Как и при какой температуре плавить бронзу? Температура плавления бронзы и особенности литья в домашних условиях

Температура плавления

Существует таблица температур плавления разных видов бронзы. Прежде чем приступить непосредственно к плавке, необходимо понять, от чего зависит температура, при которой тот или иной металл начинает плавиться или полностью переходит в жидкое состояние. Бронза на самом деле представляет собой целый ряд различных сплавов, в состав которых в качестве основного компонента входит медь, а в качестве дополнительных (легирующих) – другие элементы.

Такими легирующими веществами могут быть алюминий, бериллий, олово, кремний и так далее. Вот как раз от химического состава бронзы зависят все физические свойства металла, в том числе и температура плавления. Чтобы расплавить медный сплав, необходимо знать его химический состав, только так можно правильно определить температуру плавления в градусах Цельсия. Давайте ознакомимся с температурами плавления.

Чистого металла

Хотя чистую медь производить крайне невыгодно, поскольку ее технические свойства во многом уступают особым маркам, которые производят из этого металла в металлургической промышленности, тем не менее знать температуру плавления меди необходимо.

Почему? Дело в том, что те марки меди, которые используются в народном хозяйстве, имеют в своем составе ничтожно малое количество легирующих веществ, которые рассматривают как примеси. Таким образом, благодаря несущественности их количества, температура плавления марок меди близка к температуре плавления чистой меди и составляет примерно 1084,5 градуса Цельсия.

Как уже говорилось, температура плавления зависит от состава вещества, по этой причине температура плавления бронзы варьируется в пределах 900-1140 градусов Цельсия.

Смесей

Олово в составе бронзы снижает температуру плавления таких сплавов, она не превышает 900-950 градусов Цельсия.

Безоловянные, в том числе и алюминиевые бронзы обладают более широким диапазоном таких температур, которые зависят от химического состава медного сплава. Их температура плавления составляет 950-1080 градусов. Также необходимо учитывать, что бронза обладает большой вязкостью, поэтому ее перегревают после окончательного расплавления для обеспечения лучшей текучести расплава. Давайте рассмотрим процесс плавки и литья бронзы поэтапно.

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.

Пошаговая инструкция

В кустарных условиях в основном изготавливают небольшие бронзовые изделия, например, элементы декора. Более сложные детали требуют высокоточного литья, технологию которого очень сложно осуществить без специально приспособленного для этих целей помещения, а также особого оборудования. В некоторых случаях приходится прибегать к доводке отливки до нужного состояния с помощью правки в домашних условиях, такой как удаление излишков расплавленного материала вручную, шлифовки и полировки изделия.

Прежде чем приступить к расплавлению металла, необходимо подготовить помещение и обзавестись необходимыми инструментами и оборудованием. Главным требованием, предъявляемым к помещению, является наличие хорошей вытяжной вентиляции, а также пол, выполненный из негорючих материалов, таких как бетон, цемент либо кирпич. При изготовлении небольших изделий эти требования соблюсти довольно просто, в противном случае придется воспользоваться гаражом.

Для того чтобы осуществить плавку бронзы в домашних условиях, необходимо приобрести специальную муфельную печь с возможностью регулирования температуры, но можно обойтись простым горном, топливом для которого послужит древесный уголь.

Подготовка инструментов

Начинающему литейщику следует приобрести либо самостоятельно изготовить следующие инструменты.

Огнеупорный тигель из огнеупорного материала (такого как чугун или сталь) – специальный сосуд с носиком, куда кладутся куски расплавляемого металла.
Приспособления для извлечения тигля из печи, которые сводят к минимуму риск обжечься – специальные крючки и щипцы.
Форма для заливки расплавленного металла, которая изготавливается с помощью опоки и модели.
Сама опока – два ящика, которые удерживают литейную форму с наполнителем из формовочной смеси.
Костюм сварщика или просто очень плотный фартук и рукавицы, назначением которых является защита человека от летящих искр и брызг расплавленного металла.

После того как вы убедились в наличии всего вышеперечисленного, можно приступать непосредственно к плавлению бронзы.

Разогревают печь, выставляя температуру с помощью регулятора. Температура зависит от химического состава бронзы, о чем мы говорили выше. Например, для алюминиевой бронзы такая температура будет равняться 1040-1084 градусам Цельсия.
Далее следует обязательно прогреть форму, это делается, чтобы расплавленный металл не застыл при попадании в холодную емкость. Форму помещают в печь, когда та прогреется до температуры 600 градусов, после чего выставляют терморегулятор в положение 900 градусов. Когда температура внутри печи поднимется до 900 градусов, оставляют форму прогреваться на 3-4 часа, после чего аккуратно ее извлекают с помощью специальных приспособлений и охлаждают до 500 градусов Цельсия.
Помещают тигель с кусками бронзы, предназначенной для плавки, внутрь разогретой до нужной температуры плавления печи и доводят до полного расплавления металла. После этого оставляют тигель перегреваться еще на 5 минут, чтобы добиться лучшей текучести металла и лучшего качества отливки.
Достают тигель из печи или горна с помощью крюков и щипцов и приступают к заливке в форму.

Давайте рассмотрим, как правильно изготовить форму для получения изделия высокого качества. В литейных мастерских такую форму изготавливают при помощи опоки, куда засыпают смесь, состоящую из глины, песка и каменноугольного порошка. Опока состоит из двух половин, каждая из которых представляет собой ящик, куда будет засыпаться формовочная смесь.

Сначала берут первый ящик и начинают наполнять его смесью, насыпав ее до половины, помещают внутрь ящика модель.
Далее продолжают насыпать сыпучий материал, пока не заполнят ящик до самого верха. Во время работы требуется постоянно разравнивать и утрамбовывать формовочную смесь.
Устанавливают сверху второй ящик и продолжают насыпать смесь глины, песка и каменноугольного порошка.
Во втором ящике необходимо предусмотреть литники – отверстия для заливки расплавленной бронзы внутрь формы.
Когда оба ящика окажутся наполнены доверху, разделяют их с помощью острого предмета. Одна половина модели находится в одном ящике, другая – в другом.
Достают аккуратно модель, вновь соединяют оба ящика – получившаяся внутри пустота и есть форма для заливки.

Заливка в литейную форму

Расплавленный металл тонкой струйкой переливают из тигля в литейную форму, следя, чтобы струйка текла непрерывно. Если отливаемая деталь отличается сложностью очертаний, нужно использовать специальную центрифугу, которая с помощью центробежной силы поможет расплаву правильно распределиться внутри формы, полностью заполнив ее.

Как сделать форму для литья

Материал для формы (оснастки) в непромышленных условиях – песчаная или глиняная смесь (литье в «землю») и гипс.

Примеры смесей для литья в «землю»:

песок, глина, каменноугольная пыль в соотношении 75% – 20% – 5%.
глина, шамотный кирпич, тонкие древесные опилки, соотношение 40% – 40% – 20%.

Компоненты смешивают до получения однородной консистенции.

Также может использоваться модель изделия из дерева либо другого материала. Также это может быть готовая деталь, образец.

Приспособление для подготовки песчаной оснастки – опока. Она состоит из двух ящиков без крышки, обычно деревянных. Нижний – с дном, верхний – без дна (по сути, рама). Части опоки имеют центрирующие элементы для их точного расположения относительно друг друга. Они иногда скрепляются между собой фиксаторами.

Оснастку изготавливают так:

Перед работой поверхность опок и образец изделия присыпают тальком.
В нижний ящик насыпают песчаную смесь до края и трамбуют.
Модель детали кладут в опоку на землю и вжимают.
На нижний ящик опоки кладут верхнюю раму.
На модель крепят усеченный конус узкой частью к изделию. Это модель литника, через него зальют расплав. Желательно, чтобы место расположения литника было самой толстой частью изделия. Нужно учитывать, что на готовой детали в месте заливки могут быть дефекты.
Верхнюю опоку заполняют доверху смесью. Снова трамбуют.
Достают из песка модель литника.
Острым тонким предметом разъединяют верхнюю и нижнюю половины, обозначая линию разъема. Верхнюю опоку с песчаной массой в ней снимают, изделие осторожно вынимают из песка.
Части формы сушат и вновь соединяют.

Линию разъема выбирают так, чтобы деталь вынималось из оснастки, не повредив ее. Кроме того, иногда в части изделия, противоположной литнику, делают «воздушник». Это такое же отверстие в оснастке, как и литник. Через него в процессе заливки воздух выходит из полости.

Как правильно проводить литье бронзы в домашних условиях

Для всех, кто мечтает получить художественные изделия из бронзы, есть замечательная новость – бронзовое литье можно осуществлять самостоятельно. Стоит отметить важное замечание, это не означает, что литье можно проводить буквально на кухне. Для этого процесса понадобится создать подходящие условия:

отвести специальное помещение для процедуры, а не проводить ее в жилом помещении;
обеспечить хорошую вентиляцию;
соблюдать пожарную безопасность и правильную работу с литьем (мы расскажем об этом в конце статьи).

Исходя из вышесказанного, подчеркнем, что литье бронзы в домашних условиях – это процесс, который не стоит понимать буквально. Это означает, что для создания изделий не обязательно нужен промышленный плавильный цех, но в тоже время, в квартире литье проводить невозможно. Идеально подходит гараж или небольшое помещение по типу складского.

Для процесса плавления понадобится:

плавильная печь (рекомендуем брать с нагревательным регулятором). Например, муфельная. Для отливки больших изделий нужен горн, для миниатюрных – используют автоген, паяльную лампу или газовую горелку;
формовочная смесь для литья бронзы. Можно использовать бронзовый лом или готовый металл в слитках;
специальная емкость для плавления (тигель). Бывает стальной, чугунный или глиняный огнеупорный;
рабочие инструменты для вынимания горячей емкости из печи (щипцы, крюк);
форма (продается в специализированных магазинах для ремесел или изготавливается одноразовая самостоятельно из гипса, песка и глины);
топливо для печи;
деревянная палочка (в идеале из березы) для размешивания смеси.

Непосредственно плавка бронзы в домашних условиях происходит следующим образом. Бронзовое сырье или слиток кладется в емкость для плавления, нагревается в печи до 100˚ и выдерживается в ней в течение пяти минут. Перегрева допускать не рекомендуется, поскольку некоторые составляющие сплава могут загореться. Перед заливкой в форму сплав требуется несколько раз перемешать деревянной палочкой. Лучше вести плавление с использованием слоя флюса, изолирующего смесь от окисления. Тигель с расплавленной смесью извлекается из печи крюком и щипцами.

Проводя литье бронзы в гипсовую форму, непременно снимайте с поверхности бронзового расплава шлак. Залив в форму проводите тонкой и непрерывной струей (для лучшего качества можно использовать специальный инструмент – литник). Выемку бронзового изделия производят после остывания металла. Если для литья использовалась одноразовая форма, то она разбивается.

Для придания привлекательности полученному изделию необходимо провести шлифование и очистку поверхности от формовочной смеси. Для этих нужд используйте специальные металлические щетки, машинки для шлифовки. Существует ручной шлифовальный станок, обеспечивающий однородность поверхности, нуждающейся в обработке и полировке. Обычно с подобным станком используется лепестковый шлифовальный круг, имеющий зернистость не более 320 единиц (Р).

Окончательная полировка проводится на том же станке, однако вместо лепесткового круга необходимо использовать войлочный или тканевый. Подобные круги позволяют добиться лучшего качества поверхности с идеальным светоотражением и блеском.

Описанное художественное бронзовое литье позволяет получать большой вид бронзовых изделий: детали для декора и интерьера; детали для оград, заборов, ворот; скульптуры, сувениры и другое.

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.

Можно ли отливать бронзу дома

Хорошая новость – этот металл растопить можно не только в промышленных условиях, но и в домашних. Правда «дома» – понятие относительное. Лить у себя на кухне не получится. Нужно, как минимум отдельное помещение с хорошей вентиляцией. Это для небольших вещей, например, мелкого художественного литья. Для крупных деталей понадобится гараж или ангар.

У бронзы малая усадка – менее 1%, из нее изготавливают точные отливки. Но в любом случае достичь промышленного качества литья не получится. И главное – нужно соблюдать меры предосторожности и пожарной безопасности! О них речь пойдет в конце статьи.

В качестве сырья используют бронзовый лом, можно переплавить своими руками детали сантехники. Промышленность выпускает металл в слитках.

Изготовление отливок высокого качества

Можно получить изделия более высокого качества, чем при литье в землю. Для этого применяют литье по выплавляемым моделям.

Оснастку изготавливают из гипса. Она одноразовая, разрушаемая. Чтобы сделать форму, нужна модель изделия из воска, парафина или другого легкоплавкого материала. Этот материал должен быть легче воды. Далее будет сказано, почему это важно.

Изготавливают восковую модель также литьем в гипсовую оснастку. Модели сложной конфигурации делают из нескольких частей. А гипсовую оснастку для модели делают по оригиналу изделия либо его модели аналогично оснастке из песка. Получается цепочка: оригинал изделия – гипсовая форма для восковой модели – модель – гипсовая форма для металла – готовое изделие.

Когда оснастка для изделия готова, восковую модель из нее выплавляют, погружая форму в горячую воду или просто нагревая. Расплавившийся воск вытекает из полости через то же отверстие, куда потом зальют металл. Именно поэтому материал модели должен быть легче воды – чтобы при выплавке в воде он поднимался на поверхность.

Ознакомиться с процессом можно по инструкции в приведенном видео.

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:

Формовочную землю насыпают в нижний ящик опоки до его верха, а затем слегка утрамбовывают.
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.
Землю внутри ящика и модель, лежащую в ней, посыпают тальком или графитом.
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).
Формовочную землю с избытком насыпают в опоку и хорошо утрамбовывают.
Очень аккуратно извлекают пробку литника.
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.

Технология литья

Куски сырья кладут в тигель и нагревают в печи до нужной температуры (на 50-100˚ Цельсия выше температуры заливки) и выдерживают 4-5 минут. Перегрев нежелателен, так как некоторые компоненты сплава могут гореть при высоких температурах. До заливки расплав несколько раз перемешивают палочкой. Плавку ведут под слоем флюса. Он изолирует металл от воздуха и не дает окисляться.
Тигель с жидким металлом вынимают из печи с помощью крюка и щипцов. Обязательно ложкой снимают шлак с поверхности расплава.
Тонкой непрерывной струей аккуратно заливают материал в полость оснастки через специальное отверстие (литник).
Когда металл остыл, затвердевшее изделие вынимают. Иногда плавильную форму размыкают и деталь выбивают оттуда либо разрушают оснастку, если она одноразовая.

Если деталь сложная по геометрии или очень маленькая, расплав может выдавливать не весь воздух из полости, и на детали возникают дефекты. В этом случае используют центробежное литье. Оснастку устанавливают во вращающуюся центрифугу. Под действием центробежной силы жидкий металл равномерно распределяется по полости формы. Привод центрифуги бывает ручной или электрический.

Подготовка формы

Перед работой форму прогревают. Печь греют до 500-600˚С, помещают туда оснастку и повышают температуру в печи до 900˚С. Прокаливают в течение 2-5 часов. Время зависит от размера формы. Затем ее достают и остужают до 500-600˚С. После этого можно лить металл.

Маркировка

Принцип маркировки такой:

Пишут буквы Бр (означает «бронза»).
Пишут буквы, обозначающие легирующие элементы:

Пишут цифры, обозначающие количество каждого элемента в процентах. Для деформируемых бронз цифры пишут в конце маркировки в том же порядке, что и буквы.
Для литейных цифру пишут после каждого легирующего компонента. Например:

БрОФ10-1 – деформируемая бронза. Олова примерно 10%, а фосфора 1%, остальное – медь. Или:

БрА10Ж3 – литейная бронза, где алюминия 10%, железа 3%, остальное – медь.

Могут быть и другие примеси, но их количество незначительно.

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.

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.