Bronz

Rozbalit box

Obsah boxu

Bronz (starším českým názvem spěž) je slitina mědi (Cu) a cínu (Sn), často s příměsí dalších kovů, jako je hliník (Al), olovo (Pb) nebo zinek (Zn). Jedná se o jednu z prvních slitin cíleně vyráběných člověkem, jejíž objev definoval celé historické období – dobu bronzovou. Proti čisté mědi se bronz vyznačuje vyšší tvrdostí, pevností a lepší odolností vůči korozi. Má charakteristickou červenohnědou až zlatavou barvu.

🧪 Složení a druhy

Základem bronzu je vždy měď, která tvoří většinový podíl (obvykle 80–90 %). Druhou hlavní složkou je nejčastěji cín, jehož obsah se pohybuje od 5 do 20 %. Vlastnosti bronzu se však výrazně mění přidáním dalších prvků (tzv. legováním), na jejichž základě se bronzy dělí do několika skupin:

Cínový bronz: Klasická a nejstarší forma bronzu, složená primárně z mědi a cínu. Používá se na výrobu kluzných ložisek, ozubených kol, soch a zvonů (speciální druh, tzv. zvonovina, obsahuje až 25 % cínu).
Hliníkový bronz: Obsahuje 5–15 % hliníku a často také železo (Fe) a nikl (Ni). Vyniká vysokou pevností, odolností proti korozi (i v mořské vodě) a opotřebení. Používá se na výrobu lodních šroubů, čerpadel, ventilů a v chemickém průmyslu.
Fosforový bronz: Cínový bronz s malou přísadou fosforu (0,01–0,35 %), který zvyšuje jeho tvrdost, pružnost a odolnost proti opotřebení. Využívá se pro výrobu pružin, elektrických kontaktů a strun pro hudební nástroje.
Olověný bronz: Přísada olova zlepšuje obrobitelnost a kluzné vlastnosti. Tento typ je vhodný pro výrobu ložisek.
Křemíkový bronz: Obsahuje křemík (Si) a mangan (Mn). Má dobrou tvárnost a je odolný vůči některým kyselinám. Může sloužit jako náhrada za dražší cínové bronzy.
Beryliový bronz: Velmi pevná a tvrdá slitina s přísadou berylia (až 2,3 %). Používá se na nejiskřící nástroje do výbušného prostředí a na vysoce namáhané mechanické součásti.
Červený bronz: Komplexní slitina obsahující kromě cínu i zinek a olovo. Má dobrou slévatelnost a používá se na výrobu armatur a uměleckých odlitků.

🛠️ Vlastnosti

Bronz je ceněn pro svou kombinaci mechanických a chemických vlastností, které překonávají vlastnosti čisté mědi.

Fyzikální vlastnosti:
- Tvrdost: Je výrazně tvrdší než měď. Na Mohsově stupnici dosahuje hodnoty přibližně 3.
- Pevnost: Má vysokou pevnost v tahu, u některých druhů srovnatelnou se středně uhlíkovou ocelí.
- Teplota tání: Pohybuje se v rozmezí 900–1050 °C v závislosti na přesném složení. Přidání cínu teplotu tání snižuje.
- Hustota: Pohybuje se mezi 7800 a 8800 kg/m³.
- Barva: Typicky červenohnědá, ale může se měnit od matně zlaté po stříbrnou v závislosti na legujících prvcích.
- Vzhled: Na vzduchu postupně oxiduje a vytváří charakteristickou zelenou nebo hnědočernou vrstvu zvanou patina, která kov chrání před další korozí.

Chemické vlastnosti:
- Odolnost proti korozi: Bronz velmi dobře odolává korozi, zejména vlivům atmosféry a mořské vody, což z něj činí ideální materiál pro námořní aplikace.
- Odolnost vůči kyselinám: Některé druhy, například hliníkový nebo křemíkový bronz, odolávají i působení určitých kyselin a zásad.

Jiné vlastnosti:
- Nízké tření: Má dobré kluzné vlastnosti, proto je vhodný pro výrobu ložisek.
- Akustické vlastnosti: Díky své schopnosti rezonovat se používá k výrobě zvonů, činelů a dalších bicích nástrojů.

⏳ Historie

Objev bronzu znamenal pro lidstvo technologickou revoluci a ukončil dobu kamennou. Období, kdy se tento kov stal dominantním materiálem pro výrobu nástrojů, zbraní a šperků, se nazývá Doba bronzová, která ve střední Evropě trvala zhruba od roku 2200 do 800 př. n. l.

Znalost výroby bronzu se pravděpodobně objevila nezávisle na několika místech, přičemž nejstarší nálezy pocházejí z oblasti Mezopotámie a Íránu již ze 4. tisíciletí př. n. l. Odtud se technologie rozšířila do Egypta, Řecka a zbytku Evropy. Bronz umožnil výrobu odolnějších a účinnějších zbraní (meč, sekera, hroty šípů) a nástrojů (srp, dláto), což vedlo k rozvoji zemědělství, řemesel a obchodu.

Těžba surovin, mědi a zejména vzácnějšího cínu, podnítila vznik rozsáhlých obchodních sítí. V Čechách byla významná ložiska cínu v Krušných horách, která přispěla k bohatství místních kultur, jako byla Únětická kultura. Vznikla nová specializovaná řemesla jako kováři a slévači. Společnost se více diferenciovala, vznikaly kmenové svazy v čele s náčelníky a válečnickou elitou. Doba bronzová skončila s nástupem doby železné, kdy byl objeven způsob výroby ještě tvrdšího a dostupnějšího kovu – železa.

🏭 Výroba a zpracování

Výroba bronzu začíná tavením mědi v peci při teplotě přes 1085 °C. Následně se do taveniny přidá cín a další legující prvky v přesně stanoveném poměru podle požadovaných vlastností finální slitiny.

Nejběžnější metodou zpracování bronzu je odlévání. Roztavený kov se lije do forem, které mohou být vyrobeny z pískovce, břidlice, hlíny nebo i kovu. Historicky se používaly různé techniky:

Odlévání do otevřené formy: Nejjednodušší metoda pro výrobu plochých předmětů, jako jsou ingoty.
Odlévání do dvoudílné formy: Forma se skládá ze dvou částí, které se po spojení vyplní kovem. Umožňuje vytvářet složitější tvary.
Metoda ztraceného vosku (à cire perdue): Používá se pro výrobu velmi detailních a složitých předmětů, jako jsou sochy. Nejprve se z vosku vytvoří přesný model budoucího odlitku. Ten se obalí hlínou nebo jiným žáruvzdorným materiálem. Po vyschnutí se forma zahřeje, vosk vyteče a do vzniklé dutiny se nalije roztavený bronz. Po ztuhnutí se hliněná forma rozbije a odlitek se dále opracovává – brousí, leští a cizeluje.

Slitiny s nižším obsahem cínu (do 10 %) lze zpracovávat i tvářením za studena nebo za tepla, například kováním či válcováním.

💡 Moderní využití

I přes konkurenci moderních materiálů, jako je ocel nebo hliníkové slitiny, si bronz díky svým specifickým vlastnostem stále nachází široké uplatnění.

Sochařství a umění: Bronz je tradičním materiálem pro odlévání soch, pamětních desek a medailí pro svou trvanlivost a estetický vzhled. Mezi slavné bronzové sochy patří například Kapitolská vlčice v Římě nebo Malá mořská víla v Kodani.
Hudební nástroje: Pro své vynikající akustické vlastnosti se používá na výrobu zvonů, činelů, gongů a některých strunných nástrojů (např. kytarové struny).
Strojírenství a průmysl: Hliníkové, cínové a olověné bronzy se používají na výrobu kluzných ložisek, pouzder, ozubených kol, šnekových kol, ventilů a dalších silně namáhaných součástí, kde je vyžadována odolnost proti opotřebení a korozi.
Námořní průmysl: Díky mimořádné odolnosti vůči korozi slanou vodou se z hliníkového bronzu vyrábějí lodní šrouby, čerpadla a další komponenty vystavené mořskému prostředí.
Elektrotechnika: Některé druhy bronzu (např. kadmiový nebo beryliový) s dobrou elektrickou vodivostí a zároveň vysokou pevností se používají na elektrické kontakty, pružiny a trolejová vedení.
Mince: V minulosti byl bronz běžným materiálem pro výrobu mincí. Dnes se pro tento účel používá slitina zvaná Severské zlato, která je druhem hliníkového bronzu.

👶 Pro laiky: Bronz jednoduše

Představte si měď jako docela silného, ale trochu měkkého a zranitelného superhrdinu. Samotná toho zvládne hodně, ale když na ni zaútočí rez (koroze) nebo velký tlak, může se ohnout nebo poškodit. Jednoho dne potkala svého parťáka, cín. Cín sám o sobě není žádný silák, ale má skvělou schopnost dělat ostatní odolnějšími.

Když se měď a cín spojí, vytvoří nový, mnohem silnější superhrdinský tým – bronz. Bronz je mnohem tvrdší a pevnější než samotná měď. Navíc si umí vytvořit tenký ochranný štít (patinu), který ho brání před rzí. Je to jako když si dva kamarádi pomohou a společně dokážou věci, které by sami nezvládli. Díky této týmové práci se bronz stal na tisíce let nepostradatelným materiálem pro výrobu pevných nástrojů, nebezpečných zbraní a krásných soch, které obdivujeme dodnes.

🌐 Zajímavosti

Rozdíl mezi bronzem a mosazí: Ačkoliv jsou si oba kovy podobné, hlavním rozdílem je složení. Bronz je primárně slitinou mědi a cínu, zatímco mosaz je slitinou mědi a zinku. Barevně je mosaz obvykle světlejší, se žlutějším až zlatavým odstínem, kdežto bronz má sytější, červenohnědou barvu.
Nejiskřící nástroje: Nářadí vyrobené z beryliového bronzu při úderu o kov nevytváří jiskry, což je klíčové pro bezpečnost v prostředích s nebezpečím výbuchu, jako jsou ropné plošiny nebo plynovody.
Heuslerovy slitiny: Některé slitiny manganového bronzu s přísadou hliníku jsou feromagnetické, přestože neobsahují železo, kobalt ani nikl, tedy tradiční feromagnetické kovy.
Disk z Nebry: Jeden z nejvýznamnějších archeologických nálezů z doby bronzové, bronzový disk s vyobrazením nebeských těles, byl nalezen poblíž města Nebra v Německu. Je považován za nejstarší konkrétní zobrazení vesmíru na světě.

Zdroje

Jaroslav Calta – Barevné kovy a litina VKR technologies CNC Machining Services in China Jaroslav Calta – Barevné kovy a litina UCB TECHNOMETAL Wikipedie: Doba bronzová LKALLOY Edisco.cz Historie chemie Archeologie na dosah Fyzikální kabinet FyzKAB Kovářství Pícha Wikipedie: Bronz AT-Machining