Как плавить бронзу в домашних условиях?

Температура плавления бронзы – технология литейного производства

Бронза в зависимости от марки сплава плавится при разных температурах. При надлежащем оснащении оборудованием и соблюдении технологии ее можно отливать в домашних условиях.

1 Виды бронз и температура их плавления

Бронза – это сплав меди с дополнительным легирующим элементом. Чаще всего в качестве такого компонента выступает олово, а также алюминий, кремний, свинец, бериллий. Как правило во всех марках бронзы в очень малых количествах присутствуют такие добавки как свинец, цинк, фосфор и другие. Сплавы меди с никелем (мельхиор, копель, константан, нейзильбер) и цинком (латунь) не относят к бронзам.

От процентного содержания основных легирующих элементов и дополнительных примесей зависит цвет бронзы, ее физико-химические характеристики. Каждый отдельный сплав имеет свою маркировку. Температуры плавления бронз находятся в диапазоне 930–1140 оC.

Все сплавы бронзы условно делят на два основных типа:

• оловянные;
• безоловянные.

Первый вид – сплав меди, в котором основной легирующий элемент олово. Эта бронза – один из первых сплавов металлов, который освоил человек. Медь в нем преобладает, он тверже и прочнее меди, но более легкоплавок. Классической маркой такой бронзы, используемой издревле и по наши дни применяемой для изготовления колоколов, является так называемая колокольная бронза, в которой меди 80 %, а олова 20 % (разброс составов может достигать 3 %). Ее недостаток – повышенная хрупкость, обусловленная большим количеством олова.

Безоловянные бронзы не содержат олова. Основные виды:

• бериллиевая – самый прочный и стойкий сплав, превосходящий по основным характеристикам высококачественную сталь;
• кремниецинковая – обладает высокой механической стойкостью к трению, в расплавленном состоянии – текучестью;
• свинцовая – с повышенной стойкостью к коррозии;
• алюминиевая – высокая стойкость к коррозии и фрикционные характеристики.

Оловянные бронзы, несмотря на то, что уступают по отдельным характеристикам другим маркам, на сегодняшний день являются самыми распространенным. Для всех сплавов в маркировке сначала указывается, что это бронза (Бр), а затем следуют обозначения входящих в нее добавок, после чего идет их процентное содержание. Например: Бр ОЦСН3-7-5-1 – бронза с добавками: олова 2,5–4 %, цинка 6–9,5 %, свинца 3–6 %, никеля 0,5–2 %. Другие компоненты обозначают: А – алюминий, Б – бериллий, Ж – железо, К – кремний, Мц – марганец, Ф – фосфор. Какой сплав наиболее распространен? Это следующие марки: литейные БрО5, БрО19, БрОЦ8-4, БрОЦ10-2, БрОФ10-1 и ковкая БрОС5-25.

В зависимости от содержания в меди добавок и примесей оловянная бронза может плавиться при температурах 900–950 оC, а безоловянная – 950–1080 оC.

При литье важна такая особенность оловянных литейных бронз как большая вязкость (больше, чем у латуни), поэтому расплав перед отливкой необходимо перегреть. В то же время эти сплавы характеризуются незначительной усадкой при остывании, что позволяет делать из них фасонные отливки.

2 Можно ли плавить и отливать бронзу в домашних условиях?

Совсем в домашних условиях отливать бронзу не получится. Обращение с жидким раскаленным до 1000 оC и выше металлом требует определенных условий. Для литья мелких изделий (кольца, другие украшения и подобное) потребуется как минимум отдельная комната с хорошей вентиляцией и всеми мерами пожарной безопасности. Для плавки бронзы при изготовлении крупных деталей необходима мастерская или хотя бы гараж с земляным или бетонным полом. Хорошая вентиляция подразумевается.

Для плавки используют муфельную печь (желательно с регулятором температуры) и/или горн (для крупного литья). Понадобятся также:

• тигель – стальная или чугунная емкость, в которой плавят металл, с носиком для переливания расплавленного материала;
• щипцы;
• крюк;
• готовая литейная форма для будущего изделия;
• древесный уголь, а лучше кокс – для топки горна.

Бронзу кусками помещают в тигель, который затем устанавливают в печи или горне. После расплавления выдерживают металл в печи еще 4–5 минут для его максимального прогрева, что будет способствовать наиболее качественному заполнению бронзой формы, особенно в тонких местах. Затем тигель извлекают из горна крюком. Расплавленный сплав заливают в форму через литниковое отверстие. Струя металла должна быть тонкой, чтобы не вызвать размывание формы, но непрерывной.

Перед заливкой сплава форму требуется прокалить в горне или печи. Последнюю сначала разогревают до 550–600 оC, затем в нее помещают форму и увеличивают температуру до 900 оC. При такой температуре длительность прокаливания составляет 2–4 часа (в зависимости от массивности формы). По завершении прокаливания форму извлекают из печи и охлаждают до 500 оC.

3 Особенности заливки бронзы в форму

В формы сравнительно больших размеров расплавленный сплав затекает и распределяется в них под действием силы тяжести (собственного веса). Находящийся внутри воздух при этом хорошо вытесняется жидкой бронзой. Когда у отливки маленькие размеры, воздух не позволяет расплавленному сплаву заполнить форму по всем полостям – получить изделие хорошего качества невозможно.

Преодолеть это затруднение можно, если поместить форму с залитым металлом в центрифугу (ручную или электрическую). Центробежная сила поможет вытеснить воздух и даст возможность бронзе полностью заполнить форму. Выполнять эту операцию следует очень быстро, пока сплав находится в неостывшем расплавленном состоянии.

Когда бронза полностью остынет, форму разнимают и извлекают готовую отливку. У получаемых таким способом изделий поверхность как правило шероховатая и даже с наплывами металла там, где были литник и отводящие воздух каналы. Поэтому заготовку из бронзы необходимо подвергнуть механической и чистовой обработке.

4 Изготовление литейной формы под отливку

Литейную форму изготавливают в формовочном ящике, который называют опокой, а делают из неструганных досок (чтобы обеспечить лучший контакт стенок с формовочной землей). У опоки размеры должны быть приблизительно в 1,5 раза больше габаритов детали. Она состоит из 2-х частей:

• верхней – рамка в виде ящика без дна и верха с поперечинами (двумя или тремя) посередине;
• нижней – представляет собой ящик с дном.

Чтобы обе части прочно соединялись между собой, на нижнем ящике делают фиксаторы, а в рамке – углубления под них. Затем готовят формовочную землю: тщательно перемешивают мелкий чистый песок – 75 % от общего объема, глину – 20 % и каменноугольную пыль – 5 %. Должна получиться однородная масса.

Для изготовления формы потребуется модель будущей отливки. Ею может служить сама деталь или специальная модель, которую выполняют из дерева или какого-нибудь иного материала. Когда для формовки используют уже сработанное (поврежденное) в отдельных местах изделие, то недостающие фрагменты на нем наращивают шпатлевкой (лучше эпоксидной) до контуров такой же новой детали. Полностью затвердевшие реставрированные места необходимо обработать напильником и зачистить шкуркой.

Формовку выполняют следующим образом:

1. Формовочную землю насыпают в нижний ящик опоки до его верха, а затем слегка утрамбовывают.
2. Готовую модель припудривают тальком или порошкообразным графитом и вжимают наполовину в землю. Модель размещают так, чтобы ее выступы и иные части легко извлекались из формы, которая при этом не разрушалась бы.
3. Землю внутри ящика и модель, лежащую в ней, посыпают тальком или графитом.
4. На ящик устанавливают верхнюю часть опоки, совмещая отверстия с фиксаторами. В неответственной части отливаемой детали устанавливают коническую пробку (узкой частью к модели, а широкой кверху) для последующего формирования литника (расплавленный сплав будет заливаться в форму через него).
5. Формовочную землю с избытком насыпают в опоку и хорошо утрамбовывают.
6. Очень аккуратно извлекают пробку литника.
7. С помощью острого предмета разъединяют части формы, снимают верхнюю и вынимают из нижней модель.

У полученной формы на обеих частях должны иметься углубления, в точности отображающие геометрию детали.

В некоторых случаях приходится дополнительно подправлять форму с помощью тонкого гибкого ножа:

• формовочную землю добавляют в тех местах, где она вынулась вместе с моделью, прилипнув к последней;
• излишки земли удаляют.

У форм для длинных деталей в одном конце формируют литник, а на другом – аналогичное отверстие, но служащее для выхода из них воздуха по мере их заполнения расплавленным сплавом.

Обе половины формы должны подсохнуть. После этого их соединяют, а затем хорошо сжимают (между ними не должно остаться щели). Форма для заливки бронзы готова.

5 Нюансы получения более качественного литья

Чтобы отливать изделия с высокими точностью, качеством и любой формы, используют другую технологию создания модели и формы, более сложную. Модель для будущего литья изготавливают из парафина, воска либо иного подручного легкоплавкого материала. Потом ее заформовывают в неразъемной форме из жаростойкой массы (материала). Незначительным нагреванием либо даже погружением в кипящую воду выплавляют парафиновую модель из формы. Растаявший воск сам вытекает через подготовленное отверстие (впоследствии литник). Созданная форма готова для заливки расплавленного металла. В случае тщательного формования этот способ позволяет воспроизвести в изделии мельчайшие детали модели.

Материал, используемый для изготовления модели, должен обладать температурой плавления 50–90 о C и плотностью, меньшей, чем у воды, чтобы он во время выплавления модели мог беспрепятственно всплывать на поверхность. Чтобы достичь высокой точности изготовления изделия, сначала, используя оригинал, делают гипсовую форму, в которую отливают модель из воска. Этот процесс почти ничем не отличается от литья отливки из металла. Разница только в том, что при заливке гипса вместо опоки используется картонная коробка.

Технология литья бронзы в домашних условиях

При изготовлении декоративных изделий из металла часто используется бронза. Из этого материала получаются привлекательные изделия, которые длительное время сохраняют приличный внешний вид. Литье бронзы считается одни из самых популярных литейных процессов и применяется сотни лет для изготовления различных изделий из этого металла. Чтобы понимать насколько этот материал подходит для литья и как с ним правильно работать, требуется обладать общей информацией о самом металле и способах его обработки.

Литье бронзы

Общая характеристика металла

Бронза представляет собой сплав, в состав которого может входит олово, медь и другие компоненты. К сторонним примесям относится цинк, алюминий, бериллий, свинец, никель или кремний. Если говорить о составе, бронзу можно разделить на две группы:

1. Оловянные сплавы. Материал может состоять из двух и нескольких компонентов. Олово относится ко второму по процентному содержанию компоненту сплава.
2. Безоловянные сплавы. В состав могут входить алюминий, свинец, кремний, свинец или бериллий. Эти компоненты изменяют характеристики сплава.

К характеристикам бронзового сплава относятся:

1. Плотность. Этот показатель зависит от содержания олова в составе. Среднее число 9,1 кг/куб. см.
2. Температура при которой плавится металл. Изменяется в зависимости от компонентов состава. Диапазон 880–1060 градусов по Цельсию.
3. Теплоемкость — 0,385 кДж / (кг*К).
4. Электропроводность — 0,176 мкОм*м.

При желании изменить какую-либо из характеристик сплава в его состав добавляется определённое количество сторонних примесей.

История технологии

Историки и археологи утверждают, что литье из бронзы начало развиваться более 10 тысяч лет назад. В начале истории появления этого сплава он использовался для производства орудий труда и примитивных украшений. Раньше сплав использовали только в производственных целях. На данный момент бронза используется для изготовления декоративных изделий, заборов, подвижных ограждений, люстр, бра, скульптурных композиций.

Моментом самого главного пика изготовления изделий из бронзы является период европейского барокко. В этот период люди украшали свои дома и поместья декоративными элементами из этого сплава.

Основные этапы

Литье бронзы подразумевает под собой технологический процесс, который требует использование специального оборудования и соблюдения определённых этапов производства:

1. В первую очередь подготавливается чертеж будущей заготовки.
2. Создаётся примыкание к модели литниковой системы. Для этого производится спаивание или приклеивание.
3. Изготавливается литьевая форма из огнеупорных смесей.
4. Форма освобождается от модельного состава. Для этого её нагревают паром или опускают в ёмкость с горячей водой.
5. Используя центробежную машину, расплавленная бронза заливается в форму.
6. Будущей заготовке дают самостоятельно остыть.

Для дальнейшей обработки детали из бронзы форма разбивается. Заготовка промывается с помощью химических составов.

Технологии литья бронзовых изделий

Литье из бронзы можно разделить на несколько видов в зависимости от технологического процесса и использования литейных машин. Для плавки сплава используются индукционные печи. Сам металл покрывается флюсом.

Изделие из бронзы

Литье под давлением

В процессе вакуумного всасывания расплавленный металл начинает втягиваться в форму кристаллизатора. Далее начинается охлаждение заготовки, которое происходит от краёв к центру. В качестве кристаллизатора использует емкость с тонкими стенками. Она охлаждается водой. После охлаждения заготовка сама отходит от формы.

Центробежное литье

Центробежное литье бронзы применяется для изготовления деталей цилиндрической и конусовидной формы. К ним относятся уплотнительные кольца, втулки для промышленного оборудование и другие детали. С помощью центробежной технологии изготавливаются червячные колёса и шестерни. Технологический процесс подразумевает под собой вращение формы, благодаря чему расплавленный металл уплотняется.

Художественное литье

Технология художественного литья из бронзы используются в случаях создания декоративных элементов. К ним относятся различные скульптуры, светильники, решётки, ограды, сувенирная продукция. Этапы художественного литья из бронзы:

1. Изначально изготавливается чертеж будущей заготовки.
2. Далее мастер создаёт форму, в которую будет переливаться расплавленный металл.
3. Расплавляется исходное сырье — шихта.
4. Форма для литья заполняется расплавленным металлом.
5. Процесс охлаждения.
6. Извлечение заготовки из формы.

Последним этапом считается очистка и дальнейшая обработка детали. Если конструкция составная, изначально создаются и обрабатываются отдельные детали. После этого они соединяются в одну конструкцию. Швы зачищаются и обрабатываются защитными составами. При правильном выполнении технологического процесса создания декоративных элементов из бронзы, можно избежать ошибок и снижения качества готовой продукции.

Литье в домашних условиях

Опытные мастера металлургии практикуют литье из бронзы в домашних условиях. Для проведения этого процесса требуется приобрести:

• горн;
• щипцы;
• древесный или каменный уголь;
• тигель в котором будет плавиться металл.

В качестве нагревательного элемента для плавки бронзового сплава часто используют газовую горелку. Связано это с тем, что бронзу можно расплавить при небольшой температуре. Так можно сэкономить на покупке индукционной печи.

Создание литейной формы

Литье бронзы в домашних условиях требует правильного изготовления форм для литья. Формовочная смесь должна состоять из смеси, песчаника, каменноугольной пыли, глины. Этапы изготовления формы:

1. Формовочная смесь засыпается в деревянный ящик, который называется опока. Сверху её утрамбовывают слабыми ударами.
2. Далее в формовочную смесь погружается модель будущей заготовки.
3. Сверху располагается ещё один ящик (опока). В него засыпается формовочная смесь. Трамбуется.
4. Далее мастер разделяет форму на нижнюю и верхнюю половины.

Как правильно залить расплавленную бронзу в литейную форму

Литье из бронзы в домашних условиях требует особой подготовки литейных форм. Из них требуется удалить воздух чтобы получились долговечные отливки без дефектов. Формы необходимо раскрутить в центрифуге с электроприводом. После этого можно заливать расплавленный металл.

Как получить более качественное литье

Качество литья можно повысить. Нужно использовать другой изменённую технологию. При этом используется воск. Из него изготавливают формы, в которые будут заливаться отливки. Можно использовать парафин. Чтобы сделать такую модель, требуется использовать готовую форму, которая нагревается в кипящей воде.

Бронза и её свойства — температура плавления

Многие сегодня пытаются в домашних условиях осваивать технологии промышленного производства. При условии соблюдения последовательности определенных манипуляций и наличия необходимого оборудования удается решать порою очень сложные задачи. Так, например, можно легко плавить металлы и создавать своими руками холодное оружие или эксклюзивные украшения. Для этого необходимо знать, до какой температуры нужно разогревать металл и как это лучше всего делать. Данная статья расскажет о том, какова температура плавления бронзы, что нужно учитывать, желая подчинить себе данный металл.

Особенности описываемого металла

Что такое бронза? Это сплав, состоящий из основного компонента (меди) и дополнительного легирующего элемента. В зависимости от того, что выступает в качестве легирующей добавки, различают несколько марок описываемого материала, поэтому у каждого вида бронзы своя температура плавления. От процентного содержания дополнительных компонентов зависят физико-химические свойства бронзы. Понять, какие примеси содержатся в сплаве, помогает его маркировка.

Все бронзовые составы условно можно разделить на две большие группы:

1. Оловянные.
2. Безоловянные.

К оловянным сплавам относится разновидность бронзы, в составе которой в качестве легирующего элемента выступает олово. Этот металл прочнее меди, но он легкоплавок. Сочетание меди (80%) и олова (20%) – первый сплав, который научилось создавать человечество. При помощи него на Руси отливались церковные колокола. Металл хорошо звучал, но был хрупок. Поэтому возникла необходимость искать более совершенные сплавы.

Безоловянные сплавы не содержат в своем составе хрупкого олова. В качестве легирующих добавок в них может выступать бериллий, кремний, свинец и алюминий. В зависимости от того, какой именно из перечисленных металлов сочетается с медью, сплав обретает свои физико-химические свойства. Так, например, бериллий позволяет создавать сплавы, которые по своим прочностным характеристикам во многом превышают высококачественную сталь. Добавление кремния делает бронзу более устойчивой к механическому трению. Свинец помогает формировать высокую устойчивость к коррозии, алюминий улучшает фрикционные характеристики сплава.

Процесс плавления бронзы обязательно должен начинаться с изучения ее состава. Все оловянные марки плавятся при температуре 900–950°C, безоловянные марки плавятся при температуре 950–1080°C.

Обратите внимание! При литье учитывается еще один показатель сплава – его вязкость. У оловянной бронзы она выше, чем у латуни, поэтому при нагреве ее необходимо сильно перегреть. Потом после остывания описываемая марка дает минимальную усадку, поэтому данный вид бронзы идеально подходит для фасонной отливки.

Можно ли отливать бронзу в домашних условиях?

Многие из нас задаются вопросом, возможен ли процесс плавки описываемого сплава в домашних условиях. Воссоздать промышленное литье невозможно. Так как бронза имеет высокую температуру плавления, для работы с раскаленным металлом нужны особые условия. Можно попытаться освоить мелкое литье, позволяющее создавать украшения или маленькие поделки. Для осуществления этого процесса придется выделить отдельную комнату, а также предпринять все меры противопожарной безопасности, сделать качественную вентиляцию. Изготавливать крупные бронзовые детали можно там, где есть земляной или бетонный пол (это может быть гараж с хорошей принудительной вентиляцией).

Для работы понадобится определенное оборудование и специальный инструмент. Осуществить литье позволит только муфельная печь (наличие терморегулятора значительно упростит решение поставленной задачи). Для крупного литься придется устанавливать горн. Плавить металл можно в чугунной емкости, которая имеет форму с носиком. Он помогает аккуратно переливать расплавленный металл в форму. Такая чугунная емкость называется тигель.

Из печи тигель вынимается длинными щипцами и специальным крюком. Под рукой должна быть литейная форма. Для растопки муфельной печи лучше всего подходит древесный уголь, для горна кокс.

Процесс литья

Сам процесс литься бронзы предельно прост. Печь разогревается до определенных параметров. Напомним еще раз, что для плавки оловянных сплавов необходимо разогреть печь до температуры 900–950°C, температура плавления безоловянных сплавов на порядок выше – 950–1080°C.

Плавление любого состава бронзы должно начаться с прокалки формы для заливки в муфельной печи или в горне. Для этого печь сначала нагревается до температуры 600°C. Затем в нее погружается форма, после этого температуру в печи нужно увеличить до 900°С. Литейная форма должна провести в печи пару часов. После окончания таймера форма вынимается из печи и остужается до температуры 500°С.

Бронза помещается в чугунный лоток и отправляется прямиком в хорошо прогретую печь. После того, как сплав расплавится, металл нужно еще подержать в печи пять минут. Так он хорошо прогреется, а это значит, можно будет легко обеспечить качественное заполнение литейной формы. Из печи тигель извлекается крюком, щипцами обеспечивается процесс переливки расплавленного сплава в форму. Выливать металл важно тонкой непрерывной струйкой. Только так можно предотвратить процесс размывания формы.

Как правильно залить расплавленную бронзу в литейную форму

Залить расплавленную бронзу в литейную форму – настоящая наука. Заполнить форму больших размеров будет несложно. Жидкий сплав под действием силы притяжения и собственного веса сам равномерно распределится по емкости и вытеснит весь имеющийся воздух. С заполнением форм маленьких размеров возникнет определенная проблема. Дело в том, что воздух препятствует равномерному перераспределению сплава по всем плоскостям. Поэтому нередко плавление бронзы в домашних условиях не позволяет создавать качественные изделия.

Можно ли самостоятельно решить подобную проблему? Да, если под рукой есть центрифуга. Центробежная сила вытеснит воздух и позволит сплаву равномерно перераспределиться по всей площади формы. Действовать по такому плану необходимо очень быстро, пока бронза не успела застыть.

Вынимать заливку из формы нужно, когда сплав полностью застынет. Поверхность заготовки получится шероховатой, кое-где обязательно появятся наплывы из металла. Подобные дефекты устраняются методом механической шлифовки. Если правильно была прогрета печь, объем механической шлифовки будет минимальным.

Создание литейной формы

Учитывая то обстоятельство, что у каждого вида бронзы своя температура плавления, важно иметь под рукой форму, способную выдержать наивысшую точку нагрева описываемого сплава. Ее сложно создать собственными руками в домашних условиях, но попытаться можно, если внимательно изучить следующую инструкцию.

Сначала нужно создать формовочный ящик (литейщики называют его опокой). Его размеры в полтора раза больше размеров будущей детали. Собирается опока из не струганных досок по следующей схеме: сначала сбивается верхняя рамка (внешне она похожа на обычный ящик без дна и верха, но с двумя перекладинами посередине), потом сбивается нижняя рамка (ящик с дном).

Потом приступают к созданию формовочной земли. Она имеет особый состав: 75% мелкозернистого песка, 20% глины и 5% пыли каменного угля. Все ингредиенты соединяются между собой и тщательно перемешиваются.

Следующий этап – изготовление модели, которая поможет сформировать форму для будущего литья. Специалисты рекомендуют изготавливать ее из дерева. Дальнейший процесс воспроизводится по следующему алгоритму.

1. Модель из дерева предварительно обильно посыпается тальком, а потом аккуратно помещается в нижний ящик опоки ровно наполовину.
2. Потом он доверху заполняется уже готовой формовочной землей.
3. Вся полученная композиция обильно посыпается графитом.
4. После этого нижняя часть опоки (с дном) закрывается верхней рамкой (без дна).
5. В верхнюю рамку вставляется металлический конус, узкая часть которого должна коснуться поверхности деревянной модели. Конус позволит сформировать литник – деталь, через которую будет заливаться расплавленная бронза.
6. Верхний ящик тоже доверху заполняется формовочной землей. Наполнение тщательно утрамбовывается специальной ступкой.
7. После этого металлический конус аккуратно извлекается. При помощи острого ножа верхняя опока снимается с нижней рамки вместе с формовочной смесью. Из нее извлекается деревянная заготовка. После всех произведенных манипуляций на обеих опоках должны остаться углубления, точно копирующие геометрию одной половины деревянной модели.

Обратите внимание! Ножом можно на данном этапе поправлять слегка осыпавшиеся линии. Если часть земли прилипла к модели, ее недостаток в опоке восполняется. Излишки просто удаляются.

1. Оставляем нижнюю и верхнюю часть опоки до полного высыхания, а потом соединяем вместе таким образом, чтобы между ними не оставалась щель. Форма для литья бронзы готова.

При помощи такой формы удается создавать изделия из бронзы, не имеющие четкого рисунка и мелких деталей.

Как получить более качественное литье

Даже в домашних условиях можно произвести более качественное литье, если применить особый способ создания формы под литье. За основу берется модель, в точности напоминающую ту, что необходимо будет выплавить из бронзы. Она изготавливается из воска или парафина.

• С модели сначала снимается гипсовый слепок, состоящий из двух половинок. Части слепка соединяются между собой гипсовым раствором.
• Получившаяся форма после высыхания заполняется жидким парафином через специально оставленное отверстие.
• Когда парафин застынет, гипсовую скорлупу удаляют. Должна остаться фигура из застывшего парафина.
• Ее помещают в жаростойкую массу и формируют неразъемную форму для литья. Литейные массы сегодня продаются в строительных магазинах. Обязательно оставляется отверстие в форме для слива парафина и заливки бронзы.
• Затем неразъемную форму необходимо поместить в кипяток. Он нагреется и расплавит парафин или воск. Через специальное отверстие, предназначенное для заливки жидкого сплава (будущий литник), нужно слить расплавленный воск. После этого форма для создания более качественного литья будет готова. Изготовление формы таким способом позволяет получать бронзовое литье, имеющее более четкий контур и мелкие детали.

Воссоздать процесс плавления бронзы в домашних условиях не так уж и просто, но если задастся подобной задачей, решить ее поможет предложенная статья. Главное нужно всегда помнить о мерах предосторожности, уметь различать виды сплавов, знать, при какой температуре каждый из них плавится.

Необходимая температура и процесс плавления бронзы

Изделия из бронзы имеют широкое распространение среди мастеров-любителей, занимающихся изготовлением различных предметов искусства, оружия и аксессуаров к нему, украшений и т. д.

Отсутствие производственной базы не является препятствием к выполнению работ, основная проблема — недостаток информации о свойствах, температуре плавления бронзы и режимах обработки сплавов меди. Большинство любителей не знает, что литье бронзовых изделий производится и в домашних условиях, главное — соблюдать технологию и обеспечить необходимые условия для протекания процесса.

Основные характеристики бронзовых сплавов

Бронза — это собирательное название сплавов меди с различными легирующими добавками. Таких добавок может быть использовано очень много:

• Олово.
• Алюминий.
• Свинец.
• Бериллий.
• Кремний.

Все виды бронзы имеют в составе небольшое количество цинка, свинца или фосфора. При этом сплавы меди с цинком (как полноценным компонентом) к бронзам не относятся и классифицируются как латунь. Отдельной группой являются сплавы меди и никеля (константан, мельхиор, копель, нейзильбер).

Бронзы подразделяются на:

• оловянные. Представляют собой сплавы меди и олова в том или ином соотношении;
• безоловянные. Вместо олова присутствуют другие материалы (бериллий, алюминий и т. д.).

Оловянные виды являются наиболее распространенными. Широко известная колокольная бронза (80% меди и 20% олова). Недостатком оловянной бронзы является хрупкость.

Безоловянные составы имеют массу специфических качеств, успешно используемых для выполнения различных задач.

Распространенными видами безоловянной бронзы являются:

• Бериллиевая бронза. Имеет высокую прочность, превосходящую высококачественную сталь.
• Кремниецинковая. Устойчива к трению, обладает высокой текучестью в расплавленном состоянии, чему способствует добавление кремния.
• Свинцовая. Демонстрирует высокую стойкость к коррозии.
• Алюминиевая. Обладает устойчивостью к коррозии, имеет высокие фрикционные способности.

Общепринятая маркировка сплавов

Необходимо понимать, что в составе любого сплава содержится несколько добавок, придающих данной марке бронзы определенные специфические качества. Например, в составе сплава марки БрО3Ц12С5 содержатся олово, цинк и свинец.

Узнать о составе данного сплава можно из его маркировки. Буквы, присутствующие в ней, кроме первых Бр (бронза) обозначают:

• алюминий – А;
• железо – Ж;
• марганец – Мц;
• олово – О;
• сурьма – Су;
• цинк – Ц;
• никель – Н;
• фосфор – Ф;
• кремний – К;
• свинец – С;
• бериллий – Б.

Подготовка к литью бронзы в домашних условиях

Для плавления бронзы в домашних условиях необходимо иметь соответствующее оборудование и приспособления. Процесс происходит при высоких температурах, с выделением дыма и прочих продуктов горения, поэтому лучше всего работать в гараже или мастерской, выполнять все действия в квартире не рекомендуется.

Для плавления бронзовых составов необходима высокая температура, в пределах 900–1200°, поэтому обойтись без муфельной печи или горна не получится. Понадобится оборудовать качественную вытяжную вентиляцию, напольное покрытие должно отвечать всем требованиям пожарной безопасности. Необходимо приготовить емкость для плавки (специалисты рекомендуют делать расплав в чугунной емкости с вытянутым носиком для точности литья, которая называется тигель).

Для вынимания раскаленного тигля из печи и захвата горячих отливок потребуются клещи (щипцы) и крюк. Обязательно надо позаботиться о защите от искр или брызг расплавленного металла и приготовить фартук и рукавицы из плотного и прочного материала (в идеале можно использовать костюм сварщика).

Потребуется изготовить литейную форму, для горна понадобится древесный уголь.

Особенности процесса литья

Процесс плавления бронзы происходит в следующей последовательности:

• Бронзовый лом измельчается и укладывается в тигель.
• Тигель помещается в муфельную печь, которую рекомендуется нагреть заранее.
• Расплавленный металл необходимо перегреть, для чего его выдерживают в печи на 5 минут дольше, чем надо. Это делает расплав более текучим.
• Используя крючок и щипцы, тигель извлекают из печи, незамедлительно разливают в приготовленную форму.

Форму следует подготовить, хорошенько прокалив ее в печи. Если этого не сделать, металл при начале отливки сразу же остынет и станет твердым, не заполнив всю форму целиком.

Подготовка формы производится в следующем порядке:

• Печь нагревается до 600°.
• Форма помещается в печь и прогревается до имеющейся температуры.
• Нагрев печи увеличивают до 900° и выдерживают форму в таких условиях около 3–4 часов.

Следует учитывать, что температура плавления бронзы данной марки должна быть ниже, чем величина нагрева печи. Расплав надо разогреть до более высокой температуры для получения максимальной текучести (бронза отличается высокой вязкостью в жидком состоянии), а также для получения некоторого запаса температуры для качественного изготовления отливки.

Как сделать литейную форму

Изготовление формы выполняется при помощи формовочной смеси и опоки. Смесь состоит из песка (75%), глины (20%) и каменноугольной пыли (5%). Компоненты тщательно перемешиваются до состояния однородной массы.

Опока представляет собой два неглубоких ящика, установленных друг на друга. Один, нижний, имеет дно и наполняется формовочной смесью по самый верх. Второй ящик дна не имеет, а оборудуется двумя поперечинами.

Процесс изготовления формы:

• модель, предварительно покрытая тонким слоем талька или графитового порошка, вдавливается до половины в формовочную смесь нижнего ящика;
• затем устанавливается верхний ящик и наполняется смесью, утрамбованной так, чтобы модель была полностью и плотно облеплена ей;
• для заливки делается одно или несколько отверстий — литников;
• форма разрезается по линии стыка ящиков и разделяется пополам;
• модель извлекается, а ящики соединяются снова, пустоты от модели соединяются и образуют полость, имеющую необходимую форму.

В завершении процесса форму надо немного подсушить и можно использовать по назначению.

Заливка бронзы в литейную форму

Заливка расплава сама по себе не представляет сложности — металл наливают тонкой равномерной струйкой до заполнения формы целиком.

Сложности могут возникнуть при отсутствии воздушных каналов, в которые может выходить воздух. Если выходы закупорены, воздушные пробки не позволят расплаву полностью занять всю форму, и отливка будет испорчена. Проблему можно решить с помощью центрифуги, которая распределяет металл внутри формы и помогает ему преодолеть сопротивление воздушных пробок.

Как изготовить качественное литье

Чтобы получить качественное бронзовое литье, понадобится последующая механическая обработка отливки. Надо последовательно выполнить операции отделения литников, удаления облоя, механической шлифовки и полировки изделия. Получить сразу готовую отливку высокого качества в домашних условиях невозможно, поэтому надо подготовиться к выполнению доводочных процедур.

Видео по теме: Плавка и отливка цветных металлов (бронза)

Температура плавления бронзы и особенности литья в домашних условиях

Температурные показатели, при которых плавится бронза, находятся в зависимости от ее состава. Чтобы самостоятельно производить литье изделий из этого материала, нужно оборудовать свое рабочее место всеми необходимыми приспособлениями и строго придерживаться технологических правил.

• Разновидности сплавов
• Литье в домашних условиях
  • Особенности заливки
  • Изготовление отливочных форм
• Технология отливки

Разновидности сплавов

Бронза включает в свою основу медь и легирующие добавки (бериллий, свинец, алюминий, кремний и олово). Во всех ее сплавах присутствуют и такие компоненты как цинк, фосфор и пр. Помимо бронзы современная промышленная индустрия занимается изготовление и иных сплавов из меди — константан, копель, нейзильбер, мельхиор, латунь и т. д.

Количество и тип легирующих компонентов в составе бронзового сплава определяет его химические и физические характеристики, а также расцветку материала.

Марки сплавов бронзы, температура плавления которых лежит в пределах от 930 до 1140 градусов Цельсия, имеют свою маркировку. По химическому составу сплавы на основе бронзы классифицируются на:

1. Безоловянные;
2. Оловянные.

Сочетать олово с медью для получения бронзы люди научились очень давно. Олово делает материал крепче, а также уменьшает его температурные показатели плавления. Ярким примером данной разновидности сплава считается колокольная бронза. В ней содержится двадцать процентов олова и восемьдесят процентов меди. Однако изделия, сделанные на основе колокольной бронзы, характеризуются высокой хрупостью.

Бронзы безоловянного типа, как видно из названия, не имеют олова в составе. Такие сплавы сегодня выделены в отдельные категории бронз:

1. Бериллиевые — наиболее крепкие, многими характеристиками превосходят сталь;
2. Кремне-цинковые — обладают повышенной стойкостью к стиранию (преимуществом таких бронз данной группы считается и то, что будучи расплавленными они имеют высокую текучесть);
3. На основе алюминия и меди — отличаются высокой антикоррозийной защитой и прекрасными антифрикционными качествами.

В настоящее время наибольшее распространение имеют бронзы, в состав которых добавлено олово. Для целей маркировки материала независимо от состава применяется обозначение «Бр», после которого указаны используемые добавки и их содержание в материале. Для примера можно произвести расшифровку бронзы «БР ОЦСНЗ-7−4−2-. В этом оловянном сплаве содержится олово, цинк, свинец и никель. Цифры обозначают их процентное содержание в бронзе. Состав любой марки бронзы может содержать и иные элементы, имеющие следующие обозначения:

1. А — алюминиевые сплавы;
2. Б — сплавы на основе бериллия;
3. Ж — обыкновенное железо;
4. К — кремниевый элемент;
5. Мц — обычный марганец;
6. Ф — фосфор.

Литье в домашних условиях

Для самостоятельной отливки изделий из бронзы, находясь в домашних условиях, необходимо обеспечить подходящие условия. Самые важные момент — эффективная вентиляция в помещении и надежные средства пожарной безопасности. В том случае, если вам нужно сделать небольшие бронзовые изделия, то работу можно выполнить в небольшом помещении. Для габаритных же конструкций лучше воспользоваться гаражом или цехом. Стоит отметить, что напольное покрытие в рабочем помещении обязательно должно быть сделано из какого-нибудь негорючего материала.

Для того чтобы расплавить бронзу, невозможно обойтись без специальной муфельной печи. Будет отлично, если оборудование будет иметь встроенный регулятор температурных показателей нагрева. В том случае, если у вас нет возможности воспользоваться такой печью, то в домашних условиях можно применять обыкновенный горн.

Помимо печи, которая может расплавить металлический сплав, для отливки бронзовых изделий понадобятся:

1. Тигель — чугунная или стальная емкость с носиком (для разливки материала в формы и плавления);
2. Специальные щипцы, которыми тигель будет извлекаться из муфельной печи;
3. Крючок;
4. Форма для отливки;
5. Уголь из древесины, который будет выполнять функции топлива (при использовании горна для плавления).

Итак, процедура отливки производится по следующей схеме:

1. Металлический сплав, который нужно расплавить, измельчить и уложить в тигель.
2. Тигель помещается в печь и нагревается до необходимых температурных показателей.
3. После расплавления металлического сплава в тигеле его еще в течение четырех-пяти минут прогревают в печи. Это нужно для той цели, чтобы материал стал максимально текучим и заполнил всю отливочную форму.
4. Тигель, в котором находится расплавленный металлический сплав, извлекается из печки с помощью щипцов и крючка.
5. Металл в жидком состоянии посредством специального отверстия отливается в форму. При исполнении этой процедуры необходимо контролировать, чтобы струя не была прерывистой и слишком тонкой.

Отливочную форму нужно заранее правильно подготовить, как следует прокалив ее внутри печи. Для этого печь нужно довести до температуры в 600 градусов и лишь после этого следует помещать в нее форму. Далее температурные показатели необходимо увеличить до 900 градусов и подержать в печи форму в течение двух-четырех часов. Чем больше размеры формы, тем дольше ее нужно держать в нагретой печи.

Особенности заливки

В том случае, если расплавленный металлический сплав отливается в крупную форму, то его массы хватит для вытеснения накопившегося воздуха. Если же для отливки применяются маленькие формочки, то следует прибегнуть к специальным технологическим методам.

Формы в этом случае помещаются в центрифуги, которые функционируют от электрического или же ручного привода. В процессе вращения формируется центробежная энергия, обеспечивающая равномерное распределение металлического сплава по внутренней поверхности формы. Однако эта технология эффективна лишь в той ситуации, если металлический сплав еще жидкий, а не застывший.

После завершения отливки и остывания материала изделие извлекают с помощью обыкновенных приспособлений (щипцы и крюк). Необходимо запомнить, что поверхность недавно извлеченных конструкций не может похвастаться высоким уровнем качества, потому их нужно подвергнуть специальной механической обработке.

Изготовление отливочных форм

На уровень качества получаемых изделий влияет и правильность формы для литья, которая позволяет наделить изделие необходимыми геометрическими параметрами и конфигурацией. Для создания форм зачастую применяют специальный инструмент — опоку. Опока, размеры которой должны быть приблизительно в полтора раза больше габаритов готовой конструкции, включает в свой состав нижний ящик и верхнюю рамку.

Части приспособления могут быть соединены друг с другом с помощью боковых фиксаторов.

Состав стандартной смеси для формовки включает:

1. Глину;
2. Мелкофракционный песок;
3. Каменную пыль.

При смешивании этих составляющих получается однородная смесь. Чтобы сделать форму, вам также не обойтись без модели из древесины или иного достаточно мягкого материала.

Изготовление самой формовочной конструкции исполняют следующим образом.

1. Внутрь нижнего ящика опоки помещается смесь для формовки, которую нужно немного утрамбовать.
2. В приготовленный состав укладывают модель, которую нужно заблаговременно покрыть порошковым графитом или тальком.
3. К нижней части опоки прикрепляется верхняя рама, после чего она засыпается формовочным раствором. Перед тем как производить засыпку, нужно сделать отверстие для будущего литника. Для этого можно воспользоваться специальной конической пробкой.
4. После того как формовочная смесь будет утрамбована, форму необходимо разделить надвое. Для этого можно воспользоваться любым острым приспособлением.
5. Финальная стадия предполагает устранение дефектов и выравнивание неровностей.

Сделанную форму нужно просушить, лишь после этого ее можно использовать.

Технология отливки

Для того чтобы сделать сложную конструкцию или высококачественную деталь, можно воспользоваться и иным способом, который предполагает использование модели, сделанной из легкоплавких материалов. В такой ситуации для изготовления отливочной формы можно воспользоваться парафином или воском. Эта модель просто выплавляется и помещается в кипяток.

Для обеспечения точности геометрических характеристик и форм модели можно применять готовое изделие. С помощью него получают форму из гипса, которая будет использована для отливки точной копии.