlivanja u kalupe uvođenjem mangan-hlorida u nju, ilicink hlorid (0,2-0,4% ukupne mase punjenja). Nakon ovog postupka, leguru treba držati pet minuta do potpunog prestanka izdvajanja plina. Nakon toga se smjesa dovede na potrebnu temperaturu i izlije u kalupe.
Kako bi se spriječila segregacija u talini bronze sa visokim sadržajem nečistoća olova (50-60%), preporučuje se dodavanje 2-2,3% nikla u obliku bakar-nikl ligatura. Ili, kao fluks, potrebno je koristiti sulfatnu sol alkalnih metala. Nikl, srebro, mangan, ako su dio bronze, treba uneti u rastop prije postupka dodavanja kalaja. Osim toga, da bi se poboljšao kvalitet dobivene legure, ponekad se modificira s manjim aditivima na bazi vatrostalnih metala.
