bronzo
Con il termine collettivo bronzi si intendono le leghe aventi almeno il 60% di rame designate in quanto non sono riconducibili alle principali leghe di zinco ad ottoni .
In termini di metallurgia, il termine è utilizzato oggi solo insieme al precedente additivo della lega principale; si parla quindi correttamente di bronzo all'antimonio e all'arsenico , bronzo all'alluminio , bronzo al piombo o bronzo al manganese . In contesti storici, come l' età del bronzo e le sculture in bronzo , il "bronzo" (a volte parlato senza la desinenza -e in Austria) è usato da solo e principalmente per un bronzo allo stagno . Il bronzo fosforoso è anche un bronzo allo stagno, il contenuto di fosforo nel metallo è basso.
etimologia
Il nome attuale della lega è stato preso in prestito per la prima volta dal bronzo italiano nel XVII secolo , in seguito anche dal bronzo francese . La preistoria è etimologicamente poco chiara. La parola fu adottata per la prima volta in italiano dall'Oriente nel XIV secolo. Non si può escludere una connessione con la parola persiana birindsch ( pirinğ o birinğ ) per rame, da cui potrebbero derivare il medio latino bronzium e l'italiano bronzo .
Fondamenti minerali
I giacimenti di minerale di rame scoperti in una fase iniziale in Europa centrale includono i minerali chiari : Tetrahedrite (minerale di antimonio pallido) , tennantite ( arsenico pallido ) , Freibergite , germanite , colusite , schwazite ( minerale di mercurio pallido ) , ermesite , annivite ; o Wolfsbergite (lucentezza rame-antimonio) - in cui il rame contenuto è accompagnato da antimonio , arsenico , zolfo , piombo e ferro , elementi la cui netta separazione richiede abilità metallurgiche di base . I minerali di stagno sono stati trovati in particolare come cassiterite (pietra di stagno) e stannite ( sassi di stagno ) .
Composizione / proprietà
Bronzi di stagno
Nella zona del bronzo del sistema rame- stagno , dalla fusione si formano tre diversi cristalli misti con diverse composizioni: il cristallo misto α corrisponde a quello del rame puro, che forma un reticolo cubico a facce centrate . Il punto di fusione del rame puro è 1083°C. A circa il 24% di stagno è presente il cristallo misto , che ha un reticolo cubico a corpo centrato , a circa il 30% di stagno e, al di sopra, il cristallo misto cubico a corpo centrato . Si forma un sottosistema peritettico tra i cristalli misti α e e tra β e γ . L'α / peritettico tecnicamente rilevante è il 22% di stagno e 798 ° C. A 586°C si ha una disintegrazione eutettoide dei cristalli misti β in cristalli misti α e γ. A seconda della composizione della lega, dai cristalli misti γ possono formarsi due composti intermetallici quando si raffreddano: la fase corrisponde a Cu 31 Sn 8 e quindi a circa il 32,5% di stagno. Forma una cella cubica enormemente grande, a facce centrate, con 416 atomi ed è estremamente dura. La fase ε ortorombica corrisponde a Cu 3 Sn ed è quindi circa il 38,4% di stagno. Nell'area tecnicamente rilevante, la fase sorge a 520 ° C quando i cristalli misti γ si disintegrano in una struttura eutettoide di cristalli misti α e δ con il 27% di stagno. Un'ulteriore disintegrazione eutettoide dei cristalli misti δ in cristalli misti α e ε a circa 350 ° C non avviene più in condizioni tecniche reali, poiché la diffusione è troppo ostacolata. La formatura a freddo e la ricottura per diversi mesi sarebbero necessarie per stabilire l'equilibrio.
Le strutture che effettivamente si formano sono determinate principalmente dalla grande inerzia di diffusione dello stagno, che impedisce che si stabilisca l'equilibrio durante la cristallizzazione dal fuso. Ciò significa che il bronzo allo stagno ha una struttura costituita esclusivamente da cristalli misti α solo con contenuti di stagno inferiori al 5-6%; con contenuti più elevati è costituito da cristalli misti α morbidi e dall'eutettoide α / hard duro.
L'aggiunta di stagno aumenta la resistenza della lega e raggiunge un massimo tra il 10 e il 15% di stagno. Il carico di snervamento aumenta in modo quasi lineare, moltiplicandosi rispetto al rame puro, e raggiunge un massimo intorno al 20 percento. L' allungamento a rottura inizia, a partire dagli alti valori del rame, decresce rapidamente oltre il 5% di stagno e si avvicina in modo circa esponenziale alla linea dello zero, che si misura praticamente tra il 20 ed il 25%. La durezza aumenta costantemente, che aumenta con un maggiore contenuto di stagno. La densità diminuisce di 0,1 g/cm³ per ogni 6% di latta aggiunta. Con l'8% di stagno è 8,79 g/cm³.
Leghe e additivi per leghe
I bronzi allo stagno sono standardizzati come leghe rame-stagno e, a causa dei requisiti e delle proprietà fondamentalmente diversi, sono suddivisi in leghe lavorate (max. 9% di stagno), adatte alla formatura dei metalli, e leghe da fusione (dal 9% al 13% di stagno ). Inoltre, vengono utilizzati i cosiddetti bronzi da campana con circa il 20%, ma non più del 22% di stagno.
- Il fosforo riduce l'ossido di rame e quindi liquefa anche il fuso. L'ossido di stagno non viene ridotto, ma può salire più facilmente nella scoria nel fuso disossidato. Quando si aggiunge fosforo come agente disossidante, solitamente come rame fosforo prelegato con un contenuto di fosforo del 10 o 15%, il dosaggio deve essere tale che almeno lo 0,01% di eccesso di fosforo rimanga nella massa fusa dopo la disossidazione. Si evita l'ossidazione del getto di colata e si migliorano la colabilità e le proprietà fisiche del getto. Il fosforo ha solo un effetto negativo sulla conduttività elettrica. A contenuti superiori allo 0,1%, nella struttura si trova Cu 3 P. Nel caso di materiali per cuscinetti, ciò può essere desiderabile; nel caso di rame conduttivo, il fosforo come disossidante dovrebbe essere sostituito da rame al manganese o da un'altra lega madre priva di fosforo.
- Il nichel, che provoca la formazione di un ulteriore cristallo impastato nell'area del 9% di stagno, aumenta la tenacità e riduce l'influenza dello spessore della parete sulla resistenza. Viene quindi utilizzato solo per leghe da fusione con una quota fino al 2,5%.
- Il piombo forma una sua fase ed è finemente distribuito nella struttura. Migliora la lavorabilità e le proprietà di scorrimento, ma aumenta la fragilità a caldo. Viene quindi utilizzato con il 2% nelle leghe colate per materiali portanti, nelle leghe lavorate al 4% solo nel caso particolare di colata continua, in nastro e in filo, dove non è più necessaria la successiva formatura a caldo e il prodotto deve essere lavorabile.
- In determinate circostanze, lo zinco può sostituire metà della quantità di stagno; viene utilizzato per motivi economici. Ha un effetto disossidante, quindi non c'è bisogno di aggiungere fosforo. Questo sarà tra l'altro. utilizzato nelle leghe per i materiali di contatto.
I materiali di consumo per saldatura e le leghe brasanti a base di rame-stagno sono soggetti a una propria standardizzazione .
Più bronzi
Se le leghe contengono poco o niente stagno, vengono spesso chiamate “bronzi speciali”. I loro nomi derivano dall'additivo della lega: bronzo all'alluminio, bronzo al manganese, bronzo al nichel, ecc. (vedi tabella riassuntiva sotto). Il bronzo al berillio è uno speciale materiale in rame per utensili antiscintilla che contiene solo il 2-3% di berillio e una piccola quantità di cobalto .
Il bronzo al piombo (anche rame-stagno-piombo-bronzo) è una lega per cuscinetti con il 5-22% di piombo.
Gunmetal non è un bronzo allo stagno, quindi non è "bronzo" in senso stretto, anche se a volte viene indicato come "bronzo macchina", "bronzo cannone" e simili. È una lega a base di rame le cui proprietà sono determinate meno dall'aggiunta di stagno che da zinco , piombo e nichel .
Panoramica della tabella delle leghe di bronzo
Nome della lega | Componenti in rame | proprietà | uso |
---|---|---|---|
Bronzo allo stagno fuso | fino al 22% di stagno , principalmente 10-12% di stagno, densità circa 8,8024 kg / dm³ | elastico, tenace, resistente alla corrosione | Principalmente come colato, fino al 6% di stagno può essere laminato a freddo in lamiera e materiale per stampaggio (medaglie, monete), trafilatura fino al 10% di stagno. La fusione della campana ( bronzo della campana : circa 20-24% di stagno), il bronzo del cannone è storico, così come lo sono gli strumenti sonori. Statua in bronzo per fusione artistica (bronzini, monumenti) |
Bronzo alluminio | 5-10% alluminio | resistente all'acqua di mare, resistente all'usura, elastico, leggermente magnetico, color oro | Piastra a molla, bilanciere, elica navale , industria chimica |
Bronzo al piombo | fino al 26% di piombo | resistente alla corrosione, buone proprietà di scorrimento | Il metallo dei cuscinetti, i materiali compositi e fusi e il bronzo antico delle monete spesso contenevano piombo, dal quale non veniva rimosso tutto l'argento |
Bronzo al manganese | 12% manganese | resistente alla corrosione, resistente al calore | resistenze elettriche (negli USA, nonostante il contenuto di zinco del 20-40% contenuto in alcune leghe, dette bronzo al manganese , ad esempio in alcuni materiali prodotti da Ampco) |
Bronzo al silicio | 1-2% di silicio | meccanicamente e chimicamente altamente sollecitabile, alta conducibilità | Linee aeree, contatti striscianti, industria chimica |
Rame al berillio (bronzo al berillio) | 2% berillio | duro, elastico, velenoso | Molle, orologi, strumenti antiscintilla |
Bronzo fosforoso | 7% stagno , 0,5% fosforo | alta densità e resistenza | parti di macchine resistenti, cuscinetti dell'asse, corde di chitarra |
Bronzo conduttivo | Magnesio , cadmio , zinco (totale 3%) | proprietà elettriche simili al rame, ma con maggiore resistenza alla trazione | Linee aeree , sistemi di alimentazione |
Gunmetal | Stagno , zinco , piombo (totale 10-20%) | resistente alla corrosione, buone proprietà di scorrimento e colabilità | Cuscinetti a strisciamento, raccordi, ruote elicoidali, art |
Minerale corinzio (Corinthium aes) | 1-3% di oro , 1-3% di argento , a volte qualche percentuale di arsenico , stagno o ferro |
Può essere tinto di nero per patinatura | materiale storico per statue e oggetti di lusso (antichità) |
Potin | Nome francese per leghe a base di rame . Potin gris può essere descritto come una lega di bronzo. Potin jaune è ottone fuso realizzato con ottone vecchio. Termine anche per bronzo moneta celtica |
Statua in bronzo
I Meyers del 1905 nominarono l'89% di rame, l'8,2% di stagno e l'1,5% di piombo per la lega di un bronzo resistente alle intemperie.
La composizione delle moderne statue in bronzo è stata nominata nel 1905:
statua | rame | zinco | lattina | condurre |
---|---|---|---|---|
Friedrich Wilhelm IV., Colonia | 89.55 | 7.46 | 2.99 | - |
Combattenti di leoni, Berlino | 88.88 | 9.72 | 1.40 | - |
Amazone, Berlino | 90,00 | 6.00 | 4.00 | 1.00 |
Blücher, Berlino | 90.10 | 5.30 | 4.60 | - |
Federico II, Berlino | 88.30 | 9.50 | 1.40 | 0.07 |
Grande elettore, Berlino | 89.09 | 1.64 | 5.82 | 2.26 |
87.91 | 1.38 | 7.45 | 2.65 |
Secondo Meyers nel 1905, avevano una bella patina verde :
statua | rame | zinco | lattina | condurre | ferro | nichel |
---|---|---|---|---|---|---|
Pastore allo stagno, Potsdam | 89.20 | 1.12 | 8.86 | 0,51 | 0,18 | - |
Bronzo del XVI secolo | 89.40 | - | 8.17 | 1.05 | 0,34 | 0.19 |
Diana, Monaco di Baviera | 77.30 | 19.12 | 0.91 | 2.29 | 0.12 | 0.43 |
Marte e Venere, Monaco 1575 | 94.12 | 0.30 | 4.77 | 0,67 | - | 0,48 |
storia
Il bronzo allo stagno è stato utilizzato dalla metà del IV millennio a.C. Occupato sia tra il medio Danubio e il Mar Caspio, z. B. dal III millennio a.C. a.C. nei Balcani, nonché per la cultura Kura-Araxes (Transcaucasia).
Il termine, già noto in greco, è associato anche a Brundisium , nome latino dell'odierna Brindisi meridionale italiana , che anticamente , appartenente alla Nuova Grecia, era una sorta di centro della lavorazione del bronzo e del commercio del bronzo.
Si pensa che la produzione commerciale del bronzo sia avvenuta tra il 2500 e il 2000 aC. Iniziato in Medio Oriente ; una piccola figura di ragazza (ballerina) è stata trovata a Mohenjo-Daro . In Cina , l'uso è anche nel 3° millennio aC. aC, documentato al più tardi durante il periodo Xia .
Il bronzo è considerato una delle prime leghe realizzate e utilizzate dall'uomo. È più duro del rame puro. Il rame puro fonde a 1084,62°C; Bronzo con il 20 percento di stagno in massa già a 900°C (schema qui ). La composizione dei primi bronzi dipendeva spesso dai minerali utilizzati; Sono state create leghe con arsenico, la cui influenza negativa sulle proprietà meccaniche è nota oggi. Venivano prodotti e lavorati anche i bronzi al piombo e - per via del minerale lavorato - quelli con antimonio.
L' età del bronzo , come successore dell'età del rame , che a sua volta sostituì la nuova età della pietra , portò armi in bronzo , strumenti e gioielli (spille di bronzo) alla cultura di Aunjetitz e all'età del bronzo alpina. Fu gradualmente sostituito dalla prima età del ferro ( cultura dei campi di urne , cultura lusaziana ) e infine, con la cultura di Hallstatt, fu introdotta l'antichità. Bronzo e ferro erano ancora usati fianco a fianco, a seconda del compito da svolgere. Attraverso tentativi ed errori, è stato trovato ferro battuto a basso tenore di carbonio . Di conseguenza, il bronzo perse sempre più la sua importanza per la fabbricazione di armi a una mano. Con i Greci e i Romani, la tecnologia delle armi conobbe una qualità mai vista prima e si sviluppò nell'edilizia. Anche i monumenti in bronzo attestano le grandi esperienze nell'antichità. L'Alto Medioevo diede nuovo impulso; Fondatori di campane e fonditori di pezzi sostennero il governo ecclesiastico e secolare per diversi secoli, fino a quando la fusione e la fusione del ferro sostituirono il bronzo.
uso
Gli usi tradizionali dei bronzi
- Campane e strumenti sonori comparabili di religioni non cristiane, statue a grandezza naturale o sovradimensionate e - dall'invenzione della polvere da sparo - pistole. Durante la seconda guerra mondiale, numerose campane furono abbandonate per utilizzare rame e stagno per le armature. Un “ cimitero delle campane ” ad Amburgo fungeva da deposito temporaneo davanti al forno fusorio. Alla fine della guerra vi erano ancora numerose campane che potevano essere restituite alle loro comunità.
- Opere d'arte ( opera d' arte ). Sono note porte storiche in bronzo, come la porta Bernward nella cattedrale di Hildesheim
- Bronzini, targhe commemorative e medaglie a fusione oa sbalzo (medaglia di bronzo nelle competizioni sportive).
- potenti strumenti musicali come piatti di batteria e hi- hat
- Ugelli di formatura per la produzione di pasta
- da monete antiche a moderne, ad esempio As .
Bronzi e leghe di bronzo come parte delle moderne tecniche
Anche le leghe rame-stagno per diverse tecniche sono adattate alle esigenze con elementi di lega ugualmente diversi. L'aggiunta di nichel aumenta la tenacità delle leghe fuse e la resistenza delle leghe lavorate.Il piombo è un componente indispensabile di tutte le leghe per cuscinetti: separato nella struttura come piombo metallico, supporta le proprietà di marcia di emergenza che sono importanti per i cuscinetti .
Un'ampia area di applicazione per le leghe rame-stagno è l'ingegneria meccanica e la costruzione di utensili, ma anche per elementi a molla e di contatto nell'ingegneria elettrica ed elettronica, ad es. B. prese in circuito con bronzo a molla placcato oro. Le industrie chimiche e alimentari sfruttano la resistenza alla corrosione e all'usura.
I classici bronzi allo stagno non sono adatti alla produzione di eliche per navi marittime; vengono invece utilizzati bronzi di alluminio multicomponente, resistenti alla cavitazione e alla corrosione a contatto con l'acqua di mare .
Così come da altri metalli e leghe si producono granulati fini e superfini - comunemente chiamati "polvere metallica" (polvere di rame, polvere di alluminio) - anche dal bronzo. Le proprietà piroforiche rendono tutte le polveri metalliche un componente dei fuochi d'artificio, ma ciò che è più importante è che consentono alla tecnica della spruzzatura di polvere di fiamma di produrre oggetti tridimensionali. Mediante un'ulteriore pressatura isostatica a caldo ( sinterizzazione ), si ottengono le proprietà di un modello in metallo e quindi si risparmia tempo e costi nella produzione di prototipi e piccole serie.
Imitazione bronzo
Mescolando polvere di bronzo con resina sintetica liquida, come con il bronzo fuso a freddo , vengono prodotte imitazioni di bronzo economiche.
galleria
Nebra Sky Disc (2100–1700 aC)
Specchio etrusco in bronzo da Volterra (325-300 a.C.)
Wolfstür intorno all'800 - il portale in bronzo a due ali della cattedrale di Aquisgrana
Colonna di Bernward , circa XI secolo, nella cattedrale di Hildesheim
Rilievo in bronzo di un gruppo dirigente del Regno del Benin, 16./17. Secolo, Museo Etnologico , Berlino
Cannoni di bronzo davanti agli Invalides a Parigi
Baviera e Leone bavarese. Fusione in bronzo (lega rame-stagno, in sabbia), 87,36 ton
Fusione in bronzo artificiale di un mortaio , articolo di serie non firmato
Scultura in bronzo Merkur , Ernst Dostal , 1961, Wiesbaden
letteratura
- Lessico della tecnologia dei metalli. Manuale per tutti i commercianti e artisti del settore metallurgico. A cura di J. Bersch. A. Hartlebens Verlag, Vienna / Pest / Lipsia, senza anno.
- Bronzo - un materiale indispensabile dell'età moderna. Istituto tedesco del rame (DKI), Düsseldorf 2003.
- Tobias L. Kienlin : Early Metal nella regione alpina settentrionale: un'indagine sugli aspetti tecnologici e cognitivi della prima metallurgia basata sulla struttura degli assi della prima età del bronzo . In: Informazioni Archeologiche . nastro 27 , 2004, pag. 187–194 , doi : 10.11588 / ai.2004.1.16825 ( journals.ub.uni-heidelberg.de [PDF; 5.9 MB ; consultato il 24 marzo 2020]).
- Stampe informative i15 e i25 del German Copper Institute (DKI), Düsseldorf 2004.
- Fusione di leghe di rame. Dall'americano di Ernst Brunhuber, Schiele & Schön, Berlino 1986, ISBN 3-7949-0444-3 .
link internet
Istituto tedesco del rame (DKI) :
- Informazioni stampe:
- BRONZO - un materiale indispensabile dell'età moderna (PDF; 596 kB)
- Leghe lavorate rame-stagno (bronzi allo stagno) (PDF; 998 kB)
- Leghe da fusione rame-stagno e rame-stagno-zinco (bronzi allo stagno) (PDF; 1.8 MB)
- Pagine web:
Evidenze individuali
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