Как сделать бронзу своими руками

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:

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.

Сплав, обозначение	Температура для литья, °С
БрОФ4-0,25	1300
БрОЦ4-3	1250
БрОЦС4-4-4	1200
БрАЖ9-4	1200
БрА9Мц2Л	1150
БрА10Ж8Л	1190
БрА11Ж6Н6	1185
БрАЖС7-1,5-1,5	1150
БрС3О	975
БрА5	1200
БрКН1-3	1050
БрБНТ1,7	1050
БрАМц10-2	1150
БрКМц3-1	1150
БрМц5	1150
БрБ2	1100
БрСН60-2,5	1100

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:

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:

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.

Источник

Температура плавления и литье бронзы в домашних условиях

Температура плавления бронзы определенной марки зависит от того, какие химические элементы входят в состав данного сплава. Для того чтобы в домашних условиях выполнять литье бронзовых изделий, необходимо оснастить свою мастерскую соответствующим оборудованием и строго следовать технологическим рекомендациям.

Плавка бронзы в домашних условиях

Виды бронзовых сплавов и различия в температуре их плавления

Основу такого сплава, как бронза, составляет медь, а в качестве легирующих добавок выступают олово, алюминий, кремний, свинец и бериллий. В бронзе любой марки в небольших количествах содержатся и такие элементы, как фосфор, цинк и др. Кроме бронзы, современная промышленность производит и другие сплавы на основе меди – мельхиор, копель, константан и нейзильбер (основным легирующим элементом в них является никель), латунь (сплав меди с цинком).

Количество основных легирующих добавок в бронзе определяет не только ее физические и химические свойства, но и цвет.

Каждая из марок бронзы, температура плавления которых входит в интервал 930–1140°, обозначается своей маркировкой. В зависимости от своего химического состава все бронзовые сплавы делятся на:

Соединять медь и олово, чтобы получить бронзу, человек научился еще с древнейших времен. Олово, которое добавляется в такой сплав, делает его тверже, если сравнивать его с чистой медью, а также снижает температуру его плавления. Одним из ярких примеров такого сплава является колокольная бронза, из которой издавна методом литья изготавливались колокола. Она содержит 80% меди и 20% олова. Самым значимым недостатком бронз данного типа, обусловленным содержанием олова, является повышенная хрупкость изделий из них.

Температура обработки и технические свойства оловянных бронз

Безоловянные бронзы, как следует из их названия, не содержат в своем составе олова. Сплавы данного типа представлены на современном рынке одной из следующих категорий бронз:

• бериллиевые – самые прочные, по многим параметрам превосходящие высококачественные стали;
• кремне-цинковые, отличающиеся особенной стойкостью к истиранию (большим достоинством бронз этой категории является и то, что в расплавленном состоянии они обладают повышенной текучестью);
• сплавы с добавлением свинца, которые отличаются повышенной устойчивостью к коррозии;
• изготовленные на основе меди и алюминия, отличительными характеристиками которых являются повышенная устойчивость к коррозии и хорошие антифрикционные свойства.

Температура плавления и другие физические свойства литейных безоловянных бронз

Хотя бронзы с добавлением олова отличаются высокой хрупкостью, как уже говорилось выше, они и сегодня являются наиболее распространенными. Для маркировки бронз любых марок вне зависимости от их химического состава используются буквы «Бр», после которых перечисляются обозначения добавок, а также их процентное содержание. В качестве примера можно расшифровать обозначение бронзы марки Бр ОЦСН3-7-5-1. В данной бронзе, которая относится к оловянному типу, содержится 2,5–4% олова, 6–9,5% цинка, 3–6% свинца, 0,5–2% никеля. В химический состав любой бронзы, как было сказано выше, могут входить и другие элементы, которые обозначаются следующими буквами:

• А – алюминий;
• Б – бериллий;
• Ж – железо;
• К – кремний;
• Мц – марганец;
• Ф – фосфор.

Химический состав и назначение распространенных марок бронз (нажмите для увеличения)

Если говорить о наиболее распространенных марках бронзы, то к ним следует отнести:

• сплавы литейного типа БрО5, БрО19, БрОЦ8-4, БрОЦ10-2, БрОФ10-1;
• ковкий бронзовый сплав БрОС5-25.

Для такой технологической операции, как литье, особенно выполняемое в домашних условиях, большое значение имеет температура, при которой можно расплавить металл. Бронзы, содержащие олово, плавятся при меньшей температуре – 900–950°, а те из них, в составе которых данного металла нет, – при температуре 950–1080°.

Бронзовые литейные сплавы при нагреве до температуры плавления имеют большую вязкость, если сравнивать их с латунью. Именно поэтому, чтобы выполнить качественное литье из таких сплавов, их необходимо перегревать. Значимым преимуществом использования литейных бронз является то, что усадка изделий из них очень незначительна. Это позволяет изготавливать из таких сплавов фасонные отливки.

Заливка формы литейной бронзой

Возможно ли литье бронзы в домашних условиях

Для того чтобы выполнять литье изделий из бронзы в домашних условиях, требуется создать для этого все необходимые условия. Наиболее важными из таких условий является хорошая вентиляция в рабочем помещении, а также использование средств, обеспечивающих пожарную безопасность. Если вы собираетесь изготавливать из бронзы изделия небольшого размера, для этого будет достаточно площади небольшого помещения, если же в ваших планах изготовление габаритных отливок, то вам потребуется просторное помещение (например, гараж). Обязательное требование к таким помещениям – пол из негорючего материала.

Чтобы расплавить такой материал, как бронза, вам потребуется муфельная печь. Желательно, чтобы это устройство было оснащено регулятором температуры нагрева. Если же такой печи нет в вашем распоряжении, то для плавления бронзы в домашних условиях подойдет обычный горн.

Самодельный горн с вентилятором от старой вытяжки

Кроме печи, которая позволит расплавить металл, для литья изделий из бронзы потребуются:

• тигель – стальной или чугунный сосуд с носиком (для плавления и разливки металла по формам);
• щипцы, при помощи которых тигель извлекается из печи;
• крюк;
• литейная форма, в которую заливается расплавленный металл;
• древесный уголь, используемый в качестве топлива (если для плавления металла применяется горн).

Тигель для плавки несложно сделать из обрезка толстостенной стальной трубы

Процедура литья изделий из бронзы проходит следующим образом.

• Металл, который необходимо расплавить, измельчают и помещают в тигель.
• Тигель устанавливают в печь и разогревают ее до необходимой температуры.
• После того как металл полностью расплавился в тигле, его оставляют в печи еще 4–5 минут для прогрева. Такой прогрев необходим для того, чтобы металл приобрел максимальную текучесть и хорошо заполнял все углубления в литейной форме.
• Тигель с расплавленным металлом, используя крюк и щипцы, извлекают из печи.
• Жидкий металл через специальное литниковое отверстие заливают в форму. При этом важно следить за тем, чтобы струя заливаемого сплава была тонкой и не прерывалась.

Заливка бронзового расплава должна проводится быстро и аккуратно

Форму для литья необходимо предварительно подготовить, что заключается в ее прокаливании в печи. Для осуществления такой процедуры печь прогревают до температуры 550–600°, и только после этого в нее помещают литейную форму. Затем температуру в печи увеличивают до 900° и выдерживают форму под ее воздействием на протяжении 2–4 часов.

Чем большими габаритами обладает литейная форма, тем дольше ее необходимо выдерживать в раскаленной печи. После того как литейная форма полностью прокалена, ее надо извлечь из печи и охладить до температуры 500°, только после этого можно использовать ее для литья.

Более подробно познакомиться с правилами литья бронзы и применяемым для этих целей оборудованием позволяет видео данного процесса.

Как правильно заливать металл в литейную форму

Если расплавленный металл заливают в литейные формы большого размера, то его собственного веса вполне хватает для того, чтобы вытеснить из них весь скапливающийся воздух. Если же литье выполняется в небольшие формы, то вытеснить из всех внутренних полостей таких конструкций воздух за счет массы расплавленного металла практически невозможно. Чтобы в таких случаях получить отливки высокого качества, необходимо использовать специальные технологические приемы.

Литейные формы помещают в специальные центрифуги, работающие от ручного или электрического привода. При вращении создаются центробежные силы, равномерно распределяющие расплавленный металл по всем внутренним полостям форм. Эффективной данная технология является только в том случае, если металл находится еще в жидком, а не в застывшем состоянии.

Самодельная центрифуга для литья мелких деталей

После окончания процесса литья и остывания металла отливку извлекают, используя для этого простейшие механические приспособления. Следует иметь в виду, что поверхность изделий, только что извлеченных из литейных форм, не отличается высоким качеством, поэтому их необходимо подвергнуть различным видам механической обработки.

Изготовление форм для литья

На качество изделий, полученных методом литья из бронзовых сплавов, серьезное влияние оказывает правильность изготовления литейной формы, которая и позволяет создать из расплавленного металла деталь требуемой конфигурации и с заданными геометрическими параметрами. Для изготовления литейных форм традиционно используют специальные приспособления – опоки. Опока, габариты которой должны примерно в полтора раза превышать параметры готового изделия, состоит из:

Литейная форма изготавливается под конкретное изделие

Верхняя и нижняя части опоки, в которые засыпается формовочная смесь, для большей надежности могут надежно соединяться друг с другом, для чего используются специальные фиксаторы на их боковых поверхностях.

Состав наиболее часто используемой формовочной смеси включает:

• песок мелкой фракции – 75%;
• глину – 20%;
• каменноугольную пыль – 5%.

В результате смешивания данных компонентов должна получиться однородная масса.

Для изготовления литейной формы также потребуется модель, которую делают из древесины или другого мягкого материала (можно использовать в ее роли готовое изделие требуемого качества).

Самодельная форма для литья состоит из двух половинок

Изготовление самой литейной формы выполняют следующим образом.

• В нижний ящик опоки засыпают формовочную смесь и несильно ее утрамбовывают.
• В полученную утрамбованную массу помещают модель, поверхность которой необходимо предварительно покрыть тальком или порошковым графитом.
• На нижнюю часть опоки ставят верхнюю рамку и засыпают ее доверху формовочной смесью, также утрамбовывая ее. Перед засыпкой верхней половины опоки необходимо сформировать в будущей форме отверстие литника, для чего используют специальную пробку конической формы.
• После утрамбовки формовочной смеси надо разделить готовую форму на две половины – верхнюю и нижнюю, для чего можно использовать любой острый предмет.
• После извлечения из полученной литейной формы внутренние полости модели внимательно осматривают и исправляют дефекты, которые могут на них присутствовать.

Готовую форму необходимо подсушить, после чего ее можно собрать и начать использовать для литья изделий из бронзы. Более наглядно изготовление литейной формы представлено на видео ниже.

Гипсовую форму следует покрыть тонким графитовым слоем

Технология литья бронзовых изделий более высокого качества

Чтобы получить методом литья изделие из бронзы более высокого качества или изготовить деталь сложной конфигурации, можно использовать и другую технологию, предполагающую применение модели из легкоплавкого материала. В таком случае для создания неразъемной литейной формы применяют модель из парафина, воска или любого другого легкоплавкого материала. Такую модель просто выплавляют из готовой формы, нагревая ее или помещая в кипящую воду.

Восковая модель сложной конфигурации изготавливается из нескольких частей, которые потом дорабатываются и спаиваются

Чтобы обеспечить высокую точность формы и геометрических параметров модели, для ее создания может быть использовано готовое изделие. С его помощью получают гипсовую форму, в которую и отливается копия.

Познакомиться с технологией, позволяющей выполнять качественное литье даже очень сложных по своей конфигурации изделий, также можно по многочисленных видео в сети.

Источник