Stopy metali nieżelaznych

Zastosowanie

Wykorzystanie stopów aluminiowo-

litowych na elementy samolotu

pasażerskiego

Wykorzystanie stopów aluminiowo-

litowych na elementy samolotu

myśliwsko-szturmowego

Wykorzystanie stopów

aluminiowo-litowych na

elementy rakiety kosmicznej

Aluminium (Al) i jego stopy

• Znaczenie techniczne Al – bardzo

duże

• Udział Al w przyrodzie 8% – trzeci

pierwiastek po O

2

i Si; (Fe – 5%)

• Otrzymywanie Al – z boksytu

wytwarza się Al

2

O

3

, a następnie,

poprzez elektrolizę Al o czystości od
99,0 do 99,9%

Własności aluminium

• Liczba atomowa – 13, masa atomowa 26,9 Al,

gęstość – 2,69 g/cm

3

• Krystalizuje w sieci regularnej ściennie

centrowanej typu A1 (g)

• Temperatura topnienia Al – 660,4

o

C, wrzenia –

2494

o

C

• W stanie wyżarzonym: Rm = 70 – 120MPa (dla Fe

– 350MPa), Re = 20 – 40 MPa (dla Fe – 180MPa),

• W stanie zgniecionym (60 – 80% zgniotu): Rm =

140 – 230MPa, Re = 120 – 180 MPa

Wpływ domieszek na przewodność

elektryczną

(Al ma 65% przewodności

elektrycznej Cu)

A
u

Fe

Si

C
u

Mg

Mn

Ti

Cr

V

Zastosowanie czystego

aluminium

• Czyste (rafinowane) Al – w elektronice

i elektrotechnice, do budowy
specjalnej aparatury chemicznej

• Czyste Al – na przewody elektryczne,

wymienniki ciepła, na opakowania
artykułów spożywczych (w postaci
folii)

• Czyste Al – do wytwarzania stopów

• Niskie własności wytrzymałościowe Al

można zwiększyć nawet kilkakrotnie
– przez wprowadzanie pierwiastków
stopowych

• W porównaniu ze stalami stopy Al

cechują się znacznie mniejszą masą, a
w niższej temperaturze – większą
udarnością

Ze względu na sposób

wytwarzania stopy Al dzieli

się na:

• stopy do obróbki plastycznej

umacniane zgniotowo

• stopy utwardzane wydzieleniowo
• stopy odlewnicze

Ogólna klasyfikacja stopów Al

Ogólna klasyfikacja stopów

Al

Stopy Al do obróbki

plastycznej umacnianych

zgniotowo

Ogólna klasyfikacja stopów

Al

Ogólna klasyfikacja stopów

Al

Stopy Al z Mg do obróbki

plastycznej – hydronalia

• Zawierają 0,7 – 5,8% Mg, oraz niewielki

dodatek Mn, niekiedy Cr, Si, Fe lub Cu

• Podwyższone własności mechaniczne,

odporność na korozję w środowisku
wody i wody morskiej, dobra spawalność
i podatność na głębokie tłoczenie

• Na średnio obciążone elementy w

przemyśle okrętowym i lotniczym oraz w
urządzeniach przemysłu spożywczego

Utwardzane dyspersyjne stopów

Al z Cu

I stadium

• W wyniku przesycania Al miedzią tworzy się

roztwór  w stanie metastabilnym

• I stadium starzenia – tworzą się skupiska

atomów Cu zwane strefami GP (Guiniera-
Prestona)

fazą stałą


strefa GP

Utwardzane dyspersyjne stopów

Al z Cu

I stadium

• Różnice średnic atomów Al i Cu

powodują znaczne odkształcenia
sprężyste i naprężenia sieci i
wyniku tego – umocnienie stopu

• Zakończenie procesu związane jest

z ustabilizowaniem się twardości, a
w strefach GP znajduje się 50%Cu

Utwardzane dyspersyjne stopów

Al z Cu

II i III stadium

• II stadium (> 100

o

C) – tworzenie się fazy

przejściowej powodującej dalsze umocnienie stopu

• III stadium (> 200

o

C) – wydzielanie fazy (CuAl

2

) o

sieci półkoheretnej z osnową; spadek umocnienia

fazą przejściowa ”

fazą równowagowa
(CuAl

2

)

Utwardzanie wydzieleniowe

stopów aluminium z miedzią

-
50

o

C

-5

10
0

15
0

20
0

20

Stopy aluminium z krzemem

(siluminy) wykres równowagi

Al-Si

Stopy aluminium z krzemem

(siluminy)

Zakresy stężenia stopów Al-Si

Wieloskładnikowe stopy Al-Si

Przekrój izotermiczny wykresu Al-Mg-

Si

Zastosowanie stopów

odlewniczych Al-Si

Siluminy (eutektyczne i nadetektyczne),

ze względu na znaczną żarowytrzymałość

stosowane są na wysoko obciążone tłoki

silników spalinowych.

Siluminy podeutektyczne – na silnie

obciążone elementy dla przemysłu

okrętowego i elektrycznego, pracujące w

podwyższonej temperaturze i w wodzie

morskiej.

Wieloskładnikowe siluminy – na głowice

silników spalinowych.

Stopy aluminium z miedzią

(durale)

Wykres równowagi Al-Cu

Stopy aluminium z miedzią

Zakresy stężeń Al-Cu

Zakresy stężenia stopów Al-Cu

Zakresy stężenia i własności

stopów Al-Cu

Zastosowanie

wieloskładnikowych stopów

aluminium z miedzią i Mn, Mg,

Si, Ni, Ti

Żarowytrzymale stopy Al-Cu-Mn-Mg-Si-Ni
stosowane są na elementy konstrukcyjne
wytwarzane z wykorzystaniem obróbki
plastycznej, głównie kucia matrycowego,
pracujące do 350

o

C, w szczególności na

elementy konstrukcji lotniczych, środków
transportu i maszyn.

Miedź (Cu) i jej stopy

• Znaczenie techniczne Cu – bardzo

duże

• Udział Cu w przyrodzie – poniżej 1%
• Otrzymywanie Cu – z rud

siarczkowych: Cu

2

S, Cu

3

FeS

2

,

CuFeS

2

, Cu

2

O

Własności miedzi

• Liczba atomowa – 29, masa atomowa 63.5,

gęstość – 7,63 g/cm

3

• Krystalizuje w sieci regularnej ściennie

centrowanej typu A1 ()

• Temperatura topnienia – 1084,9

o

C, wrzenia –

2595

o

C

• W stanie wyżarzonym: Rm = 200 – 250MPa, Re

= 35 MPa

• W stanie zgniecionym: Rm = 400 – 450MPa

Wpływ domieszek na

przewodność elektryczną

P
b

S

N
i

S
n

N
i

A
s

Si

P

Zastosowanie miedzi

Miedź jest stosowana w:
 elektrotechnice na przewody w

energetyce

• przemyśle chemicznym i

motoryzacyjnym na chłodnice

• budownictwie na rury do instalacji

ciepłej i zimnej wody, ogrzewania,
ciekłego paliwa

Przewody ziemne –zwykle

miedziana

Linie wysokiego napięcia

Cu i Al Jako

materiały na

przewody

elektryczne

• Przewodność elektryczna właściwa MS/m:

MS/m

Al

= 0,65%MS/m

Cu

,

• czyli: MS/m

Cu

/MS/m

Al

= 1,54

• Stąd: S

Al

/S

Cu

= 1,54

• Ciężar właściwy: 

Al

= 2,7 g/cm

3

, 

Cu

= 8,9

g/cm

3

,

• Re

Al

= 20 – 40 MPa,Re

Cu

= 35MPa,

• Ciężar przewodu Cu do ciężaru przew. Al. = 2,1

Al

C
u

Klasyfikacja stopów miedzi

Ze względu na sposób

wytworzenia wyrobu stopy
miedzi dzieli się na:

• odlewnicze
• kształtowane metodami obróbki

plastycznej (na zimno lub gorąco)

Klasyfikacja stopów miedzi

Ze względu na skład chemiczny

wyróżnia się stopy:

• Mosiądze (stopy miedzi z cynkiem +

inne składniki)

• Miedzionikle (stopy z cynkiem i

niklem )

• Brązy (cynowe, aluminiowe,

manganowe, berylowe)

Układ Cu-Zn

Pozostałe metale nieżelazne i

ich stopy

• Nikiel, stopy niklu
• Cynk, stopy cynku
• Magnez i jego stopy
• Cyna i ołów i ich stopy
• Kobalt i jego stopy
• Metale szlachetne i ich stopy
• Stopy metali nieżelaznych z pamięcią

kształtu

Pytania

• Jakie są własności fizyczne, chemiczne i

mechaniczne aluminium?

• W jaki sposób sklasyfikowano stopy

aluminium?

• Jaki jest skład chemiczny oraz struktury i

własności odlewniczych stopów
aluminium?

• Techniczne zastosowanie aluminium i

jego stopów?

Pytania

• Jakie są własności fizyczne, chemiczne i

mechaniczne miedzi?

• W jaki sposób sklasyfikowano miedź?
• Czym się charakteryzują mosiądze i

miedzionikle?

• Czym się charakteryzują różnego rodzaju

brązy? Na czym polega ich obróbka cieplna?

• Zastosowanie techniczne miedzi i jej

stopów?