Бронза

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Бронзова статуетка з Олімпії. Кінь. 740 р. до н. е.

Бронза (стар. спиж)[1] — сплав міді, та інших металів, чи неметалів. Здебільшого до складу бронзи входить олово. Частка олова у бронзах може становити від 1.25 до 10%. Серед неметалічних сполук найчастіше до складу бронзи входить фосфор. Типова бронза має склад: 94.65% — мідь, 5% — олово, 0.35% — фосфор. Фосфор надає бронзам додаткової пружності, твердості, та збільшує корозостійкість. Температура топлення бронзи перебуває в межах 990...1190 °С.

Арсенова бронза[ред.ред. код]

Новітніми дослідженнями встановлено, що багато давніх мідних та бронзових предметів, що знайдено в різних регіонах Старого світу, виготовлено не з чистої міді, а з мідно-арсенових стопів.

Найдавнішим свідоцтвом того, що людина використовувала метал, є знахідки в докерамічному неолітичному оселищі на пагорбі Чайоню-Тепезі в Південно-Східній Анатолії (у верхів'ях річки Тигр). Металеві вироби було знайдено в нашаруваннях пагорба, вік яких по радіовуглецевому аналізу становить 9200 ± 200 і 8750 ± 250 років до н. е. Це були дротяні шпильки, чотиригранне шило, свердла, намиста та їх «напівфабрикати» з міді, а також непросвердлені, але добре оброблені намистини. Було висловлене припущення, що всі металеві предмети виготовлені із самородної міді. Однак спектральний аналіз шила показав вміст близько 0,8 % арсену, що вносить певні сумніви про самородне походження міді.

Одна з найдавніших знахідок арсенової міді відноситься до середини V тисячоріччя до н. е. у древньому пам'ятнику Тепс-Ях'я, на південному сході Ірану. У Закавказзі предмети з мідно-арсенових сплавів з'являються з IV тисячоріччя до н. е. Предмети, виготовлені з мідно-арсенових сплавів, знайдені також у Німеччині, Іспанії, Португалії починаючи з III тисячоріччя до н. е. У тих областях, де не було родовищ олов'яних руд, арсенову мідь продовжували виробляти у великій кількості до початку I тис. до н. е.

Арсен у мідних сплавах поліпшував їхні фізико-механічні властивості. Присутність у міді 0,5 % арсену поліпшує її ковкість у холодному стані, дає можливість одержати щільніші виливки у рельєфних ливарних формах. Без присадок арсену або інших легуючих елементів це представлялося складним завданням. Крім того, у порівнянні з чистою міддю, що плавиться при температурі 1083 °C, мідь, легована арсеном, плавиться при нижчій температурі, що залежить від вмісту арсену в сплаві. Те ж саме стосується і твердості арсенової міді, яка в результаті клепання різко підвищується. Предмети з арсенової бронзи легко піддаються холодному куванню і за твердістю мало поступаються олов'яній бронзі (твердість кованої арсенової бронзи в умовних одиницях, за Віккерсом, від 100 до 245, олов'яної — від 116 до 252). Зі збільшенням вмісту арсену до 8 % пластичність арсенової міді не погіршується, на відміну від мідно-олов'яного сплаву, але вище цієї межі пластичність падає і сплав стає крихким.

Таким чином, арсенова мідь за багатьма фізико-механічних властивостями не поступається різним типам мідно-олов'яних сплавів. Колір арсенової міді буває від білого до червонуватих і золотавих відтінків.

Олов'яна бронза[ред.ред. код]

Починаючи з III тисячоріччя до н. е. у більшості країн Старого світу стали з'являтися вироби з олов'яної бронзи, тобто з міді, у якій основним легуючим елементом було олово і яка стала поступово витісняти мідно-арсенові сплави. Поява в стародавності олов'яної бронзи ознаменувало початок нової епохи в історії розвитку людства, що визначене як бронзовий вік. Древні мідно-олов'яні предмети продовжують знаходити в пам'ятниках бронзового віку на величезному просторі Старого світу.

Очевидно, перехід від мідно-арсенових сплавів до мідно-олов'яних був поступовим, і спочатку олово присаджували до міді разом з арсеном. Цим, пояснюється, що в країнах Близького Сходу і в деяких інших регіонах у початковому періоді бронзового віку олов'яна бронза містить олово разом з арсеном. Винятком є давні бронзи Таїланду, що не містять домішок арсену.

Відомості про найдавніші мідно-олов'яні знахідки


Країна                   Дата (до н.е.)       Легуюча домішка, %
                                                Sn          As
Таїланд                   3600                 2,50          -
Іран                      3000                 3,00         1,1
Азербайджан               3000 - 2500          0,97         1,3
Ірак                      2800 - 2500          2,40          -
Туреччина (Троя II)       2500 - 2000          2,18         0,97
Пакистан                  2100 - 1700          1,20          -
Єгипет (Гр. Тутанхамона)  2000 - 1800          1,80         Сліди
Англія                    1700                 1,54         2,9

Вважається, що олово дадавали до міді у вигляді його двоокису, тобто каситериту. Відновлення олова в шихті з мідною рудою і з деревним вугіллям — процес простіший, ніж ізольоване відновлення олова з наступною його присадкою до міді.

Більшість відомих у світі родовищ каситериту (SnO2) знаходиться в Малайзії, Індонезії, Китаї, Болівії, на Британських островах, Саксонії, Богемії, Нігерії. Досить часто відзначається Богемія, як один з центрів постачання оловом бронзової металургії. Але родовища олова там залягають глибоко у гранітах, так що навряд чи вони були доступні древньому рудокопу. Також малоймовірним є вивіз олова з Британських островів до II тисячоріччя до н. е. Вивчення древніх олов'яних предметів в Англії показало, що виплавляння олова почалася на Британських островах у пізніший час, в основному в епоху Римського панування.

Останнім часом висловлюється міркування, що древня бронзова металургія на Близькому і Середньому Сході, а також на Кавказі забезпечувалася оловом з родовищ каситериту на Малайському архіпелазі та у сусідніх з ним країнах. Ці родовища розташовані в «олов'яному поясі», що простирається, починаючи з Індонезії, через Сінгапур, Малайський півострів, Південно-Східний Китай. Існує думка, що доставка олова з країн Південно-Східної Азії відбувалася не тільки морським шляхом, але і сухопутним — караванним.

Присадка олова до міді, починаючи з мінімальних часток відсотка, поліпшує її ливарні якості та змінює пластичність сплаву. Бронзи, що містять до 5% олова, допускають холодне кування та волочіння, при більшому вмісті олова — можлива тільки гаряча обробка. З підвищенням змісту олова крихкість бронзи збільшується. Бронзи, що містять до 30% олова, дробляться під молотком.

Невелика добавка олова до міді знижує її точку плавлення, наприклад, мідь з 5% олова плавиться при 1050 °C, з 10% — при 1005 °C, з 15% — при 960 °C.

Інші бронзи[ред.ред. код]

У давнину через дорожнечу олова, яке у більшості країн було привізним і доставлялося нерегулярно, плавильники заміняли його, цілком або частково, іншими легуючими металами: арсеном, сурмою, свинцем, нікелем, а пізніше цинком. Тому склад стародавніх олов'яних бронз різнорідний.

У Древньому Єгипті і Месопотамії використовувалися сурм'яні бронзи. У Закавказзі, де було багато розробок антимоніту (сурмяної руди) в основному застосовувалися мідно-сурм'яні сплави, а не металева сурма. Крихкість останньої не дозволяла широко використовувати сам метал для виготовлення з нього предметів.

У древній металургії для легування міді замість дорогого олова іноді використовувався свинець. Також його приплавляли до міді разом з оловом. Приплав міг здійснюватися або безпосереднім внесенням металевого свинцю в розплавлену мідь, або спільною відбудовною плавкою мідних і свинцевих руд. Виплавка мідно-свинцевих сплавів вимагала високої майстерності плавильників через розшарування металів у процесі плавки внаслідок великої різниці в питомих вагах. Виплавка полегшувалася наявністю в міді інших металів-домішок. Незважаючи на низьку точку плавлення свинцю (327 °C), його приплав до міді не викликає істотного зниження точки плавлення мідного сплаву.

Бронзові предмети з високим змістом нікелю (до 3,3%) знайдені в Індії. Про досить широке поширення нікельових бронз свідчить виявлений бронзовий предмет, у якому було 2,7% олова і 8,9% нікелю. Високий вміст нікелю, характерний для майкопської міді III тисячоріччя до н. е., пояснюють характером мідних руд з домішкою нікелю. Серед анатолійских виробів виявилося чимало таких, що містять до 4% нікелю, а в окремих випадках навіть вище. Однак у всіх випадках високий зміст нікелю супроводжувався також підвищеним змістом арсену (до 3%), або олова. Аналогічна закономірність була встановлена для деяких мідно-арсенових предметів, знайдених на Північному Кавказі, в Азербайджані, Грузії.

Бронза в Україні[ред.ред. код]

Ритуальний ніж-кулон бронзового віку знайдений в Україні

Металургія міді з'явилася на території України в V тис. до н. е. разом з трипільськими племенами і пов'язана своїм походженням з Балканами. У мідному віці в археологічних культурах в Україні з'являються перші мідні вироби і починається власне виробництво. Руду могли видобувати в балканських родовищах, а метал виплавляли на значній відстані від родовищ. Так, на ранньотрипільському поселенні Олександрівка (північ Одещини) знайдено кам'яні рудодробилки, на яких імпортовану за сотні кілометрів сировину подрібнювали перед збагаченням. Використовували також нечисленні поклади самородної міді, одне з таких родовищ — біля с. Великий Мідськ на Волині. Можливе також використання місцевих покладів сировини — у Подністров'ї, Буго-Дніпровському межиріччі.

Наприкінці мідного віку трипільці навчилися не тільки плавити мідь, а й додавати до неї арсен, а потім і олово для одержання бронзи. Переважала ковальська обробка металу, якою трипільські майстри володіли досконало. Згодом значною мірою розширюється асортимент виробів — як прикрас, так і знарядь праці, переважна кількість яких виготовлена на місці. Продовжуючи ковальські традиції попереднього етапу, трипільські майстри опановують фігурне кування та лиття — як у відкриті, так і у складні закриті форми.

Трипільці і близькосхідне населення практично одночасно опановують спочатку мідь, потім її сплави. В Трипіллі з'являються сплави міді та срібла, в Месопотамії — сплавом міді та свинцю. А згодом одночасно поширюються бронзові вироби.

Властивості бронзи, сучасне маркування та використання бронз[ред.ред. код]

Бронзи мають високі механічні і антифрикційні властивості, корозійну стійкість, добрі ливарні властивості та оброблюваність різанням.

Бронзи маркуються літерами Бр. Легуючі елементи позначаються початковою літерою назви цього елемента: А — алюміній, Б — берилій, Ж — залізо, К — кремній, Мг — магній, Мц — марганець, Н — нікель, О — олово, С — свинець, Ф — фосфор, Ц — цинк за буквами вказується вміст легуючих елементів у процентах.

  • Бронзи олов’яні, що обробляються тиском (ГОСТ 5017-74[2]):
    • БрО6,5Ф0,4 (олова 6,5%, фосфору 0,4%, решта — мідь). Має міцність 343...442 МПа, твердість 67...87 HB. Виготовляють пружини, деталі машин;
    • БрО4Ц3; (олова 4%, цинку 3%, решта — мідь). Має міцність 295...392 МПа, твердість 48...67 HB. Струмопровідні пружини, контакти штепсельних рознять, деталі хімічної апаратури;
    • БрО7Ф0,2 (олова 7%, фосфору 0,2%, решта — мідь). Має міцність 372...442 МПа, твердість 82...92 HB. Виготовляють пружини, зубчасті колеса, втулки, прокладки високонавантажених машин;
  • Бронзи олов’яні ливарні (ГОСТ 613-79[3]):
    • БрО3Ц7С5Н1 (олова 3%, цинку 7%, свинцю 5%, нікелю 1%, решта — мідь). Має міцність 176...206 МПа, твердість 60 HB. Деталі, що працюють в маслі парі чи прісній воді.
    • БрО5Ц5С5 (олова 5%, цинку 5%, свинцю 5%, решта — мідь). Має міцність 147...176 МПа, твердість 60 HB. Арматура, антифрикційні деталі, вкладиші підшипників.;
    • БрО10Ц2. Має міцність 216...225 МПа, твердість 64...74 HB. Використовують для виготовлення підшипників, парової і водяної арматури, деталей тертя, антифрикційних деталей та гребних гвинтів;
    • БрО10С10. Має міцність 176...196 МПа, твердість 67...74 HB. Використовують для виготовлення підшипників ковзання, що працюють при високих питомих навантаженнях.
  • Бронзи безолов’яні, що обробляються тиском (ГОСТ 18175-78[4]):
    • БрА7 (алюмінієва бронза). Має міцність 432...490 МПа, твердість 63...72 HB. Деталі для хімічного машинобудування, ковзні контакти;
    • БрК3Мц1 (кремниста бронза). Має міцність 343...392 МПа, твердість 66...77 HB. Деталі всіх видів для хімічних апаратів, пружини і пружні деталі, деталі для суднобудування, а також зварних конструкцій.
    • БрК1Н3 (марганцева бронза). Має міцність 392...442 МПа, твердість 67...77 HB. Відповідальні деталі в моторобудуванні, напрямні втулки.
    • БрКд1(CuCd1), БрМг0,3 (кадмієва і магнієва бронзи). Мають міцність 256...332 МПа, твердість 48...67 HB. Колектори електродвигунів, деталі машин контактного зварювання та інші деталі.
    • БрБ2 (берилієва бронза). Має міцність 392...588 МПа, твердість 125...144 HB. Після термічної обробки (гартування і старіння) має міцність 1300...1400 МПа, а твердість 280...300 НВ. Виготовляють відповідальні пружини та мембрани, пружні контакти в електричних пристроях, а також, безіскровий інструмент.
  • Бронзи безолов'яні ливарні (ГОСТ 493-79[5]). Мають високу міцність, антифрикційність, застосовуються для виготовлення деталей, що працюють у важких умовах:
    • БрА10Ж3Мц2. Має міцність 578 МПа, твердість 98...118 HB. Виготовляються зубчасті колеса, втулки, клапани;
    • БрС30, БрС30Н2. Має міцність 490 МПа, твердість 25 HB. Використовується для виготовлення важконавантажених підшипників;
    • БрА10Ж4Н4Л. Має міцність 578 МПа, твердість 157...167 HB. Деталі хімічної і харчової промисловості, а також деталі, що працюють при підвищених температурах.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. СПИЖ у Словнику української мови у 11 томах, Київ: «Наукова думка», 1970—1980. Т.9 С.503.
  2. ГОСТ 5017-74 Бронзы оловянные, обрабатываемые давлением. Марки.
  3. ГОСТ 613-79 Бронзы оловянные литейные. Марки.
  4. ГОСТ 18175-78 Бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением. Марки.
  5. ГОСТ 493-79 Бронзы безоловянные литейные. Марки

Джерела[ред.ред. код]