Плавка бронзы в домашних условиях

Бронза и её свойства — температура плавления

Многие сегодня пытаются в домашних условиях осваивать технологии промышленного производства. При условии соблюдения последовательности определенных манипуляций и наличия необходимого оборудования удается решать порою очень сложные задачи. Так, например, можно легко плавить металлы и создавать своими руками холодное оружие или эксклюзивные украшения. Для этого необходимо знать, до какой температуры нужно разогревать металл и как это лучше всего делать. Данная статья расскажет о том, какова температура плавления бронзы, что нужно учитывать, желая подчинить себе данный металл.

Особенности описываемого металла

Что такое бронза? Это сплав, состоящий из основного компонента (меди) и дополнительного легирующего элемента. В зависимости от того, что выступает в качестве легирующей добавки, различают несколько марок описываемого материала, поэтому у каждого вида бронзы своя температура плавления. От процентного содержания дополнительных компонентов зависят физико-химические свойства бронзы. Понять, какие примеси содержатся в сплаве, помогает его маркировка.

Все бронзовые составы условно можно разделить на две большие группы:

  1. Оловянные.
  2. Безоловянные.

К оловянным сплавам относится разновидность бронзы, в составе которой в качестве легирующего элемента выступает олово. Этот металл прочнее меди, но он легкоплавок. Сочетание меди (80%) и олова (20%) – первый сплав, который научилось создавать человечество. При помощи него на Руси отливались церковные колокола. Металл хорошо звучал, но был хрупок. Поэтому возникла необходимость искать более совершенные сплавы.

Безоловянные сплавы не содержат в своем составе хрупкого олова. В качестве легирующих добавок в них может выступать бериллий, кремний, свинец и алюминий. В зависимости от того, какой именно из перечисленных металлов сочетается с медью, сплав обретает свои физико-химические свойства. Так, например, бериллий позволяет создавать сплавы, которые по своим прочностным характеристикам во многом превышают высококачественную сталь. Добавление кремния делает бронзу более устойчивой к механическому трению. Свинец помогает формировать высокую устойчивость к коррозии, алюминий улучшает фрикционные характеристики сплава.

Процесс плавления бронзы обязательно должен начинаться с изучения ее состава. Все оловянные марки плавятся при температуре 900–950°C, безоловянные марки плавятся при температуре 950–1080°C.

Обратите внимание! При литье учитывается еще один показатель сплава – его вязкость. У оловянной бронзы она выше, чем у латуни, поэтому при нагреве ее необходимо сильно перегреть. Потом после остывания описываемая марка дает минимальную усадку, поэтому данный вид бронзы идеально подходит для фасонной отливки.

Можно ли отливать бронзу в домашних условиях?

Многие из нас задаются вопросом, возможен ли процесс плавки описываемого сплава в домашних условиях. Воссоздать промышленное литье невозможно. Так как бронза имеет высокую температуру плавления, для работы с раскаленным металлом нужны особые условия. Можно попытаться освоить мелкое литье, позволяющее создавать украшения или маленькие поделки. Для осуществления этого процесса придется выделить отдельную комнату, а также предпринять все меры противопожарной безопасности, сделать качественную вентиляцию. Изготавливать крупные бронзовые детали можно там, где есть земляной или бетонный пол (это может быть гараж с хорошей принудительной вентиляцией).

Для работы понадобится определенное оборудование и специальный инструмент. Осуществить литье позволит только муфельная печь (наличие терморегулятора значительно упростит решение поставленной задачи). Для крупного литься придется устанавливать горн. Плавить металл можно в чугунной емкости, которая имеет форму с носиком. Он помогает аккуратно переливать расплавленный металл в форму. Такая чугунная емкость называется тигель.

Из печи тигель вынимается длинными щипцами и специальным крюком. Под рукой должна быть литейная форма. Для растопки муфельной печи лучше всего подходит древесный уголь, для горна кокс.

Процесс литья

Сам процесс литься бронзы предельно прост. Печь разогревается до определенных параметров. Напомним еще раз, что для плавки оловянных сплавов необходимо разогреть печь до температуры 900–950°C, температура плавления безоловянных сплавов на порядок выше – 950–1080°C.

Плавление любого состава бронзы должно начаться с прокалки формы для заливки в муфельной печи или в горне. Для этого печь сначала нагревается до температуры 600°C. Затем в нее погружается форма, после этого температуру в печи нужно увеличить до 900°С. Литейная форма должна провести в печи пару часов. После окончания таймера форма вынимается из печи и остужается до температуры 500°С.

Бронза помещается в чугунный лоток и отправляется прямиком в хорошо прогретую печь. После того, как сплав расплавится, металл нужно еще подержать в печи пять минут. Так он хорошо прогреется, а это значит, можно будет легко обеспечить качественное заполнение литейной формы. Из печи тигель извлекается крюком, щипцами обеспечивается процесс переливки расплавленного сплава в форму. Выливать металл важно тонкой непрерывной струйкой. Только так можно предотвратить процесс размывания формы.

Как правильно залить расплавленную бронзу в литейную форму

Залить расплавленную бронзу в литейную форму – настоящая наука. Заполнить форму больших размеров будет несложно. Жидкий сплав под действием силы притяжения и собственного веса сам равномерно распределится по емкости и вытеснит весь имеющийся воздух. С заполнением форм маленьких размеров возникнет определенная проблема. Дело в том, что воздух препятствует равномерному перераспределению сплава по всем плоскостям. Поэтому нередко плавление бронзы в домашних условиях не позволяет создавать качественные изделия.

Можно ли самостоятельно решить подобную проблему? Да, если под рукой есть центрифуга. Центробежная сила вытеснит воздух и позволит сплаву равномерно перераспределиться по всей площади формы. Действовать по такому плану необходимо очень быстро, пока бронза не успела застыть.

Вынимать заливку из формы нужно, когда сплав полностью застынет. Поверхность заготовки получится шероховатой, кое-где обязательно появятся наплывы из металла. Подобные дефекты устраняются методом механической шлифовки. Если правильно была прогрета печь, объем механической шлифовки будет минимальным.

Создание литейной формы

Учитывая то обстоятельство, что у каждого вида бронзы своя температура плавления, важно иметь под рукой форму, способную выдержать наивысшую точку нагрева описываемого сплава. Ее сложно создать собственными руками в домашних условиях, но попытаться можно, если внимательно изучить следующую инструкцию.

Сначала нужно создать формовочный ящик (литейщики называют его опокой). Его размеры в полтора раза больше размеров будущей детали. Собирается опока из не струганных досок по следующей схеме: сначала сбивается верхняя рамка (внешне она похожа на обычный ящик без дна и верха, но с двумя перекладинами посередине), потом сбивается нижняя рамка (ящик с дном).

Потом приступают к созданию формовочной земли. Она имеет особый состав: 75% мелкозернистого песка, 20% глины и 5% пыли каменного угля. Все ингредиенты соединяются между собой и тщательно перемешиваются.

Следующий этап – изготовление модели, которая поможет сформировать форму для будущего литья. Специалисты рекомендуют изготавливать ее из дерева. Дальнейший процесс воспроизводится по следующему алгоритму.

  1. Модель из дерева предварительно обильно посыпается тальком, а потом аккуратно помещается в нижний ящик опоки ровно наполовину.
  2. Потом он доверху заполняется уже готовой формовочной землей.
  3. Вся полученная композиция обильно посыпается графитом.
  4. После этого нижняя часть опоки (с дном) закрывается верхней рамкой (без дна).
  5. В верхнюю рамку вставляется металлический конус, узкая часть которого должна коснуться поверхности деревянной модели. Конус позволит сформировать литник – деталь, через которую будет заливаться расплавленная бронза.
  6. Верхний ящик тоже доверху заполняется формовочной землей. Наполнение тщательно утрамбовывается специальной ступкой.
  7. После этого металлический конус аккуратно извлекается. При помощи острого ножа верхняя опока снимается с нижней рамки вместе с формовочной смесью. Из нее извлекается деревянная заготовка. После всех произведенных манипуляций на обеих опоках должны остаться углубления, точно копирующие геометрию одной половины деревянной модели.

Обратите внимание! Ножом можно на данном этапе поправлять слегка осыпавшиеся линии. Если часть земли прилипла к модели, ее недостаток в опоке восполняется. Излишки просто удаляются.

  1. Оставляем нижнюю и верхнюю часть опоки до полного высыхания, а потом соединяем вместе таким образом, чтобы между ними не оставалась щель. Форма для литья бронзы готова.

При помощи такой формы удается создавать изделия из бронзы, не имеющие четкого рисунка и мелких деталей.

Как получить более качественное литье

Даже в домашних условиях можно произвести более качественное литье, если применить особый способ создания формы под литье. За основу берется модель, в точности напоминающую ту, что необходимо будет выплавить из бронзы. Она изготавливается из воска или парафина.

  • С модели сначала снимается гипсовый слепок, состоящий из двух половинок. Части слепка соединяются между собой гипсовым раствором.
  • Получившаяся форма после высыхания заполняется жидким парафином через специально оставленное отверстие.
  • Когда парафин застынет, гипсовую скорлупу удаляют. Должна остаться фигура из застывшего парафина.
  • Ее помещают в жаростойкую массу и формируют неразъемную форму для литья. Литейные массы сегодня продаются в строительных магазинах. Обязательно оставляется отверстие в форме для слива парафина и заливки бронзы.
  • Затем неразъемную форму необходимо поместить в кипяток. Он нагреется и расплавит парафин или воск. Через специальное отверстие, предназначенное для заливки жидкого сплава (будущий литник), нужно слить расплавленный воск. После этого форма для создания более качественного литья будет готова. Изготовление формы таким способом позволяет получать бронзовое литье, имеющее более четкий контур и мелкие детали.
Читайте также  Как сделать золотую цепочку в домашних условиях?

Воссоздать процесс плавления бронзы в домашних условиях не так уж и просто, но если задастся подобной задачей, решить ее поможет предложенная статья. Главное нужно всегда помнить о мерах предосторожности, уметь различать виды сплавов, знать, при какой температуре каждый из них плавится.

Температура плавления бронзы и особенности литья в домашних условиях (видео)

Бронза в зависимости от марки сплава плавится при разных температурах. При надлежащем оснащении оборудованием и соблюдении технологии ее можно отливать в домашних условиях.

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).

Количество основных легирующих добавок в бронзе определяет не только ее физические и химические свойства, но и цвет.

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.

Технология литья бронзы в домашних условиях

При изготовлении декоративных изделий из металла часто используется бронза. Из этого материала получаются привлекательные изделия, которые длительное время сохраняют приличный внешний вид. Литье бронзы считается одни из самых популярных литейных процессов и применяется сотни лет для изготовления различных изделий из этого металла. Чтобы понимать насколько этот материал подходит для литья и как с ним правильно работать, требуется обладать общей информацией о самом металле и способах его обработки.

Литье бронзы

Общая характеристика металла

Бронза представляет собой сплав, в состав которого может входит олово, медь и другие компоненты. К сторонним примесям относится цинк, алюминий, бериллий, свинец, никель или кремний. Если говорить о составе, бронзу можно разделить на две группы:

  1. Оловянные сплавы. Материал может состоять из двух и нескольких компонентов. Олово относится ко второму по процентному содержанию компоненту сплава.
  2. Безоловянные сплавы. В состав могут входить алюминий, свинец, кремний, свинец или бериллий. Эти компоненты изменяют характеристики сплава.

К характеристикам бронзового сплава относятся:

  1. Плотность. Этот показатель зависит от содержания олова в составе. Среднее число 9,1 кг/куб. см.
  2. Температура при которой плавится металл. Изменяется в зависимости от компонентов состава. Диапазон 880–1060 градусов по Цельсию.
  3. Теплоемкость — 0,385 кДж / (кг*К).
  4. Электропроводность — 0,176 мкОм*м.

При желании изменить какую-либо из характеристик сплава в его состав добавляется определённое количество сторонних примесей.

История технологии

Историки и археологи утверждают, что литье из бронзы начало развиваться более 10 тысяч лет назад. В начале истории появления этого сплава он использовался для производства орудий труда и примитивных украшений. Раньше сплав использовали только в производственных целях. На данный момент бронза используется для изготовления декоративных изделий, заборов, подвижных ограждений, люстр, бра, скульптурных композиций.

Моментом самого главного пика изготовления изделий из бронзы является период европейского барокко. В этот период люди украшали свои дома и поместья декоративными элементами из этого сплава.

Основные этапы

Литье бронзы подразумевает под собой технологический процесс, который требует использование специального оборудования и соблюдения определённых этапов производства:

  1. В первую очередь подготавливается чертеж будущей заготовки.
  2. Создаётся примыкание к модели литниковой системы. Для этого производится спаивание или приклеивание.
  3. Изготавливается литьевая форма из огнеупорных смесей.
  4. Форма освобождается от модельного состава. Для этого её нагревают паром или опускают в ёмкость с горячей водой.
  5. Используя центробежную машину, расплавленная бронза заливается в форму.
  6. Будущей заготовке дают самостоятельно остыть.

Для дальнейшей обработки детали из бронзы форма разбивается. Заготовка промывается с помощью химических составов.

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.

Изделие из бронзы

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:

  1. Изначально изготавливается чертеж будущей заготовки.
  2. Далее мастер создаёт форму, в которую будет переливаться расплавленный металл.
  3. Расплавляется исходное сырье — шихта.
  4. Форма для литья заполняется расплавленным металлом.
  5. Процесс охлаждения.
  6. Извлечение заготовки из формы.
Читайте также  Чистка медных изделий в домашних условиях

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.

Литье в домашних условиях

Опытные мастера металлургии практикуют литье из бронзы в домашних условиях. Для проведения этого процесса требуется приобрести:

  • горн;
  • щипцы;
  • древесный или каменный уголь;
  • тигель в котором будет плавиться металл.

В качестве нагревательного элемента для плавки бронзового сплава часто используют газовую горелку. Связано это с тем, что бронзу можно расплавить при небольшой температуре. Так можно сэкономить на покупке индукционной печи.

Создание литейной формы

Литье бронзы в домашних условиях требует правильного изготовления форм для литья. Формовочная смесь должна состоять из смеси, песчаника, каменноугольной пыли, глины. Этапы изготовления формы:

  1. Формовочная смесь засыпается в деревянный ящик, который называется опока. Сверху её утрамбовывают слабыми ударами.
  2. Далее в формовочную смесь погружается модель будущей заготовки.
  3. Сверху располагается ещё один ящик (опока). В него засыпается формовочная смесь. Трамбуется.
  4. Далее мастер разделяет форму на нижнюю и верхнюю половины.

Как правильно залить расплавленную бронзу в литейную форму

Литье из бронзы в домашних условиях требует особой подготовки литейных форм. Из них требуется удалить воздух чтобы получились долговечные отливки без дефектов. Формы необходимо раскрутить в центрифуге с электроприводом. После этого можно заливать расплавленный металл.

Как получить более качественное литье

Качество литья можно повысить. Нужно использовать другой изменённую технологию. При этом используется воск. Из него изготавливают формы, в которые будут заливаться отливки. Можно использовать парафин. Чтобы сделать такую модель, требуется использовать готовую форму, которая нагревается в кипящей воде.

Плавка оловянных бронз

Шихтой для приготовления литейных оловянных бронз служат либо готовые сплавы в чушках (ГОСТ 614-97), либо чистые металлы. Последние из экономических соображений используют редко, в основном для деформируемых оловянных бронз.

Оловянные бронзы плавят в различных печах, однако с точки зрения качества, минимальных безвозвратных потерь металла, производительности и условий труда плавильщиков предпочтительны электрические индукционные печи (в фасоннолитейных цехах — высокочастотные, а в заготовительных цехах заводов по обработке цветных металлов — низкочастотные канальные).

Плавка оловянных бронз из шихты на основе чушковой бронзы состоит из четырех основных периодов: загрузки, расплавления, перегрева и рафинирующе-дегазирующей обработки расплава. По ГОСТ 614-97 выпускают чушки оловянных бронз четырех марок.

В состав шихты, кроме чушек, входят возвраты собственного производства в количестве 20…80 % (литники, бракованные отливки и др.). Применение стружки в шихте не рекомендуется, так как в фасоннолитейных цехах обычно не имеется условий для надежной очистки ее от примесей, масла, влаги. Использование стружки удлиняет процесс плавки, поэтому рекомендуется стружку сдавать на специализированные заводы, где разработана технология ее переплавки, обеспечивающая минимальные потери. Если же стружку применяют в шихте для приготовления рабочих литейных сплавов, то ее следует тщательно очистить от железа, алюминия и других примесей (масло, вода) и по возможности предварительно сбрикегировать.

Чем короче время плавки, тем ниже угар дефицитных цветных металлов, меньше опасность насыщения расплава газами, выше производительность плавки и качество металла. Поэтому плавку ведут в тигельных индукционных печах в графито-шамотных тиглях.

После расплавления чушек в расплав вводят отходы, перегревают до 1150… 1200 °С (на 100…200 °С выше температуры ликвидуса) и вводят фосфористую медь в количестве 0,02…0,04 %. Особенностью плавки оловянных бронз является образование S11O2. Присадки фосфора в оловянные бронзы благоприятно действуют на образование жидких фосфатов (ЗБпСЬ’РгОз), легко удаляемых из расплава по сравнению с твердыми, вязкими оксидами олова.

При выплавке оловянных бронз из чистых металлов плавку начинают с расплавления меди, которую загружают в печь сразу полностью или по частям. Плавку меди ведут форсированно под покровом древесного угля. При большегрузных плавках рекомендуется медь предварительно подогревать до 600…800 °С. Если в состав шихты входит никель, то его загружают либо вместе с медью, либо вводят (растворяют) подогретым в жидкий металл. Никель повышает равновесную растворимость водорода в меди, а поэтому введение его в расплав на более поздней стадии предпочтительнее.

Наличие включений S11O2 заметно снижает механические и эксплуатационные свойства оловянных бронз. Поэтому перед введением олова или оловосодержащих отходов медь раскисляют фосфором. Количество раскислителя зависит от окисленности расплава меди.

При плавке в тигельных индукционных печах, где содержание кислорода после расплавления и перегрева меди до 1200 °С находится в пределах 0,01…0,04% (нижнее значение — при плавке с покровом древесного угля, верхнее — при плавке без покровов), для раскисления необходимо 0,005…0,02 % Р. Эти количества соответствуют равновесным значениям, в практических же условиях рекомендуется увеличивать расчетную концентрацию фосфора на 20…30 %.

Фосфор вводят в виде фосфористой меди, которая может содержать различные концентрации фосфора: от 7…8,5 % (МФЗ) до

8,5…10 % (МФ1), что следует учитывать при расчете погребных количеств но массе фосфористой меди. Фосфористую медь вводят в расплав меди кусочками при 1150…1200 °С, перемешивая жидкий металл графитовой мешалкой.

Плавку ведут под слоем древесного угля или флюса. После раскисления меди в нее вводят цинк, затем олово и отходы; в последнюю очередь вводят свинец. Перед разливкой добавление 0,2…0,3 % фосфористой меди улучшает жидкотекучесть, разжижая окисную пленку. Расплав нагревают до 1100…1200 °С, рафинируют марганцем и разливают в формы при 1150…1200 °С.

Плавка высокосвинцовых оловянных бронз связана с трудностями по причине большой ликвации свинца. Для этих бронз наиболее подходящим плавильным агрегатом являются индукционные печи промышленной или высокой частоты, обеспечивающие интенсивное перемешивание расплава. В конце плавки перед выпуском готового металла из печи рекомендуется ввести фосфор для разжижения шлака и повышения жидкотекучести оловянных бронз. Равномерного распределения свинца в отливках добиваются интенсивным перемешиванием расплава перед заливкой и максимальной скоростью охлаждения в форме.

Приготовление оловянных бронз производят с применением покрова из древесного угля либо из угля с солевыми добавками (0,1…0,2 % буры и др.), улучшающими защитные свойства покровов. Если шихта загрязнена вредными примесями — алюминием, кремни

ем, магнием и др., то плавку полезно проводить с применением солевых жидких флюсов. В производственных условиях применяют различные составы таких флюсов (в зависимости от марки сплава, типа печи, состояния шихты, наличия материалов для флюсов и др.), но с температурой плавления ниже температуры расплава. Так, при плавке в печи с шамотной футеровкой находит применение флюс состава:

41.. .47% Si02; 25…32 % МпО; 10…15% Na20 (Na2C03); 11…14 % Al23. Расход флюса на плавку составляет 1,5…2,5 %. Распространены флюсы с использованием буры, которую применяют в смеси с Si02 и другими добавками.

Флюсы загружают в печь частично вместе с шихтой, частично на зеркало металла, перемешивая их с металлом. Отработанные флюсы (шлаки) перед выпуском металла удаляют из печи. Эффективна обработка расплавов порошкообразными флюсами в струе азота или аргона. Такую смесь составляют с помощью специального устройства и подают в расплав огнеупорной трубкой.

Дегазацию оловянных бронз от водорода проводят продувкой расплава осушенным азотом или аргоном, что является наиболее эффективным средством рафинирования бронз. На рис. 9.10 приведены результаты продувки бронзы БрОЗЦ7С5Н1 осушенным азотом при 1200 °С.

Оптимальным считаются режимы продувки при интенсивности подачи азота 0,6…0,8 л/(мин-кг). Время продувки обычно составляет

3.. .10 мин в зависимости от емкости печи. При плавке небольших

Рис. 9.10. Влияние длительности продувки азотом на эффективность рафинирования бронзы БрОЗЦ7С’5Н1:

1 — содержание водорода; 2 — содержание неметаллических включений; 3 — плотность р

масс металла дегазацию можно проводить путем обработки расплавов навесками солей, которые вводят в расплав с помощью графитовых перфорированных колокольчиков или в виде утяжеленных таблеток. Применяют крошку мела, мрамора, МпС1г, СгС1б и др. в количестве 0,1…0,5 % от массы металла. При соприкосновении с расплавом соли разлагаются с выделением газообразных продуктов, которые, всплывая, очищают расплав от водорода и неметаллических включений, действуя подобно нейтральным газам. Температурные режимы плавки и заливки оловянных бронз оказывают наряду с химическим составом решающее влияние на качество литого металла. Температура перегрева оловянных бронз в печах зависит от их температуры ликвидуса и требуемых температур заливки и составляет обычно 1180… 1250 °С (перегрев над точкой ликвидуса в пределах

Читайте также  Изготовление глиняной посуды в домашних условиях

175…250 °С). Излишний перегрев во всех случаях нежелателен.

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.

  1. Классификация
  2. Маркировка
  3. Температура плавления
  4. Можно ли отливать бронзу дома
  5. Как сделать форму для литья
  6. Заливка металла
  7. Технология литья
  8. Подготовка формы
  9. Изготовление отливок высокого качества
  10. Меры предосторожности

Классификация

Бронзовые сплавы по составу делятся на:

  • Оловянные.
  • Безоловянные.

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.