Бронза

Бро́нза — сплав меди, обычно с оловом в качестве основного компонента, но к бронзам также относят медные сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами, за исключением цинка (это латунь), никеля (это мельхиор), цинка и никеля (это нейзильбер). Как правило, в любой бронзе в незначительных количествах присутствуют добавки: цинк, свинец, фосфор и другие.

Бронза
Плотность	8600 кг/м³
Твёрдость по шкале Мооса	3[1]
Метод изготовления	бронзовое литьё[вд]
Медиафайлы на Викискладе

Статуэтка, отлитая из бронзы

Традиционную оловянную бронзу человек научился выплавлять ещё в начале бронзового века, и очень длительное время она широко использовалась. Даже с приходом века железа бронза не утрачивала своей важности.

Плотность бронзы в зависимости от марки (и включения примесей) составляет 7500-8700 кг/м³; температура плавления 1000  °C.

Этимология

Современные лингвисты выдвигают следующие гипотезы происхождения слова «бронза»:

• Романскую, согласно которой слово пришло в романские языки, либо от персидского «berenj», означающего «медь», либо от названия города Бриндизи, из которого этот материал доставлялся в Рим;^[2]
• Протославянскую, согласно которой слово имеет протославянское происхождение, и буквально означает «бранный металл», где слово «брань» используется в древнем значении «сражение» (общеславянские корень «bron», особенно характерный для южнославянских языков, и суффикс «za», который по всей вероятности обозначал либо непосредственно литой сплав, либо технологический процесс его отливки и остывания; как в случае с общеславянским же словом «железо» — «zelé(želě)-zo»), что так или иначе сохранилось практически во всех славянских языках,^[3] а в словенском языке слово «bron» (без каких-либо постфиксов) до сих пор означает бронзу;

История

Самые древние бронзовые изделия, датируемые 5-м тысячелетием до н. э., были обнаружены на Иранском нагорье и у деревни Плочник в Сербии. В России наиболее древние бронзовые артефакты были обнаружены русским археологом Николаем Веселовским в 1897 году в районе реки Кубань (так называемая Майкопская культура, вторая половина IV тысячелетия до н. э.). Бронза майкопских курганов в основном представлена сплавом меди с мышьяком. Постепенно знания о прочном и пластичном металле распространились на Ближний Восток и Египет. Здесь, после перехода к оловянно-медному сплаву, бронза обрела положение одного из важнейших декоративных материалов.

Бронзовый нож с золотой рукояткой, Крит, Минойская культура, 1800—1700 гг до н. э.

Исторически первой бронзой был сплав меди с мышьяком — так называемая мышьяковистая бронза. По своим технофизическим свойствам мышьяковая бронза не уступала оловянной, а по разнообразию сортов, пригодных для тех или иных видов хозяйственной деятельности — от ответственных деталей до ювелирных изделий — даже превосходила её. Как явствует из археологических данных, в начале и даже в середине бронзового века мышьяковая бронза почти безраздельно господствовала на всём евразийском пространстве, за исключением, быть может, нескольких регионов, богатых «оловянным камнем» (современные Англия, Притяньшанье) или одновременно медными и свинцовыми рудами (Этрурия на северо-западе современной Италии).

Повсеместное вытеснение к концу бронзового века мышьяковой бронзы более дорогими сортами, в том числе оловянной, по-видимому, было связано сразу с несколькими причинами, в зависимости от региона действовавшими совместно или порознь. Среди них:

• высокая токсичность производства мышьяковой бронзы, с неизбежностью приводившая к инвалидизации металлургов и кузнецов со стажем (этот факт отразился в античном образе бога металлургии Гефеста);
• непригодность мышьяковой бронзы для металлургического передела: металлургический брак из такой бронзы, равно как и сломанные изделия из неё, переплавке на сортовой металл не подлежали, так как при переплавке часть мышьяка просто испарялась или выделялась в виде шлака, и бронза становилась очень хрупкой, и в лучшем случае могли быть использованы для изготовления бижутерии или неответственных деталей;
• выработка за многие века поверхностно залегающих, богатых медью и мышьяком месторождений теннантита и других блеклых руд, наиболее удобных для выделки мышьяковой бронзы (использование других источников мышьяка и меди значительно усложняло процесс и делало его более дорогостоящим).

Поэтому с развитием гужевого и морского транспорта, а вместе с ними и международных экономических связей, во многих регионах стало выгоднее импортировать немышьяковые сорта бронзы, чем производить собственную мышьяковую. А с развитием крупного промышленного производства самым массовым видом бронзы стала оловянная, которую лишь в последнее столетие стали теснить конкуренты на основе ранее недоступных заменителей олова. По некоторым свойствам такие (безоловянные) бронзы превосходят оловянные. Например, алюминиевые, кремниевые и особенно бериллиевые бронзы — по механическим свойствам, алюминиевые — по коррозионной стойкости, кремнецинковые — по текучести. Алюминиевая бронза благодаря красивому золотисто-жёлтому цвету и высокой коррозионной стойкости иногда также применяется как заменитель золота для изготовления бижутерии и монет. Прочность алюминиевой и бериллиевой бронз может быть дополнительно увеличена при помощи специальной термической обработки.

Классической маркой бронзы, применяемой издревле и до сих пор для литья колоколов, является колокольная бронза: 80 % меди и 20 % олова с разбросом соотношения 3 %. Его недостатком является повышенная хрупкость, которой способствует большое содержание олова.

Оловянная бронза

Бронза

Оловянная бронза — классический вид бронзы, сплав меди с оловом (медь преобладает), один из первых освоенных человеком сплавов металлов. Она обладает значительно большей, по сравнению с чистой медью (освоенной ранее бронзы), твёрдостью, достаточной прочностью и более легкоплавка. Открытие бронзы сыграло огромную роль в освоении металлов человеком. Олово в любых марках оловяннистой бронзы всегда является вторым по количеству и основным легирующим компонентом сплава (тогда как медь — первым); третье место отводится дополнительным добавкам: свинцу, цинку, мышьяку.

Оловянная бронза (кроме марок с низким содержанием олова — так называемой деформируемой бронзы) с трудом поддаётся обработке давлением (ковка, штамповка, прокатка и прочее), резанию и заточке. Благодаря этому бронза в целом — литейный сплав, и по литейным качествам не уступает любому другому сплаву. Она обладает очень малой усадкой — 1 %, тогда как усадка латуней и чугуна составляет около 1,5 %, а стали — более 2 %. Поэтому, несмотря на склонность к ликвации и сравнительно невысокую текучесть, бронзы успешно применяют для получения сложных по конфигурации отливок, включая художественное литьё.

Бронзы обладают высокой антикоррозионной стойкостью и хорошими антифрикционными свойствами. Этим обусловливается применение бронз в химической промышленности для изготовления литой арматуры, а также в качестве антифрикционного материала в других отраслях.

Оловянные бронзы могут быть дополнительно легированы цинком, никелем, фосфором, свинцом, мышьяком и другими металлами. Цинка добавляют не более 10 % (в этом количестве он почти не изменяет свойств бронз, но делает их дешевле); бронза с добавлением цинка называется «адмиралтейской бронзой» и обладает повышенной коррозионной стойкостью в морской воде. Свинец и фосфор улучшают антифрикционные свойства бронзы и её обрабатываемость резанием и давлением.

Пушечная бронза

Пушечным металлом называют разновидность оловянной бронзы — сплав меди, олова и цинка, используемого для отливки орудий (89-86 % Cu, 9-12 % Sn, 2 % Zn). Пушечные бронзы содержат в два раза меньше олова против бронз колокольных.

Безоловянные бронзы

Бронзами также могут называть некоторые другие подобные традиционной бронзе сплавы меди, в которых олово отсутствует. Самые известные из них — латунь (сплав Cu-Zn) и константан (Cu-Ni), бронзой не являющиеся, и алюминиевая бронза. В прошлом (Древний Рим, к примеру) латунь и константан носили собирательное название шпиатр и считались подделкой.

Существуют также многокомпонентные бронзы — сплавы с алюминием, кремнием, бериллием, свинцом и другими элементами.

Также необходимо упомянуть сплавы меди и фосфора. Они не могут служить машиностроительным материалом, поэтому их нельзя отнести к бронзам. Однако они являются товаром на мировом рынке и предназначаются в качестве лигатуры при изготовлении многих марок фосфористых бронз, а также и для раскисления сплавов на медной основе.

Марки сплавов

Бронза — это огромное семейство сплавов, обладающих разными свойствами в зависимости от своего состава. Поэтому в СССР разработана система обозначений состава конкретной бронзы. Зарубежные обозначения марок бронзы строятся подобным образом, с указанием элементов из таблицы Менделеева

Сначала пишутся буквы Бр, а затем другие буквы, соответствующие металлу сплава. После каждой буквы ставят цифру концентрации в %. Если легирующего вещества менее 1 % — цифру не ставят.

Например: БрО6Ц6С3

Металл	Буква	Элемент
Алюминий	А	Al
Железо	Ж	Fe
Марганец	Мц	Mn
Олово	О	Sn
Свинец	С	Pb
Фосфор	Ф	P
Цинк	Ц	Zn
Никель	Н	Ni
Кремний	К	Si

Использование

Без бронзы невозможно обойтись в машиностроении, авиастроении и судостроении. Благодаря ей изготавливаются: станки, спецтехника. Она легче некоторых других металлов со сравнимой прочностью, изделия из бронзы долговечны и не подвержены воздействию солёной/морской воды. Из бронзы делают те детали, которые принимают на себя максимальную нагрузку. Небольшие изделия из сплава изнашиваются сравнительно не быстро (относительно других металлов).

Часто бронзы используются для изготовления подшипников скольжения и других деталях, подверженных трению скольжения, например, втулки в электродвигателях малой мощности, либо же в насосах, компрессорах, вентиляторах и других механизмах. Также, часто из бронзы изготавливаются венцы червячных колёс для червячных редукторов (в то же время вал-червяк изготавливается из легированной стали 40Х или 45Х), чаще всего в больших редукторах такие венцы представляют собой съёмные детали, крепящиеся к колесу болтами.

Бериллиевая бронза применяется для изготовления инструмента, не издающего искрения при использовании, такой инструмент предназначен для работы в пожаро- и взрывоопасных условиях.

Бронзографит (спечённый материал, состоящий из бронзы и частиц графита) используют для изготовления втулок для подшипников скольжения.

См. также

• Бронзовый век
• Латунь — сплав меди с цинком
• Монель-металл — сплав меди с никелем
• Потин (сплав)
• Список античных бронз
• Меч Гоуцзяня

Примечания

1. https://www.jewelrynotes.com/the-mohs-scale-of-hardness-for-metals-why-it-is-important/
2. Henry and Renée Kahane, «Byzantium’s Impact on the West: The Linguistic Evidence», Illinois Classical Studies 06 (2) 1981, p. 395.
3. Hedden, Thomas Dexter. The Names of the Metals in Slavic and Baltic and Their Significance for the Ethnogenesis of the Slavs, University of California in Berkeley, 1988, pt. 1, pp. 39-51, 168—188; pt. 2, p. 299.

Литература

• Бронза, сплав // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Ссылки

• Галичский клад изделий из бронзы, один из самых древних в Северо-восточной Европе, Абашевская культура
• Секреты антикварной бронзы