sprawozdanie 6

Grupa laboratoryjna w składzie:

Politechnika Gdańska
Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa

Barbara Nowakowska

rok I, semest II, studia inżynierskie,

gr 3C

Materiałoznawstwo i techniki wytwarzania

Data laboratorium:
Data oddania sprawozdania:

Prowadzący:

Ocena:

SPRAWOZDANIE nr 6

Laboratorium nr 6. Stopy miedzi

1. Wstęp
1.1. Cel ćwiczenia

Zapoznanie się z podziałem stopów miedzi, właściwościami, składem chemicznym, oraz budową
strukturalną stopów występujących w okrętownictwie.

1.2. Definicje

Norma PN-92/H-01016 "Stopy miedzi. Klasfikacja" dzieli stopy miedzi na: mosiądze (stopy miedzi
z cynkiem), brązy (stopy miedzi z innymi metalami w tym z aluminium) i miedzionikle (stopy
miedzi z niklem).

Stopy miedzi to stopy metali, których głównym składnikiem jest miedź. Wyjątkiem są stopy metali
szlachetnych.

Mosiądze - zawartość cynku ponad 2%. Dzielą się na odlewnicze i do przeróbki plastycznej (jedno
lub wieloskładnikowe). W stanie stałym z cynkiem miedź tworzy sześć faz międzymetalicznych – z
tego trzy główne. Faza  α  - roztwór stały cynku w miedzi. Faza  β  - roztwór stały na bazie fazy
międzymetalicznej   CuZn.   Faza  γ  -   przy   dużej   zawartości   cynku   -   roztwór   stały   na   bazie   fazy
między   metalicznej   Cu5Zn8.   W   zależności   od   ilości   cynku   mosiądze   mają   różne   własności.
Wpływają na to również inne pierwiastki takie jak krzem, mangan, żelazo.

Brązy - stopy miedzi z różnymi metalami, w których występuje ponad 2 % danego metalu. Brązy
noszą nazwę w zależności od głównego składnika (poza miedzią) np. brąz ołowiowy. Brązy cynowe
- znajdują wykorzystanie do zawartości około 20% cyny. Miedź tworzy z cyną następujące fazy: α -
max. 15,8% Sn, w temperaturze eutektoidalnej 520

C, roztwór stały β, mieszanina α + γ, faza γ

(różniąca się rozmieszczeniem atomów), roztwór stały δ, ulegający przemianie w α+ε w
temperaturze eutektoidalnej 350

C. Cyna w sposób wyraźny wpływa na własności plastyczne

brązów. Brązy aluminiowe - zastosowanie techniczne do 11% zawartości galu. Brązy krzemowe -
maksymalna rozpuszczalność krzemu - w zależności od temperatury - od 3% do 5,3% krzemu.

Miedzionikle - zawartość niklu ponad 2 %. Odporność na ścieranie i korozję.
Zawartość niklu od 2 do 4%. Występują tylko w stanie przerobionym plastycznie. Większa
zawartość niklu (5-10%) jest możliwa przy dodatkowym występowaniu żelaza (1%) i manganu
(0,5%).

2. Metodyka badań
2.1. Próbki

Przygotowanie próbek do badań można podzielić na cztery etapy: wycinanie, szlifowanie,
polerowanie, trawienie.

Próbki najprawdopodobniej pochodzą za skrawków stopów maszynowych. Są pomocą
laboratoryjną.

2.2. Mikroskop metalograficzny

Mikroskop świetlny składa się z obiektywu, okularu, oświetlacza, stolika, korpusu.

Obiektyw jest układem optycznym składającym się z kilku soczewek w jednej metalowej
obudowie. Jakość obrazu zależy od występowania szeregu wad np. aberracji sferycznej czy
chromatycznej.

Apertura numeryczna obiektywu to:

A = n sin (β/2)

A- apertura numeryczna
n – współczynnik załamania światła
β – kąt rozwarcia obiektywu.

Zdolność rozdzielcza obiektywu to:

d = λ / A

d – zdolność rozdzielcza
λ - długość fali.

Okular   również   jest   układem   optycznym.   Powiększa   on   obraz   utworzony   przez   obiektyw   i
przekazuje do obserwatora. W zależności od budowy ma możliwość korygowania niektórych wad
oka   ludzkiego.     Głównym   celem   oświetlacza,   na   co   wskazuje   sama   nazwa,   jest   dostarczenie
odpowiedniego światła, tak by próbki stały się widoczne. Oświetlacz składa się z
silnego punktowego źródła światła. Promienie przechodzą przez przesłony i kondensor, po czym
padają   na  oświetlacz   właściwy  czyli   płytkę,   pryzmat   lub   pierścień,   który  zmienia   ich   kierunek.
Powstaje obraz w polu jasnym, lub jego negatyw obraz w ciemnym polu.

2.3. Wady mikroskopu metalograficznego

Aberracja chromatyczna – wada powodująca zniekształcenie obrazu utworzonego przez obiektyw.
Zjawisko różnego załamywania promieni o różnych długościach fal.

Aberracja sferyczna - wada powodująca zniekształcenie obrazu utworzonego przez obiektyw.
Zjawisko polegające na tym, że promienie przechodzące przez różne miejsca soczewki dochodzą do
różnych ognisk (promienie bliżej osi są mniej załamywane).

2.4.Oznakowanie stopów

Brązy oznacza się literą B. Kolejna litera oznacza rodzaj brązu: cynowy - brak drugiej litery,
aluminiowy - A, berylowy - B, krzemowy - K, manganowy - M. Kolejne liczby oznaczają
zawartość poszczególnych metali w procentach (z pominięciem głównego składnika).

Symbole   brązów   cynowych   to   B2   (CuSn2),   B4   (CuSn4),   B6   (CuSn6),   B43   (CuSn4Zn3),   B443
(CuSn4Zn4Pb3),  B444  (CuSn4Zn4Pb4).  Symbole  brązów aluminiowych  to: BA5  (CuAl5), BA8
(CuAl8),   BA93   (CuAl9Fe3),   BA1032   (CuAl10Fe3Mn2),   BA1044   (CuAl10Fe4Ni4),   BA92
(CuAl9Mn4). Symbole brązów berylowych to BB2 (CuBe2Ni (Co)), BB1T (CuBe1,7NiTi), BB2T
(CuBe2NiTi). Brąz krzemowy: BK31 (CuSi3Mn1). Brąz manganowy: BM123 (CuMn12Ni3).

Mosiądze oznacza się literą M. Kolejna litera oznacza rodzaj mosiądzu: dwuskładnikowy - brak
drugiej litery, ołowiowy - O, aluminiowy - A, cynowy - C, krzemowy - K, manganowy - M,
wysokoniklowy-ZN. Kolejne liczby oznaczają zawartość miedzi w procentach.

Np. M95 (CuZn5), M90 (CuZn10), M85 (CuZn15), MO64 (CuZn34Pb3), MO62 (CuZn36Pb1.5),
MA77 (CuZn20Al2), MZN18 (CuNi18Zn27).

Miedzionikle oznacza się literami MN. Kolejna występująca litera oznacza rodzaj niklu. Liczby
określają zawartość kolejnych metali (z pominięciem miedzi) w procentach.

Miedzionikle dwuskładnikowe – MN5 (CuNi5), MN19 (CuNi19) i MN25 (CuNi25), miedzionikle
żelazo-manganowe – MNZ51 (CuNi5FeMn) i MNZ101 (CuNi10FeMn), miedzionikle manganowo-
żelazowe – MNM201 (CuNi20MnFe) i MNM301 (CuNi30MnFe), miedzionikle manganowe –
MNM401 (CuNi40Mn) i MNM441 (CuNi44Mn), miedzionikiel aluminiowy – MNA62
(CuNi6Al2), miedzionikiel krzemowo-manganowy – MNK31 (CuNi3SiMn).

3. Wyniki badań i analiza

Wyniki badań opracowano na podstawie skryptu do laboratorium.

Rysunki próbek widziane w powiększeniu znajdują się w Załączniku 1.

3.1. Próbka 1.
Powiększenie:100
Trawienie: TAK
Stop zidentyfikowano jako: M70 rek

Mosiądz dwuskładnikowy, zawartość miedzi około 70% poddany rekrystalizacji i zgniotowi.
Widoczna struktura krystaliczna, wyraźnie widoczne granice ziaren. Widoczne wtrącenia
niemetaliczne najprawdopodobniej tlenki.

M70   charakteryzuje   się   dobrą   podatnością   pod   obróbkę   plastyczną   na   zimno,   dobrze   lutowany.
Główne   zastosowanie   w   produkcji   galanterii   metalowej,   elementów   głęboko   tłoczonych,   w
przemysle   elektrycznycm   i   elektrotechnicznym.   Zgniot   i   rekrystalizacja   sprawiają,   że   jest   on
jeszcze bardziej wytrzymały.

3.2. Próbka 2.
Powiększenie:100
Trawienie: TAK
Stop zidentyfikowano jako: B10

Brąz   cynowy.   Zawartość   cyny   10   %.   Wyraźnie   widoczne   dranice   ziaren.   Ziarna   przypominają
swoim   wyglądem   rysunki   ameby.   Typowy   brąz   maszynowy.   Brąz   ten   ma   dobre   właściwości
mechaniczne oraz przeciwcierne i  dlatego  często jest stosowany  na koła  ślimakowe i ślimaki, a
dawniej był stosowany na odlewy luf armatnich.

3.3. Próbka 3.
Powiększenie:100
Trawienie: TAK
Stop zidentyfikowano jako: M58

Mosiądz dwuskładnikowy, zawartość miedzi około 58%. Struktura ziaren przypomina ziarenka ryżu
–  są  to igły fazy α.  Wyraźna pasmowość.  Taka  zawartość miedzi  sprawia  iż mosiądz ma dobrą
podatność   na   obróbkę   plastyczną   na   zimno,   jest   dobrze   lutowany.   Główne   zastosowanie   może
znaleźć   w   produkcji   chłodnic,   elementów   głęboko   tłoczonych,   w   przemyśle   elektrycznym   i
elektrotechnicznym.

3.4. Próbka 4.
Powiększenie:100
Trawienie: TAK
Stop zidentyfikowano jako: M70 zgn.

Mosiądz dwuskładnikowy, zawartość miedzi około 70% poddany jedynie zgniotowi. Częściowo
widoczna struktura krystaliczna, wyraźnie widoczne granice ziaren.

3.5. Próbka 5.
Powiększenie:100
Trawienie: TAK
Stop zidentyfikowano jako: BA1032

Brąz aluminiowy. W przybliżeniu zawartość poszczególnych pierwiastków: Cu – 85%, Al – 10%,
Fe – 3%, Mn – 2%. Brąz w tym gatunku charakteryzuje się wysokimi właściwościami
wytrzymałościowymi nawet w podwyższonych temperaturach, odporny na ścieranie. Zastosowanie
w elementach aparatury kontrolno pomiarowej, chemicznej.

3.6. Zastosowanie

Zastosowanie stopów miedzi:
Brąz: na odlewy, na stalówki do piór, w postaci sproszkowanej jako farba, do wyrobu części
maszyn, na części jak łożyska, panewki, ślizgi i napędy, osprzęt parowy i wodny, armatura
chemiczna, przemysł okrętowy i papierniczy, dzwony.
Brąz manganowy: na części precyzyjnych aparatów wymagających wytłumienia drgań.

Mosiądz: wyroby emaliowane, elementy wykonywane różnymi metodami obróbki plastycznej, oraz
skrawania, rury cienkościenne, elementy zamków błyskawicznych, elementy ślizgowe, na wyroby
armatury, osprzęt odporny na wodę morską, śruby okrętowe, okucia budowlane, na elementy
maszyn w przemyśle maszynowym, samochodowym, elektrotechnicznym, okrętowym,
precyzyjnym, chemicznym, też na formy odlewnicze.

Miedzionikiel : w elektrotechnice, w produkcji monet.

4. Wnioski.

1. Próbki do badań mikroskopowych muszą być starannie przygotowane, kolejne fazy

przygotowania próbek ujawniają coraz to nowe możliwości przyjrzenia się próbce.

2. Z samego wyglądu próbki odczytać można rodzaj stopu z jakiego została wykonana.

Porównując uzyskany obraz z wzorcami znajdującymi się w odpowiednich normach ustalić
można rodzaj stop miedzi.

3. Miedzi stopy o różnej strukturze wewnętrznej i różnym składzie mają różne właściwości.
4. By zwiększyć własności wytrzymałościowe mosiądzów stopu można poddać zgniotowi i

rekrystalizacji.

Literatura:
1. K. Cudny. Metaloznawstwo okrętowe. Gdańsk 2001
2. http://www.aluteam.com.pl