WMiIM Zespół Grupa II rok 3 6 Metalurgia |
Temat ćwiczenia: Mikroskopowe badania stopów metali nieżelaznych |
Ocena: |
Data: 13.01.2003 r. Poniedziałek 10:45 |
Nazwisko i imię: Świderska Jolanta |
Uwagi: |
Metalami nieżelaznymi nazywa się wszystkie metale nie będące żelazem, a stopy metali nieżelaznych to stopy utworzone na bazie innych metali niż żelazo. Zastosowanie metali nieżelaznych i stopów metali nieżelaznych wynika z ich szczególnych własności fizycznych. Najszersze zastosowanie przemysłowe, szczególnie na części maszyn i elementy konstrukcyjne, mają aluminium i miedź oraz ich stopy.
Aluminium i jego stopy
Aluminium jest metalem barwy srebrzystobiałej, bardzo miękkim i plastycznym. Występuje w przyrodzie w glinie, kaolinie i boksycie w postaci Al2O3. Temperatura topnienia aluminium wynosi 660˚C. Należy do grupy metali lekkich. Ma dobre przewodnictwo elektryczne (stanowi 66% przewodnictwa elektrycznego miedzi), odporność korozyjną i mały ciężar właściwy. Niskie własności wytrzymałościowe czystego aluminium ograniczają jego zastosowanie w postaci czystej jako materiału konstrukcyjnego.
Największe znaczenie i najbardziej rozpowszechnione spośród stopów odlewniczych aluminium są siluminy będące stopami aluminium zawierającymi 11 - 14% Si. Siluminy cechują się bardzo dobrymi własnościami odlewniczymi. Bardzo dobra lejność, mały skurcz i mała skłonność do pękania sprawia, że można z nich uzyskiwać droga odlewania elementy o skomplikowanych kształtach i cienkich ściankach.
Modyfikacja siluminów jest procesem prowadzonym w celu poprawy ich własności.
Modyfikację siluminów podeutektycznych i eutektycznych prowadzi się dodając najczęściej do stopu sód w postaci fluorku sodu w ilości nie przekraczającej 0,1%. W przypadku siluminów nadeutektycznych modyfikację przeprowadza się za pomocą fosforu, a podeutektycznych za pomocą sodu. Proces modyfikacji powoduje dwukrotny wzrost wytrzymałości stopu.
Stopy do przeróbki plastycznej to stopy wieloskładnikowe zawierające najczęściej Mg i Mn lub Mg, Mn i Cu. Cecha tych stopów jest możliwość ich obróbki cieplnej w procesie utwardzania wydzieleniowego.
Siluminy Al-Mg są dobrze spawalne, mało wytrzymałościowe
Hydronalium zawiera Mg i Mn , stop wykazuje odporność na korozję wody morskiej.
Dural (Al-Cu) ma najlepsze właściwości wytrzymałościowe w wyniku utwardzania wydzieleniowego.
Utwardzanie wydzieleniowe - obróbka cieplna, której podlega szereg stopów aluminium. Składa się z dwóch następujących bezpośrednio po sobie procesów:
przesycania - proces podlegający na uzyskiwaniu przesyconego roztworu stałego. Osiąga się poprze nagrzanie stopu i szybkie schłodzenie .
starzenie - proces zachodzący wskutek dążenia przez stop znajdujący się w stanie metastabilnym do stanu równowagi.
Miedź i jej stopy
Miedź jest metalem bardzo miękkim, o niskiej wytrzymałości na rozciąganie, o bardzo dobrych własnościach plastycznych. Ma barwę czerwonawą. Charakteryzuje się wysoką przewodnością elektryczną oraz przewodnictwem cieplnym. Na powietrzu czysta miedź pokrywa się warstwą zasadowego węglanu miedzi zw. patyną, która chroni przed korozją.
Mosiądze - stopy miedzi, w których głównym składnikiem jest cynk. Wzrost zawartości Zn w mosiądzach powoduje wzrost własności mechanicznych, a także zmianę zabarwienia. Mosiądze dzielimy ze względu na:
strukturę - jednofazowa, przejściowa, dwufazowa
skład chemiczny - specjalne, wieloskładnikowe, stopowe
zastosowanie - mosiądze odlewnicze, do przeróbki plastycznej
Mosiądze można obrabiać cieplnie. Wyżarzanie ujednoradniające prowadzone w temp. 800 - 500˚Cprowadzi do pewnego wyrównania składu chemicznego stopu wcześniej odlanego.
Ważną cechą mosiądzów jest odporność na korozję atmosferyczną. W pewnych warunkach jednak podlegają korozji. Do najgroźniejszych jej form można zaliczyć:
odcynkowanie - zachodzi w obecności niektórych elektrolitów zwłaszcza zawierających jony Cl. Zn i Cu przechodzą do roztworu, z którego następnie wydziela się z powrotem Cu w postaci gąbczastej.
sezonowe pękanie - korozja naprężeniowa - polega na selektywnym oddziaływaniu ośrodków korozyjnych na granice ziarn elementów z mosiądzu, w których występują naprężenia wewnętrzne.
Brązy - stopy miedzi z innymi metalami z wyjątkiem Zn i Ni. Poważnym ograniczeniem brązów jest ich wysoka cena ze względu na cynę, która jest drogim metalem.
W zależności od głównego składnika rozróżnia się brązy: cynowe, aluminiowe, berylowe. Ze względu na przeznaczenie: brązy odlewnicze i do przeróbki plastycznej.
Brązy cynowe (Cu-Sn) odlewnicze cechuje mały skurcz. Do przeróbki plastycznej stosuje się brązy o zawartości ok. 4-6% Sn. Stosuje się w przemyśle okrętowym, papierniczym, chemicznym i maszynowym.
Brązy aluminiowe (Cu-Al) stosuje się jako brązy odlewnicze i do przeróbki plastycznej (2-4%Al). Poddaje się je ulepszaniu cieplnemu. Mają dobre własności wytrzymałościowe. Są twarde.
Brązy berylowe (Cu-Be) wyróżniają się bardzo wysokimi własnościami mechanicznymi. Mają wysoką granicę plastyczności, dużą twardość i odporność na ścieranie. Odporność na korozję jest równa odporności miedzi. Mają zastosowanie w przemyśle wojskowym.
Stopy łożyskowe - stopy przeznaczone do panewki łożysk ślizgowych. Najczęściej są to stopy Sn i Pb. Mają dobrą smarowność, wysoką odporność korozyjną, dobre przewodnictwo cieplne, odporność na ścieranie, mały współczynnik tarcia, dobrą plastyczność, odporność na zmęczenie, dużą udarność, dobre własności odlewnicze.
Najczęściej jako stopy łożyskowe stosuje się babbity. W stanie lanym mają miękką drobnoziarnistą osnowę będącą eutektyką bogatą w Sn, w której rozmieszczone są twarde nośne kryształy.
Stop Heuslera - Cu2MnAl i Cu2MnSn.
Stop Heuslera Cu2MnAl ma magnetyczną strukturę, którą Mn stanowi w tym stopie. Jest to stop o zawartości powyżej 20% Mn i powyżej 9% Al. Na podstawie danych eksperymentalnych uzyskanych z wykorzystaniem magnetycznego rozpraszania neutronów wiadomo, że Cu2MnAl jest ferromagnetykiem w którym rozkład gęstości namagnesowania w pozycji Mn jest prawie sferycznie symetryczny i związany jedynie ze spinowym momentem magnetycznym manganu. Ponadto dotychczasowe badania neutronowe pokazują, że polaryzacja elektronów przewodnictwa jest równoległa do wypadkowego namagnesowania, podczas gdy zazwyczaj w stopach 3d jest antyrównoległa.