Το μπρούτζο είναι μια σύνθεση κράματος. Η χημική σύσταση του μπρούτζου

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Πολλοί άνθρωποι γνωρίζουν για το μπρούτζο μόνο ότι γλυπτά και μνημεία είναι χυτά από αυτόν. Στην πραγματικότητα, αυτό το μέταλλο στερείται αδικαιολόγητα τη λαϊκή προσοχή. Εξάλλου, δεν ήταν μάταιο ότι στην ιστορία της ανθρωπότητας υπήρξε ακόμη και μια Εποχή του Χαλκού - μια ολόκληρη εποχή κατά την οποία το κράμα κατέλαβε κυρίαρχη θέση. Είναι ένα από τα λίγα υλικά που χρησιμοποιούνται τόσο στη βιομηχανία όσο και στην τέχνη. Οι ιδιότητες που διαθέτει ένα κράμα χαλκού και κασσίτερου είναι απλώς απαραίτητες σε πολλές βιομηχανίες. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή εργαλείων, στη μηχανολογία, στη χύτευση καμπάνων και ούτω καθεξής. Ταυτόχρονα, σήμερα υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός ποιοτήτων μετάλλων, καθεμία από τις οποίες έχει ορισμένες, προ-μοντελοποιημένες ιδιότητες.

Η χρήση του μπρούτζου στο παρελθόν

Η πρώτη αναφορά ενός κράματος χαλκού και κασσίτερου χρονολογείται από την 4η χιλιετία π. Χ. Αυτή η τεχνολογική ανακάλυψηΟι ιστορικοί πιστεύουν, επέτρεψε στον πολιτισμό της Μεσοποταμίας να πάρει ηγετική θέση εκείνη την εποχή. Οι αρχαιολογικές ανασκαφές που πραγματοποιήθηκαν στο νότιο Ιράν μαρτυρούν την ευρεία χρήση του χαλκού για την κατασκευή αιχμών βελών, μαχαιριών, λόγχες, τσεκούρια και ξίφη. Ανάμεσα στα ευρήματα υπάρχουν ακόμη και εσωτερικά αντικείμενα, όπως έπιπλα και καθρέφτες, καθώς και κανάτες, αμφορείς, βάζα και πιάτα. Το ίδιο κράμα χρησιμοποιήθηκε για την κοπή αρχαίων νομισμάτων και την κατασκευή κοσμημάτων.

Ο μπρούτζος στον Μεσαίωνα αρχίζει να χρησιμοποιείται ενεργά στην Ευρώπη. Τέτοια τεράστια αντικείμενα όπως κανόνια και θόλοι εκκλησιών κατασκευάζονται από αυτό. Σε μια μεταγενέστερη περίοδο, με την ανάπτυξη της μηχανολογίας, ένα τόσο ευέλικτο μέταλλο δεν πέρασε επίσης απαρατήρητο. Εκτιμήθηκε κυρίως για τις αντιτριβικές και αντιδιαβρωτικές του ιδιότητες. Ταυτόχρονα, πρέπει να σημειωθεί ότι το υλικό που χρησιμοποιήθηκε παλαιότερα ήταν κάπως διαφορετικό από αυτό που είναι σήμερα ο μπρούντζος. Η σύνθεση του κράματος περιείχε πολλές μικρές ακαθαρσίες, υποβαθμίζοντας σημαντικά την ποιότητά του.

Χημική σύνθεση σύγχρονου μπρούτζου

Σήμερα, στην επιστήμη των υλικών, ο μπρούτζος είναι ένα κράμα δύο μετάλλων: του χαλκού και του κασσίτερου, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορες αναλογίες. Για να δώσει στο μέταλλο τις επιθυμητές ιδιότητες, ψευδάργυρος, φώσφορος, μαγνήσιο, μόλυβδος και πυρίτιο μπορούν να προστεθούν σε αυτό το ζευγάρι. Η παρουσία τυχαίων ακαθαρσιών με τη βοήθεια σύγχρονων τεχνολογιών πρακτικά μειώνεται στο μηδέν.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, η αναλογία χαλκού προς κασσίτερο σε αναλογίες 85 έως 15 τοις εκατό θεωρείται αποδεκτή. μείωση μετοχώντο δεύτερο συστατικό κάτω από το υποδεικνυόμενο σήμα δημιουργεί μια σειρά προβλημάτων, το κύριο από τα οποία είναι η ρευστοποίηση. Αυτός ο όρος χρησιμοποιείται από τους μεταλλουργούς για να αναφέρεται στη διαδικασία της αποκόλλησης του κράματος και της ανομοιόμορφης στερεοποίησής του.

Επίδραση του χρώματος κράματος στην ποιότητά του

Οι ενημερωμένοι μπορούν να μάθουν πολλά για ένα υλικό κοιτάζοντας μόνο το χρώμα που έχει ο μπρούτζος. Η σύνθεση επηρεάζει άμεσα αυτήν την παράμετρο. Όπως μπορείτε να μαντέψετε, ο χαλκός δίνει στο κράμα μια κόκκινη απόχρωση. Επομένως, η μείωση του ποσοστού του υπέρ άλλων συστατικών θα σημαίνει σταδιακή μετάβαση του χρώματος σε πιο αμυδρά τόνους.

Με τη συνήθη ισορροπία των συστατικών (85% χαλκός), ο μπρούτζος χυτό κίτρινο. Αυτή είναι η πιο κοινή ποικιλία που μπορεί να βρεθεί. Ένα λευκό κράμα λαμβάνεται μετά από ρύθμιση της αναλογίας σε αναλογία 50:50. Αλλά για να γίνει γκρίζος ο μπρούτζος, είναι απαραίτητο να μειωθεί η ποσότητα του χαλκού στο 35%.

Όσον αφορά την αλλαγή στα πρακτικά χαρακτηριστικά του κράματος κατά τον πειραματισμό με τη σύνθεσή του, η κατάσταση έχει ως εξής. Η ολκιμότητα του υλικού θα εξαρτηθεί άμεσα από την περιεκτικότητα σε κασσίτερο σε αυτό. Όσο μικρότερο είναι, τόσο πιο εύπλαστο θα είναι το μπρούτζο, αλλά αυτή η δήλωση ισχύει μόνο μέχρι ένα ορισμένο όριο. Έτσι, όταν επιτευχθεί το σημάδι 50%, το κράμα γίνεται ξανά μαλακό.

Χάλκινο στην τέχνη

Ισχυρό και ανθεκτικό υλικό, ενώ έχει αρκετά χαμηλό σημείο τήξης και καλή ολκιμότητα, δεν θα μπορούσε παρά να ενδιαφέρει τους δημιουργικούς ανθρώπους, ιδιαίτερα τους γλύπτες. Ήδη από τους V-IV αιώνες π. Χ. στην Ελλάδα, είχε μελετηθεί μέχρι την παραμικρή λεπτομέρειατεχνολογία για την κατασκευή χάλκινων αγαλμάτων, η οποία εξακολουθεί να είναι επίκαιρη σήμερα.

Συνίσταται στο γεγονός ότι το άγαλμα από πυρίμαχο υλικό αντικαθίσταται αρχικά από κερί, το οποίο καταστρέφεται απευθείας κατά τη χύτευση. Για να γίνει αυτό, σύμφωνα με το σχέδιο, πρέπει πρώτα να κατασκευαστεί ένα μοντέλο γύψου και στη συνέχεια ένα καλούπι για χύτευση. Η περιεκτικότητα σε κερί απλά λιώνει όταν εκτίθεται σε θερμοκρασία και τη θέση του παίρνει ο μπρούτζος, ο οποίος ψύχεται και σκληραίνει. Μετά από αυτό, μένει μόνο η επεξεργασία και η τελειότητα.

Μέταλλο πυροβολικού

Για την κατασκευή κανονιών, και αργότερα άλλου στρατιωτικού εξοπλισμού, χρησιμοποιήθηκε πάντα ο μπρούτζος. Η σύνθεση του κράματος που χρησιμοποιείται για αυτούς τους σκοπούς, κατά κανόνα, περιέχει 90% χαλκό και μόνο 10% κασσίτερο.

Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το υλικό για τα εργαλεία πρέπει να είναι πολύ ανθεκτικό και να έχει υψηλή αντοχή στο σχίσιμο. Η μάρκα του χάλκινου BrAZhMts10-3-1.5 διαθέτει τέτοιες ιδιότητες. Εκτός από τα κύρια συστατικά, περιέχει 1-2% μαγγάνιο, το οποίο βελτιώνει τα χαρακτηριστικά αντιτριβής και θερμοκρασίας.

Κουδούνι της εκκλησίας

Το χτύπημα των καμπάνων πρέπει να είναι μελωδικό και ο ήχος του πρέπει να ευχαριστεί το αυτί σε μεγάλη απόσταση. Παραδόξως, αλλά το χάλκινο έχει τέτοια μουσικά ταλέντα. Για τη βελτίωση του ήχου του κουδουνιού, είναι κατασκευασμένο από κράμα με υψηλή περιεκτικότητα σε κασσίτερο (από 20 έως 22%). Μερικές φορές προστίθεται και λίγο ασήμι σε αυτό. Μάρκες από μπρούτζο, που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή κουδουνιών και άλλων κρουστών οργάνων,είναι εντελώς ακατάλληλα για πρακτική χρήση σε άλλες βιομηχανίες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ένα τέτοιο κράμα έχει λεπτόκοκκη δομή και αυξημένη ευθραυστότητα.

Φώσφορος και αλουμίνιο μπρούντζος

Το πρώτο κράμα που αποτελείται από 90% χαλκό, 9% κασσίτερο και 1% φώσφορο χρησιμοποιήθηκε από τον Künzel το 1871. Ονομάστηκε phosphor bronze και το υλικό βρήκε την εφαρμογή του κυρίως στη μηχανολογία. Από αυτό χυτεύονται διάφορα εξαρτήματα μηχανής, τα οποία υπόκεινται σε αυξημένη τριβή. Ο φώσφορος είναι απαραίτητος για την αύξηση της ελαστικότητας και τη βελτίωση των αντιδιαβρωτικών ιδιοτήτων. Το κύριο πλεονέκτημα αυτού του μετάλλου είναι ότι γεμίζει τέλεια τυχόν εσοχές κατά τη χύτευση.

Ο μπρούτζος αλουμινίου, η σύνθεση του οποίου χαρακτηρίζεται από υψηλή περιεκτικότητα σε χαλκό (έως 95%), μοιάζει πολύ στην εμφάνιση με τον χρυσό. Εκτός από την ομορφιά, έχει μια σειρά από άλλα αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα. Για παράδειγμα, η προσθήκη 5% αλουμινίου επιτρέπει στο κράμα να αντέχει τη μακροχρόνια έκθεση σε επιθετικά περιβάλλοντα όπως η υψηλή οξύτητα.

Ως υλικό για την κατασκευή διαφόρων εξαρτημάτων μηχανών, αυτό το μέταλλο έχει σχεδόν παγκοσμίως αντικαταστήσει τον φωσφορόχαλκο στις χαρτοβιομηχανίες και την παραγωγή πυρίτιδας λόγω της υψηλότερης αντοχής στο σχίσιμο.

Χάλκινο πυρίτιο και μαγγάνιο

Πυρίτιο προστίθεται στο κράμα για να αυξήσει την ηλεκτρική αγωγιμότητα. Αυτή η ποιότητα χρησιμοποιείται στην παραγωγή τηλεφωνικών καλωδίων. Η σύνθεση αναφοράς του πυριτίου μπρούτζου έχει ως εξής: 97,12% χαλκός, 1,14% κασσίτερος, 0,05% πυρίτιο.

Το πιο δύσκολοη διαδικασία παραγωγής μπορεί να υπερηφανεύεται για ένα κράμα που περιέχει μαγγάνιο. Η όλη διαδικασία πραγματοποιείται σε διάφορα στάδια. Πρώτα, προστίθεται σιδηρομαγγάνιο σε λιωμένο χαλκό. Στη συνέχεια, έχοντας διατηρήσει το καθορισμένο καθεστώς θερμοκρασίας, προστίθεται κασσίτερος και, εάν είναι απαραίτητο, ψευδάργυρος. Η αγγλική εταιρεία Bronce Company κατασκευάζει διάφορες ποιότητες μπρούτζου μαγγανίου με διαφορετικό ιξώδες και σκληρότητα. Ένα τέτοιο κράμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε όλες σχεδόν τις βιομηχανίες.