Технология производства изделий из бронзы

3 Заливка, выбивка и обрубка литейных форм

После того, как будет осуществлена формовка, приступают к подготовке расплава, который требуется для заливки формы. Его получают в дуговой, тигельной либо пламенной печи (видео).

Как только металл полностью расплавляется в печи, форму можно сразу же заполнять. Данная процедура длится буквально пару минут, но для операции отливки и результатов литья она имеет важнейшее значение. Если процесс выполняется с нарушением технологии, в заливке могут образоваться шлаковые раковины, спаи, пригары, серьезные недоливы. Заполнение форм в небольших мастерских и в бытовых условиях производится при помощи специальных «ложек» – ручных металлических ковшей.

После охлаждения отливки до заданной температуры (она может варьироваться) следует процедура выбивки. Выполняют ее молотком и клещами, просто-напросто разрушая форму (если применяется одноразовая форма). На литейных заводах чаще применяются многоразовые формы, разбивать которые не нужно.

За выбивкой производится процедура обрубки. Она также важна, так как на поверхности отливки появляются выпоры, всевозможные литники, заливы и прибыли. Все эти дефекты необходимо удалить, чтобы обеспечить высокое качество готового бронзового изделия.

Заключительная обработка

После извлечения из литейной формы изделия, как правило, имеет непрезентабельный вид. Оно имеет различные поверхностные дефекты. Чтобы придать изделию из бронзы нормальное состояние и его нужно очистить шлифовальной машинкой или металлической щеткой.

Многофункциональная шлифовальная машина

Помимо очистки, потребуется и чеканка, хотя бронза имеет неплохую текучесть и при заполнении формы с легкостью проходит во все углубления. Тем не менее для того чтобы добиться на изделии четкого рисунка не обойтись без чеканки. Этот этап работы часто занимает долгое время, особенно если изделие имеет ажурные элементы.

Чеканка является наиболее творческим этапом литейной процедуры, и от ее качества будет зависеть окончательный внешний вид изделия. Готовые изделия часто покрывают серебром или позолотой, хромом или никелем. Часто дополнительным слоем покрываются статуэтки.

Изделия, отличающиеся сложностью конструкции, могут отливаться отдельными частями, а не целиком. После, элементы изделия соединяются специальными замками. Рекомендуется маркировать каждую часть, чтобы не спутать замки при сборке.

Технологии литья бронзовых изделий

Литье из бронзы можно разделить на несколько видов в зависимости от технологического процесса и использования литейных машин. Для плавки сплава используются индукционные печи. Сам металл покрывается флюсом.

Литье под давлением

В процессе вакуумного всасывания расплавленный металл начинает втягиваться в форму кристаллизатора. Далее начинается охлаждение заготовки, которое происходит от краёв к центру. В качестве кристаллизатора использует емкость с тонкими стенками. Она охлаждается водой. После охлаждения заготовка сама отходит от формы.

Центробежное литье

Центробежное литье бронзы применяется для изготовления деталей цилиндрической и конусовидной формы. К ним относятся уплотнительные кольца, втулки для промышленного оборудование и другие детали. С помощью центробежной технологии изготавливаются червячные колёса и шестерни. Технологический процесс подразумевает под собой вращение формы, благодаря чему расплавленный металл уплотняется.

Художественное литье

Технология художественного литья из бронзы используются в случаях создания декоративных элементов. К ним относятся различные скульптуры, светильники, решётки, ограды, сувенирная продукция. Этапы художественного литья из бронзы:

Изначально изготавливается чертеж будущей заготовки.
Далее мастер создаёт форму, в которую будет переливаться расплавленный металл.
Расплавляется исходное сырье — шихта.
Форма для литья заполняется расплавленным металлом.
Процесс охлаждения.
Извлечение заготовки из формы.

Последним этапом считается очистка и дальнейшая обработка детали. Если конструкция составная, изначально создаются и обрабатываются отдельные детали. После этого они соединяются в одну конструкцию. Швы зачищаются и обрабатываются защитными составами. При правильном выполнении технологического процесса создания декоративных элементов из бронзы, можно избежать ошибок и снижения качества готовой продукции.

Что такое бронза

Бронза — это сплав, основой которого является медь и другие металлы. Состав может изменяться в зависимости от чего меняются и параметры готового материала. В качестве дополнительных компонентов могут использоваться марганец, железо, хром, фосфор. Оптимальное содержание легирующих примесей в бронзовом сплаве — 2.5%.

От количества меди в составе материала зависит его цвет. Например, в ярких огненных заготовках из бронзы содержится более 35% меди. Смесь цинка с медью нельзя относить к разновидностям бронзы. Это отдельная смесь, которая называется латунь.

Структура и состав

Состав сплава бронзы состоит из определённых компонентов. Не каждая смесь может называться бронзовым материалом. Например, латунь и мельхиор имеют в составе большое количество меди, однако не относятся к бронзе. Таким образом дополнительными компонентами выступают различные металлы за исключением цинка и никеля. Характеристики смеси зависят от количества легирующих металлов. Смеси на основе меди можно разделить на две группы:

Оловянные — процент олова в таких бронзовых сплавах больше чем других легирующих примесей. У готового материала высокие показатели упругости и твердости. Он легко плавится, что облегчает обработку. Чтобы улучшить устойчивость к коррозии и литейные качества смеси, в ее состав добавляют другие легирующие примеси
Специальные — в составе этих смесей не содержится олова. В качестве дополнительных компонентов выступает железо, кремний, алюминий. Характеристики материла зависят от используемых легирующих примесей.

Специальные бронзовые смеси считаются более универсальными, нежели оловянные.

Сплав бронзы

Свойства и характеристики

Чтобы понимать где можно использовать этот материал, нужно учитывать свойства и характеристики бронзы. Свойства смеси:

хорошая свариваемость;
устойчивость к воздействию кислот и солёной воды;
высокая устойчивость к коррозии;
температура плавления — до 1140 градусов по Цельсию;
плотность — до 8700 кг/м3.

Свойства могут изменять в зависимости от процентного содержания легирующих компонентов.

Производство материала

Качество бронзы зависит от процесса её производства. Для этого применяются индукционные печи и дополнительные вещества для плавки. Процесс производства:

Разогревается печь, в которую засыпается уголь. При отсутствии древесного материала используется флюс.
Печь заполняется медью. Она должна расплавиться.
Расплавленный металл нужно раскислить фосфористой медью
Расплав насыщается легирующими примесями. Температура отжига равномерно увеличивается.
Расплавленные компоненты перемешиваются и продолжают нагреваться.
Последний этап перед отливкой в формы — повторное раскисление смеси.

Расплавленный металл разливается по формам, которые проходят через пресс-обработку. После охлаждения отливок их используют в дальнейшем производстве.

Разлив по формам

Виды бронзовых сплавов и различия в температуре их плавления

Основу такого сплава, как бронза, составляет медь, а в качестве легирующих добавок выступают олово, алюминий, кремний, свинец и бериллий. В бронзе любой марки в небольших количествах содержатся и такие элементы, как фосфор, цинк и др. Кроме бронзы, современная промышленность производит и другие сплавы на основе меди – мельхиор, копель, константан и нейзильбер (основным легирующим элементом в них является никель), латунь (сплав меди с цинком).

Каждая из марок бронзы, температура плавления которых входит в интервал 930–1140°, обозначается своей маркировкой. В зависимости от своего химического состава все бронзовые сплавы делятся на:

оловянные;
безоловянные.

Соединять медь и олово, чтобы получить бронзу, человек научился еще с древнейших времен. Олово, которое добавляется в такой сплав, делает его тверже, если сравнивать его с чистой медью, а также снижает температуру его плавления. Одним из ярких примеров такого сплава является колокольная бронза, из которой издавна методом литья изготавливались колокола. Она содержит 80% меди и 20% олова. Самым значимым недостатком бронз данного типа, обусловленным содержанием олова, является повышенная хрупкость изделий из них.

Температура обработки и технические свойства оловянных бронз

Безоловянные бронзы, как следует из их названия, не содержат в своем составе олова. Сплавы данного типа представлены на современном рынке одной из следующих категорий бронз:

бериллиевые – самые прочные, по многим параметрам превосходящие высококачественные стали;
кремне-цинковые, отличающиеся особенной стойкостью к истиранию (большим достоинством бронз этой категории является и то, что в расплавленном состоянии они обладают повышенной текучестью);
сплавы с добавлением свинца, которые отличаются повышенной устойчивостью к коррозии;
изготовленные на основе меди и алюминия, отличительными характеристиками которых являются повышенная устойчивость к коррозии и хорошие антифрикционные свойства.

Температура плавления и другие физические свойства литейных безоловянных бронз

Хотя бронзы с добавлением олова отличаются высокой хрупкостью, как уже говорилось выше, они и сегодня являются наиболее распространенными. Для маркировки бронз любых марок вне зависимости от их химического состава используются буквы «Бр», после которых перечисляются обозначения добавок, а также их процентное содержание. В качестве примера можно расшифровать обозначение бронзы марки Бр ОЦСН3-7-5-1. В данной бронзе, которая относится к оловянному типу, содержится 2,5–4% олова, 6–9,5% цинка, 3–6% свинца, 0,5–2% никеля. В химический состав любой бронзы, как было сказано выше, могут входить и другие элементы, которые обозначаются следующими буквами:

А – алюминий;
Б – бериллий;
Ж – железо;
К – кремний;
Мц – марганец;
Ф – фосфор.

Химический состав и назначение распространенных марок бронз (нажмите для увеличения)

Если говорить о наиболее распространенных марках бронзы, то к ним следует отнести:

сплавы литейного типа БрО5, БрО19, БрОЦ8-4, БрОЦ10-2, БрОФ10-1;
ковкий бронзовый сплав БрОС5-25.

Для такой технологической операции, как литье, особенно выполняемое в домашних условиях, большое значение имеет температура, при которой можно расплавить металл. Бронзы, содержащие олово, плавятся при меньшей температуре – 900–950°, а те из них, в составе которых данного металла нет, – при температуре 950–1080°.

Бронзовые литейные сплавы при нагреве до температуры плавления имеют большую вязкость, если сравнивать их с латунью. Именно поэтому, чтобы выполнить качественное литье из таких сплавов, их необходимо перегревать. Значимым преимуществом использования литейных бронз является то, что усадка изделий из них очень незначительна. Это позволяет изготавливать из таких сплавов фасонные отливки.

Заливка формы литейной бронзой

Это интересно: Процесс плавления серебра в домашних условиях: разъясняем обстоятельно

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.

Заключительная обработка

Многофункциональная шлифовальная машина

Где и как используется

Бронзовые сплавы востребованы, диапазон применения – от ответственных узлов оборудования и инфраструктуры до сферы красоты и дизайна.

Промышленность, ЖКХ

Каждой сфере нужны сплавы с разными свойствами:

Литьевые разновидности, особенно алюминиевая с ее плотной структурой, – материал аппаратуры для работы под водой либо в агрессивной среде (например, кислоте).
Деформируемые виды заказывают производители высокоточных приборов.
Из тепло-, электропроводной бериллиевой бронзы выполняют электротехнический ассортимент. Как самая твердая и пластичная, идет на мембраны, пружины, инструменты.
Она же, как невосприимчивая к амплитудам динамических нагрузок, становится начинкой бортовых компьютеров продукции авиа- и автопрома.
Для подшипников, работающих под повышенными нагрузками, выбирают свинцовый сплав. Его плюсы: сверхмалая истираемость, сопротивление ударам, прочность, тугоплавкость.
Изделия сложных форм выполняют из цинковых либо кремниевых составов. Их расплавы особо текучи, остывший продукт мало поддается сжатию, не искрит при механических манипуляциях.

Несмотря на дороговизну, из бронзы изготавливают ответственные бытовые детали: фитинги, краны, смесители.

Подготовительные работы для плавки серебра

Лунный металл относится к числу материалов, используемых для изготовления различных предметов быта и ювелирных украшений. Часто изношенным и морально устаревшим вещам хочется придать новый вид или переделать.

Для этого можно их просто расплавить и изготовить другое изделие, воспользовавшись услугами мастера или в кустарных условиях. Плавка серебра в домашних условиях требует четкого соблюдения техники безопасности и последовательности технологического процесса.

Добывать серебряный компонент в промышленных масштабах можно с помощью специально разработанных технологий, связанных с обогащением руды. Для того чтобы переплавить небольшое количество металла в домашних условиях, достаточно иметь минимальный набор приспособлений, включающий:

металлическую ложку;
асбест;
буру;
горелку;
весы;
лом металла;
графитный порошок;
микроволновую или муфельную печь;
шамотную глину.

Плавка металла предполагает изменение агрегатного состояния, связанного с переходом из твердого в жидкость под влиянием высокого температурного градиента.

В домашних условиях необходимо учесть, что расплавленный материал необходимо охладить. Поэтому, приступая к работе, необходимо предварительно изготовить форму для отлива изделия. Серебряный материал, подвергающийся плавке, называется шихтой.

Если необходимо расплавить большой кусок материала, то его можно разделить на мелкие куски с помощью инструмента.

https://youtube.com/watch?v=1xDQJYfQySk

Изготовление формы для отлива является составной частью подготовительных работ. Для этого необходимо изготовить металлический короб, в который будет заливаться смесь из гипса и талька. Предварительно он изготавливается из пчелиного воска, который можно добыть у пчеловодов. Макет изделия помещается в короб и заливается смесью. После застывания массы форму прогревают и полностью вытапливают из нее воск. Остатки воска могут образовать на изделии дефекты. В процессе нагрева из нее испаряются остатки влаги. Форма готова к отливу.

Нанесение огнеупорного покрытия на модель

Перед нанесением огнеупорного покрытия модель обезжиривают 1,5 %-ным водным раствором нейтрального мыла, соды или олеиновой кислоты и т.п.

Огнеупорное покрытие наносят на модель путем однократного погружения в суспензию, или двух-, или трехкратного с интервалами 10-25 с для сушки очередного слоя на воздухе. Модельный блок после последнего погружения в суспензию обсыпают зернистым огнеупорным материалом. Если предусмотрено вытапливание модели в горячей воде, жидкостекольное покрытие закрепляют 18 %-ным водным раствором хлористого аммония, подкисленного 0,3 % соляной кислоты. Для закрепления покрытия модель после нанесения очередного слоя погружают в бачок с закрепителем на 40-90 с.

При изготовлении комбинированных форм для получения отливок из цветных сплавов модель погружают в подготовленную быстротвердеющую гипсовую массу и выдерживают в ней до затвердевания массы.

Где продавать изделия из бронзы

Не менее привлекательным для мастера способом получения прибыли от такого вида деятельности является художественное литьё из бронзы на заказ. Этот вариант взаимодействия покупателя с продавцом удобен тем, что прежде чем приступить к изготовлению бронзового изделия мастер уверен в том, что его изделие будет реализовано срезу после окончания процесса плавки. Цена литья бронзы на заказ всегда будет выше, по причине разработки индивидуального эскиза для изделия. Заказы для мастера работающего с бронзой, могут поступать и на изготовление объёмных изделий, например, памятники и мемориальные таблички наиболее часто изготавливаются из медных сплавов.

Для домашнего мастера возможны и другие направления работы с металлом. Нередко из бронзы изготавливаются скульптуры различных персонажей мифов или реальных людей, живших в прошлые века. Несмотря на то, что при изготовлении объёмных фигур будет тратиться значительно больше времени, оплата за выполнение такого вида работ всегда высока.

Из этого вида медного сплава можно также изготавливать иконы, реализацию которых можно осуществлять через церковные лавки. Если мастером освоено тонкое ювелирное литьё бронзы, то можно заняться самостоятельным изготовлением украшений как на заказ, так и для реализации через розничные точки продаж.

Для крупных предприятий наиболее удобной формой реализации продукции является оптовая продажа посредникам. Также возможно осуществление крупных заказов на бронзовые изделия для других видов производств.

Используемые материалы

«Семёркой древних» называют перечень из железа, меди, олова, свинца, серебра, золота и ртути — с ними человечество знакомо не одну тысячу лет. Драгоценные металлы использовались для изготовления ювелирных изделий, а основным материалом для художественного литья в прошлом были сплавы на основе меди. В новое время к ним добавились чугун и алюминий.

Художники на протяжении всей истории не ограничивали себя ассортиментом материалов для плавки. Например, в XIX веке в Европе и России были популярны изделия из цинка и свинца, а современные скульпторы нередко обращаются к нержавеющей стали. Но классическими материалами для художественного литья даже на сегодняшний день являются бронза и чугун.

https://youtube.com/watch?v=GHBak_el3CU

Бронзовые сплавы

Сплавы меди с некоторыми цветными металлами (свинцом, оловом, алюминием, бериллием) без присутствия цинка и никеля называют бронзой. Медь с большими примесями цинка — это латунь. Последнюю применяют в основном для изготовления кабинетной скульптуры и дорогой мебельной и интерьерной фурнитуры. Главным материалом для художественного литья больших и малых форм оставалась несменной на протяжении веков оловянная бронза. Её преимущества:

ничтожная усадка;
высокая текучесть;
не подверженность пористости при остывании;
высокая теплопроводность;
прочность;
коррозионная стойкость;
упругость;
свариваемость.

Литьё из бронзы — одно из старейших искусств. Применение её в разных частях древнего мира было повсеместным: люди готовили в бронзовой посуде, носили бронзовые украшения, пользовались бронзовыми инструментами, застёгивали одежду на бронзовые пуговицы. Эта эпоха известна по удивительно высокому качеству исполнения и небывалой художественной силы скульптурам, сохранившимся до наших дней. С тех времён берёт начало литейная бронзовая традиция, надолго пережившая свой век с одноимённым названием. Безусловно, сплавы совершенствовались на всём протяжении истории, но большая часть технологических процессов художественного литья оставались неизменными.

Серый чугун

Бронза и железо, пожалуй, самые важные материалы в истории человечества. Недаром они дали названия двум эпохам технологической эволюции — бронзовому и железному векам. Поскольку для железного литья требовались более высокие температуры и сложные печи, плавку железа человечество освоило несколько позже бронзы. По некоторым сведениям, чугун лили в Китае ещё 2 тыс. лет назад. Первыми массовыми изделиями из него в Европе и России были стволы пушек и ядра к ним в XV веке.

Эволюция печей и энергоёмкого топлива для них быстро сделала высокие температуры доступными не только для военной промышленности. Художественное применение литейного железа началось приблизительно в 1500 г. с производства плитки для печей, памятников и фонтанов. Мощным толчком для популяризации чугуна в искусстве было бурное развитие металлургических технологий во второй половине девятнадцатого века и последующая за этими событиями индустриализация.

Для приготовления скульптуры используют серый чугун с высоким содержанием фосфора как самый недорогой и приспособленный для литья сплав железа с углеродом. Фосфор улучшает текучесть — это помогает металлу полностью заполнять форму. Свойство фосфора повышать хрупкость железа для художественного литья значения не имеет, как и присущая серому чугуну пористость. Материал обладает ещё одним важным свойством — привлекательностью внешнего вида готового изделия.

Немного истории

Бронза является фактически первым сплавом, который начало использовать человечество. В 3-м тысячелетии до н. э. мастера активно применяли медь для самых разных целей. Некоторые сорта руды содержали незначительный процент олова. При обработке данного материала люди заметили, что такая медь более плотная и твердая, чем обычная. Таким образом, это стало зарождением нового исторического и культурного периода, который известен сейчас как «эпоха бронзы». Дальнейшие исследования привели к тому, что было открыто олово, которое начали специально добавлять в медь для получения качественного сплава для изготовления инструментов и украшений.

Металлургия бронзы качественно повысила производительность самых разных отраслей, которыми было занято человечество на тот момент. Плавление постепенно совершенствовалось, и люди начали изготавливать специальные каменные формы, в которых различные изделия можно было отливать многократно. Постепенно были изобретены закрытые формы, которые позволяли делать оружие и украшения со сложной конструкцией и рисунком.

Читать также: Какие бывают виды производства

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.