Бронза — это сплав , состоящий в основном из меди , обычно с 12–12,5% олова и часто с добавлением других металлов (включая алюминий , марганец , никель или цинк ), а иногда и неметаллов, таких как фосфор , или металлоидов , таких как мышьяк или кремний . Эти добавки создают ряд сплавов, которые могут быть твёрже, чем одна медь, или иметь другие полезные свойства, такие как прочность , пластичность или обрабатываемость .
Археологический период , в котором бронза была самым твёрдым металлом в широком использовании, известен как Бронзовый век . Начало Бронзового века в Западной Евразии и Индии традиционно датируется серединой 4-го тысячелетия до н. э. (~3500 г. до н. э.), а в Китае — началом 2-го тысячелетия до н. э.; [1] в других местах он постепенно распространялся по регионам. За Бронзовым веком последовал Железный век, начавшийся около 1300 г. до н. э. и охвативший большую часть Евразии примерно к 500 г. до н. э., хотя бронза продолжала использоваться гораздо шире, чем в наше время.
Поскольку исторические произведения искусства часто изготавливались из латуни (меди и цинка) и бронзы различных металлических составов, современные музейные и научные описания старых произведений искусства все чаще используют обобщенный термин «медный сплав» вместо названий отдельных сплавов. Это делается (по крайней мере частично) для того, чтобы предотвратить сбои в поиске в базе данных только из-за ошибок или разногласий в наименованиях исторических медных сплавов. [2]
Слово bronze (1730–1740) заимствовано из среднефранцузского bronze (1511), которое, в свою очередь, заимствовано из итальянского bronzo « колокольный металл, латунь » (13 век, транскрибировано в средневековой латыни как bronzium ) из:
Открытие бронзы позволило людям создавать металлические предметы, которые были твёрже и долговечнее, чем это было возможно ранее. Бронзовые инструменты , оружие , доспехи и строительные материалы, такие как декоративная плитка, были твёрже и долговечнее своих предшественников из камня и меди (« халколит »). Первоначально бронзу делали из меди и мышьяка или из смешанных естественным или искусственным путём руд этих металлов, образуя мышьяковистую бронзу . [6]
Самые ранние известные артефакты из сплава мышьяка и меди происходят из памятника культуры Яхья (V период, 3800-3400 гг. до н. э.) в Тал-и-Иблисе на Иранском плато и были выплавлены из самородной мышьяковой меди и медно-арсенидов, таких как альгодонит и домайкит . [7] [8]
Самый ранний артефакт из сплава олова и меди датируется примерно 4650 годом до нашей эры и находится на памятнике культуры Винча в Плочнике ( Сербия ), и считается, что он был выплавлен из природной оловянно-медной руды, станнита . [9]
Другие ранние примеры датируются концом 4-го тысячелетия до н.э. [ сломанный якорь ] в Египте , Сузах (Иран) и некоторых древних местах в Китае, Луристане (Иран), Тепе-Сиалке (Иран), Мундигаке (Афганистан) и Месопотамии (Ирак). [7] [10]
Оловянная бронза превосходила мышьяковистую бронзу в том, что процесс легирования можно было легче контролировать, а полученный сплав был прочнее и его было легче отливать. Кроме того, в отличие от мышьяка , металлическое олово и пары от рафинирования олова не токсичны .
Олово стало основным немедным ингредиентом бронзы в конце 3-го тысячелетия до н. э. [11] Руды меди и гораздо более редкое олово нечасто встречаются вместе (исключения включают Корнуолл в Соединенном Королевстве, одно древнее место в Таиланде и одно в Иране), поэтому серьезная работа с бронзой всегда включала торговлю с другими регионами. Источники олова и торговля в древние времена оказали большое влияние на развитие культур. В Европе основным источником олова были британские месторождения руды в Корнуолле , которые продавались вплоть до Финикии в восточном Средиземноморье . Во многих частях мира находят большие клады бронзовых артефактов, что позволяет предположить, что бронза также представляла собой средство сбережения и показатель социального статуса. В Европе находят большие клады бронзовых инструментов, как правило, топоров с гнездами (показано выше), которые в основном не имеют признаков износа. С китайскими ритуальными бронзовыми изделиями , которые задокументированы в надписях, которые они несут, и из других источников, случай ясен. Их изготавливали в огромных количествах для элитных захоронений, а также использовали живые для ритуальных подношений.
Хотя бронза, как правило, тверже кованого железа , ее твердость по Виккерсу составляет 60–258 по сравнению с 30–80, [12] бронзовый век сменился железным веком после серьезного нарушения торговли оловом: миграция населения около 1200–1100 гг. до н. э. сократила доставку олова по Средиземноморью и из Британии, ограничив поставки и повысив цены. [13] По мере совершенствования искусства обработки железа железо становилось дешевле и улучшалось по качеству. По мере того как более поздние культуры переходили от кованого вручную железа к кованому на станках железу (обычно изготавливаемому с помощью отбойных молотков, приводимых в действие водой), кузнецы также научились делать сталь . Сталь прочнее и тверже бронзы и дольше сохраняет острую кромку. [14] Бронза все еще использовалась во время железного века и продолжает использоваться для многих целей до наших дней.
Существует множество различных бронзовых сплавов, но обычно современная бронза состоит на 88% из меди и на 12% из олова. [15] Альфа-бронза состоит из альфа- твердого раствора олова в меди. Альфа-бронзовые сплавы с 4–5% олова используются для изготовления монет, пружин, турбин и лезвий. Исторические «бронзы» сильно различаются по составу, так как большинство металлистов, вероятно, использовали любой лом, который был под рукой; металл английского подсвечника Глостера XII века — это бронза, содержащая смесь меди, цинка, олова, свинца, никеля, железа, сурьмы, мышьяка и необычно большого количества серебра — от 22,5% в основании до 5,76% в поддоне под свечой. Пропорции этой смеси позволяют предположить, что подсвечник был сделан из клада старых монет. Бенинские бронзовые изделия XIII века на самом деле изготовлены из латуни, а романская крестильная купель XII века в церкви Святого Варфоломея в Льеже иногда описывается как бронзовая, а иногда как латунная .
В бронзовом веке обычно использовались две формы бронзы: «классическая бронза», около 10% олова, использовалась в литье; и «мягкая бронза», около 6% олова, выковывалась из слитков для изготовления листов. Клинковое оружие в основном отливалось из классической бронзы, в то время как шлемы и доспехи выковывались из мягкой бронзы.
Современная коммерческая бронза (90% меди и 10% цинка) и архитектурная бронза (57% меди, 3% свинца , 40% цинка) правильнее считать латунными сплавами, поскольку они содержат цинк в качестве основного легирующего компонента. Они обычно используются в архитектурных приложениях. [16] [17] Пластиковая бронза содержит значительное количество свинца, что обеспечивает улучшенную пластичность, [18] и, возможно, использовалась древними греками в судостроении. [19] Кремниевая бронза имеет следующий состав: Si: 2,80–3,80%, Mn: 0,50–1,30%, Fe: 0,80% макс., Zn: 1,50% макс., Pb: 0,05% макс., Cu: остальное. [20] Другие бронзовые сплавы включают алюминиевую бронзу , фосфористую бронзу , марганцевую бронзу, колокольный металл , мышьяковистую бронзу , зеркальный металл , висмутовую бронзу и сплавы для тарелок .
Сплавы на основе меди имеют более низкую температуру плавления , чем сталь или железо, и их легче производить из входящих в их состав металлов. Они, как правило, примерно на 10 процентов плотнее стали, хотя сплавы с использованием алюминия или кремния могут быть немного менее плотными. Бронза является лучшим проводником тепла и электричества, чем большинство сталей. Стоимость сплавов на основе меди, как правило, выше, чем у сталей, но ниже, чем у сплавов на основе никеля .
Бронзы обычно являются пластичными сплавами, значительно менее хрупкими , чем чугун. Медь и ее сплавы имеют огромное разнообразие применений, которые отражают их универсальные физические, механические и химические свойства . Некоторые общие примеры — высокая электропроводность чистой меди, низкие коэффициенты трения подшипниковой бронзы (бронзы с высоким содержанием свинца — 6–8%), резонансные качества колокольной бронзы (20% олова, 80% меди) и устойчивость к коррозии морской водой нескольких бронзовых сплавов.
Температура плавления бронзы варьируется в зависимости от соотношения компонентов сплава и составляет около 950 °C (1742 °F). Бронза обычно немагнитна, но некоторые сплавы, содержащие железо или никель, могут обладать магнитными свойствами. Обычно бронза окисляется только поверхностно; как только образуется слой оксида меди (в конечном итоге становящийся карбонатом меди), лежащий под ним металл защищен от дальнейшей коррозии . Это можно увидеть на статуях эллинистического периода. Если образуются хлориды меди, коррозионный режим, называемый « бронзовой болезнью », в конечном итоге полностью ее уничтожит. [21]
Бронза или сплавы и смеси, подобные бронзе, использовались для монет в течение более длительного периода. Бронза была особенно пригодна для использования в лодочной и судовой арматуре до широкого применения нержавеющей стали из-за ее сочетания прочности и устойчивости к коррозии в соленой воде. Бронза по-прежнему широко используется в судовых винтах и подводных подшипниках. В 20 веке кремний был введен в качестве основного легирующего элемента, создав сплав с широким применением в промышленности и основной формой, используемой в современной скульптуре . Скульпторы могут предпочесть кремниевую бронзу из-за легкодоступности припоя из кремниевой бронзы, который позволяет подбирать цвет для ремонта дефектов в отливках. Алюминий также используется для конструкционного металла алюминиевой бронзы. Бронзовые детали прочные и обычно используются для подшипников , зажимов, электрических разъемов и пружин .
Бронза также имеет низкий коэффициент трения по отношению к разнородным металлам, что делает ее важной для пушек до появления современных допусков , где железные пушечные ядра в противном случае застревали бы в стволе. [22] Она по-прежнему широко используется сегодня для пружин, подшипников, втулок, направляющих подшипников автомобильных трансмиссий и аналогичной арматуры и особенно распространена в подшипниках небольших электродвигателей . Фосфористая бронза особенно подходит для прецизионных подшипников и пружин. Она также используется в гитарных и фортепианных струнах. В отличие от стали, бронза, ударяемая о твердую поверхность, не будет генерировать искры, поэтому она (вместе с бериллиевой медью ) используется для изготовления молотков , киянок , гаечных ключей и других прочных инструментов, которые используются во взрывоопасных средах или в присутствии легковоспламеняющихся паров. Бронза используется для изготовления бронзовой ваты для деревообработки, где стальная вата обесцветит дуб . Фосфористая бронза используется для судовых винтов, музыкальных инструментов и электрических контактов. [23] Подшипники часто изготавливаются из бронзы из-за ее фрикционных свойств. Ее можно пропитывать маслом, чтобы сделать фирменный Oilite и подобный материал для подшипников. Алюминиевая бронза твердая и износостойкая, и используется для подшипников и направляющих станков. [24] Компания Doehler Die Casting Co. из Толедо, штат Огайо, была известна производством Brastil , высокопрочного коррозионно-стойкого бронзового сплава. [25] [26]
Здание Seagram Building на Парк-авеню в Нью-Йорке — это «знаковая стеклянная коробка, облицованная бронзой, спроектированная Мисом ван дер Роэ ». [27] Здание Seagram Building стало первым зданием, полностью облицованным бронзой. [28] Корпорация General Bronze Corporation изготовила 3 200 000 фунтов (1 600 тонн) бронзы на своем заводе в Гарден-Сити, штат Нью-Йорк . [28] Здание Seagram Building — это 38-этажное 516-футовое здание из тонированного бронзой и топазом стекла. [27] Здание выглядит как «квадратная 38-этажная башня, облицованная сдержанной навесной стеной из металла и стекла». [29] «Бронза была выбрана из-за ее цвета, как до, так и после старения, ее коррозионной стойкости и ее свойств экструзии . [28] [27] Это было не только самое дорогое здание своего времени — 36 миллионов долларов — но и первое здание в мире со стеклянными стенами от пола до потолка. [27] Мис ван дер Роэ добился четких краев, которые были изготовлены на заказ с особой детализацией компанией General Bronze [28] и «даже винты, которые удерживают неподвижные стеклянные окна, были сделаны из латуни». [27]
Бронза широко используется для литья бронзовых скульптур . Обычные бронзовые сплавы обладают необычным и желанным свойством слегка расширяться непосредственно перед застыванием, таким образом заполняя мельчайшие детали формы. Затем, по мере остывания бронза немного сжимается, что облегчает ее отделение от формы. [30] Ассирийский царь Сеннахирим (704–681 гг. до н. э.) утверждает, что был первым , кто отлил монументальные бронзовые статуи (до 30 тонн), используя двухкомпонентные формы вместо метода выплавляемого воска . [31]
Бронзовые статуи считались высшей формой скульптуры в древнегреческом искусстве , хотя сохранилось немного, так как бронза была ценным материалом, которого не хватало в позднеантичный и средневековый периоды. Многие из самых известных греческих бронзовых скульптур известны по римским копиям из мрамора, которые с большей вероятностью сохранились. В Индии были найдены бронзовые скульптуры из периодов Кушана ( клад Чауса ) и Гупта ( Брахма из Мирпур-Хаса , клад Акота, Будда Султангандж ) и более поздних периодов ( клад Ханси ). [32] Индийские индуистские ремесленники периода империи Чола в Тамил Наду использовали бронзу для создания сложных статуй с помощью метода литья по выплавляемым моделям с богато украшенными деталями, изображающими божества индуизма . Эта форма искусства сохранилась и по сей день, и многие silpis, мастера, работают в районах Свамималаи и Ченнаи .
В древности другие культуры также создавали произведения высокого искусства с использованием бронзы. Например: в Африке — бронзовые головы королевства Бенин ; в Европе — греческие бронзы, как правило, фигур из греческой мифологии ; в Восточной Азии — китайские ритуальные бронзы династий Шан и Чжоу — чаще всего церемониальные сосуды, но включая некоторые примеры статуэток. Бронза продолжает оставаться одним из предпочтительных материалов для монументальной скульптуры и в наши дни.
Студия стекла Tiffany, прославившаяся благодаря Луи С. Тиффани, обычно называла свою продукцию favrile glass или « стеклом Тиффани », и использовала бронзу в своей ремесленной работе для своих ламп Tiffany . [33] [34] [35] [36]
Самый большой и богато украшенный бронзовый фонтан, который, как известно, был отлит в мире, был отлит Roman Bronze Works и General Bronze Corporation в 1952 году. Материал, используемый для фонтана, известный как скульптурная бронза, представляет собой четверной сплав из меди, цинка, олова и свинца, и традиционно золотисто-коричневого цвета. Он был сделан для мемориального фонтана Эндрю У. Меллона в Федеральном треугольнике в Вашингтоне, округ Колумбия. [37] Другим примером массивных, богато украшенных дизайнерских проектов из бронзы, приписываемых General Bronze/Roman Bronze Works, были массивные бронзовые двери в здании Верховного суда США в Вашингтоне, округ Колумбия. [38]
До того, как стало возможным производить стекло с приемлемо плоскими поверхностями, бронза была стандартным материалом для зеркал. Бронза использовалась для этой цели во многих частях мира, вероятно, на основе независимых открытий. Бронзовые зеркала сохранились со времен Среднего царства Египта (2040–1750 гг. до н. э.) и Китая по крайней мере с 550 г. до н. э . В Европе этруски изготавливали бронзовые зеркала в шестом веке до н. э., а греческие и римские зеркала следовали той же схеме. Хотя другие материалы, такие как металл-спекулум, вошли в употребление, и западные стеклянные зеркала в значительной степени взяли верх, бронзовые зеркала все еще изготавливались в Японии и других местах в восемнадцатом веке, и до сих пор производятся в небольших масштабах в Керале , Индия.
Бронза является предпочтительным металлом для колоколов в виде сплава с высоким содержанием олова, известного как колокольный металл , который обычно содержит около 23% олова.
Почти все профессиональные тарелки сделаны из бронзы, что дает желаемый баланс прочности и тембра . Используются несколько типов бронзы, обычно бронза B20 , которая примерно на 20% состоит из олова, на 80% из меди, со следами серебра, или более жесткая бронза B8, сделанная из 8% олова и на 92% из меди. По мере того, как содержание олова в колоколе или тарелке увеличивается, тембр падает. [39]
Бронза также используется для обмотки стальных и нейлоновых струн различных струнных инструментов, таких как контрабас , фортепиано, клавесин и гитара. Бронзовые струны обычно резервируются на фортепиано для более низких тонов, так как они обладают превосходным качеством сустейна по сравнению с высокопрочной сталью. [40]
Бронзы с различными металлургическими свойствами широко используются в ударных идиофонах по всему миру, в частности, колоколах, поющих чашах, гонгах , тарелках и других идиофонах из Азии. Примерами служат тибетские поющие чаши , храмовые колокола разных размеров и форм, яванский гамелан и другие бронзовые музыкальные инструменты . Самые ранние бронзовые археологические находки в Индонезии датируются 1–2 вв. до н. э., включая плоские пластины, вероятно, подвешенные и ударяемые деревянным или костяным молотком. [40] [41] Древние бронзовые барабаны из Таиланда и Вьетнама датируются 2000 годами. Бронзовые колокола из Таиланда и Камбоджи датируются 3600 годом до н. э.
Некоторые компании теперь изготавливают саксофоны из фосфористой бронзы (содержание олова от 3,5 до 10% и фосфора до 1%). [42] Колокольная бронза/B20 используется для изготовления тоновых колец многих профессиональных моделей банджо . [43] Тоновое кольцо представляет собой тяжелое (обычно 3 фунта; 1,4 кг) складчатое или изогнутое металлическое кольцо, прикрепленное к толстому деревянному ободу, на которое натянута кожа или, чаще всего, пластиковая мембрана (или головка) — именно колокольная бронза придает банджо четкий мощный нижний регистр и чистый, похожий на колокольчик, верхний регистр. [44]
Бронза также использовалась в монетах; большинство «медных» монет на самом деле бронзовые, с содержанием олова около 4 процентов и цинка 1 процент. [45]
Как и в случае с монетами, бронза использовалась для изготовления различных типов медалей на протяжении столетий, и « бронзовые медали » известны в наше время как награда за третье место в спортивных соревнованиях и других мероприятиях. Этот термин теперь часто используется для обозначения третьего места, даже если на самом деле бронзовая медаль не присуждается. Использование этого термина отчасти возникло из-за трио золота , серебра и бронзы, представляющего первые три века человека в греческой мифологии: Золотой век , когда люди жили среди богов; Серебряный век , когда молодость длилась сто лет; и Бронзовый век , эпоху героев. Впервые он был принят для спортивного мероприятия на летних Олимпийских играх 1904 года . На мероприятии 1896 года серебро вручалось победителям, а бронза — финалистам, в то время как в 1900 году вместо медалей вручались другие призы.
Бронза является обычным материалом для изготовления плакетки , обычно прямоугольного произведения искусства с рельефным изображением , предназначенного для коллекционеров.
Существует более 125 ссылок на бронзу («nehoshet»), которая, по-видимому, является еврейским словом, используемым для обозначения меди и любых ее сплавов. Однако считается, что евреи эпохи Ветхого Завета не имели возможности производить цинк (необходимый для изготовления латуни), поэтому вполне вероятно, что «nehoshet» относится к меди и ее сплавам с оловом, которые теперь называются бронзой. [46] В версии короля Якова слово «бронза» не используется, а «nehoshet» было переведено как «латунь». Современные переводы используют «бронза». Бронза (nehoshet) широко использовалась в Скинии для таких предметов, как бронзовый жертвенник (Исход, гл. 27), бронзовый умывальник (Исход, гл. 30), посуда и зеркало (Исход, гл. 38). Она упоминается в рассказе о Моисее, держащем бронзовую змею на шесте в Числах, гл. 21. В Первой книге Царств упоминается, что Хирам был очень искусен в работе с бронзой, и он сделал много предметов обстановки для Храма Соломона, включая колонны, капители, подставки, колеса, чаши и тарелки, некоторые из которых были весьма декоративными (см. 1 Царств 7:13-47). Бронза также широко использовалась в качестве боевых доспехов и шлемов, как в битве Давида и Голиафа в 1 Царств 17:5-6;38 (см. также 2 Пар. 12:10).
Здание Seagram Building стало вершиной карьеры Миса ван дер Роэ
W. Mellon Memorial Fountain, расположенный на вершине комплекса Федеральный треугольник в центре Вашингтона, округ Колумбия
«Из всех наших монументальных проектов, охватывающих две жизни, двери Верховного суда — единственная работа, которую мы когда-либо подписывали, — вот насколько они были важны». — ДЖОН ДОННЕЛЛИ-МЛАДШИЙ, скульптор