19.04.2006
Wykonał:
Jakub Gocoł
Gr. 109
Cel ćwiczeń
Zapoznanie się ze strukturami oraz właściwościami stopów miedzi.
Teoria
Miedź jest metalem krystalizującym w sieci A1. Parametr sieci a=0,369 nm. Nie ma odmian alotropowych. Temperatura topnienia wynosi 1083oC gęstość 8,9 g/cm2 . Czysta miedź ma bardzo dobrą przewodność elektryczną. Ze względu na bardzo dobrą przewodność cieplną wytwarza się z niej różnego rodzaju wymienniki cieplne. Jest bardzo plastyczna i można ją przerabiać na zimno. Miedź jest odporna na korozję atmosferyczną. Właściwości wytrzymałościowe miedzi są niski twardość 30 HB. Można ją umocnić przez zgniot. Ze względu na łatwą zgrzewalność z żelazem lub aluminium można wytwarzać z niej wyroby bimetaliczne np. rury lub druty. Struktura miedzi po rekrystalizacji ma charakterystyczny wygląd gdyż zawiera dużą ilość bliźniaków wyżarzenia.
Mosiądze te o strukturze roztworu stałego zawierają 30% Zn. Roztwory a cechuje się dobrą plastycznością przy temperaturze pokojowej a gorszą w zakresie 300-700oC i dlatego są przerabianie plastycznie na zimno. Twardość i wytrzymałość mosiądzów a wzrasta ze zwiększeniem zawartości Zn. Po przekroczeniu 30% wydłużenie maleje. Mosiądz M70 zwany łuskowym cechuje się dużą plastycznością i jest stosowany do głębokiego tłoczenia przede wszystkim na łuski.
Mosiądze możemy podzielić wg różnych kryteriów. Wg struktury dzielimy je na jednofazowe a lub b i dwufazowe a+b, wg składu na dwuskładnikowe i wieloskładnikowe, wg przeznaczenia na stopy do przeróbki plastycznej i odlewczej.
Mosiądz można znacznie umocnić przez zgniot. W zależności od stopu umocnienia lub rekrystalizacji można uzyskać znaczne zróżnicowanie właściwości mechanicznych.
Do najbardziej szkodliwych należą bizmut, ołów i tlen. Bizmut i ołów tworzą niskostopowe eutektyki rozłożone na granicy ziaren co powoduje kruchość na zimnie i cieple. Dlatego bizmut jest ograniczony do tysięcznych a ołó setnych procentów. Tlen tworzy z miedzią Cu2O który wchodzi w skład eutektyki o temperaturze topnienia 1065oC. Na zgładach metalograficznych ma zabarwienie popielato niebieskie.
Mosiądzem nazywamy stopy miedzi z cynkiem. W praktyce stosuje się stopy o zawartości do 40% Zn, które w zależności od zawartości cynku mogą być jedno- lub dwufazowe. Ich strukturę interpretuje się w oparciu o układ Cu-Zn. Są stosowane mosiądze stopowe co oznacza że oprócz cynku zawierają także inne pierwiastki stopowe.
Rozpuszczalność maleje zarówno ze wzrostem jak i obniżeniem temperatury. Przy temperaturze pokojowej wynosi ok. 30%. Drugą fazą układu jest faza b która jest wtórnym roztworem stałym o sieci A2. powstaje ona w wyniku reakcji perytektycznej lub bezpośredniego wydzielenia z ciekłego roztworu. Ma charakter nadstruktury i przy temperaturze 460 C przechodzi w fazę uporządkowaną b’. Fazy te występują w zakresach składu rozszerzających się ze wzrostem temperatury.
Na strukturę mosiądzów można wpłynąć w pewnym stopniu drogą obróbki cieplnej. Przez szybkie chłodzenie można utrwalić strukturę istniejącą przy wysokiej temperaturze.
Są to dwufazowe i z reguły wieloskładnikowe. Ze względu na mały odstęp między likwidusem a solidusem w układzie Cu-Zn wykazują małą skłonność do segregacji dendrycznej a poza tym są rzadkopłynne i maja skupioną jame skurczową. Opócz miedzi i cynku zawierają dodatki ołowiu, manganu, aluminium, żelaza, krzemu.
Struktura zależy od ich składu, obróbki cieplnej, stanu technologicznego. W odlewach występuje wyraźna struktura dendryczna. Rdzenie dendrytu bogatsze w miedz są ciemniejsze. W wyniku wyżarzenia ujedniorodniającego, które przeprowadza się zwykle przy temperaturze 800 C następuje jednak pewne wyrównanie składu chemicznego. Zasadniczą zmianę struktury osiąga się jednak dopiero po przeróbce plastycznej i rekrystalizacji.
Mosiądze należą do stopów o dobrej odporności na korozję atmosferyczną. Lepszą odporność mają mosiądze jednofazowe a gdyż w mosiądzach dwufazowych faza b ulega łatwiej korozji jest bardziej elektroujemna. W elektrolitach w obecności jonów CT następuje charakterystyczna korozja mosiądzów polegająca na przechodzeniu jonów cynku do roztworu i zmianie miedzi w gąbczastą masę. Mosiądze ulegaja łatwo korozji naprężeniowej objawiającej się sezonowym pękaniem. Elementy mosiężne pozostają pod wpływem naprężeń w obecności nawet małej ilości par amoniaku są skłonne do pękania.
Brązem nazywamy stop miedzi w którym głównym dodatkiem stopowym jest cyna lub inny metal. Brązy cynowe należą do najstarszych stopów wytwarzanych i stosowanych przez człowieka. Ze względu na doskonałe właściwości odlewnicze. Są one szeroko stosowane w przemyśle maszynowym, chemicznym, okrętowym i papierniczym. Jakiekolwiek brązy cynowe maja bardzo korzystne właściwości są one wypierane przez inne brązy ze względu na wysoką cenę cyny.
Podczas krzepnięcia stopu powstaje duża mikrosegregacja dendryczna cyny. Rdzeń dendrytu jest bogatszy w miedź niż strefa zewnętrzna. Na granicach dendrytów powstaje twardy i kruchy eutektoid, co utrudnia obróbkę plastyczną ale jest korzystne w odlewach zwłaszcza przeznaczonych na łożyska ślizgowe. We wlewkach powstaje także makrosegregacja.
Polega ona na wzbogaceniu strefy zewnętrznej wlewka w składniki niżej topliwy. Szybkiemu wzrostowi dendrytu ubogi w cynę ku środkowi wlewka towarzyszy odprowadzanie ciepła na zewnątrz. Faza ciekła bogatsza w cynę zostaje wepchnięta w strefę międzykrystaliczną i przenika ku powierzchni wlewka wzbogacając ją w cynę. Zjawisko to jest bardzo szkodliwe z punktu widzenia przeróbki plastycznej
Cyna w zasadniczy sposób wpływa na właściwości brązu. Jej zawartość nie przekracza na ogół 20%. Dodatek ok. 8% Sn powoduje wzrost wytrzymałości i ciągliwości przy większych zawartościach wydłużenie jednak maleje. Spadek wytrzymałości następuje dopiero przy zawartościach większych od 25% Sn.
1. wg struktury – na jednofazowe i dwufazowe
2. wg składu – na dwuskładnikowe i wieloskładnikowe
3. wg przeznaczenia – na stopy do przeróbki plastycznej i odlewniczej
Stopy miedzi z aluminium o zawartości 5-11% Al., z ewentualnym dodatkiem innych pierwiastków nazywamy brązami aluminiowymi. Cechują się dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi bowiem aluminium podwyższa twardość i wytrzymałość miedzi. Wydłużenie wzrasta do zawartości 6% Al., po czym spada. Jednak utrzymuje się na wysokim poziomie 20 – 40 %. Po obróbce cieplnej twardość stopu CuAl może osiągną wartość 160-180 HB. Brązy aluminiowe klasyfikuje się wg przeznaczenia na odlewnicze i do przeróbki plastycznej. Odlewnicze zawierają więcej dodatków stopowych i są wieloskładnikowe.
Cechy i fazy układu miedź – aluminium
Strukturę brązów aluminiowych interpretuje się na podstawie układu równowagi. Jest on podobny do układu Cu-Sn. Występuje tu zakres roztworu stałego a w którym rozpuszczalność miedzi prawie nie zależy od temperatury. Oprócz fazy a występuje faza b którego zakres rozszerzania się znacznie ze wzrostem temperatury. Stwarza to możliwości zmiany struktury przez obróbkę cieplna. Faza b ulega przemianie eutektoidalnej na a + c. Powstaje eutektoid o składzie 11,8% Al.
Zastosowanie i cechy brązów aluminiowych - odlewniczych
Stopy odlewnicze cechują się rzadko płynnością małą segregacją dendryczną i skupiona jamą usadową. Maja jednak duży skurcz. Podczas topnienia wymagają ochrony przed utlenieniem gdyż wtrącenie tlenku glinu powoduje gęsto płynność i obniżają wytrzymałość brązu. Aluminium zapewnia dobrą odporność na korozję. Przy większej zawartości Al. Występuje skoagulowana faza która znacznie obniża plastyczność stopu. Dodatek żelaza osłabia skłonność do koagulacji i poprawia właściwości odlewu.
Ćwiczenia odbyły się 19.04.2006 o godzinie 18.00. Na ćwiczeniach mogliśmy zapoznać się z właściwościami i strukturą miedzi. Pod mikroskopem oglądaliśmy struktury niektórych próbek miedzi po czym przerysowywaliśmy je do zeszytu.
Miedz po rekrystalizacji struktura miedzi po rekrystalizacji ma charakterystyczny wygląd gdyż zawiera dużą ilość bliźniaków wyżarzenia. Wiąże się to z niską energią błędu ułożenia tego metalu.
Mosiądz – miedz i cyna
Brąz – B10
Brąz cynowy po hartowaniu na powietrzu
Brąz cynowy po hartowaniu w wodzie
Brąz B10 po homogenizacji
Homogenizacja jest to wyżarzenie ujedniorodniające, które polega na nagrzaniu stali do temperatury zbliżonej linii solidusa i długotrwałym wytrzymaniu przy tej temperaturze. Celem obróbki jest wyrównanie składu chemicznego przez dyfuzję
maniac64