Илья Мельников - Художественная обработка металла. Цветные металлы и их сплавы
Известна бронза очень давно, за несколько тысячелетий до нашей эры. В истории развития человеческого общества одна из эпох носит название "бронзового века". В эту эпоху человек впервые из медной и оловянной руды научился выплавлять бронзу и производить из нее предметы быта, оружие, различные украшения.
В Древнем Египте, Китае, Индии, в искусстве древних греков и римлян находят памятники искусства, сделанные из бронзы, например, бронзовые статуи.
В состав наиболее древних бронз, относящихся к бронзовому веку, входило около 88 процентов меди и 12 процентов олова. Античные бронзы содержали еще больше меди – до 90 процентов.
В древней Руси в 12 – 17 веках отливки производились из сплава, в который входила медь, олово, цинк и свинец. В 15 – 17 веках отливки делались из сплава красной меди, с оловом. С 18 века из желтой меди – бронзы с добавлением цинка. В конце 19 века широкое применение для художественного литья получила бронза с содержанием 4 процентов олова и 10 – 18 процентов цинка.
В Западной Европе для отливки памятников применяли бронзы, близкие к этому составу.
Французская бронза состояла из 82 процентов меди, 13,5 процентов цинка, 3 процентов олова, 1,5 процента свинца.
В настоящее время литье художественных изделий производится из специальной художественной бронзы.
Цвет бронзы с увеличением процентного содержания олова изменяется от красного при содержании в ней меди не менее 90 процентов в желтый при содержании меди не менее 85 процентов, в белый – при 50 процентах, в серо-стальной – при содержании меди менее 35 процентов.
Если в бронзе находится до 3 процентов олова, она очень пластична в холодном состоянии. Если олова содержится 5 процентов, бронза куется только в состоянии красного каления.
Начиная с 18 века появляется золоченая бронза. Из бронзы производили люстры, канделябры, торшеры, декоративные вазы в комбинации с граненым хрусталем, полированным камнем, и цветным стеклом.
Художественная бронза является материалом для литья памятников и монументальных скульптур. По своим цветовым качествам она одинаково хорошо смотрится и в помещении, и на открытом воздухе. Бронза исключительна долговечна, не подвергается атмосферным влияниям, устойчива против механических повреждений.
В настоящее время промышленность выпускает специальную безоловянистую бронзу. В составе этих сплавов нет олова, его заменяет алюминий, цинк, свинец, кремний, марганец, никель и другие элементы.
Такие бронзы отличаются рядом новых механических и технологических свойств, и во многих отношениях превосходят оловянистую бронзу. Например, марганцевая бронза отличается высокой жаропрочностью, а кремнистая бронза с добавкой никеля получает свойство закаливаться и по прочности не уступает стали, однако в художественной сфере они почти не применяются.
В художественной промышленности наибольшее применение имеют сплавы меди с 5 – 10 процентным содержанием олова благодаря их высоким литейным качествам, прочности, антикоррозийной стойкости и красивому желтоватому цвету. Сплав с 5 процентами олова называется монетной или медальной бронзой.
Маркируют бронзу буквами Бр с условными обозначениями и соответственно содержанием элементов, входящих в состав сплава. Например, бронза БрОН 10 – 4 состоит из 10 процентов олова, 4 процентов никеля, остальное медь.
В основном бронза применяется для художественного литья, изготовления сувениров, юбилейных значков, медалей, частей механизмов, работающих во влажной атмосфере, паре, морской воде.
Мельхиор – сплав меди с 30 процентами никеля, 0,8 процентами железа и 1 процентом марганца (иногда с 19 процентами никеля).
Мельхиор обладает красивым серебристым цветом и относится к числу декоративных сплавов, имитирующих серебро. Сплав очень пластичен, устойчив против атмосферной коррозии, легко обрабатывается – хорошо поддается чеканке, штампуется, режется, паяется, полируется. Применяется в основном для изготовления столовых принадлежностей и ювелирных изделий.
Нейзильбер – сплав меди с 20 процентами цинка и 13,5 – 16,5 процентами никеля. По внешнему виду напоминает серебро. Отличается хорошей пластичностью, тягучестью, повышенной прочностью, упругостью, и высокой коррозийной стойкостью.
Применяется в художественной промышленности и ювелирном деле.
Никель и его сплавы. Металлический никель был известен в Китае еще до нашей эры. Из особого никелевого сплава чеканились древнекитайские монеты. Известны и древнеперсидские монеты также сделанные из никелевого сплава. Первоначальное применение никеля было связано главным образом с ювелирным и монетным производством. Как химический элемент никель был открыт в 18 веке, однако в производстве художественных изделий он стал применяться только в самом конце 18 века и начале 19 вв.
Никель – металл серебристо-белого цвета, с сильным блеском, не тускнеющий на воздухе. Удельный вес 8,8; температура плавления 1455°С.
Кипит он при 3075°С. Никель обладает магнитными свойствами.
При температуре 360°С магнитные свойства исчезают.
Чистый никель не окисляется под влиянием атмосферного воздуха. В разбавленных серной и соляных кислотах он растворяется медленно, а в азотной кислоте быстро. В концентрированной азотной кислоте он пассивен.
Никель обладает большой химической стойкостью, тугоплавкостью, прочностью, пластичностью. Принадлежит к малораспространенным в природе металлам и в самородном состоянии в земной коре не встречается. Однако его обнаружили в метеоритах.
Чистый никель обозначается марками Н-1, Н-2, Н-3, Н-4.
В никеле всегда находятся различные примеси: кобальт, железо, кремний, марганец, медь, которые присутствуют в нем в небольших количествах. Они не считаются вредными примесями, так как не оказывают на его механические свойства плохих воздействий. К вредным примесям никеля относят углерод, серу и кислород. Они ухудшают его пластичность и крепость. Углерод допустим в пределах до 0,3 – 0,4 процента. При более высоком содержании он начинает выделяться в виде графитовых включений и делает невозможной прокатку никеля в листы.
Присутствие серы выше 0,02 процентов вызывает красноломкость никеля при температуре 625°С. Поэтому никель с повышенным содержанием серы не пригоден к горячей штамповке. Чистый никель хорошо штампуется, прокатывается и тянется в проволоку, но плохо отливается, так как в расплавленном состоянии сильно поглощает газы и отливки получаются пористыми.
Никель хорошо полируется, тонируется и отделывается.
В области художественного производства никель применяется главным образом для никелирования декоративных и антикоррозийных покрытий, а также для приготовления различных сплавов, заменяющих серебро в посудном, галантерейном, ювелирном производствах и в монетном деле. Значительная часть добываемого никеля идет на легирование нержавеющих сталей, которые применяются в художественной промышленности.
На никелевой основе изготовляется значительное количество специальных сплавов, которые применяются в различных отраслях хозяйства, – нихром, константин, никелин, алюмель, хромель и др. Все эти сплавы применяются для приготовления высокоомной проволоки, сплав инвар, который состоит из 36 процентов никеля и 64 процентов железа, применяется для эталонных линейных мер, так как его коэффициент линейного расширения равен всего 0,0000001.
Сплав платинит, содержащий 50 процентов никеля и 50 железа очень близок к коэффициенту стекла, поэтому применяется для выделки оправ к стеклам в тех случаях, если изделие подвергается нагреву. Иногда детали из платинита запаивают в стекло. Свое название "платинит" получил за внешнее сходство с платиной.
В ювелирном, галантерейном и других областях художественной промышленности применяются сплавы, имитирующие серебро. Наиболее древним из них является пактонг – белая китайская медь, в состав которой входит 40,4 процента меди, 25,4 цинка, 2,6 железа и 31,6 никеля.
В древней Персии применялся сплав для чеканки монет, состоявший из 78 процентов меди, 20 процентов никеля, 1,0 процента железа, 0,5 процентов кобальта и других примесей.
Цинк. Сплавы цинка известны с глубокой древности. Их изготовляли в Древнем Египте, Китае, Индии до нашей эры и ввозили в Европу. Однако в чистом виде цинк был получен в 15 веке и для производства художественных изделий начал применяться только с 18 века, а художественное литье из цинка – с 19 века.
Чистый цинк представляет собой белый металл с голубоватым оттенком. На воздухе покрывается плотным защитным слоем. Довольно хрупок, однако при нагревании до 110 – 150°С хорошо поддается обработке давлением. Температура плавления цинка 692,4°С, кипения – 1179 К, твердость по Бринеллю 300 – 350 Мн/м2, удельный вес литого цинка 6,9, катаного 7,2.
В холодном состоянии легко разбивается молотком, при нагреве до 150°С становится пластичным, легко куется, катается в тонкие листы и вытягивается в проволоку. При нагреве выше 150°С пластичность вновь исчезает, а при 250°С цинк становится настолько хрупким, что может быть измельчен в порошок.
