Stopy miedzi
Stopy miedzi
MIED
Ź
I STOPY MIEDZI
Pierwsze ozdoby wykonane z miedzi znaleziono na terenie obecnego Iraku a pochodz
ą
z IX w p.n.e.
Nazwa cuprum pochodzi od głównego dostawcy miedzi dla imperium rzymskiego -
Cypru
Mied
ź
nale
ż
y do pierwiastków mało rozpowszechnionych w skorupie ziemskiej,
około 0,01%. Dla porównania Al = 8%, Fe = 5%, Na = 3%, Mg = 2%, Ti = 0,4%, C =
0,02%.
0,02%.
Jest metalem do
ść
drogim: 8 100$/T, Al = 3 000$/T, Ni = 20 500$/T.
Wybrane wła
ś
ciwo
ś
ci miedzi
Ci
ęż
ar
T
top
R
m
HB
A [%]
8,94 G/cm
2
1083
0
C
200 –
250MPa
35
30 - 35
Czysta mied
ź
A. Krajczyk
Mied
ź
ma bardzo dobr
ą
przewodno
ść
ciepln
ą
i elektryczn
ą
.
Po srebrze jest najlepszym
przewodnikiem.
Domieszkami szkodliwymi
pogarszaj
ą
cymi przewodno
ść
i
własno
ś
ci mechaniczne s
ą
:,
P, Si, As, Be, Al, Sn, Ni.
Metody umacniania miedzi:
a.
rozdrobnienie ziarna przez odkształcenie plastyczne i rekrystalizacj
ę
,
b.
umocnienie w wyniku odkształcenia plastycznego na zimno.
Gniot 70%; R
m
= 400MPa (z 220MPa), R
pl
= 370MPa (z 57MPa).
PODSTAWOWE STOPY MIEDZI
Europejski system znakowy.
Składa si
ę
z symbolu Cu + główne dodatki stopowe + ich
ś
rednia zawarto
ść
.
Np. CuZn20, CuAl7Si2. Dodatkowo na ko
ń
cu znaku mo
ż
e znajdowa
ć
si
ę
litera:
B – materiał w postaci g
ą
sek, C – w postaci odlewu.
Np. CuSn5Zn5Pb5-C.
Europejski system numeryczny
Składa si
ę
z sze
ś
ciu znaków:
C
C, W, X
000
-
999
A - S
Cu
C – odlew,
Numer stopu
Np.
Np. CW024A, CC300G, itp.
Cu
C – odlew,
W – obróbka plastyczna
X - nieznormalizowany
Numer stopu
Np.
A – wydłu
ż
enie,
H – twardo
ść
,
G – wielko
ść
ziarna
Klasyfikacja stopów miedzi
Stopy miedzi z cynkiem = mosi
ą
dze.
Podział mosi
ą
dzów
Dwuskładnikowe
Wieloskładnikowe
Ołowiowe
Do przeróbki plastycznej
Do przeróbki
plastycznej
Odlewnicze
Do przeróbki
plastyczne
Odlewnicze
plastycznej
plastyczne
jednofazowe i dwufazowe
jednofazowe i
dwufazowe
dwufazowe
dwufazowe
dwufazowe
Mosi
ą
dze dwuskładnikowe
Mosi
ą
dze dwuskładnikowe
:
a. jednofazowe: faza
α
= Cu(Zn),
do 39%Zn,
b. dwufazowe: faza
α
i
β
,
= CuZn,
od 39 do 45%Zn.
Mosi
ą
dze wykazuj
ą
dobr
ą
odporno
ść
na
korozj
ę
atmosferyczn
ą
ale nie s
ą
odporne na działanie soli
ż
elaza,
siarczanów, chlorków i jodków.
Ad. a. Wykazuj
ą
krucho
ść
w zakresie temperatur 300 – 700
0
C i dlatego odróbk
ę
plastyczn
ą
nale
ż
y przeprowadzi
ć
w temp. poni
ż
ej 300
0
C lub powy
ż
ej 700
0
C,
Ad. b. Obróbk
ę
plastyczn
ą
przeprowadza si
ę
w temperaturach w których s
ą
one jednofazowe,
a. Mosi
ą
dz jednofazowy, faza
α
= Cu(Zn)
A. Krajczyk
Mosi
ą
dz dwufazowy, faza
α
= Cu(Zn) +
β
= CuZn
A. Krajczyk
Zastosowanie:
CuZn5 - CuZn15; rurki włoskowate, rury chłodnic, w
ęż
ownice, membrany, łuski
amunicji,
CuZn20 – CuZn37; rury skraplaczy, elementy zamków błyskawicznych, wyroby
artystyczne,
CuZn40 (dwufazowy); przemysł okr
ę
towy, architektura, aparatura chemiczna
Mosi
ą
dze wieloskładnikowe – wpływ pierwiastków stopowych
:
Si – obni
ż
a plastyczno
ść
, zwi
ę
ksza odporno
ść
na
ś
cieranie, zmniejsza wra
ż
liwo
ść
na korozj
ę
napr
ęż
eniow
ą
(p
ę
kanie sezonowe) – CuZn31Si1,
Al – polepsza odporno
ść
na korozj
ę
, umacnia mosi
ą
dze, zwi
ę
ksza
ż
aroodporno
ść
,
pogarsza spawalno
ść
i lutowanie – CuZn37Mn3Al2PbSi,
Sn – zwi
ę
ksza odporno
ść
na
ś
cieranie i korozj
ę
– CuZn36Sn1Pb,
Fe – rozdrabnia ziarno, zwi
ę
ksza odporno
ść
na
ś
cieranie ale zmniejsza odporno
ść
na korozj
ę
– CuZn23Al6Mn4Fe3Pb,
Mn – polepsza odporno
ść
na korozj
ę
i
ś
cieranie – CuZn39Mn1Pb1,
Ni – polepsza odporno
ść
na korozj
ę
i własno
ś
ci mechaniczne – CuZnNi3Mn2AlPb.
Korozja mosi
ą
dzów:
A.
Napr
ęż
eniowa (p
ę
kanie
sezonowe):
- przy du
ż
ych napr
ęż
eniach
rozci
ą
gaj
ą
cych,
- w
ś
rodowisku wilgotnym,
- p
ę
kanie nast
ę
puje po granicach
B.
Odcynkowanie
- w mosi
ą
dzach o podwy
ż
szonej
zawarto
ś
ci Zn,
- polega na rozpuszczaniu powierzchni
mosi
ą
dzów i osadzaniu si
ę
na niej
- p
ę
kanie nast
ę
puje po granicach
ziaren,
- skłonno
ść
wzrasta wraz z
zawarto
ś
ci
ą
cynku.
Usuwanie:
- Wy
ż
arzanie w temperaturze 560
0
C,
- Cz
ęś
ciowe usuwanie, wy
ż
arzanie w
temperaturze 250-270
0
C,
mosi
ą
dzów i osadzaniu si
ę
na niej
warstwy miedzi,
- zachodzi w
ś
rodowisku wodnym,
- zapobiega si
ę
przez dodatek arsenu
(0,02 – 0,06%) lub 1% cyny.
MOSI
Ą
DZE OŁOWIOWE
S
ą
to mosi
ą
dze dwufazowe z dodatkiem ołowiu w ilo
ś
ci 0,3 do 3,5%.
Ołów dodawany jest w celu polepszenia skrawalno
ś
ci. Dodatek ten
zmniejsza opory tarcia i powoduj
ę
lepsz
ą
łamliwo
ść
wióra. Obni
ż
a jednak
własno
ś
ci wytrzymało
ś
ciowe.
Przykładowe gatunki: CuZn37Pb0,5, CuZn38Pb1,5, CuZn40Pb2.
BR
Ą
ZY CYNOWE
S
ą
to stopy z cyn
ą
zawieraj
ą
ce co najmniej 2%Sn ( na ogół 11 – 15%Sn)
Mała szybko
ść
dyfuzji cyny w miedzi, du
ż
a ró
ż
nica mi
ę
dzy liniami likwidus i
solidus oraz bardzo du
ż
a ró
ż
nica w temperaturach topnienia Cu (1083
0
C) i Sn
(232
0
C) jest powodem skłonno
ś
ci br
ą
zów cynowych do segregacji
dendrytycznej (od 5%Sn). Mo
ż
e pojawi
ć
si
ę
twardy i kruchy eutektoid (
α
+
δ
)
– ło
ż
yska
ś
lizgowe.
Usuni
ę
cie segregacji odbywa si
ę
przez wy
ż
arzanie w temperaturze 700 - 750
0
C przez 24 godz.
Podział br
ą
zów cynowych
Do przeróbki plastycznej
Odlewnicze
Dwuskładniko
we
Wieloskładnikowe
Dwuskładnikowe
Wieloskładnikowe
jednofazowe
jednofazowe
Stop Cu – 8%Zn.
Po odlaniu. Na tle fazy
α
= Cu(Zn)
wydzielenia eutektoidu (
α
+
δ
)
Stop Cu – 8%Zn.
Po wy
ż
arzaniu homogenizuj
ą
cym.
Faza
α
= Cu(Zn)
A. Krajczyk
Własno
ś
ci mechaniczne
Br
ą
zy cynowe wykazuj
ą
:
- du
żą
odporno
ść
na korozj
ę
w wodzie
zwykłej i morskiej,
- odporno
ść
na korozj
ę
napr
ęż
eniow
ą
,
- dobre własno
ś
ci odlewnicze,
- mo
ż
na je przerabia
ć
plastycznie na
zimno do 8%Sn,
- po odkształceniu stosowane na
spr
ęż
yny, przyrz
ą
dy aparatury
kontrolnej.
Przykładowe zastosowanie:
Do przeróbki plastycznej: spr
ęż
yny, rurki manometryczne, poł
ą
czenia elektryczne, sita
papiernicze (CuSn4 – CuSn8).
Odlewnicze: ło
ż
yska, panewki, cz
ęś
ci maszyn nara
ż
one na korozj
ę
w przemy
ś
le okr
ę
towym
i papierniczym (CuSn10-C, CuSn5Zn5Pb5-C, CuSn5Pb20-C).
Stopie
ń
odkształcenia plastycznego
Br
ą
zy ołowiowe
Przykładowe zastosowanie:
Do przeróbki plastycznej: spr
ęż
yny, rurki
manometryczne, poł
ą
czenia elektryczne,
sita papiernicze (CuSn4 – CuSn8).
Odlewnicze: ło
ż
yska, panewki, cz
ęś
ci
maszyn nara
ż
one na korozj
ę
w
przemy
ś
le okr
ę
towym i papierniczym
(CuSn10-C, CuSn5Zn5Pb5-C,
CuSn5Pb20-C).
CuSn5Pb20-C
A. Krajczyk
BR
Ą
ZY ALUMINIOWE
Nale
żą
do jednych z najlepszych stopów miedzi.
-jednofazowe do 9,4% Al,
- powy
ż
ej 9,4% Al mo
ż
na je
hartowa
ć
i odpuszcza
ć
,
- wykazuj
ą
dobre własno
ś
ci
mechaniczne w temperaturach
otoczenia i podwy
ż
szonych,
- odporne na
ś
cieranie, kawitacj
ę
i erozj
ę
,
- odporne na korozyjne działanie
wody morskiej i wielu kwasów,
- ulegaj
ą
pasywacji (Al
2
O
3
),
- nie odporne na działanie zasad,
- skłonne do rozrostu ziaren
Br
ą
zy dwuskładnikowe i wieloskładnikowe do przeróbki plastycznej
1.
Jednofazowy CuAl8 ma dobre własno
ś
ci plastyczne i mo
ż
na go obrabia
ć
na zimno i gor
ą
co,
2.
Dwufazowe (
α
+
γ
2
) takie jak: CuAl6Si2Fe, CuAl10Fe3Mn2, CuAl10Ni5Fe4 obrabia
ć
plastycznie
mo
ż
na tylko w temperaturach podwy
ż
szonych, kiedy wyst
ę
puje faza
β
. Wykazuj
ą
w tych
temperaturach skłonno
ść
do rozrostu ziaren, dlatego dodaje si
ę
pierwiastki stopowe takie
jak:
Fe, Mn, Si i Ni. Pierwiastki te podwy
ż
szaj
ą
te
ż
własno
ś
ci mechaniczne. Br
ą
zy dwufazowe
mo
ż
na hartowa
ć
i odpuszcza
ć
a uzyskane własno
ś
ci mechaniczne s
ą
zbli
ż
one do
uzyskiwanych w stalach niestopowych
ś
redniow
ę
glowych.
CuAl10Ni3Fe2-C, wy
ż
arzony
CuAl10Ni3Fe2-C, hartowany
A. Krajczyk
Gatunek
R
m
[MPa]
A [%]
HB
CuAl8 - jednofazowy
Stan wy
ż
arzony
400
50
80
CuAl10Ni5Fe4 -
dwufazowy
Przykładowe własno
ś
ci mechaniczne
Wy
ż
arzony
650
5
160
Po obróbce cieplnej.
Hartowanie i
odpuszczanie
780
9
250
1. Jednoskładnikowy, CuAl9-C,
2. Wieloskładnikowe, CuAl10Fe2-C, CuAl10Ni3Fe5Ni5-C,
CuAl11Fe6Ni6-C - mo
ż
na obrabia
ć
cieplnie.
Br
ą
zy aluminiowe odlewnicze
Przykładowe zastosowanie
Przykładowe zastosowanie
Silnie obci
ąż
one i nara
ż
one na
ś
cieranie i korozj
ę
cz
ęś
ci maszyn,
w przemy
ś
le okr
ę
towym, lotniczym, chemicznym
.
Br
ą
zy berylowe
Nale
żą
do grupy br
ą
zów specjalnych i wyró
ż
niaj
ą
si
ę
bardzo dobrymi
własno
ś
ciami mechanicznymi.
Ich zasadnicz
ą
wad
ą
jest to,
ż
e beryl nale
ż
y do pierwiastków bardzo drogich i
deficytowych.
W skorupie ziemskiej jest go jedyni 0,0002%.
Beryl rozpuszcza si
ę
w miedzi w
temperaturze 866
0
C w ilo
ś
ci 2,7%
a temperaturze 300
0
C tylko 0,2%.
a temperaturze 300 C tylko 0,2%.
W zwi
ą
zku z tym stopy te mo
ż
na
przesyca
ć
(800 - 820
0
C) i starzy
ć
(300 - 350
0
C).
Po przesyceniu
; R
m
= 300 –
600MPa, HB = 130, A = 30%,
Po starzeniu
: R
m
= 1150 –
1200MPa, HB = 320, A = 1,5%
Wła
ś
ciwo
ś
ci:
Bardzo dobre własno
ś
ci spr
ęż
yste i
du
ż
a odporno
ść
na
ś
cieranie, du
ż
a
odporno
ść
na korozj
ę
.
Zastosowanie:
Spr
ęż
yny, membrany, narz
ę
dzia nie
daj
ą
ce iskry (tankowce, materiały
wybuchowe)
Stopie
ń
odkształcenia plastycznego [%]
Własno
ś
ci:
Bardzo dobre własno
ś
ci spr
ęż
yste i du
ż
a odporno
ść
na
ś
cieranie, du
ż
a odporno
ść
na
korozj
ę
.
Zastosowanie:
Spr
ęż
yny, membrany, narz
ę
dzia nie daj
ą
ce iskry (tankowce, materiały wybuchowe)
Br
ą
z berylowy po przesyceniu i starzeniu.
Na tle roztworu stałego
α
= Cu(Be)
wydzielenia fazy CuBe
MIEDZIONIKLE
Stopy miedzi o zawarto
ś
ci niklu powy
ż
ej 5%. Tworz
ą
układ równowagi ci
ą
głej.
Stosowane na rury wymienników ciepła, urz
ą
dzenia klimatyzacyjne, itp. (CuNi9Sn2,
CuNi30Fe1Mn1 – C), oraz do wyrobu monet (CuNi25).
A. Krajczyk