NAUKA O MATERIAŁACH 1



Stopy miedzi są po stalach i stopach

aluminium najbardziej

rozpowszechnionymi stopami

technicznymi. Zawartość miedzi jest w

nich różna i zależy przede wszystkim od

dodanego składnika stopowego.



Stopy podwójne miedzi z niklem,

manganem, złotem, platyną i palladem,

tworzą roztwory stałe ciągłe, a ze

srebrem - w zależności od zawartości

jednego składnika w drugim, tworzą

roztwory stałe lub mieszaniny roztworów

stałych granicznych. Z innymi

składnikami, jak np. cynkiem, cyną,

aluminium, krzemem, berylem,

antymonem, kadmem i magnezem

podwójne stopy miedzi tworzą układy

dość skomplikowane na skutek

występowania w nich różnych faz

międzymetalicznych.

Mikrostruktura mosiądzu
jednofazowego (30%Zn)widoczne
kryształy roztworu α , częściowo
bliźniacze. Traw. Roztworem
NF

OH + H

;. Powiększ. 200x



We wszystkich tych układach, od strony

miedzi istnieją zawsze mniej lub bardziej

szerokie zakresy roztworów stałych,

oznaczonych jako α. Roztwory te

odznaczają się przeważnie dobrymi

własność wytrzymałościowymi oraz

dobrymi własnościami plastycznymi i z

tego powodu stanowią zwykle użyteczne

stopy przemysłowe.



Rzadziej natomiast stosowane są stopy

wielofazowe, które oprócz roztworu α

zawierają jeszcze i inne roztwory na

bazie faz międzymetalicznych. Stopy o

takiej budowie są już mniej plastyczne i

z tego powodu stosowane są przeważnie

w stanie lanym.



Stopy miedzi z dodatkami: aluminium,

cyna, krzem, nikiel są nazywane brązami

aluminiowymi, cynowymi itd., a stopy

miedzi z cynkiem – mosiądzami.

Mikrostruktura mosiądzu
dwufazowego (40%Zn) po przeróbce
plastycznej na gorąco. Widoczne jasne
kryształy roztworu stałego α i ciemne
kryształy roztworu stałego β´. Traw
odczynnikiem chromowym, 150x



z cynkiem,



z cynkiem i ołowiem,



z cynkiem i niklem,



z niklem,



z cyną,



z aluminium,



z innymi pierwiastkami stopowymi, których łączne

stężenie przekracza 5%,



niskostopowe, w których stężenie pierwiastków stopowych

jest mniejsze niż 5%.

Mosiądzami

nazywamy stopy miedzi zawierające Zn (cynk)

jako główny dodatek stopów.

Miedzionikle

to stopy, w których głównym dodatkiem jest

nikiel – Ni.

Brązy

to stopy miedzi zawierające ponad 2% dodatków

stopowych, wśród których głównym nie jest Zn ani Ni.



Miedź tworzy z cynkiem dwa roztwory stale

graniczne α i η oraz trzy fazy

międzymetaliczne β, γ,ε. Faza β to roztwór

wtórny na osnowie fazy elektronowej CuZn. W

temperaturze niższej niż 456°C roztwór ten

jest uporządkowany i oznaczony jako β´. Faza

γ jest roztworem stałym wtórnym na osnowie

fazy elektronowej Cu5Zn8. Faza ε jest

roztworem stałym wtórnym na osnowie fazy

elektronowej CuZn3. W zakresie temperatury

558÷730°C występuje ponadto roztwór stały

graniczny δ, ulegający w temperaturze 558°C

rozpadowi eutektoidalnemu na mieszaninę faz

γ + ε. Spośród wymienionych faz tylko faza α

krystalizuje bezpośrednio w cieczy, a pozostałe

powstają

w wyniku reakcji perytektycznych.



Zakres stężenia oraz temperatury

występowania poszczególnych faz i mieszanin

przedstawia poniższy rysunek.



Miedź tworzy z cyną jeden roztwór stały

graniczny α oraz 6 roztworów stałych

wtórnych na osnowie faz

międzymetalicznych. Zakres stężenia

oraz temperatury występowania

poszczególnych faz i ich mieszanin

przedstawia rys. 2.Techniczne stopy Cu z

Sn (nazywane brązami cynowymi) mają

zazwyczaj strukturę roztworu α.

Wykazują one dobrą odporność na

korozję, szczególnie w środowisku

atmosfery przemysłowej

i wody morskiej. Stopy miedzi z cyną

cechuje duża plastyczność, dlatego mogą

być obrabiane plastycznie na zimno. W

stanie obrobionym plastycznie na zimno

stopy te wykazują duże własności

mechaniczne, co umożliwia stosowanie

ich w przemyśle chemicznym,

papierniczym i okrętowym.



Stopy miedzi z aluminium

tradycyjnie nazywane są brązami

aluminiowymi.



Jednofazowe stopy miedzi z

aluminium zawierają do 8% Al i ze

względu na dużą plastyczność

mogą być obrabiane plastycznie

na zimno i na gorąco. Stopy te

wykazują dobrą odporność na

korozję w środowisku wody

morskiej i kwasów utleniających.

Charakteryzują się dużymi

właściwościami mechanicznymi

temperaturze pokojowej i

podwyższonej oraz wysoką

odpornością na ścieranie.

Fragment wykresu równowagi Cu-

Al przedstawiony został na

rysunku.



Brązy berylowe to tradycyjna nazwa

stopów miedzi z berylem. Zawierają one

do 2,1% głównego pierwiastka stopowego,

często Co i Ni (kobalt i nikiel), nikiel

niekiedy do 0,25% Ti (tytan). Stopy te

wykazują najwyższe własności

mechaniczne oraz odporność na korozje i

ścieranie. Cechują się dużą przewodnością

cieplną i elektryczną (zwiększa ją dodatek

Co), brakiem skłonności do iskrzenia oraz

dobrą podatnością na obróbkę plastyczną

na zimno i na gorąco.



Stopy miedzi z berylem stosowane są na

elementy maszyn w wytwórniach

materiałów wybuchowych i prochowniach,

na szczotki silników elektrycznych i

przewody trakcji elektrycznej, elektrody i

przewody spawalnicza a także na sprężyny

(np. w zegarkach), niektóre łożyska

ślizgowe, elementy pomp i narzędzia

chirurgiczne.



Techniczne stopy miedzi z krzemem

(tradycyjnie nazywane brązami

krzemowymi) wykazują strukturą

jednofazową roztworu α, a stężenie Si w

stopach dwuskładnikowych nie przekracza

3÷4%. Charakteryzują się dużymi

własnościami mechanicznymi w

temperaturze pokojowej

i podwyższonej do ok. 300°C, dużą

wytrzymałością zmęczeniową i dobrymi

własnościami ślizgowymi. Cechuje je

ponadto duża odporność na korozję, dobra

lejność i skrawalność. Stopy te

przeznaczone do obróbki plastycznej są

stosowane na elementy aparatury w

przemysłach maszynowym, chemicznym i

chłodniczym, w tym na siatki, sprężyny,

łożyska i elementy samochodowe.

Natomiast odlewnicze stopy miedzi z

krzemem stosuje się na panewki łożysk

ślizgowych, wirniki pomp, koła cierne i

zębate, elementy przekładni ślimakowych,

zastępując droższe stopy miedzi z cyną.



Tradycyjna nazwa tych stopów to brązy

manganowe. Miedź i mangan tworzą

nieograniczony roztwór stały (rysunek 6),

w zależności od stężenia manganu

wykazują różną strukturę

krystaliczną.Najczęściej stosowane są

stopy wieloskładnikowe, oprócz Mn

zawierające Ni, w niektórych gatunkach

także Si lub Al.



Manganin o bardzo małej rezystywności

stosowany jest na rezystory (oporniki)

wzorcowe. Izabeli wykazuje dużą

rezystywność, a stopy Heuslera

zawierające powyżej 20% Mn i 9% Al

cechują się dobrymi własnościami

ferromagnetycznymi. Stopy miedzi z

manganem i krzemem, typu CuMn12Si3,

nazywane tradycyjnie stopami isima, są

stosowane na łopatki turbin. Natomiast

wieloskładnikowe stopy Cu z Mn i Al. Są

stosowane na śruby okrętowe.