Что такое бронза история
Бронза: состав, свойства, сфера применения
Отправим материал на почту
Бронза – сплав меди с другим веществом (в большинстве случаев это олово). Также благородный металл может состоять из многокомпонентной комбинации с применением алюминия, кремния, бериллия, свинца.
Что такое бронза
Бронза – это сплав меди, в котором основным легирующим компонентом выступают как металлы, так и не металлы. Непосредственные характеристики полученных сплавов определяются их соотношением и фазовым составом расплавов.
Чаще всего за основу берут олово. Реже, но встречаются, сплавы с добавлением алюминия, кремния, бериллия, свинца. Но фактически во всех вариациях сплавов используют незначительное количество фосфора и цинка.
Полезно! Состав и свойства бронзы определяются межгосударственными стандартами. ГОСТ 613-79 «Бронзы оловянные литейные» и ГОСТ 18175-78 «Бронзы безоловянные, обрабатываемые давлением».
Немного истории
Самая древняя находка изделий из бронзы была обнаружена неподалёку от реки Топлица в южной части современной Сербии. Датируется она V в. до н.э. В нашей стране обнаружение самого старого бронзового артефакта произошло в 1897 г. и относится к так называемой Майкопской культуре, существовавшей в IV в. до н.э. Изделия преимущественно представлены в виде сплава из бронзы и мышьяка. Постепенно о существовании мягкого эластичного металла узнали на Ближнем Востоке, в Египте.
Вышеупомянутая мышьяковая бронза считается первым видом этого металла. Однако сплав имел широкий перечень недостатков, связанных с вредным для здоровья процессом изготовления и сравнительно высокой стоимостью, которая объяснялась дороговизной мышьяка. Это стало причиной её постепенного вытеснения с мирового рынка и использованием более экологичного и дешевого состава – оловянной бронзы (это сплав олова и меди).
Если на этапе появления металл применялся для изготовления хозяйственных и рабочих предметов, то к V в. н. э. в Древней Греции её стали применять для отливки скульптур. Позже сплав превратился в основной источник денежной индустрии – из него отливали монеты.
Лишь в средних веках бронзу стали использовать в производстве предметов вооружения, церковных колоколов.
Отличие видов, классификация
Деление на виды осуществляется исходя из конкретных компонентов состава. Например, изготовленная с использованием олова с меньшим процентным соотношением свинца либо фосфора способствует эффективному легированию. Благодаря этому усиливается прочность и твёрдость сплава. Он лучше переносит плавку, хорошо держит заданную форму. Поверхность отлично поддаётся шлифованию, усиливаются рабочие и визуальные показатели.
Однако, сплав бронзы, это не только концентрация меди и олова. Существуют виды, состав которых построен по новой формуле, кардинально отличающейся от вышеупомянутой. Эта группа сплавов получила название безоловянная бронза. По техническим и эксплуатационным характеристикам, они ничем не уступают оловянной, а по некоторым показателям, даже превосходят её.
Также деление осуществляется по технологическому параметру. По этому признаку бронза может быть деформируемой и литейной.
Оловянная
Оловянная бронза – это сплав с преобладающим количеством меди, смешанной с оловом. Исторически доказано, что данный состав является одним из первых, освоенных человеком разумным. Ей свойственна большая (при сравнении с обычной медью) твёрдость, прочность, лучше и легче плавится.
Недостатком бронзы является то, что она практически не видоизменяется при воздействии давления. Это условие не позволяет использовать её в других популярных видах металлообработки: ковке, штамповке, прокатке, резке, заточке.
Такая особенность относит её к непосредственно группе литейных металлов. Кроме того, по этим характеристикам она нисколько не уступает другим. Например, бронза имеет минимальный процент усадки (1%), для латуни и чугуна этот показатель равен 1,5%, сталь показывает ещё большее значение – 2%.
Исходя из этих критериев, вне зависимости от склонности к ликвации и сравнительно невысокой текучести, бронза востребована в получении сложноформовых отливок, в том числе и относящихся к художественному литью.
Полезно! Ликвация – неоднородный состав химических элементов, возникающий в результате преобразования последних в кристаллы с определённой структурой (кристаллизации).
Безоловянная
Под понятием «бронза» могут подразумеваться иные медные сплавы, в которых не содержится олово. Это латунь, константан и алюминиевая бронза. Последняя лидирует по показателю механических качеств, более устойчива к химическим воздействиям.
Полезно! При добавлении кремния в медь, образуется сплав, обладающий отличной текучестью.
Лучшие показатели упругости свойственны бериллиевой бронзе. Также этот сплав отличается высокой твёрдостью. Он хорошо подвергается обработке (резке), часто используется для изготовления пружин, мембран, пружинящих контактов.
Свойства металла
В отличие от латуни бронза устойчивее переносит коррозию и любые механические воздействия, имеет лучшие антифрикционные свойства (показатель низкого коэффициента трения материалов). Она менее подвержена разрушению при длительном контакте с кислородом, солёной водой, углекислым газом, органическими кислотами. Большая часть разновидностей бронзовых сплавов подлежит варке и пайке посредством мягкого или твёрдого припоя.
Цвет металла определяется от количества и наименования добавленных компонентов. Варьируется он в диапазоне от белого, до красного. Физические свойства бронзы определяются в зависимости от легирующих элементов:
Область применения
Вышеупомянутые свойства бронзы отражаются на том, что она становится достаточно популярной. Сплав применяется во многих отраслях: машиностроении, металлургии, электротехнике, химической промышленности, быту. В качестве более пристального раскрытия темы можно привести детальные примеры.
Промышленность
Как уже упоминалось, из-за низкой способности к усадке, оловянная бронза широко используется для изготовления пружин, подшипников, прижимных контактов.
Алюминиевая бронза дешевле, чем оловянная, но именно первый сплав имеет отличные антикоррозийные качества. Это делает его востребованным в изготовлении аппаратуры химического назначения и той, что часто контактирует с солёной морской водой.
Сплавы, имеющие высокую пластичность и упругость используются в производстве автомобильных прокладок, составляющих измерительных приборов, шестерен.
Материалы, невосприимчивые к возникновению коррозии и имеющие хорошую электропроводность, успешно применяют в электротехнической отрасли. К примеру, из бериллиевой бронзы изготавливают детали, пружинные контакты и интегральные схемы для мобильных телефонов, смартфонов и других гаджетов. По этой же причине металл используют в производстве фитинга для монтажа трубопроводов: краны, клапаны, тройники, переходники.
Бытовое назначение
Долговечность, твёрдость, прочность, стойкость к неблагоприятным условиям и воздействиям окружающей среды делают бронзу востребованной для изготовления уличных декоративных элементов. Встретить изделия из сплава можно практически на любой улице: фонари, скамейки, беседки, скульптуры и статуи.
За счёт оригинального желтоватого или красноватого оттенка, бронза считается высоко эстетическим композитом. Эта характеристика объясняет её популярность при изготовлении статуэток, мелких предметов интерьера и уличного декора.
Алюминиевой бронзе свойственен оттенок золотого. По этому признаку сплав используется для производства украшений: серёжек, колец, кулонов.
Популяризация бронзовой кухонной посуды наблюдалась ещё в начале Бронзового века, присутствует эта традиция и сегодня.
Процесс изготовления бронзы
Как уже упоминалось, бронза – это многокомпонентный сплав меди с другими элементами. В роли шихты для её производства применяют чистые металлы или уже скомбинированные сплавы, имеющие вид чушки. Последний способ более популярен и служит основным методом для приготовления литьевого сплава. Осуществляется он в 4 приёма:
Важно! На заключительном этапе выполняется цикл модифицирования для увеличения качественных свойств полученного сплава. Конкретный метод определяется в зависимости от конечного состава бронзы.
Заключение
История открытия бронзы тянется из глубины веков. На протяжении нескольких тысячелетий человек изготавливал их этого сплава приспособления, облегчающие его жизнь. Сегодня она не менее популярна, чем в прошлом тысячелетии и, благодаря своим удивительным свойствам, применяется практически повсеместно.
Бронза: состав сплава, свойства и применение
С незапамятных времён человечество добывало бронзу. Множество археологических раскопок, в которых были найдены древнейшие артефакты — изделия из бронзы, подтверждают распространение этого сплава в далёком прошлом.
История
Одно из наиболее известных мест, где были найдены бронзовые изделия, располагалось в районе реки Кубань. В этом месте археологом Николаем Веселовским в 1897 году была раскопана так называемая Майкопская культура, существовавшая во второй половине IV тысячелетия до нашей эры.
Бронзовые артефакты, найденные в майкопских курганах, были изготовлены в основном из сплава меди и мышьяка, поэтому считается, что исторически первыми были именно такие сплавы, называемые мышьяковистыми бронзами.
Она ничем не уступала по своим свойствам сплавам меди с оловом или свинцом, и даже превосходила их по ряду характеристик. Она широко применялась в различных областях человеческой деятельности тех времён, начиная от изготовления ответственных деталей и заканчивая ювелирными изделиями.
Состав бронзы
Бронза — это сплав меди с такими металлами, как олово, алюминий, свинец, бериллий, и неметаллами — мышьяк, кремний и фосфор. Кроме того, такие сплавы могут дополнительно легироваться фосфором, цинком, марганцем, железом и никелем.
Состав бронзы зависит от марки сплава и указывается в её обозначении. Например, в состав сплава, имеющего маркировку БрАМц7−1, входят 7% алюминия, 1% марганца и 92% меди.
Таким образом, основным компонентом этого металла является медь (от 35% до 90% и выше). Вторым же компонентом может являться либо мышьяк, либо олово или бериллий, свинец, алюминий, кремний и другие компоненты. Для придания особых свойств в сплав могут добавляться дополнительные компоненты — цинк, железо, никель, марганец, фосфор и другие.
Особенности бронзы и свойства
Основные свойства всех бронзовых сплавов — это пластичность и твёрдость. В зависимости от соотношения основных и дополнительных компонентов, можно получать большое разнообразие новых свойств. Кроме того, количество меди в сплаве определяет его цвет.
Так, золотистая бронза получится, если в составе сплава будет около 85% меди, а при уменьшении её количества до 50% получится сплав, имеющий серебристый цвет. Уменьшение же количества меди до 35% и ниже приведёт к получению на выходе серой и даже чёрной бронзы, а увеличение количества меди до 90% и выше приведёт к образованию красной бронзы.
Одной из старых марок бронзовых сплавов является колокольная бронза, применяемая и поныне для литья колоколов. Она содержит 20% олова и 80% меди. Её недостаток — повышенная хрупкость из-за наличия в сплаве большого содержания олова.
Как уже было упомянуто выше, наиболее используемыми являются сплавы меди и олова с добавлением небольшого количества других компонентов. Широкое применение таких сплавов обусловлено, прежде всего, исторически сложившимися причинами, которые привели к вытеснению мышьяковой бронзы из производства.
Такими причинами являются следующие:
Пришедшие на смену мышьяковым бронзам сплавы меди и олова хоть и отличались большей дороговизной производства, но были экономически предпочтительны, так как развитие гужевого транспорта и налаживание вследствие этого торговых связей между городами и странами приводило к увеличению импорта немышьяковой бронзы.
Виды бронзы и характеристики
Развитие же крупного промышленного производства вообще привело к тому, что оловянные бронзы стали чуть ли не самым массовым видом бронз. И лишь в последние сто лет этот вид стали вытеснять сплавы меди с заменителями олова, такие как алюминиевые, кремниевые и, особенно, бериллиевые бронзы.
Таким образом, существуют следующие виды:
Третьими же по количеству являются такие дополнительные компоненты, как мышьяк, цинк и свинец. Этот металл из-за очень низкой усадки в основном предназначается для литья, так как с трудом поддаётся обработке давлением, резанию и заточке. Даже склонность к ликвации и низкая текучесть не мешают использовать этот сплав для изготовления конфигурационно-сложных отливок, в том числе и в художественном литье.
Бронза с добавлением цинка носит название «адмиралтейской» и используется для изготовления деталей, имеющих частый или постоянный контакт с морской водой (судостроение). Такая особенность связана с тем, что цинк придаёт сплаву повышенную коррозионную стойкость в указанной среде.
Однако, для придания бронзе коррозионной стойкости в солёной морской воде её всё чаще обогащают алюминием и никелем. Такие сплавы, часто называемые «морскими», идут на изготовление элементов нефтяных платформ, работающих на морских и океанских шельфах.
Чтобы придать бронзе дополнительные характеристики, в неё легируют небольшие количества фосфора, серебра, цинка, мышьяка, марганца и других компонентов. Так, внесение небольшого количества серебра повышает электропроводность бронзы и делает её сравнимой с электропроводностью меди.
Области применения и маркировка
Существуют специальные таблицы, в которых приводятся маркировки и описания всех бронзовых сплавов, выпускаемых промышленностью. Однако, даже не обращаясь к подобным таблицам, можно определить тип и химический состав, если знать, как расшифровывается её маркировка.
По простой маркировке можно узнать их состав. Характерным её признаком в обозначении являются буквы «Бр», что означает «Бронза».
Далее за ними следуют буквы, обозначающие, помимо меди, наличие соответствующих компонентов. Эти буквенные обозначения, установленные нормативными документами, следующие: А — алюминий, Б — бериллий, К — кремний, Ж — железо, Н — никель, Мц — марганец, Мг — магний, С — свинец, О — олово, Т — титан, Ф — фосфор, Ц — цинк.
После буквенных обозначений через дефисы идут числа, обозначающие процентное содержание каждого компонента (после меди). А также применяются обозначения, в которых после каждой буквы указывается процентное содержание того или иного компонента. Чтобы узнать содержание меди, нужно из 100% вычесть процентное содержание всех компонентов.
Вот примеры маркировок и их расшифровок: БрО5Ц6С5 — бронзовый сплав, в котором содержание олова составляет 5%, цинка — 6%, свинца — 5%, меди — 84%; БрО3Ц8С4Н1 — содержание олова — 3%, цинка — 8%, свинца — 4%, никеля — 1%, меди — 84%; БрО10Ф1 — содержание олова — 10%, фосфора — 1%, меди — 89%; БрБ2 — содержание бериллия — 2%, меди — 98%; БрАЖМц10−3−1,5 — содержание алюминия — 10%, железа — 3%, марганца — 1,5%, меди — 85,5%; БрАЖН10−4−4 — содержание алюминия — 10%, железа — 4%, никеля — 4%, меди — 82%.
Благодаря своим разнообразным свойствам этот металл находит самое широкое применение в различных сферах. Из него изготавливают следующие изделия:
Бронза широко применяется в ракетной технике и машиностроении, авиации и судостроении. Из неё делают предметы высокохудожественного искусства для театров, залов и дворцов, отливают памятники и скульптуры.
Благодаря развитию металлургии, этот металл приобретает всё новые и необычные свойства, недоступные кузнецам и металлургам прошлого. Изобретённый древними, сплав продолжает исправно служить человечеству и прогрессу на протяжении многих и многих веков.
Бронзовый век кратко
Бронзовый век является второй, поздней фазой эпохи раннего металла. Пришел на смену медному и предшествовал железному веку. Хронологические рамки бронзового века у различных культур отличаются, но в целом заключены между IV – I тысячелетие до нашей эры (от 3500 лет до 1100 лет до н. э).
Открытие свойств металлов и начало их использования считается одним из важнейших достижений человечества. Металлические орудия в разы увеличили производительность труда и позволили освоить новыми ремеслами.
Где именно впервые был изобретён способ получения бронзы остаётся спорным вопросом. Однако, судя по археологическим данным, первые изделия из меди с примесью олова обнаружены в Южном Иране, Турции и Месопотамии. Данные находки датируются именно IV тысячелетием до н.э. Также древние бронзовые изделия, датирующиеся примерно тем же временем, найдены на Северном Кавказе и в Анатолии. Возможно открытие бронзы произошло одновременно в нескольких местах.
Очаги производства бронзы
Позднее бронзовые орудия распространяются в Египте (с конца 4-го тысячелетия до н. э.), Индии (конец 3-го тысячелетия. до н. э.), Китае (с середина 2-го тысячелетия до н. э.) и в Европе (со 2-го тысячелетия до н. э.). В Америке бронзовый век имел самостоятельную историю, здесь металлургическим центром явились территория Перу и Боливии (т. н. культура позднего тиуанаку, 6-10 вв. н. э.). Вопрос о бронзовом веке в Африке до сих пор не решен из-за недостаточной археологической изученности. Но несомненным считается возникновение в Африке ряда самостоятельных очагов бронзолитейного производства не позднее 1-го тысячелетия до н. э. Расцвет искусство бронзового литья Африки получило в 11-17 вв. в странах Гвинейского побережья.
Не смотря на начало применения человеком металла, каменные орудия не выходят из использования до начала раннего железного века. Месторождения меди, и тем более в сочетании с месторождениями олова, встречаются крайне редко. По этой причине центры производства бронзы существовали в немногих регионах. Бронза распространялась путем межплеменного обмена. Для налаживания торговых путей, по которым передвигались руды, слитки, изделия, а также технологии требовалось время. На ранних стадиях бронзового века во многих регионах бронзовые изделия чрезвычайно редки. С распространением бронзовых изделий зарождается новый тип ведения хозяйства – кочевое скотоводство.
Бронзовый век принес серьезные культурные изменения на всей территории Евразии. Особенно ярко это проявилось в Юго-Восточной Европе. В этом регионе исчезают все культуры эпохи энеолита, на их место приходят новые культуры эпохи бронзы. Связывается это с миграцией индоевропейских племен, переселение которых охватило обширную территорию вокруг Черного моря.
В раннем бронзовом веке возникает несколько локальных металлургических центров. Каждый из них имел свои особенности, и являлся источником поступления бронзы и бронзовых изделий для соседних регионов. Данные центры принадлежат к следующим археологическим культурам:
В Азии бронзовый век был временем дальнейшего развития ранее сложившихся городских цивилизаций (Месопотамия, Элам, Египет, Сирия) и формирования новых (Хараппа в Индии, Иньский Китай). Вне этой зоны древнейших классовых обществ и государств развиваются культуры, в которых распространяются металлические, в том числе бронзовые, изделия, происходит интенсивное разложение первобытного строя (в Иране, Афганистане).
Сходную картину в эпоху бронзового века можно наблюдать и в Европе. На Крите (Кнос, Фест и др.) бронзовый век (конец 3-2-е тыс. до н. э.) — время сложения раннеклассового общества. Об этом свидетельствуют остатки городов, дворцов, появление местной письменности (21-13 вв. до н. э.). В материковой Греции аналогичный процесс происходит несколько позже, но и здесь в 16-13 вв. до н. э. уже существует раннеклассовое общество (царские дворцы в Тиринфе, Микенах, Пилосе, царские гробницы в Микенах, письменность так называемой системы Б, которую считают древнейшим греческим письмом ахейцев).
Культуры бронзового века
Эгейский мир был в эпоху бронзового века своеобразным культурным центром Европы. Здесь существовал целый ряд культур земледельцев и скотоводов, не вышедших ещё в своём развитии за рамки первобытного строя. Вместе с тем в их среде также происходят накопление внутриобщинных богатств и процесс имущественной и социальной дифференциации. Об этом свидетельствуют находки кладов общинных бронзолитейщиков и кладов драгоценностей, принадлежавших родовой знати.
В странах Дунайского бассейна в бронзовом веке, по-видимому, завершался переход к патриархально-родовому строю. Археологические культуры раннего бронзового века (конец 3-го — начало 2-го тысячелетия до н. э.) представляют в значительной мере продолжение местных энеолитических культур. Все они в основном земледельческие.
В начале 2-го тысячелетия до н. э. на территории Центральной Европы распространяется так называемая унетицкая культура, отличающаяся высоким уровнем литья бронзовых изделий, а в 15-13 вв. до н. э. — курганных погребений культура.
Во 2-й половине 2-го тысячелетия до н. э. возникает лужицкая культура: несколько её локальных вариантов занимают ещё более обширную территорию, чем унетицкие. Эта культура в большинстве районов характеризуется особым видом кладбищ, содержащих трупосожжения.
В Центральной и Северной Европе в конце 3-го и в 1-й половине 2-го тысячелетия распространены в нескольких локальных вариантах близкие друг к другу культуры, характеризующиеся каменными сверлёными «боевыми» топорами и шнуровой орнаментацией керамики.
С начала 2-го тысячелетия до н. э. наблюдается распространение на огромной территории от современной Испании до Польши, Закарпатья и Венгрии памятников колоколовидных кубков культуры.
Население, оставившее эти памятники, продвигалось с Запада на Восток среди местных племён. В бронзовом веке Италии следует отметить памятники типа позднего этапа Ремеделло культуры. С середины 2-го тысячелетия до н. э. в Северной Италии распространяются, возможно, под влиянием швейцарских озёрных свайных поселений т. н. террамары — поселения на сваях, строившиеся не над озером, а на сырых заливных участках речных долин (особенно р. По).
Бронзовый век на территории Франции в большинстве мест характеризуют поселения земледельцев, оставивших огромное число курганов со сложными погребальными сооружениями, часто мегалитического типа. На Севере Франции, как и по побережью Северного моря, продолжали строить мегалитические сооружения — дольмены, менгиры, кромлехи.
Особенно примечателен кромлех — храм солнца в Стонхендже в Англии (как считает официальная наука, ранние его сооружения относятся к 19 в. до н. э.). С развитием металлургии связано появление на юге Испании с конца 3-го тысячелетия до н. э. высокоразвитой культуры с крупными поселениями, обнесёнными стенами с башнями (Лос-Мильярес и др.).
Новый уровень власти
С появлением в III тыс. до н.э. крупных государств начинает складываться особая форма социально–политического устройства — деспотия, характерная для большинства древневосточных стран на протяжении всей их истории. Правитель государства в развитой деспотии обладал всей полнотой власти. Большую роль в управлении страной играл бюрократический аппарат, где существовали четкая система рангов, субординация. На все трудовое население деспотического государства, кроме налогов, были возложены государственные повинности — так называемые общественные работы.
Первые государства появляются в долинах крупных рек Нила, Тигра и Евфрата, там, где возможно было создать крупные оросительные системы для поливного земледелия, благодаря которым можно было гораздо меньше, чем в других местах, зависеть от природных условий и стабильнее получать хорошие урожаи. Строительство подобных комплексов требовало совместной работы большого числа людей, четкой с организацией и планированием, что и стало одной из важнейших функций первых государств.
В III тыс. до н.э. основной экономической единицей становятся крупные дворцовые хозяйства, в которых господствует натуральный тип производства. Торговые отношения развиваются в рамках изолированных друг от друга регионов (Египта, Месопотамии, Индии, Китая) и существуют в основном в виде обмена. Технологическое развитие, различная ресурсная база и возрастающая специализация производства стимулирует расширение международного обмена.
На протяжении II тыс. до н.э. в продолжается усовершенствование орудий труда, наблюдается прогресс в ремесле и отчасти в сельском хозяйстве, растет товарность производства, развивается ростовщичество и прото финансово–банковское дело. Государственные земли на разных условиях начинают предоставляться частным лицам. Мир становится все более связанными и взаимозависимым. Упрочняются экономические, политические и культурные контакты, оформляются международные торговые пути, растет число торговых поселений на территории других государств.
В то же время обостряется борьба за контроль торговых путей, растет число локальных войн.
Развивается наука и техники, письменность, образование, культура и искусство.
Завершение бронзового века
Бронзовый век завершается историческим явлением, которое принято называть катастрофой бронзового века. В период с 1206 по 1150 гг. до н.э. произошло крушение всех крупнейших экономик. Регион погрузился в хаос, угасла международная торговля, разрушились торговые пути, были утрачены многие достижения науки и техники.
Бронзовый век как особая ступень в истории культуры выделялся ещё в античные время древнеримским философом Лукрецием Каром. В археологическую науку понятие «бронзовый век» введено в 1-й половине 19 в. датским учёными К. Томсеном и Е. Ворсо. Значительный вклад в изучение бронзового века сделали в конце 19 — начале 20 в. шведский археолог О. Монтелиус, который, пользуясь созданным им так называемым типологическим методом, классифицировал и датировал археологические памятники неолита и бронзового века Европы, а также французский учёный Ж. Дешелет. В это же время было положено начало комплексному изучению археологических памятников.