บรอนซ์เป็นโลหะผสม องค์ประกอบทางเคมีของบรอนซ์

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

หลายคนรู้จักแต่ทองสัมฤทธิ์เท่านั้นที่หล่อประติมากรรมและอนุสาวรีย์ อันที่จริงโลหะนี้ไม่ได้รับความสนใจจากความนิยมอย่างไม่สมควร ท้ายที่สุด มันก็ไม่ไร้ประโยชน์ที่ในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติมีแม้กระทั่งยุคสำริด - ยุคทั้งมวลในระหว่างที่โลหะผสมครอบครองตำแหน่งที่โดดเด่น เป็นหนึ่งในวัสดุไม่กี่ชนิดที่ใช้ทั้งในอุตสาหกรรมและงานศิลปะ คุณสมบัติที่มีอยู่ในโลหะผสมของทองแดงและดีบุกเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในหลายอุตสาหกรรม ใช้ในการผลิตเครื่องมือ วิศวกรรมเครื่องกล หล่อระฆังโบสถ์ และอื่น ๆ ในเวลาเดียวกัน วันนี้มีเกรดโลหะจำนวนมาก ซึ่งแต่ละเกรดมีคุณสมบัติบางอย่างที่สร้างไว้ล่วงหน้า

การใช้ทองสัมฤทธิ์ในอดีต

การกล่าวถึงโลหะผสมของทองแดงและดีบุกครั้งแรกนั้นมีอายุย้อนไปถึง 4 สหัสวรรษก่อนคริสต์ศักราช ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีนี้นักประวัติศาสตร์เชื่อว่าอนุญาตให้อารยธรรมเมโสโปเตเมียเป็นผู้นำในเวลานั้น การขุดค้นทางโบราณคดีในตอนใต้ของอิหร่านเป็นเครื่องยืนยันถึงการใช้ทองสัมฤทธิ์อย่างแพร่หลายในการผลิตหัวลูกศร มีด หอก ขวาน และดาบ ในบรรดาของที่ค้นพบนั้นยังมีของตกแต่งภายใน เช่น เฟอร์นิเจอร์และกระจก ตลอดจนเหยือก โถ แจกัน และจาน โลหะผสมชนิดเดียวกันนี้ใช้ทำเหรียญโบราณและทำเครื่องประดับ

บรอนซ์ในยุคกลางเริ่มมีการใช้อย่างแข็งขันในยุโรป วัตถุขนาดใหญ่เช่นปืนใหญ่และโดมโบสถ์ทำมาจากมัน ในช่วงเวลาต่อมา ด้วยการพัฒนาทางวิศวกรรมเครื่องกล โลหะอเนกประสงค์ดังกล่าวก็ไม่ได้ถูกมองข้ามเช่นกัน ได้รับการชื่นชมเป็นพิเศษในด้านคุณสมบัติต้านการเสียดสีและป้องกันการกัดกร่อน ในเวลาเดียวกัน ควรสังเกตว่าวัสดุที่ใช้ก่อนหน้านี้ค่อนข้างแตกต่างจากที่เป็นทองสัมฤทธิ์ในปัจจุบัน องค์ประกอบของโลหะผสมนั้นมีสิ่งเจือปนเล็กน้อยจำนวนมาก ทำให้คุณภาพลดลงอย่างมาก

องค์ประกอบทางเคมีของบรอนซ์สมัยใหม่

วันนี้ในสาขาวัสดุศาสตร์ บรอนซ์เป็นโลหะผสมของโลหะสองชนิด: ทองแดงและดีบุก ซึ่งสามารถใช้ได้ในสัดส่วนต่างๆ เพื่อให้โลหะมีคุณสมบัติตามที่ต้องการ สามารถเพิ่มสังกะสี ฟอสฟอรัส แมกนีเซียม ตะกั่วและซิลิกอนในคู่นี้ การมีอยู่ของสิ่งเจือปนแบบสุ่มด้วยความช่วยเหลือของเทคโนโลยีสมัยใหม่นั้นลดลงจนเหลือศูนย์

ในกรณีส่วนใหญ่ อัตราส่วนของทองแดงต่อดีบุกในสัดส่วน 85 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์ถือว่ายอมรับได้ ลดส่วนแบ่งองค์ประกอบที่สองที่อยู่ด้านล่างเครื่องหมายที่ระบุก่อให้เกิดปัญหาหลายประการ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นของเหลว คำนี้ใช้โดยนักโลหะวิทยาเพื่ออ้างถึงกระบวนการหลอมรวมของโลหะผสมและการแข็งตัวที่ไม่สม่ำเสมอ

อิทธิพลของสีอัลลอยที่มีต่อคุณภาพ

ผู้รู้สามารถเรียนรู้สิ่งต่างๆ มากมายเกี่ยวกับวัสดุเพียงแค่ดูจากสีบรอนซ์ที่มี องค์ประกอบส่งผลโดยตรงต่อพารามิเตอร์นี้ อย่างที่คุณอาจเดาได้ว่าทองแดงทำให้โลหะผสมมีโทนสีแดง ดังนั้น การลดเปอร์เซ็นต์ไปใช้ส่วนประกอบอื่นๆ จะหมายถึงการเปลี่ยนสีเป็นโทนสีหรี่ลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป

ด้วยความสมดุลตามปกติของส่วนประกอบ (85% ทองแดง) สีบรอนซ์จะเหลือง นี่คือความหลากหลายที่พบได้บ่อยที่สุด จะได้รับโลหะผสมสีขาวหลังจากปรับอัตราส่วนเป็นอัตราส่วน 50:50 แต่เพื่อให้ทองแดงกลายเป็นสีเทา จำเป็นต้องลดปริมาณทองแดงลงเหลือ 35%

สำหรับการเปลี่ยนแปลงในลักษณะการใช้งานจริงของโลหะผสมเมื่อทำการทดลองกับองค์ประกอบของมัน สถานการณ์มีดังนี้ ความเหนียวของวัสดุจะขึ้นอยู่กับเนื้อหาของดีบุกโดยตรง ยิ่งมีขนาดเล็กเท่าใด บรอนซ์ก็จะยิ่งอ่อนตัวมากขึ้นเท่านั้น แต่ข้อความนี้เป็นจริงได้จนถึงขีดจำกัดที่แน่นอนเท่านั้น ดังนั้นเมื่อถึงเครื่องหมาย 50% อัลลอยด์จะอ่อนลงอีกครั้ง

บรอนซ์ในงานศิลปะ

วัสดุที่แข็งแรงและทนทาน ในขณะที่มีจุดหลอมเหลวค่อนข้างต่ำและมีความเหนียวที่ดี ผู้คนที่สร้างสรรค์อาจสนใจแต่ช่างแกะสลักโดยเฉพาะ ในศตวรรษที่ V-IV ก่อนคริสต์ศักราชในกรีซ มีการดำเนินการในรายละเอียดที่เล็กที่สุดเทคโนโลยีการทำรูปปั้นทองสัมฤทธิ์ซึ่งยังคงมีความเกี่ยวข้องในปัจจุบัน

ประกอบด้วยความจริงที่ว่ารูปปั้นของวัสดุทนไฟถูกแทนที่ด้วยขี้ผึ้งซึ่งถูกทำลายโดยตรงในระหว่างการหล่อ ในการทำเช่นนี้ตามรูปวาดต้องทำแบบปูนปลาสเตอร์ก่อนแล้วจึงทำแม่พิมพ์สำหรับการหล่อ ปริมาณขี้ผึ้งจะละลายได้ง่ายเมื่อสัมผัสกับอุณหภูมิ และบรอนซ์ก็เข้ามาแทนที่ ซึ่งจะเย็นตัวลงและแข็งตัว ต่อจากนี้ไปก็เหลือเพียงการแปรรูปและนำมาซึ่งความสมบูรณ์แบบ

โลหะปืนใหญ่

สำหรับการผลิตปืนใหญ่และต่อมาอุปกรณ์ทางทหารอื่นๆ บรอนซ์ก็ถูกใช้มาตลอด องค์ประกอบของโลหะผสมที่ใช้สำหรับวัตถุประสงค์เหล่านี้ตามกฎแล้วประกอบด้วยทองแดง 90% และดีบุกเพียง 10% เท่านั้น

เนื่องจากวัสดุที่ใช้ทำเครื่องมือต้องแข็งแรงมากและมีความต้านทานการฉีกขาดสูง แบรนด์บรอนซ์ BrAZhMts10-3-1.5 มีคุณสมบัติดังกล่าว นอกจากส่วนประกอบหลักแล้ว ยังมีแมงกานีส 1-2% ซึ่งช่วยเพิ่มคุณสมบัติต้านการเสียดสีและอุณหภูมิ

ทำระฆังโบสถ์

เสียงระฆังต้องไพเราะและเสียงต้องไพเราะในระยะที่ไกล ผิดปกติพอสมควร แต่บรอนซ์มีพรสวรรค์ทางดนตรีดังกล่าว เพื่อปรับปรุงเสียงระฆัง ทำจากโลหะผสมที่มีปริมาณดีบุกสูง (จาก 20 ถึง 22%) บางครั้งก็เติมเงินเข้าไปด้วย ตราสินค้าของทองสัมฤทธิ์ซึ่งใช้ในการผลิตระฆังและเครื่องเคาะอื่น ๆไม่เหมาะสมอย่างยิ่งต่อการใช้งานจริงในอุตสาหกรรมอื่นๆ เนื่องจากโลหะผสมดังกล่าวมีโครงสร้างที่ละเอียดและความเปราะบางที่เพิ่มขึ้น

ฟอสฟอรัสและอะลูมิเนียมบรอนซ์

โลหะผสมชนิดแรกที่ประกอบด้วยทองแดง 90% ดีบุก 9% และฟอสฟอรัส 1% ถูกใช้โดย Kunzel ในปี 1871 มันถูกเรียกว่าฟอสเฟอร์บรอนซ์และวัสดุพบว่ามีการใช้งานเป็นหลักในด้านวิศวกรรมเครื่องกล ชิ้นส่วนเครื่องจักรต่าง ๆ ถูกหล่อขึ้นซึ่งมีแรงเสียดทานเพิ่มขึ้น ฟอสฟอรัสจำเป็นต่อการเพิ่มความยืดหยุ่นและปรับปรุงคุณสมบัติป้องกันการกัดกร่อน ข้อได้เปรียบหลักของโลหะนี้คือสามารถเติมเต็มช่องว่างในระหว่างการหล่อได้อย่างสมบูรณ์แบบ

อลูมิเนียมบรอนซ์ ซึ่งมีองค์ประกอบที่มีทองแดงสูง (มากถึง 95%) มีลักษณะคล้ายกับทองคำมาก นอกจากความสวยงามแล้ว ยังมีข้อดีอื่นๆ อีกมากมายที่ปฏิเสธไม่ได้ ตัวอย่างเช่น การเพิ่มอะลูมิเนียม 5% ทำให้อัลลอยด์สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น ความเป็นกรดสูงในระยะยาวได้ในระยะยาว

ในฐานะวัสดุสำหรับการผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรต่างๆ โลหะนี้ได้ถูกแทนที่ด้วยสีบรอนซ์สารเรืองแสงเกือบในระดับสากลในโรงงานกระดาษและการผลิตดินปืนเนื่องจากมีการต้านทานการฉีกขาดที่สูงขึ้น

ซิลิกอนและแมงกานีสบรอนซ์

ซิลิคอนถูกเติมลงในโลหะผสมเพื่อเพิ่มการนำไฟฟ้า คุณภาพนี้ใช้ในการผลิตสายโทรศัพท์ องค์ประกอบอ้างอิงของซิลิกอนบรอนซ์มีดังนี้: ทองแดง 97.12%, ดีบุก 1.14%, ซิลิกอน 0.05%

ยากที่สุดกระบวนการผลิตมีโลหะผสมที่มีแมงกานีส ขั้นตอนทั้งหมดเกิดขึ้นในหลายขั้นตอน ขั้นแรกให้เติมเฟอร์โรแมงแกนลงในทองแดงหลอมเหลว จากนั้นเมื่อรักษาอุณหภูมิที่กำหนดแล้วจะมีการเติมดีบุกและสังกะสีหากจำเป็น บริษัท Bronce Company สัญชาติอังกฤษผลิตบรอนซ์แมงกานีสหลายเกรดโดยมีความหนืดและความแข็งต่างกัน โลหะผสมดังกล่าวสามารถใช้ได้ในเกือบทุกอุตสาหกรรม