Литейные сплавы оловянистых бронз

В зависимости от назначения отливаемых деталей и условий, в которых они работают, оловянистые бронзы можно разделить на несколько групп.

Установление оптимального состава бронз для литья предметов различного назначения началось в древние времена.

Для изготовления режущего и колющего оружия применяли бронзу с высоким содержанием олова (в большинстве случаев 13-15% Sn).

Для литья таких предметов, как кольца, браслеты, монеты, от которых требовалось высокое сопротивление изнашиванию от истирания, применяли бронзу с.8-12% Sn. Кроме достаточно высокой твердости и вязкости, эти бронзы имеют красивый цвет: с 8% Sn - красновато-желтый; с 10% Sn - оранжево-желтый; с 14% Sn - желтый. Полированные бронзы этого состава по цвету и блеску напоминали золото.

Позднее при изготовлении бронзовых кованых полос для метательных машин ("катапульт"), от которых требовалась особенно высокая упругость, Филон Византийский советовал применять бронзу с содержанием 3-4% Sn.

Необходимо отметить, что современная стандартная бронза Бр. ОЦ 4-3 для плоских и цилиндрических пружин содержит также 3-4% Sn. Другая бронза Бр. ОФ 4-0,25 применяется для изготовления пружинящих трубок для манометров.

С развитием культуры и техники своеобразная специализация бронз разного состава становилась все более и более определенной.

На первой стадии применения пушки изготовляли из чугуна и из кованого железа, на их стволы часто надевали для прочности кольца. Позднее, в XVI столетии, пушечные стволы стали отливать из бронзы. Со средины прошлого столетия пушечные стволы начали изготовлять из стали. От пушечной бронзы требовалась высокая твердость; хорошее сопротивление изнашиванию от истирания, достаточно высокая вязкость, чтобы ствол не разрывало при выстреле, максимально высокая плотность литья (отсутствие скрытых внутренних дефектов).

Кроме того, металл должен быть достаточно стойким против коррозии.

Опытным путем было установлено, что наиболее подходящим материалом для пушек может служить бронза, содержащая 89 - 91 ч. Си и 11-9 ч. Sn. Иногда в нее вводили для повышения жидкотекучести до 2% Zn.

История пушечной бронзы с прекращением литья бронзовых пушек не кончилась. В текущем столетии сплавы того же или близкого к нему состава широко используют в машиностроении. За рубежом - это группа сплавов под названием гунметалла, в СССР - это бронзы: Бр. ОЦ10-2; Бр. ОЦ8-4; Бр. ОЦС6-6-3; Бр. ОЦС5-5-5; Бр. ОЦС6-6-3 и др.

Машинные бронзы

При изготовлении литых деталей машин бронза - весьма подходящий материал: она придает деталям изящный вид, сообщает им высокую коррозионную стойкость. Практическую ценность придают этим бронзам их высокие антифрикционные свойства, особенно в тех случаях, когда изготовленные из них детали работают на износ от истирания в паре со стальными частями. В подобных случаях из бронзы делают те детали, которые при износе сменять проще, скорее и выгоднее, чем работающие с ними в паре другие детали (тяжело нагруженные валы прокатных станов, двигателей и т.д.).

Чисто оловянистые бронзы в этой группе отсутствуют; в подавляющем большинстве эти бронзы, содержащие олова не более 10%, содержат цинк и свинец. Высокооловянистые бронзы, содержащие до 20% Sn, применяют только для изготовления деталей, работающих на истирание под о. чень большой нагрузкой: подпятники тяжелых кранов, разводных мостов, зеркала золотников паровых машин и т.п.

От машинной бронзы требуется хорошая обрабатываемость резанием, высокая плотность отливок – гидроплотность.

Колокольная бронза

Небольшие колокола употребляли при религиозных обрядах еще в древнем Египте. Сравнительно большие колокола начали появляться в IV-VI столетиях новой эры. Первые колокола в Англии были отлиты в X столетии. Сохранился колокол с пометкой 1296 г. Есть колокола весом до 16-17 т.

Бронза для колоколов должна обладать достаточно высокой твердостью, чтобы давать хорошее звучание, при многочисленных ударах языка о края колокола бронза не должна давать заметных деформаций, не должна быть хрупкой, не должна выкрашиваться при ударах.

Содержание олова в этой бронзе выше, чем в пушечной. Примеси, или присадки других элементов, особенно таких, которые приводят к образованию новых обособленных фаз, бесполезны, а часто даже вредны. В XX столетии установлен такой состав колокольной бронзы: 20-23% Sn и 80-77% Си. Количество посторонних примесей (Pb, Fe, Ni и др.) зависит от чистоты исходных металлов, входящих в шихту (в старых колоколах больше примесей, чем в новых, содержание свинца в них доходит до 4%, а серебра до 1%).

Колокольную бронзу, как и пушечную, плавили в пламенных печах на дровяном топливе. Благодаря высокому содержанию олова его угар при плавке был очень велик. Для уменьшения безвозвратных потерь металла от окисления и улетучивания плавку вели с малым избытком воздуха. Для отливки больших колоколов строили особую печь. Незадолго до отливки печь нагревали в течение нескольких суток, пока она не приобретала нужную температуру. Для удаления дымовых газов в своде такой печи делалось отверстие. Распределение пламени в печи регулировалось шибером, помещенным в этом отверстии. Готовность печи к плавке определялась по ее накалу.

При загрузке шихты сначала загружали в печь старую бронзу вместе с необходимым количеством меди. С современной точки зрения это можно признать допустимым только в том случае, если в составе шихты находится очень мало чистой меди. Если свежая медь количественно превалирует над старым металлом (ломом), то сначала надо загрузить чистую медь, расплавить ее, раскислить образовавшуюся Сu2О фосфором.