Плавка бронзы в домашних условиях

Температура плавления бронзы и как расплавить и отлить в домашних условиях

Бронза – сплав на основе меди, не содержащий в качестве основных легирующих компонентов никеля и цинка. Характеризуется сравнительно высокой температурой плавления, металл становится жидким в диапазоне от +940°С до +1300°С. Самая тугоплавкая – оловянно-фосфорная. Из бронзовых сплавов производят сортовой, листовой и трубный прокат, детали двигателя, элементы передаточных устройств, вкладыши в запорную арматуру, фитинги, краны, сувенирные изделия, детали приборов и многое другое. Сделать литье можно в домашних условиях. Плавка бронзы производится в муфельных печах или горнах. При температуре плавления бронза становится густой, плохо растекается по форме, нужно знать некоторые хитрости, чтобы самостоятельно заниматься литьем.

Основные характеристики бронзовых сплавов

Цвет бронзового сплава зависит от количественного состава легирующих элементов. Они оказывают влияние на физические свойства: пластичность, износостойкость, температуру плавления бронзы. В качестве легирующих компонентов выступают металлы (олово, алюминий, бериллий, свинец, марганец) и неметаллы (фосфор, кремний). Расплавить в домашних условиях можно любой бронзовый сплав. Зная маркировку лома, несложно определить точную температуру плавления бронзы. Но обычно состав бронзовых кусочков, подготовленных к плавлению, разнится. Тогда оценивают внешний вид металла.

Бронзовые сплавы классифицируют по двум категориям:

1. оловянные более пластичные;
2. безоловянные хуже поддаются обработке:

• бериллиевые характеризуются высокой прочностью, максимальной выносливостью на разрыв, кручение;
• у алюминиевых невысокая температура плавления, они устойчивы к коррозии, обладают хорошими антифрикционными свойствами;
• свинцовые пластичные, хорошо поддаются механической обработке;
• с добавками цинка и кремния отличаются текучестью, при плавлении равномерно заполняют форму для литья;
• сплав с железом неплохо сваривается, но контакт ее с агрессивными средами нежелателен;
• марганец улучшает прочностные характеристики с сохранением пластичности, свойственной меди;
• оловянно-свинцовые бронзы отличаются ковкостью, их подвергают горячей деформации, делают из сплава горячекатаный прокат.

Для литья в промышленных условиях используют оловянную бронзу с низкой температурой плавления, до +1000°С.

В отличие от латуни, бронза более вязкая в точке плавления. При заполнении форм сложной конфигурации в производственных цехах применяют центрифуги. Сплаву, разогретому выше температуры плавления на 5°, придают дополнительное ускорение, чтобы он растекался равномерно. При кустарном изготовлении отливок вязкость бронзового сплава в точке плавления желательно учитывать, чтобы не было брака на поверхности. Достоинством цветного металла литейщики считают низкую усадку при охлаждении. Удается получать литье, не требующее длительной доводки до заданных геометрических размеров. Из бронзовых сплавов делают качественные фасонные отливки.

Можно ли плавить и отливать бронзу в домашних условиях

Воссоздать промышленную технологию кустарным способом невозможно. Металл для улучшения текучести перегревают. При температуре выше точки плавления выдерживают определенный временной интервал, только после этого расплав разливают в изложницы. Технологи рассчитывают температурный режим для каждого сплава.

Самостоятельно удается получать несложные мелкие детали, требующие серьезной доводки до точных размеров. Как расплавляют бронзу в домашних условиях, стоит рассказать подробно. Для этого нужны особые условия, инструменты. Бронзовый лом не плавится в жестяной банке, для него нужен огнеупорный тигель или старая посуда из черного чугуна. Расплав выливают в самодельные формы. Отливки покрупнее делают на земле или на бетонном полу.

Для лома подбирают схожие по цвету сплавы, бронза плохо измельчается, необходимы ножницы по металлу. Тигель нагревают до температуры плавления лома в горне, подбрасывая уголь, или в электрической муфельной печке. Горячую емкость с расплавом зажимают специальными щипцами с длинной ручкой, чтобы минимизировать риск ожогов.

Процесс литья

Литье бронзы начинается с подготовки рабочего места. Устанавливают подставку под опоку, тигель. Она делается из огнеупорного материала. Можно насыпать слой песка в поддон или воспользоваться металлической пластиной.

До загрузки измельченного лома в печь необходимо подготовить опоку. Ее хорошо прогревают, выдерживают минимум 2 часа при +600°C. Огнеупорный тигель при такой температуре начинает излучать желтоватое свечение. Пока прогретая форма остывает, приступают к плавлению измельченного лома.

Плавильню заполняют на 1/3 объема. С кусочками лома ставят в горячую печь, оставляют до полного плавления. Тигель или другую плавильную емкость устанавливают нагревать, когда температура в печи близка или достигла точки плавления бронзы. Оловянные бронзы становятся жидкими до 1000°C, безоловянные приходится прогревать дольше, у них точка плавления выше.

Когда вся бронз расплавится, ее оставляют в печи на 3-5 минут, чтобы расплав хорошо прогрелся, стал менее вязким. Затем плавильню достают щипцами или специальным крюком. Расплав готов. Пора приступать к изготовлению отливки.

Заливка бронзы в литейную форму

Расплавленный металл выливают в отверстие формы тонкой струйкой, бронза должна равномерно заполнить все пустоты. Она уплотняется под собственным весом. Чтобы горячая форма хорошо заполнялась, ее ставят на вращающуюся подставку с ручным или электрическим приводом. Такая хитрость необходима для получения качественного литья. Если заливать бронзу спокойно, углы отливки будут закругленными. Раскручивают форму с горячим расплавом в процессе заполнения. Когда бронза схватится, форму литья уже не изменить. В заводских условиях используют технологические центрифуги. В домашних условиях умельцы делают подобие промышленных установок на базе отслуживших стиральных машин.

Придавать сплаву движение необходимо при изготовлении небольших сложных отливок. Бронзовому расплаву не хватит собственного веса для заполнения всех пустот. Он будет застывать неравномерно, на поверхности литья возникнут раковины, складки.

Как сделать форму для литья

Самостоятельное изготовление литейной формы начинается с подбора корпуса, куда свободно войдет будущая отливка и останется свободным половина пространства. Это может быть жестяная банка или специально изготовленная емкость. Традиционно размер опоки в 1,3–1,5 раза превышает габариты отливки. Такое соотношение необходимо, чтобы песчано-глиняная смесь образовала равномерный слой со всех сторон детали. Наполнитель для опоки делается из материалов, способных сохранять тепло. Литая заготовка будет качественной только при постепенном остывании.

Форму делают из двух частей:

• верхняя рамка (занимает не менее 1/4 высоты формы);
• нижний ящик, в него свободно помещается будущая деталь.

Для набивки делают смесь песка и глины в пропорции 3:1. В глину для аккумуляции тепла вводят 1/5 часть угольной крошки, лучше использовать каменный уголь, у него больше теплоемкость. Однородную массу укладывают в обе части опоки. Смесь не стоит сильно утрамбовывать, чтобы глина не спекалась, оставалась рыхлой во время прогрева в печи. Деталь перед закладкой в подготовленный нижний ящик густо обмазывают тальком или графитовым порошком. Затем делается отверстие для заливки бронзы, разогретой до температуры плавления.

Готовую форму нужно просушить перед использованием.

Изделие достают из формы только после охлаждения. Форму аккуратно разбирают, затем вынимают отливку.

Технология получения литья более высокого качества

Получить литье нужной геометрии кустарным способом сложно. Нужно быть готовым к тому, что литье придется долго шлифовать, стачивать, доводить до нужных размеров. Процесс плавления бронзы в домашних условиях сопряжен с рядом ограничений. Нюансы, которые желательно учитывать при самостоятельном изготовлении бронзовых отливок:

• лучше использовать муфельную печь для плавки, оснащенную терморегулятором, производители предлагают небольшие установки для изготовления домашнего литья, работающие от стандартной сети 220 В;
• при изготовлении опоки необходимо учитывать сложность ее заполнения расплавом, в местах возможных пустот делают припуски на будущую доводку детали;
• вместо песочно-глиняных опок для мелких деталей делают гипсовые формы с восковым или парафиновым заполнением. Горячую бронзу при вливании вытесняет не воздух, а расплавленный стеарин.

Парафиновые формочки делают на основе гипсовых слепков, сделанных с будущей детали. Точность изготовления отливок в этом случае возрастает. Опоки из гипса удобны для небольших отливок, их можно сделать неразъемными. Правда, процесс их изготовления усложняется: сначала делятся форма для парафинового муляжа, а затем он заливается формовочным гипсом. Подобные конструкции удобно размещать в центрифуге.

Приступая к плавлению бронзового лома в домашних условиях, следует учитывать состав сплава. Она зависит от химического состава бронзы. Вязкий расплав бронзы медленно заполняет опоку. Чтобы не было пустот, заполненную форму крутят в центрифуге. Под действием центробежной силы металл, нагретый до температуры плавления, распределяется равномерно. Отливка получается качественной.

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)

Литье бронзы

Литье бронзы используется издревле. На протяжении многих столетий сплавы из меди (бронза, латунь) использовались для изготовления орудий труда, охоты и украшений.

Совершенствование литейной технологии привели на современном этапе к возникновению множества методов литья металлов, в особенности цветных. Технологические возможности литья бронзы позволяют получать не просто предметы, а произведения искусства, которые с давних времен считались верхом совершенства.

Разработанные технологии позволяют производить плавку медных сплавов не только в условиях промышленного производства, но и в домашних условиях, в небольших мастерских.

Основные этапы

Чтобы получить качественные литые изделия требуется строгое соблюдение технологической последовательности. Процесс литья выглядит следующим образом:

1. Изготовление модели или копии по эскизу, чертежу. Материалы для модели –легко плавящиеся при невысоких температурах: стеарин, парафин, воск и прочие. Способность полного заполнения объема внутреннего пространства в форме сделало эти материалы широко используемыми.
2. Примыкание к модели литниковой системы производится приклеиванием, спаиванием или механическим креплением. Таким образом, формируют питатели, каналы, выпоры и другие элементы.
3. Изготовление литьевой формы производится из огнеупорной смеси. В основной состав смесей водит глина шамотная или глиноземная и кварцевый песок.
4. Освобождение формы от модельного состава производится путем нагревания паром или погружением в нагретую воду.
5. Обыкновенно литье бронзы производится свободной заливкой с использованием центробежных машин, избыточного или недостаточного давления (вакуума).
6. Охлаждение производится на воздухе или с использованием термостата.
7. После остывания, модельная форма разрушается. Производится обрубка литниковой системы. Заготовка отправляется на чистку с помощью промывки или химическими составами.

Литейные модели

Художественное литье бронзы и латуни предусматривает получение максимально гладкой поверхности, поэтому для воссоздания модели используются достаточно твердые материалы:

1. • древесина;
   • гипс;
   • слоновая кость.

Для получения максимально гладкой поверхности, она подвергается устранению пористости шпатлеванием, грунтованием и покрытием лаком.
Литейные модели изготавливаются разъемными; неразъемными — подходят для отливки изделий простой формы; специальными для деталей имеющих достаточно сложную конфигурацию.

Литейные формы

Литейные формы бывают двух типов: одноразовыми и многоразовыми. Все зависит от материала из которого они изготовлены. Если для изготовления используется глинисто-песчаная смесь, то для сохранения ее формы требуются металлические опоки, предотвращающие разрушение смеси.

Многоразовые формы изготавливаются из сталей с горизонтальной или вертикальной линией разъема. Для повышения литейных способностей медного сплава используются смазки, которые предотвращают появление спаев, пригаров и прочих дефектов.

Температуры плавления

Температура плавления бронзы напрямую зависит от наполняемости химическими элементами сплава. Ведь в качестве легирующих компонентов могут выступать тугоплавкие элементы. Так, максимальная температура для разлива бронзы составляет 1350 °С.

Маркировка легирующих элементов, добавляемых в сплавы меди:

• алюминий (А);
• бериллий (Б);
• железо (Ж);
• кремний (К);
• марганец (Мц);
• никель (Н);
• свинец (С);
• селен (О);
• титан (Т);
• цинк (Ц).

Для деления бронзовых сплавов пользуются двумя определениями – это оловянистые и безоловянистые бронзы. Температура плавления пригодного для литья, в зависимости от ее химического состава приведена в таблице.

Это далеко не полный перечень литейных бронзовых сплавов.

Если плавка бронзы производится в домашних условиях, то особое внимание следует обращать на температуру плавления сплава. Оловянистым бронзам не требуется преодолевать тысячеградусный порог. Им достаточно 900°С — 950 °С. Безоловянистым сплавам уже требуется 950 °С — 1100 °С.

Детали, получаемые из бронзы методом центробежного литься

При выплавке бронзовых деталей стоит учитывать их высокую вязкость. Поэтому для качественного литья нагревать их следует выше температуры плавления примерно на 100 градусов. Бронзы обладают минимальной усадкой, которая не превышает 1,5%. Данная характеристика является преимуществом перед латунями и позволяет получать фасонные отливки.

Для сравнения можно посмотреть на температуру плавления латуней. Выделяются две категории латуней – это двухкомпонентные и многокомпонентные латуни. В состав двух компонентных сплавов кроме меди входит цинк. Его количество влияет на температуру плавления, которая находится в диапазоне 880°С — 965°С.

Для много компонентных температурные режимы повышаются до 895 °С — 1070 °С из-за ввода легирующих компонентов с высокой температурой плавления.

Технологии литья бронзовых изделий

Плавка, как и обработка резанием, широко распространенная операция получения деталей. Для плавки рекомендуется использовать индукционные плавильные или тигельные нагревательные печи. Выбор обуславливается экономным потреблением электричества.

Чтобы сохранить химический состав сплавов применяются флюсы. С их помощью можно:

• Защитить внешний слой поверхности расплава:
  1. от окисления;
  2. повысить объем годного расплава;
  3. исключить неметаллические компоненты;

• Дегазировать состав из-за чего снижается образование:
  1. газовых пор;
  2. раковин.

Для получения гладких поверхностей на отливке и легкости ее извлечения после охлаждения используются антипригарные краски. Их использование обеспечивает:

• смазку пресс-форм;
• защиту от разрушения при контакте с расплавом;
• отсутствие пригаров.

Литье под давлением

Литье под давлением происходит при воздействии избыточного или недостаточного (вакуумического) давления. Для подачи расплава под избыточным давлением используется прессовый принцип. На поршень действует усилие от гидро- или пневмосистемы. Высокая скорость подачи наряду с высокой вязкостью создают высокое давление, позволяющее полностью заполнить форму. У полученных отливок высокая точность и мелкозернистая структура.

За счет вакуумного всасывания расплав втягивается в форму кристаллизатора.Охлаждение происходит к центру формы. Требуемое количество расплава втягивается за определенный промежуток времени.

Кристаллизатор — емкость с тонкими стенками, которые охлаждаются водой.

После восстановления нормального (атмосферного) давления излишки расплава стекают. После охлаждения за счет усадки деталь самостоятельно извлекается из формы. Автоматизация процесса вакуумного всасывания позволяет заполнять форму в минимальное количество времени, вплоть до 0,1 секунды.

Готовое изделие из бронзы

Центробежное литье

Целесообразно использовать центробежное литье, разливая бронзу и латунь при изготовлении деталей типа тел вращения. Формирование деталей происходит на машинах с горизонтальной и вертикальной осями вращения. На машинах с горизонтальной заливкой отливают:

• втулки;
• вкладыши;
• кольца.

На машинах с вертикальной заливкой отливают:

• шестерни;
• червячные колеса;
• гребные винты.

В основе технологии лежит центробежная сила, которая образуется при вращении формы. Расплав уплотняется под действием сил, вытесняя сторонние компоненты.

Художественное литье

Современные тенденции диктуют применять литье не только при производстве деталей к механизмам и агрегатам, но и при получении элементов интерьера. Так, используя технологию художественного литья можно изготавливать:

• барельефы, скульптуры;
• элементы оград, решеток, ограждений ворот;
• сувенирную продукцию;
• светильники, бра;
• элементы интерьера.

Этапы технологии получения отливок следующие:

• изготовление модели;
• изготовление формы;
• подготовка формы;
• плавка шихты;
• подготовка расплава к заливке;
• охлаждение;
• извлечение из формы;
• обрубка;
• чистка и придание товарного вида.

Готовые отливки, по замыслу мастера, соединяются в единое изделие, если оно является многокомпонентным. После чего могут хромироваться, никелироваться, покрываться патиной и другими металлами.

Литье в домашних условиях

Многие мастера занимаются отливкой изделий из бронзы в домашних условиях. В основном это детали интерьера и фигурное литье. Кроме основных приспособлений, требуется приобрести вспомогательные инструменты и материалы. Среди них:

• щипцы;
• уголь (древесный, каменный);
• тигель;
• горн.

Плавильная печь, использующаяся в домашних условиях

Горном подается воздух, необходимый для поддержания горения угля, который создает необходимую температуру для плавления бронзы. Щипцами производится изъятие тигеля из камеры нагрева и разлив расплава. В связи с тем, что бронза плавится при невысоких температурах, то плавильную печь можно заменить газовым резаком (автогеном) или паяльной лампой.

Художественное литье из бронзы предполагает проведение работ в отдельном помещении, которое должно быть оборудовано средствами пожаротушения, приточно-вытяжной вентиляцией. Кроме того, в нем необходимо организовать места хранения для инструмента, приспособлений, материалов, а также организовать условия для личной гигиены.

Изделия из бронзы, после того как их извлекли из литейной формы, выглядят как черный, обугленный, оплавленный кусок металла. Для придания презентабельного вида на первоначальном этапе пользуются металлической щеткой или машинкой с насадками из абразивного материала.

Достаточно хорошая текучесть бронзы, в отличие от латуни, не способствует полному заполнению формы при ручном разливе в домашних условиях, в следствие чего рисунок на поверхности отливки нечеткий.

Для устранения данного дефекта мастера используют чеканку. Она помогает придать окончательный вид изделию, если на нем множество ажурных орнаментов. Чеканка занимает довольно много времени.

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.

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.