Sprawozdanie z materiałoznawstwa - laboratoria STOPY

Sprawozdanie z materiałoznawstwa - laboratoria
STOPY METALI NIEŻELAZNYCH
Miedź odznacza się wyraźnymi własnościami metalicznymi ( dobrą przewodnością
elektryczną i cieplną oraz dużą plastycznoscią ). Miedź chutnicza zawiera 0,5 - 1%,
rafinowana ogniowo 0,1 - 0,5% a miedź katodowa oczyszczona przez ekektrolizę 0,05%
zanieczyszczeń. Miedź, zwłaszcza w podwyższonych temperaturch, łatwo rozpusza
wodór. W przpadku zanieczyszczenia metlu tlenem dufundujący wodór atomowy
redukuje tlenk miedziawy a para wodna rozprężając się powoduje pękanie metalu
podczas obróbki plastycznej ( korozja wodorowa ). Odporność na korozję atmosfryczną
jest zapwniona ochronnym działaniem warstwy patyny ( produkt korozji ). Miedź
najwyższej czystośći ( beztlenowa ) użyana jest w elektronice, miedź katodowa lub
rafinowana ogniowo używana jest do wyrobu przewodów. Miedź urzywna jest do
wyrobu stopów takich jak mosiądze - stop midzi z cynkiem oraz brązy - stopy miedzi z
takimi metlami jak : cyna, glin, krzem, mangan, beryl, ołów.
Mosiądze
Zastosowanie techniczne mają stopy układu Cu - Zn o zwartości mniejszej niż 48 %
cynku ponieważ wieksza zawartość cynku powoduje nadmierną kruchość. Własności
mechaniczne mosiądzów zależą od zawartośći cynku. Optymalne własnośći mechanicze
mają mosiądze około 38% cynku - największe wydłużenie przy dobrej wytrzmałości i
twardości. Ze wzrostem zawartości cynku ciągliwość zmniejsza się a twardość
powiększa. Własności mechaniczne mosiądzów bardzo szybko pogarszają się w
temeraturze powyżej dwieście stopni celsjusza, natomiast w temperatuarach ujemnych
są lepsze niż w temperaturze otoczenia. Mosiądze są wrażliwe na korozje
naprężeniową, zwaną sezonowym pękaniem (wywołane jest obecnością naprężeń
własnych ). Aby zabezpieczyć miedź przed sezonowym pękaniem stosuje się dokładne
odprężanie wyrobów w 250 stopni cesjusza prze 4 - 5 godzin. Mosiądze o zawartości
ponad 20% cynku (zwłaszcza dwu fazowe ) podlegają pod działaniem eletrolitów
zawierających jony chloru, sczegulnemu rodzjowi korozji elektro mechanicznej, zwanej
odcynkowaniem. Wyróżnia się mosiądze :
- Mosiądze do przeróki plastycznej. W zależności od własności mechanicznych ( od
zawartości cynku ) stosuje się do : 4% cynku, rurki chłodnicowe, łuski amunicji mało
kalibrowej; 10% cynku blachy do platerowania; 15 - 20% cynku wyroby artystyczne,
wężownice, membrany, manometrów; 30 - 32% cynku blachy do głebokiego tłoczenia,
37% cynku rur i chłodnic samochodowych, rury skraplaczy; 40% cynku elementy kute i
prasowane na gorąco, śruby z wygniatanym gwintem. Zależnie od wartości umocnienia
wyróżnia się stany : wyżarzony, półtwardy, twardy i sprężysty.
- Mosiądze odlewnicze. Dwu składnikowe mosiądze odlewnicze o zawartości 38 - 40%
cynku mają strukturę dwu fazową, w stanie lanym dendrytyczną , po ujednorodnieniu
komórkową. Odznaczają się dobrą lejnością. Rozdrobnienie struktóry odlewów zależą
od szybkości krystalizacji. Ze względu na odporność korozyjną najważniejszym
zastosowaniem mosiądzów odlewniczych jest armatura sanitarna, gazowa i
hydrauliczna.
- Mosiądze ołowiowe. Występuje tutaj ołów w postaci drobnych wtrąceń co powoduje
wyrażne polepszenie skrawalności. Takie mosiądze stosowane są na drobne elementy
wymagające precyzyjnej obróbki.
- Mosiądze wieloskładnikowe. Mosiądze stopowe zawierajce dodatki : Pb, Fe, P, Mn,
Sn, Al, Ni, Fi. Ołów polepsza skrawalność, fosfor utwardza i powiększa odpornść na
ścieranie, żelazo działa modyfikująco oaz umożliwia poddawanie stopu utwardzaniu
dyspresyjnemu ( przesycanie 800 stpni celsjusza, starzenie 450 - 500 stpni celsjusza ),
mangan i nikiel polepszają własności mechanicze, cyna i aluminium powiększają
odporność na korozję oraz wytrzymałość i twardość, ale pogarszają plastyczność.
charakterystyka stanów mosiądzu CuZn37 i brązu CuSn 7
stan
umocnienie Rmo/Rm
CuZn37
CuSnt
wyżarzony
70
półtwardy
twardy
7
sprzysty
3
1
CuSnt
wytrzymałość na rozciąganie
Rm kG/mm kw
CuZn37
CuSnt
wydłużenie
A%
CuZn37
1
29
40
45
1,3
-
35
-
25
1,5
2
40
80
15
1,8
2,2
52
90
5
Brązy
Zastosowanie techniczne mają stopy układu Cu - Sn o zawartości mniejszej niż 20%
cyny. Szeroki zakres temperatur likiwidusu i solidusu oraz ma szybkość dyfuzji powodują
silną skłonność brązów do segregacji dendrytycznej. Ujednorodnienie stopu wymaga
długo trwałego wyżarzania i przeróbki plastycznej. Własności mechaniczne brązów
cynowych ujednorodnionych zależą od zawartości cynku. Maksymalną wytrzymałość i
wydłużenie mają stopy o zawartości cyny opowiadającej w przybliżeniu granicznej
rozpuszczalności natomiast twardość powiększa się w sposób ciągły z zawartością
cynku. Brązy są odporne na obciążenia dynamiczne, śćieranie i korozje. Do przeróbki
plastycznj stosowane są stopy o zawartości mniejszej niż 8% cynku ( jedno fazowe ). Na
odlewy stosowane są najczęściej stopy około 10% cyny. Z brązów cynowych ( CuSn10 )
wykonuje się odlewy silnie obciążonych i pracujących na ścieranie części maszyn.
Dodatek jednego procent fosforu ( brąz fosforowy ) wyraźnie poprawia własności
ślizgowe i wykonuje się z niego odlewy silnie obciążonych panewek i ślimacznic. Do
brązu cynowego wprowadza się jako dodatki stopowe również cynku i ołowiu. Cynk
polepsza lejność i powiękasz własności wytrzymałościowe, ołów polepsza skrawalność i
właściwaości ślizgowe. Brązy cynowo - cynkowe do przeróbki plastycznej stosowane są
na sprzężny do apraratury pomiarowej oraz na tulejnki i panewki łożyskowe a brązy
odlewnicze na obciżone części okrętowe i maszyn papierniczych. Brązy aluminiowe
( zastosowanie techniczne mają stopy układu Cu - Al o zawartoci mniejszej niż 11%
glinu). Brązy krzemowe
( zastosowanie techniczne mają stopy o
zawartośći mniejszej niż 5% krzemu z dodatkami stpowymi takimi jak: mangan, nikiel,
cyna i żelazo ). Wyróżnimay także : brązy manganowe, berylowe, ołowiowe.
Aluminium odznacza się dużą plastycznością, bardzo małym oporem właściwym i
odpornością na utlenianie dzięki pasywacji. Duża plastyczność aluminium zapewnia
dobrą podatność do obróbki plastycznej przy bardzo złej skrawalności. Do stopów
aliuminium należą :
- Silumniny. Stopy Al - Si reprezentują najważniejszą grupę stopów odlewniczych. Stopy
dwuskładnikowe mają najczęściej zawartość 9 do 13% krzemu i odznaczają się bardzo
dobrymi własnościami odlewniczymi a także mają małą wartość wspólczynnika
rozszeżalności cieplnej i są odporne na korozje. Wadą siluminów jest skłonność do
grubo ziarnistości składnika zaeutektycznego w postaci igieł pierwotngo krzemu.
Rozdrobienie stuktury i poleszenie własności mechanicznych zapewnia modyfikowanie
sodem wprwadzonym przy temperaturze 720 - 740 stopni celsjusza. Siluminy stosuje się
na odlewy o złożonym krzształcie, silnie obciążoncyh części urzdzeń
elektrotechnicznych, pomp, silników i armatury okrętowej. Wyróżnia się stopy: Al - Cu
( stosuje się tylko jako odlewy gdyż odznczają się dobrą lejnością i skrawalnością ale
mniejszą odpornością korozyjną ); Al - Mg ( są bardzo odporne na korozje, zwłasza w
wodzie morskiej pod warunkiem ograniczenia zawartości miedzi do mniej niż 0,05%,
stsuje się głownie w przemyśle okrętowym na obciążone elementy konsrtukcji,
nadbudówki, szalupy okrętowe); stpoy Al - Mn ( dwuskładnikowy stop o zawartości około
1% manganu odznacza się dużą odpornością na korozje i dobrą spawalnością ).
- Durale. Spośród stopów glinu największe znacznie mają durale - stopy na bazie Al Cu - Mg przeznczne do przeróbki plastycznj. Zawierają 2 - 5% miedzi, mniej niż 3%
magnezu oraz dodatki w ilości mniejszej 1% manganu, niklu, żelaza, krzemu.
Wytrzymałość stopów wzrasta z zawartością miedzi a odoporność stopów na korozję jes
niewielka przy zawartości żelaza. Durale podlegają utwrdzaniu dyspersyjnemu przez
starzenie samożutne lub przyspieszone powodujące znaczne powieksznie wytrzmałości.
Wyróżnia się także durale cynkowe na bazie Al - Zn - Cu - Mg, które zawirają 6% cynku,
2% miedzi i magnezu oraz dodatek w ilości mniejszej niż 0.25 % chromu. Przy nieco
mniejszej plastyczności odznaczają się największą wytrzymałością sposród stopów
aluminium.
Stopami łożyskowymi nazywa się stopy przeznczone do wylewania panewek łożysk
ślizgowych współpracującuch z czopami wałów stalowych. Spełnienie różnorodbych
wymagań stawinym stopom łożyskowym zapewnia wielo fazowa struktóra złożona z
twardych ziarn rozmieszczonych w miekkiej osnowie. Zirno twarde przenosi naciski i
zapewnia odporność na ścieranie, a plastyczna osnowa ułatwia dotarcie się panewki.
Wyróżnia się stopy łożyskowe : cynowe ( zawierają 7,5 - 11% antymonu i 3 - 6% miedzi.
Stosuje je się do wyleania łożysk obciążonych dynamicznie albo bardzo silnie statycznie
i pracujcych przy dużych szybkośiach obrotowych ); ołowiowe ( zawierają 5 - 15% cyny,
5 - 15% antymonu i 1 - 3% miedzi. Stosuje się do wylewania lożysk obciążonych
statycznie i pracujących przy niezbyt dużych szybkościach obrotowych ). Ołowiowe ( z
niwielką ilością dodatków pierwiastków alkiczlinych i ziem alkalicznych głównie sodu, litu
i miedzi w łącznej ilości 2% ). Oprócz stopów Sn i Pb jako stopy łożyskowe, stosuje się
również brązy ołowiowe i cynowe, żeliwa szare, stopy Zn, Ag lub Cd oraz spieki
porowate i tworzywa sztuczne.
Przesycanie polega na wygrzewaniu stopu w temperaturze zapewniającej przejście
składników składowych do roztworu stałego, tzn. w temperaturze wyższej od
temperatury nasycenia roztworu, a nastepnie szybkim oziębieniu do temperatury
otoczenia. Zabieg zapewnia otrzymanie jedno fazowej stuktury przesycongo roztworu
stałego, niezgodnej fazowo ze stanem równowagi zapewniającej małą twardość i
wytrzymałość, ale dużą cigliwość.
Starzenie polega na wydzieleniu się składnika przesycającego z roztworu w postaci
drobnodyspersyjnych wtrąceń hamujących poślizgi i powodujących umocnienie stopu,
przy czym powiększa się jego twardość i wytrzmałość, a zmniejsza ciągliwość.