Температура плавки бронзы

Как и при какой температуре плавить бронзу?

Бронза – первый сплав, который научился изготавливать человек тысячи лет назад. С тех пор изделия из бронзы пользуются большой популярностью. В наши дни современные мастера пытаются адаптировать литейные технологии к домашним условиям, для этого необходимо знать химический состав и физические свойства бронзы, а также технические характеристики получаемых из нее сплавов, в том числе алюминиевой бронзы.

В этой статье рассказывается о таком важном показателе, как температура плавления, а также о том, как поэтапно осуществить процесс плавки и литья бронзы.

Температура плавления

Существует таблица температур плавления разных видов бронзы. Прежде чем приступить непосредственно к плавке, необходимо понять, от чего зависит температура, при которой тот или иной металл начинает плавиться или полностью переходит в жидкое состояние. Бронза на самом деле представляет собой целый ряд различных сплавов, в состав которых в качестве основного компонента входит медь, а в качестве дополнительных (легирующих) – другие элементы.

Такими легирующими веществами могут быть алюминий, бериллий, олово, кремний и так далее. Вот как раз от химического состава бронзы зависят все физические свойства металла, в том числе и температура плавления. Чтобы расплавить медный сплав, необходимо знать его химический состав, только так можно правильно определить температуру плавления в градусах Цельсия. Давайте ознакомимся с температурами плавления.

Чистого металла

Хотя чистую медь производить крайне невыгодно, поскольку ее технические свойства во многом уступают особым маркам, которые производят из этого металла в металлургической промышленности, тем не менее знать температуру плавления меди необходимо.

Почему? Дело в том, что те марки меди, которые используются в народном хозяйстве, имеют в своем составе ничтожно малое количество легирующих веществ, которые рассматривают как примеси. Таким образом, благодаря несущественности их количества, температура плавления марок меди близка к температуре плавления чистой меди и составляет примерно 1084,5 градуса Цельсия.

Как уже говорилось, температура плавления зависит от состава вещества, по этой причине температура плавления бронзы варьируется в пределах 900-1140 градусов Цельсия.

Олово в составе бронзы снижает температуру плавления таких сплавов, она не превышает 900-950 градусов Цельсия.

Безоловянные, в том числе и алюминиевые бронзы обладают более широким диапазоном таких температур, которые зависят от химического состава медного сплава. Их температура плавления составляет 950-1080 градусов. Также необходимо учитывать, что бронза обладает большой вязкостью, поэтому ее перегревают после окончательного расплавления для обеспечения лучшей текучести расплава. Давайте рассмотрим процесс плавки и литья бронзы поэтапно.

Пошаговая инструкция

В кустарных условиях в основном изготавливают небольшие бронзовые изделия, например, элементы декора. Более сложные детали требуют высокоточного литья, технологию которого очень сложно осуществить без специально приспособленного для этих целей помещения, а также особого оборудования. В некоторых случаях приходится прибегать к доводке отливки до нужного состояния с помощью правки в домашних условиях, такой как удаление излишков расплавленного материала вручную, шлифовки и полировки изделия.

Прежде чем приступить к расплавлению металла, необходимо подготовить помещение и обзавестись необходимыми инструментами и оборудованием. Главным требованием, предъявляемым к помещению, является наличие хорошей вытяжной вентиляции, а также пол, выполненный из негорючих материалов, таких как бетон, цемент либо кирпич. При изготовлении небольших изделий эти требования соблюсти довольно просто, в противном случае придется воспользоваться гаражом.

Для того чтобы осуществить плавку бронзы в домашних условиях, необходимо приобрести специальную муфельную печь с возможностью регулирования температуры, но можно обойтись простым горном, топливом для которого послужит древесный уголь.

Подготовка инструментов

Начинающему литейщику следует приобрести либо самостоятельно изготовить следующие инструменты.

• Огнеупорный тигель из огнеупорного материала (такого как чугун или сталь) – специальный сосуд с носиком, куда кладутся куски расплавляемого металла.
• Приспособления для извлечения тигля из печи, которые сводят к минимуму риск обжечься – специальные крючки и щипцы.
• Форма для заливки расплавленного металла, которая изготавливается с помощью опоки и модели.
• Сама опока – два ящика, которые удерживают литейную форму с наполнителем из формовочной смеси.
• Костюм сварщика или просто очень плотный фартук и рукавицы, назначением которых является защита человека от летящих искр и брызг расплавленного металла.

После того как вы убедились в наличии всего вышеперечисленного, можно приступать непосредственно к плавлению бронзы.

• Разогревают печь, выставляя температуру с помощью регулятора. Температура зависит от химического состава бронзы, о чем мы говорили выше. Например, для алюминиевой бронзы такая температура будет равняться 1040-1084 градусам Цельсия.
• Далее следует обязательно прогреть форму, это делается, чтобы расплавленный металл не застыл при попадании в холодную емкость. Форму помещают в печь, когда та прогреется до температуры 600 градусов, после чего выставляют терморегулятор в положение 900 градусов. Когда температура внутри печи поднимется до 900 градусов, оставляют форму прогреваться на 3-4 часа, после чего аккуратно ее извлекают с помощью специальных приспособлений и охлаждают до 500 градусов Цельсия.
• Помещают тигель с кусками бронзы, предназначенной для плавки, внутрь разогретой до нужной температуры плавления печи и доводят до полного расплавления металла. После этого оставляют тигель перегреваться еще на 5 минут, чтобы добиться лучшей текучести металла и лучшего качества отливки.
• Достают тигель из печи или горна с помощью крюков и щипцов и приступают к заливке в форму.

Давайте рассмотрим, как правильно изготовить форму для получения изделия высокого качества. В литейных мастерских такую форму изготавливают при помощи опоки, куда засыпают смесь, состоящую из глины, песка и каменноугольного порошка. Опока состоит из двух половин, каждая из которых представляет собой ящик, куда будет засыпаться формовочная смесь.

1. Сначала берут первый ящик и начинают наполнять его смесью, насыпав ее до половины, помещают внутрь ящика модель.
2. Далее продолжают насыпать сыпучий материал, пока не заполнят ящик до самого верха. Во время работы требуется постоянно разравнивать и утрамбовывать формовочную смесь.
3. Устанавливают сверху второй ящик и продолжают насыпать смесь глины, песка и каменноугольного порошка.
4. Во втором ящике необходимо предусмотреть литники – отверстия для заливки расплавленной бронзы внутрь формы.
5. Когда оба ящика окажутся наполнены доверху, разделяют их с помощью острого предмета. Одна половина модели находится в одном ящике, другая – в другом.
6. Достают аккуратно модель, вновь соединяют оба ящика – получившаяся внутри пустота и есть форма для заливки.

Необходимая температура и процесс плавления бронзы

Изделия из бронзы имеют широкое распространение среди мастеров-любителей, занимающихся изготовлением различных предметов искусства, оружия и аксессуаров к нему, украшений и т. д.

Отсутствие производственной базы не является препятствием к выполнению работ, основная проблема — недостаток информации о свойствах, температуре плавления бронзы и режимах обработки сплавов меди. Большинство любителей не знает, что литье бронзовых изделий производится и в домашних условиях, главное — соблюдать технологию и обеспечить необходимые условия для протекания процесса.

Основные характеристики бронзовых сплавов

Бронза — это собирательное название сплавов меди с различными легирующими добавками. Таких добавок может быть использовано очень много:

• Олово.
• Алюминий.
• Свинец.
• Бериллий.
• Кремний.

Все виды бронзы имеют в составе небольшое количество цинка, свинца или фосфора. При этом сплавы меди с цинком (как полноценным компонентом) к бронзам не относятся и классифицируются как латунь. Отдельной группой являются сплавы меди и никеля (константан, мельхиор, копель, нейзильбер).

Бронзы подразделяются на:

• оловянные. Представляют собой сплавы меди и олова в том или ином соотношении;
• безоловянные. Вместо олова присутствуют другие материалы (бериллий, алюминий и т. д.).

Оловянные виды являются наиболее распространенными. Широко известная колокольная бронза (80% меди и 20% олова). Недостатком оловянной бронзы является хрупкость.

Безоловянные составы имеют массу специфических качеств, успешно используемых для выполнения различных задач.

Распространенными видами безоловянной бронзы являются:

• Бериллиевая бронза. Имеет высокую прочность, превосходящую высококачественную сталь.
• Кремниецинковая. Устойчива к трению, обладает высокой текучестью в расплавленном состоянии, чему способствует добавление кремния.
• Свинцовая. Демонстрирует высокую стойкость к коррозии.
• Алюминиевая. Обладает устойчивостью к коррозии, имеет высокие фрикционные способности.

Общепринятая маркировка сплавов

Необходимо понимать, что в составе любого сплава содержится несколько добавок, придающих данной марке бронзы определенные специфические качества. Например, в составе сплава марки БрО3Ц12С5 содержатся олово, цинк и свинец.

Узнать о составе данного сплава можно из его маркировки. Буквы, присутствующие в ней, кроме первых Бр (бронза) обозначают:

• алюминий – А;
• железо – Ж;
• марганец – Мц;
• олово – О;
• сурьма – Су;
• цинк – Ц;
• никель – Н;
• фосфор – Ф;
• кремний – К;
• свинец – С;
• бериллий – Б.

Подготовка к литью бронзы в домашних условиях

Для плавления бронзы в домашних условиях необходимо иметь соответствующее оборудование и приспособления. Процесс происходит при высоких температурах, с выделением дыма и прочих продуктов горения, поэтому лучше всего работать в гараже или мастерской, выполнять все действия в квартире не рекомендуется.

Для плавления бронзовых составов необходима высокая температура, в пределах 900–1200°, поэтому обойтись без муфельной печи или горна не получится. Понадобится оборудовать качественную вытяжную вентиляцию, напольное покрытие должно отвечать всем требованиям пожарной безопасности. Необходимо приготовить емкость для плавки (специалисты рекомендуют делать расплав в чугунной емкости с вытянутым носиком для точности литья, которая называется тигель).

Для вынимания раскаленного тигля из печи и захвата горячих отливок потребуются клещи (щипцы) и крюк. Обязательно надо позаботиться о защите от искр или брызг расплавленного металла и приготовить фартук и рукавицы из плотного и прочного материала (в идеале можно использовать костюм сварщика).

Потребуется изготовить литейную форму, для горна понадобится древесный уголь.

Особенности процесса литья

Процесс плавления бронзы происходит в следующей последовательности:

• Бронзовый лом измельчается и укладывается в тигель.
• Тигель помещается в муфельную печь, которую рекомендуется нагреть заранее.
• Расплавленный металл необходимо перегреть, для чего его выдерживают в печи на 5 минут дольше, чем надо. Это делает расплав более текучим.
• Используя крючок и щипцы, тигель извлекают из печи, незамедлительно разливают в приготовленную форму.

Форму следует подготовить, хорошенько прокалив ее в печи. Если этого не сделать, металл при начале отливки сразу же остынет и станет твердым, не заполнив всю форму целиком.

Подготовка формы производится в следующем порядке:

• Печь нагревается до 600°.
• Форма помещается в печь и прогревается до имеющейся температуры.
• Нагрев печи увеличивают до 900° и выдерживают форму в таких условиях около 3–4 часов.

Следует учитывать, что температура плавления бронзы данной марки должна быть ниже, чем величина нагрева печи. Расплав надо разогреть до более высокой температуры для получения максимальной текучести (бронза отличается высокой вязкостью в жидком состоянии), а также для получения некоторого запаса температуры для качественного изготовления отливки.

Как сделать литейную форму

Изготовление формы выполняется при помощи формовочной смеси и опоки. Смесь состоит из песка (75%), глины (20%) и каменноугольной пыли (5%). Компоненты тщательно перемешиваются до состояния однородной массы.

Опока представляет собой два неглубоких ящика, установленных друг на друга. Один, нижний, имеет дно и наполняется формовочной смесью по самый верх. Второй ящик дна не имеет, а оборудуется двумя поперечинами.

Процесс изготовления формы:

• модель, предварительно покрытая тонким слоем талька или графитового порошка, вдавливается до половины в формовочную смесь нижнего ящика;
• затем устанавливается верхний ящик и наполняется смесью, утрамбованной так, чтобы модель была полностью и плотно облеплена ей;
• для заливки делается одно или несколько отверстий — литников;
• форма разрезается по линии стыка ящиков и разделяется пополам;
• модель извлекается, а ящики соединяются снова, пустоты от модели соединяются и образуют полость, имеющую необходимую форму.

В завершении процесса форму надо немного подсушить и можно использовать по назначению.

Заливка бронзы в литейную форму

Заливка расплава сама по себе не представляет сложности — металл наливают тонкой равномерной струйкой до заполнения формы целиком.

Сложности могут возникнуть при отсутствии воздушных каналов, в которые может выходить воздух. Если выходы закупорены, воздушные пробки не позволят расплаву полностью занять всю форму, и отливка будет испорчена. Проблему можно решить с помощью центрифуги, которая распределяет металл внутри формы и помогает ему преодолеть сопротивление воздушных пробок.

Как изготовить качественное литье

Чтобы получить качественное бронзовое литье, понадобится последующая механическая обработка отливки. Надо последовательно выполнить операции отделения литников, удаления облоя, механической шлифовки и полировки изделия. Получить сразу готовую отливку высокого качества в домашних условиях невозможно, поэтому надо подготовиться к выполнению доводочных процедур.

Видео по теме: Плавка и отливка цветных металлов (бронза)

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%.

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.

Описание основных этапов бронзового литья

Данные археологических раскопок, а также исторических хроник подтверждают, что бронзовое литье можно отнести к старинным способам обработки металла. Технологию, требующую виртуозного мастерства при точном соблюдении правил, ремесленники прошлого держали в секрете. Современное литье бронзы представляет собой прочный сплав древних литейных секретов с прогрессивными технологиями, что позволяет любоваться красотой авторских изделий.

Бронза в литейном деле

О технологии бронзового литья было известно не менее 12 тысячелетий тому назад, тогда из бронзы отливали не только простые орудия труда и предметы домашнего обихода, но и разнообразные украшения. На протяжении веков мастера литейного дела совершенствовали технологию, которая сегодня стала отработанным способом создания уникальных предметов различной направленности.

Произведения мастеров средних веков и античных времен, сохранившиеся до наших дней, удивляют совершенством бронзового литья. Современная изысканность бронзовых изделий ассоциируется с аристократизмом средневековья, украшая современный быт.

Совершенствование этапов работы с металлом позволяет использовать бронзу не только для изготовления скульптурных композиций и сувенирных наборов. Из металла отливают ограждения (ворота, заборы) и лестничные конструкции, предметы оформления интерьеров, барельефы и осветительные приборы.

Общие характеристики металла

Бронза не относится к однородным металлам, а представляет собой сплав на основе меди, усиленный легирующими добавками алюминия, бериллия, свинца, кремния, олова. На основе количества и типа дополнительных компонентов, кроме латуни, бронзовый сплав приобретает определенную расцветку, ряд химических и физических характеристик.

Бронзу относят к особо прочным и стойким сплавам, температура ее плавления составляет 900–1100 градусов. С учетом базовых показателей материала, его применяют на производстве, а также для получения художественного литья благодаря обилию полезных свойств:

• высокой прочности, износостойкости;
• исключительно низкому уровню коррозии;
• простоте обработки, паростойкости;
• способности проводить ток и тепло;
• устойчивости к внешним повреждениям.

С точки зрения химического состава, бронза может быть двух вариантов – безоловянные и оловянные сплавы. Сочетание олова с медью наделяет конечный материал крепостью, но понижает температуру плавления и теплопроводность. В качестве примера бронзово-оловянного сплава можно назвать колокольную бронзу, но изделия из нее приобретают повышенную хрупкость.

Бронзы без олова

К материалам без содержания олова относят следующие виды:

• особо стойкая свинцовая с широким спектром антифрикционных свойств, тугоплавкая;
• бериллиевая – самая прочная и пластичная после закаливания;
• кремниецинковая с высоким показателем текучести при расплавлении;
• алюминиевая – стойкая к агрессии химических элементов, окружающей среды.

В составе многокомпонентного сплава без присутствия олова содержится 2,5 % легирующих элементов, значительно улучшающих набор полезных качеств бронзового металла. Наличие железных примесей способствует улучшению структуры и прочностных характеристик сплава. Для маркирования бронзы применяют сочетание букв «Бр», после которых следует первые буквы названия добавки (алюминий, бериллий, свинец и т.д.) и процент ее содержания в сплаве.

Температура плавления

Сведения о температурах плавления и литья отдельных видов бронзы приведены в таблице ниже:

По технологическим характеристикам бронзы бывают двух типов:

• деформируемый вид, отлично выдерживающий механическую обработку, используют для штамповки, изготовления проволоки, производства листов;
• литейную разновидность стойкую к высоким температурам, используют для отливки изделий больших габаритов с особо сложной конфигурацией.

Название «бронза» металл получил по аналогии с древнейшим морским портом Италии – Бриндизи. В четвертом тысячелетии до н. э. местные металлурги достигли совершенства в массовом производстве сплава меди и олова, а эпоху стали называть бронзовым веком.

Подготовка к работе

Металл популярен не только в различных отраслях современной промышленности (судостроение, авиация, ракетная техника и др.), но также для литья скульптурных композиций по причине долговечности и стойкости к механическим повреждениям. Высокохудожественные формы бронзовых изделий украшают театры и дворцы, залы торжественных мероприятий.

Несмотря на сложность технологии, художественное литье бронзы остается востребованной процедурой, которая реально станет прибыльным бизнесом по причине низкой насыщенности рынка. Сначала будущему мастеру понадобится стартовый капитал не менее 200 тысяч рублей, чтобы заняться приобретением оборудования, постижения секретов работы с материалом.

Необходимое оборудование

Для обустройства небольшой плавильной мастерской нужно приобрести:

• простую плавильную печь;
• чугунный либо стальной тигель;
• специальный вид щипцов для извлечения тигля;
• формы для отливки, вспомогательный крючок;
• горн потребуется, если печь не муфельная;
• запас древесного угля, если использовать горн для плавления.

Подбирая помещение для литейных работ, важно снабдить его эффективной вентиляцией, подготовить набор надежных средств, обеспечивающих противопожарную защиту. Для отлива мелких изделий можно воспользоваться небольшим помещением. Литье крупногабаритных конструкций лучше выполнять в цеху или гараже.

Общий план процесса выглядит следующим образом:

• создание эскиза, а затем модели для отлива;
• загрузка металлолома в тигель, плавление внутри печи;
• заполнение отливочной формы жидким сплавом;
• извлечение готового изделия, устранение дефектов.

Перед процессом самостоятельного литья бронзы необходимо запастись сырьем. Для этого подойдет небольшой запас бронзового лома – выпускаемые промышленностью слитки металла либо детали сантехнических приборов.

Этапы бронзового литья

Художественные изделия, отлитые из бронзы, удивляют изысканностью внешних очертаний, а время не вредит их поверхности. Благодаря формированию оксидной пленки, обволакивающей поверхность поделки, она превращается в антиквариат, что повышает цену бронзовых моделей. Теперь рассмотрим подробнее каждый этап домашнего литья с учетом важных нюансов производственного процесса.

С чего начинать

На подготовительной стадии идею для собственноручного творчества следует отобразить на бумаге – подготовить эскиз будущего шедевра. По чертежу будет создана модель изделия из выбранного материала – гипса, дерева, пластилина, воска или других пластичных материалов, для плавления которых достаточно невысоких температур. Заготовка создает отпечаток внутри литейной формы, обозначая контуры бронзовой статуэтки.

Занимаясь литьем, мастера выбирают определенный вид модели в зависимости от характеристик будущего изделия.

1. Неразъемной конструкцией пользуются во время ручного литья. Модель такого вида, сохраняющую четкие очертания контура, удается извлекать из формы без разделения ее на части.
2. Конструкция разъемной заготовки состоит из отдельных частей. Элементы каркаса, применяемого для создания сложных поверхностей, легко отделить друг от друга, чтобы изъять заготовку.
3. Специальный тип модели, представляющий собой шаблон для формовки, выбирают для отлива конструкций со сложным рельефом. Такие формовочные модели чаще называют скелетными.

Чтобы получить максимально гладкую поверхность моделей, сконструированных из древесины, гипса или слоновой кости, их подвергают шпаклевке, грунтовке. На финишном этапе поверхность вскрывают модельным лаком (2 слоя). Когда работы над моделью полностью закончены, приступают к изготовлению формы для бронзового литья.

Скульпторы-миниатюристы советуют создавать мастер-модель из полимерного пластика вручную. Изготовление сложных моделей – более трудоемкий процесс с использованием литниковой системы, визуализирующей путь течения металла.

Конструирование литейной формы

Литье бронзы в домашних условиях начинают с изготовления формы. На этапе формовки выбирают один из видов форм – одноразовый или многоразовый. Затем емкости наполняют жидким металлом. Когда бронза остывает, она обретает контуры будущего домашнего шедевра. Форму можно изготовить из готовой формовочной смеси, имеющейся в продаже, пользуясь набором специальных приспособлений. Чаще основным материалом для формовки мастера выбирают глинисто-песчаную смесь. Глину соединяют с тщательно очищенным песком кварцевой разновидности.

С учетом литейной технологии, форме для литья отводится решающая роль, что требует строгого соблюдения правил формовки. Литейная конструкция, которая будет заполнена расплавленным металлом, должна быть прочной и сохранять свои пропорции. Задача реализуется при помощи опок, представляющих собой две металлические полуформы, удерживающие объем формовочной смеси во время ее уплотнения. После завершения формовочного процесса приступают к работе с металлом.

Этап формования

Когда отливочная форма правильно подготовлена (прокалена внутри печи), предстоит заняться подготовкой расплавляемой массы. Для этого нужно измельчить подготовленный бронзовый лом и загрузить его в предварительно вычищенный тигель.

Что делать дальше:

• тигель с металлоломом поместить в печь и нагревать до требуемой температуры;
• когда бронза расплавится, тигель нужно еще несколько минут прогреть в печи для достижения максимальной текучести металла;
• пользуясь щипцами и крючком, емкость с расплавленным металлом извлечь из печи;
• заполнить расплавленным составом подготовленную форму, контролируя толщину струи расплава.

Занимаясь плавкой бронзы, в домашних условиях нужно самостоятельно поддерживать определенный температурный режим, учитывая параметры качества сплава. Если плавить бронзы оловянистого состава, требуется температура не выше 950 °С. Для безоловянистых сплавов максимальная температура составляет 1100 °С.

Процесс заливки расплавленного состава во время литья имеет свои технологические особенности:

• при использовании крупной формы жидкая масса бронзы полностью вытесняет воздух из емкости;
• применение маленьких формочек требует наличия центрифуги для равномерного распределения массы внутри формы.

Заливка по формам продолжается не более 2 минут. Но ее правильное выполнение обеспечивает качество поверхности готового изделия. Результатом несоблюдения правил станет появление дефектов – пригаров, недоливов, шлаковых раковин, спаев.

Извлечение

Завершив отливку, дожидаются остывания металлической массы. Затем бронзовое изделие можно извлекать из многоразовой формы, пользуясь щипцами и крюком. Одноразовую заготовку для отливки просто разрушают. Необходимо учесть, что после завершения литья поверхность собственноручно отлитой статуэтки не порадует отличным качеством. Художественное изделие требует специальной обработки.

Обрубка и сборка

Даже при соблюдении всех правил технологии литья бронзы не удастся избежать появления изъянов на поверхности отлитой статуэтки. После печки она выглядит оплавленным куском металла. Чтобы придать бронзовой поделке товарный вид, ее нужно для начала обработать при помощи металлической щетки либо абразивного материала, позволяющих сгладить следы прибылей заливов, выпоров. Операция очистки, выполняемая механическими инструментами, получила название обрубки.

Если в составе бронзовой конструкции несколько элементов, на завершающем этапе литья их соединяют в единое изделие. По ходу монтажа отливки гнезда соединения должны совпадать полностью.

Основной недостаток ручного разлива металла – неполное заполнение формы из-за высокой текучести бронзы. Это вредит четкости поверхностного рисунка. Чтобы устранить неприятный дефект, мастера рекомендуют заняться творчеством чеканки.

Центробежное литье бронзы

Минимизировать затраты на выполнение механической обработки поможет центробежное литье бронзы, выполняемое на недешевом оборудовании. Технологию применяют на производстве для изготовления деталей (шестеренки, втулки, вкладыши, кольца и др.) с повышенным требованием к износостойкости.

Главное отличие этого вида литья связано со способом заполнения расплавленной бронзой отливочных форм, подвергаемых действию центробежной силы. Под ее влиянием происходит разбрасывание заливаемого бронзового расплава по поверхности стенок формы, равномерно покрываемых горячей композицией.

Технологию центробежного литья реализуют на специально разработанном оборудовании с вертикальным либо горизонтальным расположением оси вращения литейной емкости. Производственный комплекс состоит из следующих элементов:

• тигля для расплавления металлического лома;
• желоба для подачи расплавленной массы внутрь литейных форм;
• изложницы (прямоугольная форма из прочного материала).

Для обеспечения вращения устройство оснащено электродвигателем, привод которого работает на клиноременной передаче. Центробежная технология плавления бронзы позволяет добиться высокого качества литья при изготовлении бронзовых конструкций, имеющих чрезвычайно сложный рельеф. Благодаря центробежному распределению расплавленного металла внутри литейной емкости повышается плотность поверхности отливки, стремительно возрастает износостойкость изделия.

Используемая литература и источники:

• 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
• Ковшов А. Н. Технология машиностроения. — М.: Машиностроение, 1987.
• Hart, G. H. & G. Keeley, 1945. Metal Work For Craftsmen, London: Sir Isaac Pitman & Sons.

Температура плавления бронзы, меди, латуни

Если вас хоть раз волновал вопрос о температуре плавления бронзы, то данная статья именно для вас. Некоторые исторические данные дают право полагать, что первобытные люди имели в обиходе медь, но она была в самородках, которые иногда могли быть внушительных размеров.

Что такое медь?

Название «медь» (на латыни «Cuprum») происходит от названия острова Кипр, на котором и добывали этот металл древние греки. Ввиду того, что медь имеет не слишком высокую температуру плавления, медную руду или сами самородки в древности плавили на костре. А медь использовали в оружейном деле, а также для изготовления разных предметов обихода. По наличию и распространению в земной толще медь находится на 23 месте относительно иных элементов, однако люди начали применять ее еще в древние времена. Как правило, в природе медь встречается в соединениях сульфидных руд, самыми популярными из которых считаются медный колчедан и медный блеск.

Способы получения меди

Технологии для получения меди существуют разные. Но каждая отдельная технология имеет не один этап. Медь получают из руды. Как сказано выше, температура плавления меди давала возможность даже древним людям справляться с ее обработкой. Само примечательное то, что уже в древности люди сумели выработать способ получения и дальнейшего применения как чистой меди, так и сплавов.

Процесс плавления – это изменение состояния металла от твердого к жидкому. Именно для этого и использовали костер, а благодаря низкой температуре плавления можно было проделать эту процедуру без особых сложностей. Для получения сплавов в расплавленную медь добавляли олово. Его можно было получить, восстановив из специальной оловосодержащей руды (касситерит). Такой сплав получил название бронза, которая намного прочнее меди. Бронзу также использовали в древности для изготовления оружия.

А также можно было добыть из медной руды при помощи плавления более чистый металл. Все знают, что каждый металл имеет свою температуру плавления, которая в свою очередь зависит от того, какое количество примесей присутствует в руде. Например, медь, у которой температура плавления равняется 1083 °С, при смешивании с оловом образует новый материал – бронзу. А температура плавления бронзы составляет 930-1140°С, а разная температура потому, что зависит от того, сколько в ней содержится олова. Ну а если вам интересно узнать подробнее, например, какой имеет бронза цвет или какой имеет бронза состав, то эту информацию также можно найти в интернете.

Например, латунь – это сплав цинка и меди с температурой плавления 900-1050°С. Когда металл нагревается и плавится, то кристаллические решетки начинают разрушаться. При процессе плавления температура метала постепенно повышается, а далее с определенной отметки становится постоянной, однако нагрев остается таким же. Вот в момент, когда температура останавливается на определенном значении, начинается процесс плавления. И в момент плавления металла температура остается на одном и том же значении, но когда металл полностью расплавлен, температура снова будет увеличиваться.

Такой процесс происходит относительно любого металла. Ну а в процессе охлаждения идет обратный процесс, а именно: сперва температура падает до того момента, пока металл не начнет затвердевать, а уже далее остается постоянной. Когда металл полностью затвердеет, температура снова начинает снижаться. Так ведут себя все металлы, изображая этот процесс графически, он будет иметь вид диаграммы с фазами, на которой четко будет видно состояние вещества на определенно температурной отметке.

Многие ученые пользуются такими фазовыми диаграммами в качестве главного инструмента для исследования процессов, происходящих с металлами при плавлении. Например, если уже расплавленный металл продолжать нагревать, то при достижении определенной температуре масса начнет кипеть. Например, медь кипит при температуре 2560 °С. Относительно металлов такой процесс также назвали кипением, поскольку по аналогии кипящей жидкости на его поверхности появляются пузыри газа.

Видео: Плавка меди в графитовом тигле