Медь и ее сплавы
Собственный наименование «cuprum» медь получила от острова Кипр (Сург), где ее добывали древние греки и римляне. Медь имеет характерный красный цвет; на матовых поверхностях он получает необычный розовый оттенок, мягкий, приглушенный. Полированная медь отличается более блеском и ярким цветом.
При добавлении меди в сплавы много они кроме этого окрашиваются в утепленные красноватые тона, к примеру бронза и томпак. Сплавы, которые содержат меньший процент меди, имеют желтые и зеленовато-желтые цвета; сплав, содержащий 50% олова и 50% меди, имеет белый цвет. На базе меди изготовляют сплавы, имеющие красновато-желтый цвет, весьма близко напоминающие золото— так именуемое французское золото.
Медь — мягкий и тягучий металл; он легко обрабатывается волочением и давлением. Из меди легко штамповать, дифовать и чеканить. Она легко принимает самую разнообразную форму, допускает выколотку большого рельефа. Медь прекрасно прокатывается; из нее изготовляют ленты и тончайшие листы (фольгу), толщина которых образовывает не более 0,05 мм, и разные трубки, прутки и проволоку; причем диаметр проволоки возможно доведен всего до 0,02 мм.
Но благодаря собственной вязкости медь не хорошо пилится напильником, задирается и скоро забивает напильник (особенно личной). Обработка чистой меди на режущих станках кроме этого затруднительна— она не хорошо точится, сверлится и фрезеруется.
Чистовой обработке, полировке и шлифовке медь подвергается прекрасно, но благодаря малой твердости подробности из полированной меди скоро теряют блеск. Плотность меди 8,94; удлинение 45— 50%; медь владеет высокой тепло- и электропроводностью; температура ее плавления 1083°С; температура кипения 2305— 2310 °С. Отливается медь не хорошо — кроме того при большой температуре чистая медь остается густой, кашеобразной и не хорошо заполняет форму.
Помимо этого, расплавленная медь жадно поглощает газы, и отливки получаются пористыми.
В сухом воздухе медь не окисляется. При нагреве более чем 180 °С, и под действием воды, щелочей, кислот и т. п. медь окисляется; причем окисление протекает время от времени очень энергично, к примеру в крепкой азотной кислоте. На открытом воздухе изделия из красной меди скоро покрываются пленкой из окислов меди зеленого цвета и сернистых соединений меди тёмного цвета.
Эта пленка защищает медь от предстоящей коррозии в глубину. Медь добывается из руд.
В качестве примесей в меди присутствуют: кислород, висмут, сурьма, свинец, мышьяк, железо, никель, сера, олово, цинк. самые вредным из этих примесей есть висмут, что вызывает
При данной температуре нагретая медь делается хрупкой и негодной для обработки штамповкой, другими методами и прокаткой. При предстоящем нагреве хрупкость исчезает.
В художественной индустрии чистая, либо красная, медь используется частенько, но все же не так обширно, как ее сплавы — латунь и бронза. Использование чистой меди во многих случаях обусловливается ее только вязкостью и высокой пластичностью, разрешающей из страниц относительно маленькой толщины (0,8-1,2 мм) приобретать методом выколотки сложные объемные формы,
Помимо этого, медь отличается высокой стойкостью против коррозии. Изделия из чистой меди замечательно сохраняются на открытом воздухе без всякой окраски или других антикоррозионных покрытий, к примеру бронзовая чеканная дверь Туркменского павильона на ВДНХ (рис. 1). Эти свойства чистой меди сделали ее главным материалом для дифовочных работ при изготовлении больших скульптурных и орнаментальных композиций для экстерьера.
Примером таких мед-ночеканных скульптур могут служить декоративные фигуры и многочисленные статуи начала XIX в., украшающие разные строения Ленинграда (квадрига Аполлона на бывшем Александринском театре).
Не считая дифовочного производства чистая медь используется для штамповки высоких и орнаментов и сложных рельефов, для которых латунь оказывается не хватает пластичной. Красная медь остается до тех пор пока незаменимым материалом в области филигранных работ, имеющих массовый темперамент.
Проволока из красной меди, используемая для филигранных работ, в отожженном состоянии делается такой мягкой и пластичной, что из нее легко возможно вить всевозможные шнуры и выгибать самые сложные причудливые элементы орнамента. Она возможно изготовлена любой толщины. Помимо этого, проволока из красной меди (благодаря теплопроводности и своей тугоплавкости) весьма легко и прекрасно спаивается сканым серебряным припоем, прекрасно серебрится и золотится.
Благодаря этим теплопроводности (и свойствам тугоплавкости), и определенным коэффициентам расширения при нагреве красная медь есть незаменимым материалом для художественных изделий (филигранных либо чеканных) с последующим их эмалированием. Коэффициент линейного и объемного расширения при нагреве у красной меди весьма близок к такому же коэффициенту тёплых эмалей. Исходя из этого при остывании изделия эмаль прекрасно держится на красно-бронзовом изделии, не трескается и не отскакивает.
Аноды из красной меди высших марок являются главным материалом для производства художественных гальванопластических ра-оот, и для нанесения гальваническим методом подслоев меди при никелировании и хродлировании металлических изделий, поскольку никель и хром, осажденные конкретно на металлическую поверхность, Держатся непрочно.
Рис. 1.
Рис. 2. Чеканка по бронзе Создатель А. А. Бубнов, 1976 г. МВХПУ
Благодаря собственной высокой теплопроводности красная медь есть незаменимым материалом для того чтобы для паяльников. Наконец, высокая электропроводность меди (она уступает лишь серебру), удельное сопротивление, равное 0,0175 Ом-мм2/м, послужили обстоятельством широкого применения меди для изготовления проводников электрического тока — проводов, кабелей и т. п.
Медь есть главным компонентом жёстких припоев (бронзовых, серебряных и золотых), используемых для пайки самых разнообразных изделий художественной индустрии, начиная от драгоценностей и заканчивая большими декоративными предметами. Помимо этого, медь наровне с золотом и селеном используется для того чтобы изготовить стекла (бронзового рубина), смальты и эмали. Много медь идет для того чтобы.
Бронзовые сплавы. Сплавы меди с цинком именуются бронзами; все остальные сплавы на бронзовой базе — латунями. Помимо этого, медь додают в особые металлические сплавы.
Латуни. Большая часть бронз имеет прекрасный золотисто-желтый цвет. Художественные латунные изделия, покрытые особыми бесцветными либо слабо окрашенными спиртовыми лаками либо нитролаками, покупают и на долгое время сохраняют блеск и вид золота.
Бронзы используются для изготовления неповторимых декоративных предметов (рис. 2). Бронзы используются кроме этого для галантерейных и недорогих драгоценностей с последующим серебрением либо золочением.
Латунь прекрасно обрабатывается на режущих станках, полируется и на долгое время сохраняет полированную поверхность, прекрасно сваривается и паяется как мягкими, так и жёсткими припоями. Большая часть бронз прекрасно прокатывается, штампуется и чеканится. Латунь лег-Ко и прочно покрывается разными гальваническими покрытиями никелем, серебром и золотом; прекрасно принимает химические оксидировки и возможно тонирована в каждые цвета.
Температура плавления бронзы 980—1000 °С. Большая часть бронз отливается не хорошо, но имеются особые марки литейных бронз, к примеру алюминиевая бронза (ЛА67-2,5), которая благодаря примеси алюминия имеет хорошие литейные свойства и, помимо этого, отличается от других бронз высокой коррозионной стойкостью. Литейными особенностями владеют кроме этого марганцево-свинцовая бронза (ЛМцС 58-9-2) и другие виды.
Рис. 9. Чеканка по бронзе Живописец Очиаури
Если сравнивать с чистой медью бронзы более прочны и жёстки, а кое-какие из них, к примеру латуни, которые содержат около 30% цинка (Л68), не уступают чистой меди и в отношении пластичности. На рис. 3 дан фрагмент чеканки из листовой бронзы данной марки.
Помимо этого, латуни существенно дешевле меди (так как цинк дешевле, чем медь) и существенно прекраснее по цвету, чем красная медь.
Латуни с малым содержанием цинка — от 3 до 20% (марки Л96, Л90 и Л85) именуются томпаками; они отличаются красновато-желтым цветом и используются для изготовления художественной посуды, а также в художественной эмальерной индустрии для изготовления нагрудных спортивных и юбилейных значков, и недорогих драгоценностей. Томпак прекрасно обрабатывается в холодном состоянии — штампуется, тянется в проволоку, приближаясь в этом отношении к чистой меди.
Они складываются из меди с маленькими примесями цинка (до 18%) и олова, которое усиливает их литейные свойства. Эти сплавы имели громкие причудливые заглавия, к примеру «Симилор», «Ореид», «Хризохалк», «Xризорин», «Принцметалл» и др. На данный момент они вышли из моды и утратили собственный значение.
На данный момент в отечественной ювелирной индустрии снова оживился интерес к недрагоценным сплавам, имитирующим серебро и золото.
Последние три сплава выделены как самые целесообразные Аля внедрения. Они владеют благоприятным сочетанием механических и химических особенностей, удовлетворительной коррозионной устойчивостью и т. п.
Латунь выпускается в виде страниц разной толщины, ленты, прутков трубок и проволоки. Литейные бронзы выпускаются в виде слитков (чушковая бронза). направляться подчернуть, что большая часть латунных сортаментов запрещено длительно хранить в условиях мороз, ных, неотапливаемых складов, поскольку от смены температуры, других условий и наличия влажности латунь разрушается.
Художественные изделия, выполненные из бронзы, прекрасно «трудятся» в условиях интерьера в теплых и сухих помещениях. На открытом воздухе латунь скоро теряет золотистый цвет и свой блеск, покрывается сернистыми и оксидными пленками, чернеет и утрачивает собственные художественные качества. Исходя из этого для экстерьерных художественных изделий латунь использовать не нужно; для этих целей помогает латунь.
Не обращая внимания на то что цинк был открыт лишь в XVI в., латунь была известна уже древним римлянам. Они приобретали ее, сплавляя медь с галмеем, т. е. с цинковой рудой, которая содержит смесь углецинко-вых и кремнецинковых солей. Считалось, что галмей владеет свойством окрашивать медь в желтый цвет, но до конца XVII в. не было как мы знаем, что латунь складывается из цинка и меди.
Данный метод изготовление бронзы использовался и в средние века и удержался впредь до XIX в. Методом сплавления меди с железным цинком латунь в первый раз была взята в Англии в 1781 г. На данный момент латунь приобретают сплавлением меди с цинком.
С середины XVIII в. из бронзы начали создавать «бронзироваль-ный порошок» для бронзирования художественных изделий из гипса, дерева, папье-маше, и применения его при печатании обоев и для других целей. Его приобретали методом механического измельчения узких латунных пластинок, предварительно прокатанных и расплющенных под паровым молотом до толщины, равной нескольким микронам.
Бронзировальный порошок приобретают и вторым методом — восстановлением раствора бронзового купороса железным железом. Взятую губчатую бронзовую массу измельчают, промывают и сушат, а после этого придают медный оттенок, нагревая с парафином в металлических коробках до появления цветов побежалости.
Латуни. Латуни известны человечеству весьма в далеком прошлом, за пара тысячелетий до нэ. В истории развития людской общества целая эра носит название «бронзового века». В эту эру человек в первый раз из бронзовой и оловянной руды обучился выплавлять латунь и создавать из нее оружие и предметы быта, позднее монеты и разные украшения.
Во всех старейших очагах людской культуры — в Египте, Китае, Индии, в мастерстве древних ассирийцев, этрусков, греков и римлян находятся монументы мастерства, сделанные из латуни. Уже в VII веке до нэ древние живописцы обучились отливать медные статуи, к примеру медная фигура «Дельфийского возничего», отлитая в 470 г. до н. э. (рис. 10).
В состав самый древних латуней, относящихся к бронзовому веку, входило примерно 88% олова и 12% меди. Древние, либо рИнфские, латуни содержали еще больше меди —до 90%. Помимо этого, них часто в виде примесей находились железо, кобальт, никель, свинец, Цинк, серебро. Это разъясняется тем, что латунь приобретали выплавкой бронзовой и оловянной руд, в которых постоянно присутствуют примеси разных металлов.
Византийские и корсунские латуни, и древнерусские латуни IX—X вв. были весьма близки к древним. Они содержали олова не более 8—10%, а другое медь.
В XII—XIV вв. в Старой Руси отливки производились из сплава меди, олова, цинка и, быть может, свинца, именуемого «Спруда».
В XV—XVII вв. отливки создавали из красной меди с оловом, а с XVIII в. из желтой меди — латуни с добавкой цинка. С середины XIX в. для отливки монументов использовалась так называемая «Сукрас-ная» латунь, в состав которой входила цинковая лигатура (до 5%). Из данной латуни было отлито около 70 разных монументов на Санкт-Петербургской фабрике медного литья А. Морана: монументы М. И. Глинке в Смоленске и Ленинграде, И. К. Айвазовскому в Феодосии,
Н. В. Гоголю в Москве во дворе дома на Суворовском проспекте, И. Крузенштерну в Ленинграде и др. В конце XIX в. широкое использование для художественного литья взяла латунь с содержанием 2—4% цинка и 10—18% олова.
В Западной Европе для статуарного литья использовались латуни, родные к этому составу. К примеру, во Франции использовалась латунь, складывающаяся из 82% меди, 13,5% цинка, 3% олова и 1,5% свинца.
На данный момент литье художественных изделий производится из особой художественной латуни. В ГОСТ включено три марки латуни следующего состава.
Рис. 4. Медная фигура «Дельфийского возничего» 470 г. до н. э.
Не считая олова и цинка в состав этих латуней входит маленькая примесь свинца, а другое — медь.
Древние латуни представляли собой сплав из двух олова— и компонентов меди (если не считать случайных примесей). Но потребление для отливки больших статуй и фигур латуни, состоящей лишь из олова и меди, имеет последовательность недочётов. Такая латунь отличается густоплавкостью и не хорошо заполняет форму, она дорога и не хорошо обрабатывается резанием.
Помимо этого, при самоё употребительном содержании олова в пределах от 7 до 15% сплав легко подвергается ликвации, т.е. при медленном охлаждении происходит разделение сплава, часть с громадным содержанием меди затвердевает раньше. Ликвация еще более улучшается, в случае если в латуни присутствует свинец (более чем 3%).
Ликвация помогает громадной помехой при отливке больших монументов, поскольку она отрицательно воздействует на оксидировку и отделку готовых фигур, и на появление естественной патины. Ликвацию возможно не допустить методом добавления в сплав в маленьких количествах цинка, фосфора и некоторых вторых компонентов, и методом стремительного охлаждения отливки. Но излишние прибавки цинка отрицательно воздействуют на способность и цвет бронзы покрываться естественной патиной.
Цвет латуни с повышением процентного содержания олова изменяется от красного при содержании в ней меди не меньше 90% в желтый при содержании меди не меньше 85%, в белый — при 50% и в серо-стальной — при содержании меди менее 35%.
При содержании олова до 3% латунь очень пластична в холодном состоянии. При содержании олова 5% латунь куется лишь в состоянии красного каления.
Современные художественные латуни являются материалом для монументальных скульптур и литья памятников. В экстерьере северного климата латунь есть красивым материалом, только долговечным, не подвергающимся атмосферным влияниям и стойким против механических повреждений, и прекрасно противостоящим действию морозов. По своим цветовым качествам латунь одинаково прекрасно смотрится и на открытом пространстве в условиях муниципальный площади, и в зелени сквера либо парка.
Наровне с изделиями для экстерьера латунь активно используется для отливки высокохудожественных предметов убранства публичных интерьеров — театров, дворцов, комнат, к примеру, громадных люстр, бра, светильников, других предметов и торшеров.
Начиная с XVIII в. появляется золоченая латунь. Люстры, светильники, торшеры, декоративные вазы из золоченой латуни в комбинации с граненым хрусталем, полированным цветным стеклом и камнем игрались важную роль в общем художественном ответе дворцовых интерьеров (комнат Кремлевского Дворца, Эрмитажа и др.).
Не считая оловянистых латуней на данный момент отечественная промышленность производит особые безоловянистые латуни. В составе этих сплавов нет олова — оно заменено алюминием, цинком, кремнием, никелем, другими элементами и марганцем. Без-овянистые латуни отличаются целым рядом новых механических и технологических особенностей и во многих отношениях существенно и восходят оловянистые латуни.
Так, к примеру, марганцевая латунь отличается высокой жаропрочностью; кремнистые латуни с добавкой никеля либо бериллиевые латуни приобретают свойство закаливаться и по прочности не уступают стали. Но в области художественной индустрии они практически не используются, а идут на изготовление разных подробностей технического и особого назначения.
