Пайка бронзы: влияние состава сплава на технологический процесс

Технология пайки бронз

Пайка бронзы: влияние состава сплава на технологический процесс

Оловянистые бронзы можно паять свинцово-оловянными, серебряными и медно-цинковыми припоями. Пайка высокооловянистых бронз медно-цинковыми припоями нежелательна ввиду близости температуры плавления.

Пайку оловянных бронз можно производить любым способом: паяльником, газопламенными горелками, контактным нагревом, Нагревом т. в. ч., в соляных ваннах, в печах с контролируемой атмосферой; при этом нагрев изделия следует вести постепенно, так как при высоких скоростях нагрева основной металл склонен к красноломкости.

Пайку можно производить оловянно-свинцовыми припоями с использованием флюсов на основе хлористого цинка с добавками соляной кислоты. При высокотемпературной пайке используют медно-цинковые и серебряные припои с применением флюсов на основе борной кислоты с добавками хлористых и фтористых солей металлов.

Свинцовые бронзы можно паять припоями с флюсами, которые применяют для пайки оловянистых бронз. При этом места пайки необходимо флюсовать более тщательно, поскольку образующиеся на поверхности окислы свинца препятствуют затеканию припоя в зазор.

Алюминиевые бронзы среди медных сплавов выделяются высокими механическими свойствами, в связи с чем их широко используют в машиностроении.

В промышленности применяют как двойные сплавы меди с алюминием (простые бронзы), так и более сложные по составу бронзы с добавками марганца, железа, никеля и других элементов.

На поверхности алюминиевой и кремнистой бронзы образуется окисная пленка, которая трудно удаляется с использованием обычных флюсов. Изделие перед пайкой необходимо обрабатывать во фтористо-водородной или плавиковой кислоте.

При пайке оловянно-свинцовыми припоями применяют активные флюсы с повышенным содержанием соляной кислоты. Рекомендуются предварительная очистка и флюсование поверхности алюминиевой бронзы смесью борной кислоты с хлористыми солями металлов. Марганцевые бронзы следует паять с применением ортофосфорной кислоты.

Алюминиевые бронзы во избежание окисления и образования хрупких интерметаллидов в шве следует паять, применяя быстрые методы нагрева. Введение в припои никеля повышает пластичность и прочность соединений из алюминиевой бронзы. Повышение пластичности, вероятно, обусловлено образованием интерметаллида алюминий – никель, что предотвращает образование окислов алюминия.

Для высокотемпературной пайки алюминиевых бронз серебряными и медно-цинковыми припоями флюсы № 200 и 284 непригодны, так как они не растворяют окислы на их поверхности. Для успешной пайки в эти флюсы необходимо ввести кремнефтористый натрий (10-20%) или флюс для пайки алюминия (до 50%).

Высокотемпературную пайку марганцовистых бронз осуществляют с использованием флюсов, в состав которых входят фторобораты и фториды щелочных металлов.

При высокотемпературной пайке бронз ввиду их красноломкости следует обращать внимание на конструирование фиксирующих приспособлений и добиваться, чтобы они не препятствовали расширению деталей при нагреве и, следовательно, не создавали в них напряжений, могущих вызвать растрескивание в процессе пайки.

Бериллевые бронзы паять значительно труднее, чем другие медные сплавы, их следует паять немедленно после механической зачистки серебряными припоями с флюсом, в состав которого должны входить фтористые соли.

Медно-никелевые сплавы паяют любым способом и припоем, в том числе и чистой медью. Пайку медью в печи с контролируемой атмосферой необходимо выполнять при высоких скоростях нагрева, так как при длительной пайке основной металл растворяется в припое и прочность шва значительно падает.

Источник: http://www.prosvarky.ru/brazing/process/13.html

Правила пайки меди и бронзы

Вызывающая интерес пайка меди может выполняться одним из четырех методов: паяльником, газовой горелкой, в печах или ваннах. Когда разговор заходит о низкотемпературной технологии, то подразумевают именно паяльник. Все остальные относятся к высокотемпературным процессам.

Правила паяния медных деталей

Паяльник используют лишь для соединения мелких деталей, а сам процесс паяния производится при температуре +350 ℃. Крупные же заготовки, ввиду их повышенной теплопроводности, нужно паять только горелками.

Что касается ванн и печей, то здесь две позиции, отличающиеся друг от друга наполнителем. Это может быть припой или соль. Необходимо отметить, что соли выполняют две функции: нагревательного элемента, как источника температуры, и флюса.

То есть, в технологиях, где используются соляные печи или ванны, флюсы не применяются.

В принципе, в независимости от металла заготовок, сам процесс соединения одинаков для всех материалов. И делится он на шесть этапов:

  1. очистка заготовок меди механическим способом для удаления оксидной пленки;
  2. обезжиривание;
  3. внесение флюса в зону пайки;
  4. нагрев зоны.
  5. внесение припоя;
  6. зачистка стыка от флюса и припойного материала.

Также проводится пайка бронзы. Основное отличие – это необходимая марка припоя и флюса. Поскольку бронзы представляют собой сплав меди, олова и некоторых других элементов, то выбор припоя не составляет труда.

К бронзам также относят сплавы меди и кадмия, меди и бериллия, сплавы со свинцом, алюминием. Необходимо обращать внимание на состав бронзы, в зависимости от которого меняются свойства материала.

Подбор припоя и флюса

Когда проводится пайка медных сплавов при низкотемпературном режиме, применяются оловянно-свинцовые припои и свинцово-серебряные.

В зону пайки добавляется или канифоль, растворенная спиртом, или хлористый цинк. Это флюсы. К сожалению, оловянные и свинцовые добавки – это высокая хрупкость соединения, которая образуется за счет так называемых интерметаллидов. При низких температурных режимах пайки в них образуются трещины.

Поэтому для соединения меди используются припойные материалы, в которых олова содержится не более 15%. Свинцовая составляющая увеличивает ударную вязкость стыка.

А если в материале содержится серебро, то соединение меди становится хладо- и теплостойким. Но необходимо учитывать и тот факт, что серебро снижает прочность соединения.

При диффузионной пайке припой для меди – это несколько металлов: олово, свинец, индий и галлий. Если проводится низкотемпературный процесс, то нельзя гарантировать высокую прочность соединения. Она не выше 70 МПа.

Капиллярная пайка также может быть проведена этими припоями. Но с одним условием – зазор между заготовками не должен превышать 0,5 мм, а температура пайки не больше +900 ℃.

Для пайки оловянной бронзы применяют серебряные, оловянно-свинцовые и медно-цинковые припои. При высоком содержании олова в сплаве медно-цинковый материала нежелателен. В процессе пайки бронзу следует разогревать постепенно, и тщательно флюсовать металл.

Некоторые виды припоев

Кадмиевые припои при пайке меди и стали требуют к себе определенных навыков работы с ними. Потому что технологичность этих материалов ниже, чем у предыдущих.

Необходимо отметить, что такое соединение является термостойким (до +350 ℃), но не хладостойким. К тому же стык из кадмиевого сплава будет не очень прочным.

Цинковые припойные материалы редко используются для пайки меди, потому что сам металл быстро растворяется в материале припоя. Это ослабевает стык, отсюда и низкая прочность на разрыв – до 15 МПа.

Цинковые припои, легированные серебром или той же медью, также обладают низкой текучестью. Легированные кадмием или оловом эти материалы хоть и обладают неплохой текучестью, но прочность самого соединения сильно падает.

Медно-фосфористые марки с добавлением серебра – неплохой вариант для пайки. Соединение выдерживает высокие нагрузки, до 300 МПа, и температуру до +800 ℃. Но металл припоя, соединенный с медью, не пластичен. А значит, это небольшая прочность на изгиб.

Серебряные припойные материалы хорошо себя зарекомендовали при высокотемпературных режимах пайки меди. Правда, свои качества они проявляют, если пайка поводится ацетиленом или в специальных печах, где применяются коррозийно-активные флюсы.

Припои с высоким содержанием серебра используются в процессе соединения медных заготовок в вакууме или при нагреве аргоном. Если процесс проводится под давлением, то для соединения используют или фольгу (серебряную), или покрытие серебром.

Припойные материалы, в которых повышенное содержание меди и пониженное серебра, используют редко и в исключительных случаях. Потому что это тугоплавкий сплав, для которого требуется высокая температура нагрева.

Что касается чисто свинцовых припоев, то соединения, им проведенные, недостаточно прочны, но у них высокая пластичность. К примеру, изгибать такие стыки после пайки можно до угла 130°, а на растяжении они могут выдержать до 140 МПа.

Применение буры

Проводить пайку меди бурой всегда считалось самым простым способом соединения медных труб. По сути, бура – это высокотемпературный флюс в виде пасты.

При нагреве до 700-900 ℃ она начинает плавиться, превращаясь в стекловидную массу. С ее помощью соединяют между собой не только медные заготовки, но и медь с железом, для чего используются припои из меди, серебра, золота или латуни, то есть, среднеплавкие сплавы.

Единственное, на что необходимо обратить внимание, это соли, которые образуются в процессе пайки меди с помощью буры.

Для этого они смешивают в одинаковых пропорциях борную кислоту и буры. Добавляют в нее воды, перемешивают и выпаривают. Получается борный флюс. Для увеличения качества в смесь можно добавить хлористые или фтористые соли.

Технология пайки медных трубок практически ничем не отличается от стандартного процесса. Но есть в нем и свои нюансы.

К примеру, буру наносят и поверх трубок, и по внутренним ее поверхностям. Затем два патрубка нагреваются в течение 15 секунд, и только после этого вносят припой в зону нагрева.

Как паять медную проволоку

В домашних условиях часто приходится паять медную бижутерию. При кажущейся простоте процесса, он на самом деле не прост. Во-первых, надфилем надо обработать медную проволоку так, чтобы соединение двух ее частей проходило по большей плоскости. Обязательно надо соединяемые части закрепить относительно друг друга, чтобы в процессе пайки не происходило смешение.

В место стыка добавляется жидкий флюс, после чего проводится нагрев места соединения горелкой. Далее в зону нагрева подается припой. Лучше, если это будут небольшие кусочки, которые устанавливаются встык пинцетом. Можно их уложить до начала нагрева медной проволоки.

Читайте также:  Полуавтомат blueweld - высококачественный сварочный аппарат

Пайка пищевой и непищевой меди – стандартизированный процесс, основанный на двух документах – это ГОСТ 1922249-73 и ГОСТ 16038-80. То есть, нормами и правилами оговорено конкретно, как проводить работу, чем и в каких условиях.

Источник: https://svaring.com/soldering/tehnologii/pajka-medi

Как сделать бронзу – основные этапы производства

Как сделать бронзу? Этот вопрос стоит перед многими мастерами, желающими проявить себя в художественном литье, или людьми, решившими повысить свой уровень образованности в работе с различными металлическими сплавами. Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо для начала разобраться что такое бронза, из чего она состоит и только потом подробно рассмотреть весь процесс плавки этого материала.

Бронза (итал. “bronzo”) –  это сплав в определенных пропорциях меди и олова, где медь всегда является первичным или основным компонентом, а олово вторичным или необязательным. Вместо него в сплав могут быть введены кремний, свинец, алюминий, бериллий и другие металлы, кроме никеля и цинка, хотя иногда и они вводятся в небольших пропорциях.

Бронзовый сплав имеет свои достоинства и недостатки. К положительным техническим характеристикам можно отнести:

  • большую твердость и прочность по сравнению с медью;
  • легкоплавкость;
  • обладает всеми достоинствами для литья;
  • имеет высокие антикоррозийные свойства;
  • обладает хорошей устойчивостью к износу при длительном трении.

Недостатками бронзы считаются:

  • плохо поддается ковке, штамповке и прокатке, то есть всем процессам, происходящим под давлением;
  • туго режется;
  • плохо затачивается.

Классической (колокольной) или основной считается оловянная бронза, в которой медь берется из расчета 80 % ± 3 %, а олово –  20 % ± 3 % от всего сплава. При изготовлении бронзы могут легироваться другие металлы, например, никель, свинец, фосфор и мышьяк.

Это делают для придания металлу дополнительных технических свойств. Бронза может быть однокомпонентной, при которой медь сплавляется с одним добавочным металлом, или многокомпонентной,  где при сплавлении участвует несколько материалов.

Многокомпонентные бронзы считаются более сложными и имеют улучшенные технические характеристики.

Также процесс изготовления бронзы предусматривает получение первичного или вторичного материала. Чтобы получить первичный классический сплав, необходимо сплавить медь и олово, вторичный –  при выплавке применить в качестве дополнительного компонента саму бронзу.

Открытие бронзового сплава сыграло большую роль в развитии человеческой эпохи. Конец 4 тысячелетия до н. э. считается временем первого изготовления бронзы и началом длительного пути человека в освоении сплавов различных металлов.

Открытие было настолько значимым в истории, что ознаменовало собой начало целой исторической эпохи – Бронзового века.

Изготовить бронзу в древние времена было невероятно сложно, что подтверждают попытки получения металла в настоящее время в домашних условиях.

Изготовить бронзу можно путем плавки основного компонента меди и дополнительного, например, олова, в стальной или чугунной вращающейся втулке с помощью электрической дуги.

При плавлении оловянных бронз образуются оксиды при непосредственном взаимодействии меди и олова, что снижает технические свойства полученного сплава. Во избежании потери эксплуатационных свойств бронзы перед добавлением олова в расплавленную медь ее раскисляют фосфором, то есть в чистую медь добавляют фосфористую медь, где количество фосфора не превышает 10 %.

Химическая реакция с образованием паров фосфорного ангидрида позволяет провести процесс удаления неметаллических включений в меди. Фосфор – это недорогой раскислитель, значительно снижающий хорошее свойство меди электропроводность. Поэтому иногда для избежания этого эффекта используются более дорогие компоненты в качестве раскислителя. К ним можно отнести кальций, литий и калий.

Процесс плавления, чтобы получить бронзу, делают под слоем древесного угля или его смеси с содой – флюса, и он проходит в несколько общих этапов:

  1. Расплавление меди при температуре около 1100 °C под слоем флюса или угля.
  2. Ввод фосфористой меди (около 10 %) для раскисления.
  3. Добавление дополнительных компонентов для получения однокомпонентного сплава – олова, многокомпонентного – всех дополнительных составляющих, вторичного бронзового сплава – бронзы.
  4. Прогревание полученного сплава до температуры 1200 °C.
  5. Рафинирование – удаление вредных неметаллических примесей висмута, марганца, серы и сурьмы, а также иногда алюминия, железа, кремния и растворенных газов водорода и кислорода из сплава путем окисления основного компонента.
  6. Модифицирование для повышения механических свойств сплава.
  7. Разлив по формам при температуре до 1300 °C.

Оловянные бронзы более просты в процессе выплавки и менее склонны к перегреву, чем алюминиевые. Для алюминиевой бронзы очень важен температурный режим, поэтому температура плавления выше 1200 °C не допускается.

Чтобы изготовить алюминиевую бронзу, необходимо не только следить за температурой, но и хорошо размешать сплав перед заливкой в формы. Это делается из-за большой разницы в плотности сплавляемых компонентов, ведь медь и алюминий могут расслоиться. Поэтому сам процесс немного видоизменяется:

  1. Медь расплавляется под флюсом и раскисляется.
  2. Вводятся дополнительные компоненты в чистом виде или в виде смеси с медью.
  3. Производится вторичное раскисление.
  4. Вводится алюминий.
  5. Засыпается поверхность сплава флюсом.
  6. Сплав рафинируется хлористым марганцем, модифицируется ванадием, бором или вольфрамом и заливается в формы.

Бериллиевая бронза выплавляется по общим этапам в индукционных печах. В процессе применяют графитовые тигли. Высокая токсичность получаемой пыли и паров при изготовлении этого вида бронзы требует проведения выплавки в отдельных изолированных помещениях с мощной системой вентиляции.

Конечный продукт сплава представляет собой металлическую чушку, причем вес ее обычно не более 42 кг. Все чушки, получившиеся в результате разовой плавки, относят к одной партии, вес партии не ограничивается.

Как и любая продукция, бронзовые чушки имеют документ о качестве, отражающий основную информацию: товарный знак производителя, марку выплавленной бронзы, массу и номер партии, количество чушек в партии и их химический анализ.

Необходимость изготовления бронзы обусловлена широкой сферой применения. Арматура, все детали, работающие в непосредственном контакте с паром и маслами, вкладыши подшипников,  фасонные элементы трубопровода – вот небольшой список использования бронзы.

Источник: http://tutmet.ru/sdelat-bronzu-poluchit-izgotovlenie.html

2. Химический состав древних бронз и других медных сплавов

Бронзами в тесном смысле этого слова называют сплавы меди с оловом в различных весовых отношениях, но с преобладанием меди. Присутствие других металлов, кроме олова, в древних бронзах следует рассматривать как побочные примеси.

Такими примесями в упомянутых бронзах являются: цинк, свинец, сурьма, железо, серебро, иногда никель, кобальт, золото, а также другие металлы, очевидно попадавшие в сплав непосредственно из медных и оловянных руд в самом процессе плавки.

Цвет бронзы изменяется в зависимости от ее состава; с увеличением процентного содержания олова в сплаве цвет бронз переходит из розового и красного (90—99% меди) в желтый (до 85% меди), затем в белый (до 72% меди) и, наконец/в стально-серый (до 35% меди).

Бронзы могут иметь также и золотистые оттенки: напр., античная золотистая бронза содержит, по F. Wibel'ю, около 88% меди и. 12% олова..

Латунью, или желтою медью, называют сплав меди с различным содержанием цинка, обычно около 32%; латунь характеризуется красивым желтым цветом.

У народов античного мира, греков и римлян, медь и ее сплавы бронза и латунь назывались одинаково: des у римлян, χαλχός у греков.

Древние египтяне, по указанию Berthelot, 1 называли медь и бронзу одним словом chomt.

Эти термины сохранились до нашего времени, иногда латунь, т. е. сплав меди с цинком, ошибочно называют желтой или зеленой медью, в отличие от красной или чистой меди.

Коринфская бронза (airin de Corinthe), по мнению Berthelot, 2 была сплавом меди с золотом и серебром, Berthelot 3 указывает, что под названием орихалк в древности, вероятно, разумели все желтые сплавы, напоминающие своим блеском золото; об этом сплаве Платон говорит в своей «Атлантиде» как о драгоценном металле.

По Брандту, бронза, употреблявшаяся римлянами и в средние века, редко была сплавом только меди и олова, но обыкновенно содержала свинец в таком количестве, что надо считать его прибавленным умышленно. G.

Richter указывает, что в античных бронзах более раннего происхождения содержание олова было меньше, чем в бронзах более позднего происхождения; напр., некоторые топоры из Трои содержали лишь от 3,87% до 5,70% олова. Бронзы из Микен уже содержат олова больше, от 10 до 13%.

В греческих бронзовых сосудах содержание олова бывает обычно от 10 до 14%, а в монетах от 2 до 17%. В зеркалах содержание олова обычно выше, чем в других бронзах, а именно, от 19 до 32%.

Составные части Проценты
Олово 4,36 5,52
Медь 82,72 72,09
Свинец 9,90 20,31
Железо 0,55 1,73
Цинк 1,86 0,67
Мышьяк следы следы

С давних времен китайцами и индусами изготовлялись музыкальные инструменты в форме тарелок, называющиеся там-там, гонгами и др., состоящие из сплава меди и 2.0% олова.

Особую группу среди древних бронз представляют китайские и японские художественные бронзы, отличающиеся своим составом от бронз других народов Азии и Европы.

Китайские и японские бронзы, замечательные по покрывающей их темной патине, содержат, по исследованию М. Morin, 4 свинец в количестве до 20%. Приводим из этой работы данные двух анализов бронз.

Некоторые китайские и японские бронзы бывают весьма хрупкими, разбивающимися при небольшом толчке.

Кроме бронз в прямом значении слова, японцы изготовляют другие медные сплавы, содержащие вместо олова драгоценные металлы: золото и серебро.

Читайте также:  Паста для пайки: какие бывают виды данного состава и их особенности

По исследованию проф. Roberts-Austen'a, 5 из этих сплавов, применяемых японскими художниками, наибольший интерес представляют два сплава: shaku do и shibu ichi.

Первый из них, как показывают анализы, содержит до 4% золота; в schibu ichi содержание серебра доходит до 49%. Патины этих сплавов имеют весьма красивые цвета: на shaku do пурпурно-красный, а на shibu ichi — серый.

Кроме того, японцы готовят особый сплав, называемый kuromi и содержащий медь, олово, кобальт и другие металлы.

В заключение приводим данные анализов различных древних: бронзовых предметов (табл. 1), сообщаемые G. Brinton Philips'ом; 6 анализы бронз с Кавказа, произведенные лабораторией Института исторической технологии, даны в таблице 2.

Таблица 1

Название предмета Место нахождения Дата предмета Проценты Примечание
Сu Sn Pb Fe Со As
Чаша Луксор XI египет. дин. 85,8 3,5 8,5 0,2 7% Sb
Гвозди Мемфис XXVI египет. дин. 74,6 0,9 21,3 0,3
Обломок » 92,0 6,5 0,8 0,3
Чаша Микены 99,4 0,2 0,2
Рукоятка меча » 99,4 0,1
Обломок Афины Акрополь 520 до н. э. 88,1 9,7 0,3
Топор- Таормина 600 до н. э. 90,3 7,3 0,2 0,5
Зеркало Карфаген 82,0 14,4 0,6
Часть светильника Пикеринг в Йоркшире 83,8 10,2 5,3 0,4
Серп Саратов 1600 до н. э. 91,5 6,2 0,3
Чаша Цейлон XII столетие 77,5 19,6 0,2 0,4
Зеркало Китай 1000 н. э. 65,2 9,7 23,2
Ложка Корея 900—1400 н. э. 77,2 21,5 0,7
Зеркало Япония 1300 н. э. 73,2 10,8 14.5
Нож Перу 96,8 3,0 0,3
94,3 4,8
96,2 3,7
Топор Перу 93,7 5,0

Таблица 2. Примеры анализа древних бронз по данным Института исторической технологии (1933—1934 г.)

Название предмета Район находки Место находки Датировка Проценты Примечание
Си Sn Рb Zn Fe Sb Ag As
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Топор Бассейн р. Кубани Андрюковская Конец III— нач. II тысяч. до н. э. 98,04 0,16 0,78 сл. 0,94, Кроме того, в этих бронзах встречаются примеси некоторых других элементов
Кинжал Сев. склон Центр. Кавказ Фаскау Конец II— нач. I тысяч. до н. э. 86,6 10,78. 0,45 0,58 сл. сл. сл.
Обломок топора То же Коллекция Бобринского То же 85,71 11,72 0,47 сл. 0,11 сл. сл.
Пряжка То же Кумбулта Первый век н. э. 71,12 2,46 3,92 17,00 0,52 сл. сл.
Меч Центр. Закавказье Ворнак Конец II— нач. I тысяч. до н. э. 88,54 9,72 сл. сл. сл. сл.
Наконечн. копья То же Цинондали То же 96,4 0,69 3,05 б. сл. сл.
Секира То же Арчадзор То же 88,2 9,59 0,82 сл. сл. сл.
Наконечник посоха То же Ворнак То же 89,2 9,05 0,48 сл. есть сл. есть
Изображение идола Сев. Урал Палкана Начало н. э. 95,1 1,13 0,10 сл. сл. сл.
Изображение зверя То же Чердынь VI—VIII вв. н. э. 78,13 17,43 2,50 сл. есть сл. сл.
Бляшка Сев. Зауралье Тазовская губа То же 82,2 14,3 2,5 0,8 сл. сл. сл.
Бляха То же Остяцкий могильник XVII—XVIII вв. н. э. 32,7 6,0 1,1 сл. сл. сл. сл.

Как видно из приведенных примеров, состав древних бронз: представляет большое разнообразие.

Ледебур полагает, что эти «бронзы» представляют нечистую медь, в том виде, как она выплавлялась из руд, со всеми примесями.

Древние памятники из медных сплавов часто бывают весьма неоднородными в различных частях одного и того же предмета; кроме того, часто обнаруживаются поры и другие недостатки отливок: многие египетские бронзы имеют неметаллическую, сердцевину — сплавленное песчано-глинистое ядро, по терминологии Ратгена, представляющее прототип современных литейных шишек.

Новейшая художественная бронза отличается от бронзы древних европейских народов тем, что она содержит, кроме меди и олова, еще значительное количество (иногда до 35—40%) цинка, прибавляемого для удешевления сплава.

Говоря о химическом составе древних бронз и предметов из археологических раскопок, следует отметить различную окисляемость меди и олова в античных бронзах, находившихся в земле. Это явление впервые было замечено Berthelot в 1894 г. при анализе обломка браслета из сокровищницы Dahchoui'a (XII династии в Египте).7

Для анализа было взято металлическое вещество из центральной части предмета, наиболее удаленной от поверхностного слоя патины. Патина анализировалась отдельно.

Анализ не разрушенной металлической части отличается значительно меньшим содержанием олова. Berthelot объясняет это тем, что медь окислилась сильнее олова, поэтому содержание олова в неметаллической части объекта выше, чем в металле.

Данное Berthelot объяснение было подтверждено позднейшими исследованиями Е. С. Ельчанинова над бронзовыми стрелами,8 найденными на острове Березани (на Черном море), относящимися к VI или V веку до н. э.

Оказалось, что части, подвергшиеся наибольшему разрушению, содержали олова сравнительно больше, чем менее разрушенные, т. е.

под влиянием процессов медленных реакций при лежании в земле и действия почвенных вод медь потерялась в большей степени, чем олово.

Эту различную способность металлов к окислению следует иметь в виду при анализах древних бронз, чтобы не получить неправильного представления о первоначальном составе металла исследуемого предмета.

_____

1 М. Berthelot, Les origines de ralchitnie, 1885 г., стр. 225.

2 М. Berthelot, Stir le cuivre des aneiens, Annales de ehimie et de physique, 1887 г., стр. 14.

3 Bertlielot, Les origirtes de l'alchimie, 1885 г., стр. 226,

4 L. Knab, Traiteclesalliagesetaes depots nietalliques, Paris, 1892 г., стр. 157.

5 L. Knab, указ. раб.

6 American Anthropologist, 1922 г., т. 24, стр. 129.

7 J. de Morgan, Fouilles a Dahchour, 1894 г., стр. 139.

8 Журнал Русского химического общества, 1903 г., стр. 1277.

Первоисточник: 

Очерки по методике технологического исследования реставрации и консервации древних металлических изделий. Выпуск 130. ОГИ3. М-Л., 1935

BBCode-ссылка: HTML-ссылка:

Источник: http://art-con.ru/node/4088

Технология и температура плавления бронзы в домашних условиях

Бронза – медный сплав, легированный оловом, алюминием, свинцом и другими элементами. Медь, легированная цинком – это латунь, а никелем – мельхиор. Одним из способов получения бронзовых изделий является литье. Расплавленный металл заливают в форму, где он застывает.

Классификация

Бронзовые сплавы по составу делятся на:

Как понятно из названия, имеется в виду наличие или отсутствие в них олова. Вторые бывают алюминиевыми, кремнистыми, бериллиевыми и другими, в зависимости от главного легирующего компонента.

Добавки по-разному влияют на качество сплава:

  • Олово – придает прочность, улучшает антифрикционные свойства. Большое количество олова охрупчивает металл.
  • Бериллий – хорошо упрочняет материал, он сравним по свойствам со сталью.
  • Свинец – улучшает коррозионную стойкость.
  • Алюминий – снова стойкость к коррозии и антифрикционные качества.
  • Железо – улучшает структуру и прочностные свойства.

По технологическим свойствам бронзы разделены на:

  • Обрабатываемые давлением (деформируемые) – хорошо штампуются, куются.
  • Литейные.

Маркировка

Принцип маркировки такой:

  • Пишут буквы Бр (означает «бронза»).
  • Пишут буквы, обозначающие легирующие элементы:
  • Пишут цифры, обозначающие количество каждого элемента в процентах. Для деформируемых бронз цифры пишут в конце маркировки в том же порядке, что и буквы.Для литейных цифру пишут после каждого легирующего компонента. Например:

БрОФ10-1 – деформируемая бронза. Олова примерно 10%, а фосфора 1%, остальное – медь. Или:

БрА10Ж3 – литейная бронза, где алюминия 10%, железа 3%, остальное – медь.

Могут быть и другие примеси, но их количество незначительно.

Температура плавления

В таблице приведена температура плавления бронзы некоторых марок, а также температура заливки. Из таблицы видно, что температуры плавления и литья у материалов не совпадают. Это связано с тем, что бронза – вязкий материал. Его нужно расплавить, затем хорошо нагреть перед заливкой, чтобы достичь максимальной текучести расплава.

Можно ли отливать бронзу дома

Хорошая новость – этот металл растопить можно не только в промышленных условиях, но и в домашних. Правда «дома» – понятие относительное. Лить у себя на кухне не получится. Нужно, как минимум отдельное помещение с хорошей вентиляцией. Это для небольших вещей, например, мелкого художественного литья. Для крупных деталей понадобится гараж или ангар.

У бронзы малая усадка – менее 1%, из нее изготавливают точные отливки. Но в любом случае достичь промышленного качества литья не получится. И главное – нужно соблюдать меры предосторожности и пожарной безопасности! О них речь пойдет в конце статьи.

В качестве сырья используют бронзовый лом, можно переплавить своими руками детали сантехники. Промышленность выпускает металл в слитках.

Как сделать форму для литья

Материал для формы (оснастки) в непромышленных условиях – песчаная или глиняная смесь (литье в «землю») и гипс.

Примеры смесей для литья в «землю»:

  • песок, глина, каменноугольная пыль в соотношении 75% – 20% – 5%.
  • глина, шамотный кирпич, тонкие древесные опилки, соотношение 40% – 40% – 20%.
Читайте также:  Ножницы для резки арматуры: характеристика и преимущества инструмента

Компоненты смешивают до получения однородной консистенции.

Также может использоваться модель изделия из дерева либо другого материала. Также это может быть готовая деталь, образец.

Приспособление для подготовки песчаной оснастки – опока. Она состоит из двух ящиков без крышки, обычно деревянных. Нижний – с дном, верхний – без дна (по сути, рама). Части опоки имеют центрирующие элементы для их точного расположения относительно друг друга. Они иногда скрепляются между собой фиксаторами.

Оснастку изготавливают так:

  1. Перед работой поверхность опок и образец изделия присыпают тальком.
  2. В нижний ящик насыпают песчаную смесь до края и трамбуют.
  3. Модель детали кладут в опоку на землю и вжимают.
  4. На нижний ящик опоки кладут верхнюю раму.
  5. На модель крепят усеченный конус узкой частью к изделию. Это модель литника, через него зальют расплав. Желательно, чтобы место расположения литника было самой толстой частью изделия. Нужно учитывать, что на готовой детали в месте заливки могут быть дефекты.
  6. Верхнюю опоку заполняют доверху смесью. Снова трамбуют.
  7. Достают из песка модель литника.
  8. Острым тонким предметом разъединяют верхнюю и нижнюю половины, обозначая линию разъема. Верхнюю опоку с песчаной массой в ней снимают, изделие осторожно вынимают из песка.
  9. Части формы сушат и вновь соединяют.

Линию разъема выбирают так, чтобы деталь вынималось из оснастки, не повредив ее. Кроме того, иногда в части изделия, противоположной литнику, делают «воздушник». Это такое же отверстие в оснастке, как и литник. Через него в процессе заливки воздух выходит из полости.

Заливка металла

Для того чтобы расплавлять материал понадобится:

  • Плавильная муфельная печь, желательно с регулятором нагрева. Для крупных отливок нужен горн. Иногда материал плавят автогеном, паяльной лампой, газовой или бензиновой горелкой.
  • Тигель – стальная, чугунная или шамотная (из огнеупорной глины) емкость для плавки, желательно с носиком.
  • Щипцы и крюк для извлечения горячего тигля из печи и других манипуляций.
  • Литейная форма. Как ее подготовить к работе, описано ниже.
  • Флюс. Нужен для предохранения сплава от окисления воздухом. Древесный уголь, бура.
  • Топливо для горна, например, тот же древесный уголь.
  • Керамическая или березовая палочка для перемешивания расплава.

Технология литья

  1. Куски сырья кладут в тигель и нагревают в печи до нужной температуры (на 50-100˚ Цельсия выше температуры заливки) и выдерживают 4-5 минут. Перегрев нежелателен, так как некоторые компоненты сплава могут гореть при высоких температурах. До заливки расплав несколько раз перемешивают палочкой. Плавку ведут под слоем флюса. Он изолирует металл от воздуха и не дает окисляться.

  2. Тигель с жидким металлом вынимают из печи с помощью крюка и щипцов. Обязательно ложкой снимают шлак с поверхности расплава.
  3. Тонкой непрерывной струей аккуратно заливают материал в полость оснастки через специальное отверстие (литник).
  4. Когда металл остыл, затвердевшее изделие вынимают.

    Иногда плавильную форму размыкают и деталь выбивают оттуда либо разрушают оснастку, если она одноразовая.

Если деталь сложная по геометрии или очень маленькая, расплав может выдавливать не весь воздух из полости, и на детали возникают дефекты. В этом случае используют центробежное литье. Оснастку устанавливают во вращающуюся центрифугу.

Под действием центробежной силы жидкий металл равномерно распределяется по полости формы. Привод центрифуги бывает ручной или электрический.

Подготовка формы

Перед работой форму прогревают. Печь греют до 500-600˚С, помещают туда оснастку и повышают температуру в печи до 900˚С. Прокаливают в течение 2-5 часов. Время зависит от размера формы. Затем ее достают и остужают до 500-600˚С. После этого можно лить металл.

Изготовление отливок высокого качества

Можно получить изделия более высокого качества, чем при литье в землю. Для этого применяют литье по выплавляемым моделям.

Оснастку изготавливают из гипса. Она одноразовая, разрушаемая. Чтобы сделать форму, нужна модель изделия из воска, парафина или другого легкоплавкого материала. Этот материал должен быть легче воды. Далее будет сказано, почему это важно.

Изготавливают восковую модель также литьем в гипсовую оснастку. Модели сложной конфигурации делают из нескольких частей. А гипсовую оснастку для модели делают по оригиналу изделия либо его модели аналогично оснастке из песка. Получается цепочка: оригинал изделия – гипсовая форма для восковой модели – модель – гипсовая форма для металла – готовое изделие.

Когда оснастка для изделия готова, восковую модель из нее выплавляют, погружая форму в горячую воду или просто нагревая. Расплавившийся воск вытекает из полости через то же отверстие, куда потом зальют металл. Именно поэтому материал модели должен быть легче воды – чтобы при выплавке в воде он поднимался на поверхность.

Ознакомиться с процессом можно по инструкции в приведенном видео.

Меры предосторожности

Чтобы лить бронзу в непромышленных условиях, нужно отдельное помещение с принудительной вентиляцией. Для мелких деталей подойдет комната, для больших нужен гараж или ангар.

Пол в мастерской делают из негорючего материала. Обязательно устанавливают рабочий огнетушитель. В мастерской запрещено хранить легковоспламеняющиеся вещества.

Работать следует в специальной одежде, в перчатках, маске и респираторе. Некоторые материалы при плавке выделяют вредные вещества. Особенно осторожным следует быть, переплавляя старинный металл, так как при нагревании он иногда выделяет мышьяк.

Источник: https://oxmetall.ru/metalli/bronza/tehnologiya-i-temperatura-plavleniya

Технология пайки металлических материалов. Пайка меди и сплавов. Пайка алюминия и сплавов

Лекция 12

Пайка меди и сплавов. Медь – химический элемент 1-й группы периодической системы Менделœеева, порядковый номер 29, атомный вес 63,54. Встречается в самородном состоянии примерно 0,01 вес % в земной коре, преимущественно 80% в соединœениях с серой, примерно 15% – в виде кислородных соединœений (окислов, силикатов, карбонатов).

Медь – металл красного, в изломе розового цвета͵ в тонких слоях – зелœеновато-голубой, имеет гранецентрованную кубическую решётку. Плотность – 8,96 г/см3, Тпл=10830С, Ткип=26000С. Медь обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью ( 2 место после серебра как проводник тока).

В соединœениях медь одно- и двухвалентна. При нормальной температуре медь мало химически активна, во влажном воздухе покрывается тонкой и плотной плёнкой базовых сернокислых и углекислых солей.

2Cu + O2 + H2O + CO = (CuOH)2CO3

8Cu + 5O2 + H2O + SO2 = 2(CuSO4´3CuOH)2

От чистоты меди зависят её свойства и поведение при обработке. Ничтожные количества многих элементов, попадающих в медь в качестве примесей или добавок, снижают электропроводность, теплопроводность, затрудняют обработку.

Медь техническая применяется для изготовления различных полуфабрикатов и в качестве шихтового материала для выплавки медных сплавов.

Марки МО-99,95%Сu, примеси Bi, Sb, As, Fe ,Ni, Pb Sn, S, O, не более 0,05%, используется для изготовления проводников тока, изготовления сплавов высокой чистоты.

Марки М1-99,90%Cu, примеси до 0,01%; используется для изготовления высококачественных бронз.

М2-99,70%Cu, используется для изготовления бронз, обрабатываемых давлением.

М3-99,5%Cu – для проката обычного качества и литейных бронз.

М4-99,0%Cu – для литейных бронз и изготовленных сплавов.

М3С-99,5%Cu – трубы для морского судостроения.

Примеси P, Sb, Bi, As, Si сильно ухудшают электропроводность меди; примеси Bi, Sb, Pb снижают технологические свойства меди, вызывая хрупкость при горячей обработке давлением.

Проводники тока изготавливаются из меди М0 и М1; электрические контакты в изделиях неответственного назначения – М2 и М3. Изготовляют коррозионностойкие масло- и топливопроводы, уплотнительные кольца, шайбы, прокладки.

Медь чистая марки М0 (М00, М000), особо чистая безкислородная и вакуумная, используется в электровакуумной промышленности.

Медь красная – сплавы меди, содержащие олово, цинк, свинœец характерного красного цвета и литейные оловянистые бронзы (красное литьё), содержащие ³ 78% меди, 4-10%Sn, до 10%Zn, до 5%Pb. Разделяется на бронзу химическую (художественную) и механико-технологическую (орудийную), акустическую (колокольную), оптическую (зеркальную). Применяется в электротехнике и художественном литье.

К особенностям свойств меди и сплавов, которые влияют на выбор способа пайки, относятся степень химической стойкости окислов и трудность их удаления; содержание легкоиспаряющихся элементов – Zn, Cd, Mn; склонность кислородосодержащей меди к водородной хрупкости: (медь, содержащую кислород, нельзя нагревать в восстановительной атмосфере, т.к.

в результате проникания водорода в металл произойдёт реакция образования водяного пара, вызывающая появление в металле трещин – ʼʼводородная болезньʼʼ); способность меди образовывать хрупкие интерметаллидные соединœения со многими компонентами припоя; повышенная способность меди и сплавов к хрупкому разрушению в контакте с жидким припоем.

По степени трудности получения паяного соединœения медные сплавы разделяются на 2 группы:

Первая группамедь и сплавы, образующие нестойкие окислы, легко удаляемые при флюсовой пайке (медь и сплавы, содержащие Zn, Sn, P, Pb, Sb, Fe, Ni, Mn).

Сплавы первой группы (сплавы системы Cu-Zn-Sn, содержащие добавки Pb, As, Fe, Ni, Mn) образуют оксиды CuO Cu2O или оксиды на базе других элементов 1-й группы со сравнительно невысокой свободной энергией образования и легко диссоциирующие при низкотемпературной пайке.

Вторая группасплавы меди, образующие стойкие окислы – сплавы, легированные Al, Be, Cr, Si, Zr, Ti: на поверхности образуются оксиды на базе этих элементов, трудно растворимые во флюсе и не разлагающиеся другими способами.

Низкотемпературная пайка меди и сплавов 1 группы припоями характеризуется простотой и общедоступностью, но паяльником можно паять только тонкостенные детали при температуре пайки Тп<\p>

Источник: http://referatwork.ru/category/metally-svarka/view/592663_tehnologiya_payki_metallicheskih_materialov_payka_medi_i_splavov_payka_alyuminiya_i_splavov

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector