Stopy miedzi - Notatki - Materiałoznastwo - Część 3, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology
mellow_99
mellow_9914 March 2013

Stopy miedzi - Notatki - Materiałoznastwo - Część 3, Notatki'z Materiałoznastwo. Warsaw University of Technology

PDF (635.1 KB)
15 strona
1000+Liczba odwiedzin
Opis
W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: stopy miedzi, składy chemiczne.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 15
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
11_Stopy_CuAlMgLiTi cz3.pdf

168 JW

Stan stopu osi gni!ty w wyniku starzenia naturalnego nie jest trwa"y. Je#li stop tak

umocniony zostanie nagrzany do temperatury 200 250°C i wytrzymany przez krótki okres

czasu (2 3 min) w tej temperaturze, to umocnienie zaniknie w"asno#ci stopu b!d odpowiada"y

tym, jakie stop mia" w stanie #wie$o przesyconym, przy czy czym stop zyskuje ponownie

zdolno#% do starzenia naturalnego. Zjawisko to nazywa si!nawrotem. Przyczyn nawrotu jest

rozpuszczanie si! nietrwa"ych stref G-P o ma"ych rozmiarach i powrót do struktury pierwotnie

przesycnego roztworu sta"ego o równomiernym roz"o$eniu atomów rozpuszczonych. Po

ostudzeniu stop mo$e by% powtórnie starzony i b!dzie ulega" umocnieniu.

9.3. 4. Wy arzanie stopów aluminium

Stopy aluminium mo$na poddawa% nast!puj cym rodzajom wy$arzania:

! wy$arzaniu ujednorodniaj cemu,

! wy$arzaniu zmi!kczaj cemu,

! wy$arzaniu rekrystalizuj cemu,

! wy$arzaniu odpr!$aj cemu.

Wy arzanie ujednorodniaj!ce przeprowadza si! g"ównie w celu ujednorodnienia struktury,

zw"aszcza odlewów. Polega ono na nagrzaniu stopu do temperatury, w której ma on struktur!

roztworu sta"ego, wygrzaniu w tej temperaturze przez d"u$szy okres czasu (2 12 godzin) i

nast!pnie powolnym ch"odzeniu.

Wy arzanie zmi"kczaj!ce ma na celu zmniejszenie twardo#ci i polepszenie plastyczno#ci

stopu poprzez koagulacj! wydzielonych faz. Przeprowadza si! je w zakresie temperatur le$ cych

poni$ej krzywej granicznej rozpuszczalno#ci. W praktyce stopy aluminium w zale$no#ci od

sk"adu wy$arza si! w temperaturze 320 400°C przez 2 3 godziny. Stopy wy$arzone

zmi!kczaj co maj ni$sz twardo#% i wytrzyma"o#% ni$ stopy przesycone. Wysoka plastyczno#%

stopów uzyskana w wyniku wy$arzania u"atwia ich walcowanie, kucie i inne rodzaje przeróbki

plastycznej na zimno.

Wy arzanie rekrystalizuj!ce przeprowadza si! w celu usuni!cia niektórych skutków zgniotu

zwykle w temperaturze nieco wy$szej od temperatury rekrystalizacji (300 400°C). Wy$arzanie

to przeprowadza si! jako zabieg mi!dzyoperacyjny w czasie obróbki plastycznej na zimno lub

jako zabieg ko&cowy, nale$y jednak pami!ta%, $e w niektórych przypadkach mo$e ono

spowodowa% nadmierny rozrost ziarn, np. gdy nast pi" zgniot krytyczny lub gdy temperatura

wy$arzania by"a zbyt wysoka, wzgl!dnie gdy czas wy$arzania by" zbyt d"ugi.

Wy arzanie odpr" aj!ce ma na celu usuni!cie napr!$e& w"asnych, zw"aszcza w odlewach

kokilowych. Temperatura wy$arzania wynosi, zale$nie od gatunku stopu, 200 300°C. Po

wy$arzaniu stosowane jest powolne ch"odzenie.

10. Magnez i jego stopy

Ze wzgl!du na swoj g!sto#% (1,74 g/cm 3 ) magnez jest zaliczany do najl$ejszych metali.

Temperatura topnienia czystego magnezu wynosi 650°C, temperatura topnienia stopów magnezu

460 ÷ 650°C, w zale$no#ci od ilo#ci i rodzaju sk"adników stopowych.

Magnez jest metalem bardzo aktywnym chemicznie i podobnie jak aluminium, "atwo " czy si! z

tlenem, tworz c na powierzchni warstewk! tlenku MgO. Warstewka ta jest jednak ma"o szczelna

i nie chroni metalu przed korozj . Z tego powodu magnez i jego stopy s na ogó" nieodporne na

korozj! (wyj tek stanowi atmosfera suchego powietrza). W temperaturze 600 650°C magnez

zapala si! i p"onie o#lepiaj co bia"ym p"omieniem, co wywo"uje konieczno#% stosowania

specjalnych #rodków zabezpieczaj cych przy jego topieniu i odlewaniu.

Czysty magnez ma niewielk wytrzyma"o#% i plastyczno#%, np. w postaci lanej Rm = 78

120 MPa, A5 = 4 6 w postaci walcowanej Rm = 160 180 MPa, A5 = 5 6%. W zwi zku z

tym magnez nie znajduje zastosowania jako materia" konstrukcyjny. Wykorzystywany jest on

natomiast w pirotechnice (do produkcji rakiet sygnalizacyjnych i lotniczych bomb zapalaj cych),

w przemy#le chemicznym, w energetyce j drowej (jako ciek"y no#nik ciep"a w niektórych

docsity.com

169 JW

typach reaktorów) oraz w metalurgii jako odtleniacz. W postaci stopów z miedzi i niklem

u$ywany jest tak$e jako modyfikator $eliw.

W Polsce magnez otrzymuje si! przez redukcj! termiczn tlenku magnezu dolomitu. Zgodnie

z PN-79/H-82161 produkowane s dwa gatunki magnezu: Mg 99,95 (zawieraj cy 99,95% Mg,

reszta to Al, Zn, Fe, Si, Cu i inne) i Mg 99,9 (zawieraj cy 99,9% Mg). Pierwszy jest

przeznaczony dla przemys"u chemicznego i celów specjalnych, drugi - do produkcji stopów

magnezu i stopów z magnezem.

Znacznie szersze zastosowanie przemys"owe znajduj stopy magnezu, które cz!sto osi gaj

wytrzyma"o#% Rm = 300 340 MPa. G"ównymi sk"adnikami tych stopów obok magnezu s :

a) aluminium (do 11%), które podwy$sza w"asno#ci wytrzyma"o#ciowe i twardo#%, a w

stopach odlewniczych polepsza lejno#% i zmniejsza skurcz; wzrost zawarto#ci aluminium w

stopie wywo"uje jednak zwi!kszenie krucho#ci na gor co;

b) cynk (do 7%) polepszaj cy zarówno w"asno#ci wytrzyma"o#ciowe, jak i plastyczne;

c) mangan zwi!kszaj cy odporno#% na korozj! i wywo"uj cy rozdrobnienie ziarna; w stopach

nie zawieraj cych aluminium zawarto#% manganu dochodzi do 5%, w stopach z aluminium,

które zmniejsza rozpuszczalno#% manganu w magnezie, wynosi kilka dziesi!tnych procentu;

d) cyrkon (do 1%) polepszaj cy w"asno#ci mechaniczne i obrabialno#% stopów wywo"uje

rozdrobnienie ziarna);

e) cer, tor i metale ziem rzadkich (lantan, neodym, prazeodym) polepszaj ce w"asno#ci w

temperaturach podwy$szonych. Spotyka si! równie$ stopy magnezu zawieraj ce takie dodatki

stopowe, jak: krzem, wap&, kadm i nikiel, przy czym zawarto#% ich zwykle nie przekracza 1%.

Inne pierwiastki wyst!puj w stopach magnezu w nieznacznych ilo#ciach i poza berylem

dodawanym w celu zmniejszenia sk"onno#ci magnezu do zapalania si! podczas odlewania,

pochodzenie ich jest przypadkowe.

Osobn , najm"odsz grup! stopów magnezu stanowi stopy z litem (zawieraj ce do

kilkunastu % Li), których g!sto#% (1,35 1,62 g/cm 3 ) jest znacznie mniejsza ni$ pozosta"ych

stopów magnezu (ok. 1,80 g/cm 3 ).

Ogólnie stopy magnezu dziel si! na odlewnicze i do przeróbki plastycznej. W obu tych

grupach podstawowymi typami s podwójne stopy magnez-mangan oraz wielosk"adnikowe

stopy magnez-aluminium-cynk-mangan i magnez-cynk-cyrkon. W krajach wysoko

uprzemys"owionych (WNP, USA) na bazie tych podstawowch typów stopów opracowano i

wprowadzono do przemys"u wiele stopów pochodnych, zawieraj cych dodatkowo cer, tor,

lantan, neodym i inne, a wi!c pierwiastki powoduj ce wyra'ny wzrost w"asno#ci mechanicznych

w temperaturach podwy$szonych. Sk"ad chemiczny krajowych stopów magnezu podano w tabl.

9.1.

Stopy magnezu, podobnie jak wi!kszo#% stopów aluminium, mo$na obrabia% cieplnie

(przesyca% i starzy%), gdy$ rozpuszczalno#% g"ównych sk"adników stopowych (aluminium,

cynku i manganu) w magnezie jest ograniczona i zmniejsza si! z obni$eniem temperatury.

Obróbka ta jednak tylko w niewielkim stopniu polepsza w"asno#ci mechaniczne stopów i rzadko

jest stosowana. Wyj tkiem s stopy odlewnicze, zawieraj ce powy$ej 6% aluminium, które po

obróbce cieplnej maj wytrzyma"o#% o 40 50% wy$sz .

Na przyk"ad, stop GA8 w stanie surowym ma wytrzyma"o#% na rozci ganie 150 MPa. Po

przesyceniu w temperaturze w temperaturze 415°C (w czasie 20h, ch"odzenie na powietrzu) w

starzeniu w temperaturze 175°C (w czasie 16 h) jego wytrzyma"o#% wzrasta do 230 MPa.

Z regu"y natomiast odlewy ze stopów magnezu poddaje si! wy$arzaniu odpr!$aj cemu w

temperaturze 200 250°C.

Zastosowanie stopów magnezu zale$y od ich sk"adu chemicznego i w"asno#ci. Na przyk"ad

stopy odlewnicze przeznaczone s na: GA3 - korpusy pomp i armatury, GA6 - odlewy cz!#ci

lotniczych i samochodowych, obudowy przyrz dów aparatów, GA8 - silnie obci $one cz!#ci

lotnicze, cz!#ci aparatów fotograficznych maszyn do pisania, GRE3 - skomplikowane odlewy

pracuj ce w temp. do 250°C; stopy przerabialne plastycznie; GA6 - na obci $one elementy

konstrukcji lotniczych, poszycia samolotów i #mig"owców itd. Dok"adne w"asno#ci i g"ówne i

zastosowania wszystkich krajowych stopów magnezu podaj odpowiednie Polskie Normy.

docsity.com

170 JW

Warto doda%, $e zakres stosowania stopów magnezu jako tworzywa konstrukcyjno w

lotnictwie, kosmonautyce, budowie rakiet i energetyce j drowej, w przemy#le #wiatowym stale

wzrasta. Coraz szerzej stopy magnezu stosuje si! w przemy#le elektronicznym i

elektrotechnicznym, poligraficznym, samochodowym, transporcie kolejowym itp.

Tablica 9.1 Sk!ad chemiczny krajowych stopów magnezu

Sk"ad chemiczny, % (reszta magnez)

Cecha

stopu

Rodzaj stopu Al

Zn

Mn

Zr

inne

zanieczy-

szczenia

ogó"em,

max

GA8* 7,5 9,0 0,2 0,8 0,15 0,5 - - 0,5

GA10 9,0 10,2 0,6 1,2 0,1 0,5 - - 0,5

GZ5 - 4,0 5,0 - 0,6 1,1 - 0,2

GZ6 - 5,5 6,6 - 0,7 1,1 0,2 0,8Cd 0,2

GN3 - 0,1 0,7 - 0,4 1,0 2,2 2,8Nd 0,2

GRE3

odlewniczy

- 0,2 0,7 - 0,4 1,0 2,5 4,0RE* 0,2

GM - - 1,3 2,5 - - 0,2

GA3 3,0 4,0 0,2 0,8 0,15 0,5 - - 0,5

GA6 5,5 7,0 0,5 1,5 0,15 0,5 — - 0,7

GA5 5,0 7,0 2,0 3,0 0,2 0,5 - - 0,7

GA8 7,8 9,2 0,2 0,8 0,15 0,5 - - 0,7

GZ3 - 2,5 4,0 - 0,5 0,9 - 0,5

GZ5 - 4,0 5,5 - 0,5 0,9 - 0,5

GME

do przeróbki

plastycznej

- - 1,5 2,5 - 0,15 0,35C 1,0

* Norma zawiera jeszcze stop GA8A ró$ni cy si! od stopu GA8 tylko dopuszczaln zawarto#ci

zanieczyszcze&, wynosz c 0,13%.

** RE — mieszanina pierwiastków ziem rzadkich, zawieraj ca min. 45% ceru.

11. Tytan i jego stopy

Tytan jest metalem o du$ej wytrzyma"o#ci, zarówno w temperaturze otoczenia, jak i

temperaturach podwy$szonych, stosunkowo ma"ej g!sto#ci i du$ej odporno#ci na korozj! w

powietrzu, wodzie morskiej i wielu #rodowiskach agresywnych.

Tytan wyst!puje w dwóch odmianach alotropowych " i #. Odmiana " (Ti$") istniej ca do

temperatury 882°C krystalizuje w sieci heksagonalnej zwartej, natomiast odmiana # (Ti$#)

istniej ca powy$ej temperatury 882°C a$ do temperatury topnienia (1668°C) krystalizuje w sieci

regularnej przestrzennie centrowanej.

W temperaturze otoczenia czysty tytan ma kolor srebrzysty i przypomina wygl dem stal

nierdzewn lub nikiel. G!sto#% tytanu a w temperaturze 20°C wynosi 4,507 g/cm 3 , tytanu # w

temperaturze 900°C - 4,32 g/cm 3 . Tytan jest metalem paramagnetycznym.

W"asno#ci mechaniczne tytanu zale$ przede wszystkim od jego czysto#ci, a ta z kolei

zarówno od rodzaju procesu metalurgicznego przerobu rudy tytanowej (proces jodkowy, proces

Krolla, elektroliza), jak i od metody przerobu otrzymanych m procesie pó"wyrobów (topienie

g bki tytanowej, spiekanie proszku). Zwi!kszenie ilo#ci zanieczyszcze& w tytanie zawsze

prowadzi do podwy$szenia jego wytrzyma"o#ci i twardo#ci, a obni$enia w"asno#ci plastycznych,

przy czym bardzo powa$ny wp"yw wywieraj nawet setne cz!#ci procentu zanieczyszcze&.

W przemy#le praktycznie wykorzystuje si! g"ównie tytan produkowana metod Krolla,

zawieraj cy 99,8 98,8% Ti. Taki tytan nosi nazw! tytanu technicznego.

docsity.com

171 JW

Szczególnie cenn w"asno#ci tytanu jest jego wielka odporno#% na korozj! chemiczn ,

dorównuj ca, a w wielu przypadkach przewy$szaj ca odporno#% korozyjn austenitycznych stali

chromowo-niklowych.

Istotn równie$ cech tytanu jest jego silne powinowactwo w stanie nagrzanym i ciek"ym do

gazów atmosferycznych (tlenu, azotu i wodoru), co powoduje, $e we wszystkich prawie

procesach technologicznych, w których tytan zostaje ogrzany do temperatury umo$liwiaj cej

dyfuzj! wymienionych gazów, nale$y stosowa% atmosfery ochronne lub pró$ni!. Praktycznie

tytan jest odporny na dzia"anie atmosfery tlenowej tylko do temperatury 120°C, powy$ej tej

temperatury na powierzchni metalu tworz si! tlenki. Absorpcja i dyfuzja wodoru zaczynaj si!

w temperaturze powy$ej 150°C. Z powietrzem tytan reaguje w temperaturze powy$ej 500°C,

przy czym jego powierzchnia pokrywa si! szczeln warstewk tlenków i azotków. Trzeba jednak

podkre#li%, $e w miar! wzrostu temperatury chemiczna aktywno#% tytanu silnie wzrasta i w

powietrzu tytan zapala si! p"omieniem w temperaturze 1200°C w czystym tlenie - ju$ w

temperaturze 610°C.

11.1. Tytan techniczny

Jak ju$ wspomniano, tytan techniczny zale$nie od gatunku zawiera 0,2-1,2% zanieczyszcze&,

na które sk"adaj si! przede wszystkim tlen, azot, w!giel, $elazo, wodór i krzem.

Zanieczyszczenia te powoduj istotne zmiany w"asno#ci mechanicznych, wyra$aj ce si! we

wzro#cie wytrzyma"o#ci na rozci ganie, granicy plastyczno#ci oraz twardo#ci, a zmniejszeniu

wska'ników w"asno#ci plastycznych. Na przyk"ad, wytrzyma"o#% na rozci ganie tytanu

technicznego zawieraj cego 0,8% zanieczyszcze& wynosi ok. 400 MPa, a tytanu zawieraj cego

1% zanieczyszcze& — ok. 550 MPa.

Tytan techniczny jest produkowany w skali przemys"owej w postaci odlewów, blach cienkich

i grubych, ta#m, pr!tów prasowanych wyp"ywowo i kutych, rur, cz!#ci t"oczonych i kutych.

Podlega obróbce plastycznej na zimno i na gor ce (w temp. 1000-750°C) oraz obróbce

skrawaniem (ostre narz!dzia, obfite ch"odzenie), nie podlega natomiast obróbce cieplnej, a

umacnia si! go jedynie przez zgniot. Mo$na go spawa% "ukowo w os"onie gazów szlachetnych

(argonu lub helu) i elektro$u$lowo, poza tym zgrzewa% punktowo, liniowo i doczo"owo oraz

lutowa% lutami mi!kkimi i twardymi.

Tytan techniczny jest stosowany przede wszystkim w przemy#le lotniczym, zarówno na

elementy silników, jak i kad"ubów samolotów. Wykorzystuje si! go tak$e w przemy#le

okr!towym (cz!#ci silników, armatura, pompy do wody morskiej), chemicznym (aparatura), w

protetyce stomatologicznej i w chirurgii kostnej (nie jest toksyczny dla organizmu ludzkiego)

itd. Maksymalna temperatura pracy nie mo$e przekracza% 300 350°C.

11.2. Stopy tytanu

Wp"yw pierwiastków stopowych na temperatur! przemiany alotropowej tytanu jest ró$ny.

Aluminium, tlen, azot i w!giel podwy$szaj temperatur! przemiany tym samym zwi!kszaj

obszar istnienia tytanu ". St d cz!sto nosz one nazw! stabilizatorów fazy ". Wi!kszo#%

pozosta"ych pierwiastków stopowych (np. moliben, wanad, niob, tantal, chrom, mangan, $elazo,

wodór) obni$a temperatur! przemiany i rozszerza obszar istnienia tytanu #. Te pierwiastki nosz

nazw! stabilizatorów fazy #. Osobn grup! stanowi pierwiastki, których wp"yw na temperatur!

przemiany alotropowej jest nieznaczny. Nale$ tu cyna, cyrkon, tor, hafn i inne. Te pierwiastki

nazywa si! zwykle neutralnymi.

Dwusk"adnikowe uk"ady równowagi faz tytanu z pierwiastkami wchodz cymi w sk"ad

stopów mo$na podzieli% na trzy g"ówne typy, w zale$no#ci od wp"ywu pierwiastka stopowego na

struktur! stopu w stanie równowagi.

Na rysunku 11.1 pokazano uk"ad równowagi typu I, w którym pierwiastek stopowy rozszerza

zakres istnienia roztworu sta"ego " (mi!dzyw!z"owego w przypadku tlenu, azotu i w!gla,

ró$now!z"owego w przypadku aluminium), stabilizuj c faz! " w strukturze stopów. Jak wida%,

docsity.com

172 JW

ze wzrostem zawarto#ci pierwiastka stopowego granice obszaru dwufazowego " + # przesuwaj

si! w kierunku wy$szych temperatur.

Rys. 11.1. Typ I uk"adu równowagi tytan-pierwiastek stopowy

(pierwiastek stopowy podwy$sza temperatur! przemiany alotropowej)

Na rysunku 11.2 przedstawiono uk"ad równowagi typu II, w którym pierwiastek stopowy

rozszerza zakres istnienia roztworu sta"ego #, stabilizuj c w strukturze stopów faz! #. Tego typu

uk"ady równowagi wyst!puj dla molibdenu, wanadu, niobu i tantalu, które znacznie lepiej

rozpuszczaj si! w tytanie #, ni$ w tytanie ", tworz c roztwory sta"e ró$now!z"owe. Przy bardzo

ma"ej zawarto#ci tych pierwiastków w stopie, struktur równowagi w temperaturze pokojowej

b!dzie faza ", przy du$ej - faza #, przy zawarto#ciach po#rednich - mieszanina faz "+ #. W tym

ostatnim przypadku istnieje mo$liwo#% otrzymania w temperaturze pokojowej jednofazowej

struktury # przez szybkie przech"odzenie stopu z temperatury istnienia obszaru trwa"ej fazy #,

ale mo$liwo#% ta jest ograniczona wyst!powaniem bezdyfuzyjnej przemiany typu

martenzytycznego. W wyniku tej przemiany z przech"odzonej fazy # powstaje przesycona faza

", oznaczana na ogó" jako faza "' i maj ca budow! iglast , podobn do martenzytu w stali, ale w

przeciwie&stwie do niego mi!kka i ci gliwa. Stanowi ona modyfikacj! fazy " i krystalizuje

równie$ w sieci heksagonalnej zwartej, tylko o nieco innych parametrach.

Rys. 11.2. Typ II uk"adu równowagi tytan-pierwiastek stopowy (pierwiastek

stopowy obni$a temperatur! przemian alotropowej)

Temperatur! pocz tku przemiany bezdyfuzyjnej dla ró$nych st!$e& pierwiastka stopowego

okre#la na rys. 11.2 kreskowa krzywa Ms. Jak wida%, temperatura ta dla okre#lonego st!$enia

pierwiastka stopowego (zw. st!$eniem krytycznym) staje si! ni$sza od pokojowej. Warunkiem

wi!c uzyskania jednorodnej fazy # w temperaturze pokojowej przez przech"odzenie stopu z

obszaru stabilnej fazy # jest zawarto#% pierwiastka stopowego przekraczaj ca st!$enie

krytyczne. Trzeba jednak podkre#li%, $e tak uzyskana faza # nie jest faz stabiln i w

temperaturach podwy$szonych wykazuje sk"onno#% do rozk"adu (starzenia).

docsity.com

173 JW

W niektórych stopach tytanu (m.in. z Mo, V, Nb, Ta, W i Re) mo$e pojawi% si! faza

martenzytyczna "", b!d ca tak$e przesyconym roztworem sta"ym pierwiastka stopowego w

tytanie, ale krystalizuj ca w uk"adzie rombowym. Powstaje ona przy du$ych zawarto#ciach

sk"adników stopowych, jest drobniejsza ni$ faza "' i bardziej plastyczna. Mo$e wspó"istnie% z

faz " i metastabiln faz #, nie wyst!puje obok fazy "'. Faz "' i "" cz!sto si! nie rozró$nia,

traktuj c je jako jedn faz! typu martenzytycznego.

Uk"adem dwusk"adnikowym tytan-pierwiastek stopowy III typu jest uk"ad z przemian

eutektoidaln (rys. 11.3), podczas której nast!puje rozk"ad roztworu sta"ego pierwiastka

stopowego w tytanie #. Zgodnie z wykresem równowagi produktem przemiany eutektoidalnej

powinna by% mieszanina faz " + % (faza mi!dzymetaliczna). Okazuje si! jednak, $e w stopach

tytanu z niektórymi metalami (tzw. przej#ciowymi), przy ich och"adzaniu z obszaru istnienia

trwa"ej fazy #, dla pewnego zakresu st!$e& przemiana eutektoidaln jak gdyby nie zachodzi i

poni$ej temperatury eutektoidu utrwala si! mieszanina faz " + # (linie kreskowe na rys. 11.3).

Taki nieprawid"owy przebieg przemiany eutektoidalnej wykazuj przede wszystkim podwójne

stopy tytanu z chromem, manganem, kobaltem lub $elazem, na skutek bardzo ma"ej pr!dko#ci

reakcji rozk"adu eutektoidalnego, tote$ przy odpowiedim st!$eniu pierwiastka stopowego i

okre#lonej pr!dko#ci ch"odzenia "atwo mo$na w nich uzyska% dwufazow struktur! " + #.

Rys. 11.3. Typ III uk"adu równowagi tytan-pierwiastek stopowy

(pierwiastek stopowy wywo"uje przemian! eutektoidalna)

Jak wi!c z powy$szych rozwa$a& wynika, stopy tytanu w zale$no#ci od struktury

wyst!puj cej w temperaturze pokojowej (uzyskanej przez odpowiedni dobór sk"adników

stopowych oraz ewentualn obróbk! ciepln ) mo$na podzieli% na trzy g"ówne grupy:

! jednofazowe stopy ",

! dwufazowe stopy " + #,

! jednofazowe stopy #.

Ka$da z tych grup wykazuje charakterystyczne po" czenie w"asno#ci mechanicznych i

technologicznych, decyduj ce o ich przeznaczeniu. Wszystkie stopy tytanu stosowane s przede

wszystkim w przemy#le lotniczym i chemicznym.

Sk"ad chemiczny wa$niejszych przemys"owych stopów tytanu podano tabl. 11.1.

Stopy ". G"ównym sk"adnikiem stopowym w stopach " jest aluminium, które podwy$sza

wytrzyma"o#% i zmniejsza g!sto#%, ale pogarsza plastyczno#%, dlatego, jego zawarto#% ogranicza

si! zwykle do 8%. Równie$ cyna podwy$sza wytrzyma"o#% stopów, nie zmniejszaj c jednak ich

plastyczno#ci i zdolno#ci do odkszta"ce& plastycznych w wysokich temperaturach. Jej zawarto#%

w stopach " nie przekracza 6%. Podobne w"asno#ci wykazuje cyrkon.

Niektóre stopy " obok aluminium zawieraj ma"e ilo#ci (1-2%) niektórych pierwiastków

stabilizuj cych faz! # (Nb, Ta, V, Mo). Dodatek tych pierwiastków z jednej strony podwy$sza

wytrzyma"o#% stopów, z drugiej - polepsza ich zdolno#% do obróbki plastycznej na gor co, co

jest szczególnie wa$ne w przypadku stopów zawieraj cych wi!ksz ilo#% aluminium.

Jednocze#nie wysoka zawarto#% aluminium równowa$y ich wp"yw na struktur!, tak $e stopy

zachowuj jednofazow struktur! ".

docsity.com

174 JW

Wszystkie stopy " cechuje dobra spawalno#% i $arowytrzyma"o#%. Pierwsza w"asno#% jest

wynikiem jednofazowej struktury, druga - obecno#ci aluminium. Stopy a nie podlegaj obróbce

cieplnej poza wy$arzaniem rekrystalizuj cym i wy$arzaniem odpr!$aj cym, stosowanymi

oczywi#cie w razie potrzeby. Umacnia si! je jedynie przez zgniot, podobnie jak tytan techniczny.

Tablica 11.1

Sk!ad chemiczny wa niejszych stopów tytanu

Sk"ad chemiczny, % (reszta tytanu) Oznaczenie stopu

Typ

stopu Al Mo Sn Si V inne

Ti-5Al-2,5Sn, BT5-1 *

5 - 2,5 - - -

RMI 5621

"$

5 1 6 - - 2 Zr

RMI 3A1-2,5V 3 - - - 2,5 -

Ti.4Al-3Mo.lV 4 3 - - 1 -

Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo 6 2 2 - - 4 Zr

Ti-6Al-4V, BT6* 6 - - - 4 -

Ti-6Al-6V-2Sn 6 - 2 - 6 -

Ti-7Al-4Mo 7 4 - - - -

BT3-1 *

5,5 2 - 0,2 - 2 Cr, l Fe

BT4 *

4 - - - - 1,5 Mn

BT8* 6,5 3,5 - 0,2 - -

BT9* 6,5 3,5 - 0,2 - 2 Zr

BT20*

" + #

6 1 - - 1 2 Zr

* Stopy rosyjskie, pozosta"e ameryka&skie.

Stopy " + #. Warunkiem uzyskania dwufazowej struktury " + # jest obecno#% w stopie

odpowiedniej ilo#ci pierwiastków stabilizuj cych faz! #. Najbardziej odpowiednimi zarówno ze

wzgl!du na w"asno#ci ich roztworów w tytanie, jak i cen! s mangan, wanad, molibden, chrom i

$elazo. Wszystkie te pierwiastki rozpuszczaj si! bardzo dobrze w tytanie # i bardzo s"abo w

tytanie ", w zwi zku z czym ich wp"yw na w"asno#ci mechaniczne wyst!puje przede wszystkim

w fazie #. W"asno#ci mechaniczne stopów tej grupy zale$ wi!c od ilo#ci i w"asno#ci fazy #.

Wi!kszo#% jednak stopów " + # oprócz wymienionych pierwiastków zawiera jeszcze

aluminium, które dobrze rozpuszcza si! zarówno w tytanie ", jak i w tytanie #. W takim

przypadku w"asno#ci stopu s wypadkow w"asno#ci obu faz.

Ogólnie wi!c stopy " + # mo$na podzieli% na dwie podgrupy:

a) stopy zawieraj ce tylko pierwiastki stabilizuj ce faz! #,

b) stopy zawieraj ce pierwiastki stabilizuj ce faz! # i aluminium.

Stopy " + # zawieraj ce aluminium cechuj wysokie wska'niki w"asno#ci mechanicznych.

Na rys. 11.4a, b i c pokazano zakresy wytrzyma"o#ci na rozci ganie w podwy$szonych

temperaturach dla poszczególnych typów stopów tytanu, a na rys. 11.4d - krzywe reprezentuj ce

#rednie warto#ci tej wytrzyma"o#ci. Wyra'nie wida%, $e stopy " + # zawieraj ce aluminium s

stopami najbardziej wytrzyma"ymi i w temperaturze pokojowej i w temperaturach

podwy$szonych. Natomiast pozosta"e stopy " + # i stopy " do temperatury oko"o 370°C maj

wytrzyma"o#% zbli$on , powy$ej tej temperatury bardziej wytrzyma"e s stopy "$(wp"yw

aluminium).

Wytrzyma"o#% zm!czeniowa i udarno#% stopów " + # zawieraj cych aluminium s mniej

wi!cej takie same, jak stopów bez aluminium, wytrzyma"o#% na pe"zanie nieco wy$sza. Ponadto

stopy " + # zawieraj ce aluminium cechuje mniejsza g!sto#%, lepsza obrabialno#% skrawaniem i

ni$sza temperatura przemiany martenzytycznej. Przyk"adow mikrostruktur! stopu " + # (BT3-

1) po przeróbce plastycznej okazano na rys. 11.5.

docsity.com

175 JW

Rys. 11.4. Wytrzyma"o#% na rozci ganie w stanie wy$arzonym: a) stopów", b) stopów " + #

nie zawieraj cych aluminium, c) stopów " + # zawieraj cych aluminium; d) #rednia

wytrzyma"o#% na rozci ganie: l — stopów ", 2 — stopów " + # nie zawieraj cych

aluminium, 3 - stopów " + # zawieraj cych aluminium

Rys.11.5. Mikrostruktura stopu tytanu " + # (BT3-1) po obróbce plastycznej. Na tle ciemnych

kryszta"ów # widoczne jasne, iglaste kryszta"y ". Traw. odczynnikiem Krolla. Powi!ksz. 250x

Wytrzyma"o#% wi!kszo#ci stopów " + # mo$e by% dodatkowo podwy$szona przez

odpowiedni obróbk! ciepln , sk"adaj c si! z przech"odzenia i starzenia. Pierwszy proces

polega na nagrzaniu do temperatury istnienia stabilnej fazy # lub nieco poni$ej (tzn. do obszaru

dwufazowego " + #, ale w pobli$u jego górnej granicy), wygrzaniu w tej temperaturze i

nast!pnie szybkim och"odzeniu. W wyniku otrzymuje si! b d' faz! # w stanie nierównowagi,

b d' mieszanin! faz " + #, w której faza # jest tak$e w stanie nierównowagi. W $adnym

przypadku nie wolno jednak dopu#ci% do przemiany martenzytycznej i wydzielenia si! fazy "'.

Proces starzenia polega na nagrzaniu do temperatury 450 600°C, zale$nie od sk"adu

chemicznego obrabianego stopu. Czas wygrzewania i sposób ch"odzenia (powietrze, woda)

równie$ zale$ od sk"adników stopu. W czasie starzenia nast!puje cz!#ciowy rozk"ad nietrwa"ej

fazy # na " + #. Bez wzgl!du na pierwotn struktur! stopu podlegaj cego starzeniu (# czy " +

#), w"asno#ci mechaniczne po starzeniu zale$ od postaci wydziele& fazy " powstaj cej w

wyniku rozk"adu fazy #. oraz od ilo#ciowego stosunku faz " i # .

Przech"odzenie i starzenie zwykle powoduj spadek wska'ników w"asno#ci plastycznych,

natomiast wytrzyma"o#% wzrasta o oko"o 35% w stosunku do wytrzyma"o#ci stopów w stanie

wy$arzonym.

Stopy " + # podlegaj równie$ wy$arzaniu rekrystalizuj cemu i odpr!$aj cemu. podobnie jak

stopy ".

Spawalno#% stopów " + # jest zale$na przede wszystkim od procentowej zawarto#ci

pierwiastków stabilizuj cych faz! #. Przy zawarto#ci do 3% stopy " + # s mniej czu"e na

szybko#% ch"odzenia po spawaniu i wykonane z nich z" cza spawane maj zadowalaj ce

w"asno#ci mechaniczne. Je#li jednak zawarto#% pierwiastków stopowych (bez aluminium)

przekracza 3%, z" cza bezpo#rednio po spawaniu s kruche i wymagaj odpowiedniej obróbki

cieplnej.

docsity.com

176 JW

Stopy #. Trzeci grup! stopów tytanu stanowi jednofazowe stopy #, które mo$na uzyska% b d'

przez odpowiedni zawarto#% pierwiastków stabilizuj cych faz! #, b d' przez przech"adzanie z

obszaru stabilnej fazy # w wy$szych temperaturach, przy st!$eniach sk"adnika stopowego

ni$szych od stanu równowagi. Praktycznie wykorzystuje si! drug metod!, otrzymuj c jednak

stopy # o strukturze niestabilnej.

Obecnie znanych jest kilka seryjnie produkowanych stopów tytanu o strukturze #

(niestabilnej): ameryka&skie Ti-13V-llCr-3Al, Beta 3 (11,5% Mo, 4,5% Sn, 6% Zr) i RMI lAl-

8V-5Fe oraz rosyjskie BT14 (4% Al, 3% Mo, 1% V), BT15 (3% Al. 8% Mo, 11% Cr) i BT16

(2,5% Al, 7,5% Mo).

Stopy # cechuje bardzo wysoka wytrzyma"o#%, zw"aszcza po obróbce cieplnej. Na przyk"ad,

stop Ti-13V-llCr-3Al w stanie wy$arzonym wykazuje wytrzyma"o#% na rozci ganie Rm = 930

MPa, w stanie przech"odzonym i starzonym Rm = 1275 MPa, a po walcowaniu na zimno i

starzeniu Rm = 1750 MPa, co czyni go metalem o najwy$szej wytrzyma"o#ci w"a#ciwej ze

wszystkich tworzyw konstrukcyjnych (g!sto#% stopu wynosi 4,85 g/cm 3 ).

Stopy # s spawalne zarówno w stanie wy$arzonym, jak i starzonym. Równie$ ich obróbka

skrawaniem nie przedstawia wi!kszych trudno#ci.

12. Stopy !o yskowe

Stopy "o$yskowe stanowi specjaln grup! materia"ów stosowanych do wytwarzania i

wylewania panewek "o$ysk #lizgowych. Ze wzgl!du na specyficzne warunki pracy tych "o$ysk,

materia" na panewki musi spe"nia% nast!puj ce warunki:

! wspó"czynnik tarcia mi!dzy powierzchni czopu wa"u a panewk powinien by%

mo$liwie ma"y,

! materia" panewki powinien by% odporny na #cieranie,

! materia" panewki powinien mie% dostateczn wytrzyma"o#% w temperaturze -200°C.

Panadto stopy "o$yskowe powinny by% dostatecznie odporne na korozj! oraz nie wykazywa%

przy odlewaniu sk"onno#ci do likwacji sk"adników. Dlatego stopy "o$yskowe powinny

wykazywa% w"asno#ci twardych materia"ów w celu zapewnienia dostatecznej wytrzyma"o#ci i

uzyskania ma"ego wspó"czynnika tarcia, oraz mi!kkich materia"ów w celu umo$liwienia

panewce dostosowania si! kszta"tu czopu wa"u. Takie skojarzenie przeciwnych sobie w"asno#ci

mo$na uzyska% jedynie w stopach z"o$onych z dwóch lub wi!cej faz o ró$nych w"asno#ciach.

Struktura takich stopów powinna sk"ada% si! z mi!kkiego pod"o$a i mo$liwie równomiernie

roz"o$onych w nim twardych kryszta"ów. W czasie pracy twarde kryszta"y przejmuj obci $enie

i przekazuj je na ca" panewk!. Jednocze#nie ich ilo#% powoduje wytworzenie mi!dzy

powierzchni wa"u i powierzchni panewki pewnej przestrzeni, w której umieszcza si! smar. W

przypadku, gdy poszczególne cz!#ci panewki zostan przeci $one, twarde kryszta"y wgniataj

si! w tych miejscach w mi!kkie pod"o$e i nast!puje wyrównanie obci $enia.

Jako stopy "o$yskowe w praktyce przemys"owej stosuje si! $eliwa, br zy oraz "atwo topliwe

stopy na osnowie cyny, o"owiu, cynku i aluminium. Panewki $eliwne wytwarza si! z szarego

$eliwa perlitycznego, które jest materia najta&szym i mo$e przenosi% do#% du$e naciski

jednostkowe, ale ze wzgl!du na stosunkowo du$y wspó"czynnik tarcia nie nadaje si! do pracy

przy du$ej liczbie obrotów.

Do wyrobu panewek br zowych wykorzystuje si! omówione ju$ (rozdz. 8) br zy cynowe,

o"owiowe, krzemowe itd. Do tego celu stosuje si! tak$e niektóre mosi dze zawieraj cy 3,0

4,5% Si i 2,5 4,0% Pb). Materia"y te maj do#% dobr wytrzyma"o#%, tote$ panewki z nich

wykonane mog pracowa% przy du$ych naciskach jednostkowych i du$ej liczbie obrotów.

Mikrostruktur! panewki "o$yskowej wylanej br zem o"owiowym pokazano na rys. 12.1.

Zgodnie z Polsk Norm PN-82/H-87111 (tabl. 12.1), stopy "o$yskowe na osnowie cyny

(zwane tak$ebabitami cynkowymi) zawieraj 7 12% antymonu i 2,5 6,5 % miedzi. Struktura

tych stopów (rys. 12.2) sk"ada si! z kryszta"ów roztworu sta"ego " antymonu w cynie

(tworz cych mi!kkie pod"o$e) oraz twardych kryszta"ów fazy mi!dzymetalicznej SnSb

(krzepn cych w postaci regularnych sze#cianów) i twardych kryszta"ów fazy mi!dzymetalicznej

docsity.com

177 JW

Cu3Sn (krzepn cych w po"aci igie"). Te ostatnie, charakteryzuj c si! najwi!ksz temperatur

topnienia, krzepn pierwsze, tworz c jak gdyby rodzaj szkieletu, który utrudnia przesuwanie si!

krzepn cych kryszta"ów SnSb i zapewnia ich równomierne rozmieszczenie w roztworze ".

Rys. 12.1. Panewka "o$yska. Od lewej: stal,

ciemna warstewka stopu Sn-Pb oraz br z

o"owiowy sk"adaj cy si! z jasnych kryszta-

"ów miedzi i ciemnych kryszta"ów o"owiu

(osnowa). Nie trawione. Powi!ksz. 100x

Rys. 12.2. Mikrostruktura stopu "o$yskowce na

osnowie cyny ((83), zawieraj cego 11% Sb i 6%

Cu. Na ciemnym tle roztworu sta"ego antymonu w

cynie wida% jasne regularna kryszta"y fazy

mi!dzymetalicznej SnSb oraz iglaste kryszta"y fazy

mi!dzymetaliczne Cu3Sn. Traw. 5% roztworem

HNO3. Powi!ksz. 100x

Tablica 12.1

Sk!ad chemiczny !o yskowych stopów cyny i o!owiu (wg PN-82/H-87111)

oraz stopów cynku (wg PN-80/H-87101)

Sk"ad chemiczny, % Cecha

stopu Sn Sb Cu As Pb 2n inne

(89 reszta 7,25-8,25 2,5-3,5 - - - -

(83 reszta 10,0-12,0 5,5-6,5 - - - -

(83Te reszta 10,0-12,0 5,5-6,5 - max 1,5 - 0,2-0,5 Te

(808

reszta

11,0-13,0

5,0-6,5

0,2-0,5

-

-

1,0-1,5Cd

0,3-0,6 Ni

0,03-0,2 Cr

(16 15,0-17,0 15,0-17,0 1,5-2,0 - reszta - -

(10As 9,0-11,0 13,0-15,0 1,0-2,0 0,5-0,9 reszta - -

(6 5,0-7,0 5,5-7,5 - - reszta - -

Z105 - - 4,5-5,8 - - reszta 9,0-11,5 Al

Z284

-

- 3,0-5,4 - - reszta

26,0-30,0 Al

0,02-0,05 Mg

(o$yskowe stopy na osnowie cyny maj bardzo dobre w"asno#ci, w zwi zku z czym

wykonane z nich panewki mog pracowa% zarówno przy obci $eniach statycznych, jak i

dynamicznych. Ze wzgl!du jednak na wysok cen! i deficytowo#% cyny, w wielu przypadkach

stosuje si! zast!pcze stopy na osnowie o"owiu, w których zawarto#% cyny jest ograniczona do

kilku lub kilkunastu procent, a nawet stopy bezcynowe, zawieraj ce wap&, sód, lit, aluminium i

inne metale.

Krajowe stopy "o$yskowe na osnowie o"owiu zawieraj antymon, cyn!, mied', czasem arsen

lub tellur (tabl. 12.1). W stopach tych mi!kk osnow! stanowi roztwory sta"e pierwiastków

stopowych w o"owiu lub eutektyki, twarde wtr cenia – odpowiednie fazy mi!dzymetaliczne, np.

SnSb, Cu3Sn, SnAs2 itd. – rys.12.3.

(o$yskowe stopy na osnowie cynku (PN-80/H-87101) zawieraj g"ównie aluminium i mied'.

Orientacyjne warunki pracy i zastosowanie znormalizowanych w Polsce stopów "o$yskowych

na osnowie cyny, o"owiu i cynku podano w tabl. 12.2.

docsity.com

178 JW

Spo#ród stopów aluminium na panewki "o$ysk #lizgowych stosuje si! stopy z antymonem i

magnezem, z niklem, a tak$e z miedzi i krzemem. Ich znaczenie jest jednak niewielkie.

Tablica 12.2.

Orientacyjne warunki pracy i zastosowanie stopów !o yskowych (wg PN-82/H-87111 i PN-

80/H-87102)

Cecha

stopu

Orientacyjne warunki pracy

Zastosowanie

(89

odlewane od#rodkowo ta#my bimetalowe na

panewki "o$ysk #lizgowych mocno obci $onych

(83

obci $enia statyczne i dynamiczne: naciski

do 10 MPa, pr!dko#% obwodowa powy$ej 5

m/s, iloczyn nacisku i pr!dko#ci poni$ej 50

MPa • m/s wylewane panewki "o$ysk #lizgowych mocno

obci $onych

(83Te

obci $enia statyczne i dynamiczne: naciski

do 10 MPa, pr!dko#% obwodowa powy$ej 3

m/s, iloczyn nacisku i pr!dko#ci 15 50 MPa

-m/s

panewki "o$ysk #lizgowych mocno obci $onych

(80S

obci $enia statyczne i dynamiczne: naciski

do 19 MPa, pr!dko#% obwodowa do 20 m/s,

iloczyn nacisku i pr!dko#ci do 38 MPa •m/s

panewki "o$ysk turbin parowych oraz wysoko

obci $onych przek"adni z!batych

(16

obci $enia statyczne: naciski do 10 MPa,

pr!dko#% obwodowa powy$ej 1,5 m/s,

iloczyn nacisku i pr!dko#ci do 15 MPa m/s

panewki "o$ysk #rednio obci $onych

(10As

obci $enia statyczne: naciski do 10 MPa,

pr!dko#% obwodowa powy$ej 1,5 m/s,

iloczyn nacisku i pr!dko#ci do 30 Mpa m/s

panewki "o$ysk #rednio obci $onych

(6 obci $enia uderzeniowe ta#my bimetalowe na panewki "o$ysk

samochodowych

Z105

ma"e i #rednie naciski, ma"e i #rednie

pr!dko#ci obwodowe

w warunkach pracy niekorozyjnej zast!puje

br z B555, a nawet stop ( 10As

Z284 naciski do 20 MPa, maks. temperatura pracy

100°C

w warunkach pracy niekorozyjnej zast!puje

br zy B10, B101 i B555

Rys. 12.3. Mikrostruktura stopu "o$yskowego na osnowie o"owiu, zawieraj cego 16% Sb i 6%

Sn. Na tle eutektyki o"ów-antymon-cyna widoczne jasne kryszta"y fazy mi!dzymetalicznej SnSb

i ciemne kryszta"y o"owiu. Traw. 5% roztworem HN03. Powi!ksz. 200x

docsity.com

179 JW

13. Stopy arowytrzyma!e

Stopami $arowytrzyma"ymi nazywa si! stopy wykazuj ce:

a) du$ wytrzyma"o#% dora'n w temperaturze otoczenia i temperaturach wysokich,

b) odporno#% na d"ugotrwa"e dzia"anie obci $e& sta"ych w wysokich temperaturach

(wytrzyma"o#% na pe"zanie),

c) odporno#% na d"ugotrwa"e dzia"anie obci $e& zmiennych w wysokich temperaturach

(wytrzyma"o#% zm!czeniowa),

d) odporno#% na wielokrotne zmiany temperatury zwi zane lub nie zwi zane z zmian

obci $e& (wytrzyma"o#% na zm!czenie cieplne),

e) odporno#% na korozyjne dzia"anie gazów w wysokich temperaturach ($aroodporno#%).

Oczywi#cie poszczególne stopy $arowytrzyma"e spe"niaj powy$sze warunki w ró$nym

stopniu.

Zasadniczym czynnikiem okre#laj cym przydatno#% stopu $arowytrzyma"ego do danego

zastosowania jest jego optymalna temperatura pracy. Temperatura ta zale$y przede wszystkim

od sk"adu chemicznego stopu, ale równie$ od wielko#ci i rodzaju losowanych obci $e&,

dopuszczalnych odkszta"ce& i za"o$onego czasu pracy (np. czas pracy elementów turbin

lotniczych wynosi oko"o 1000 h, czas pracy turbin stacjonarnych - 10000 do 100000 h).

Najwa$niejsze grupy stopów $arowytrzyma"ych to stopy niklu, stopy kobaltu stopy $elazowo-

niklowe, które " cznie nazywane s cz!sto nadstopami lub superstopami. Perspektywicznymi

materia"ami $arowytrzyma"ymi s stopy metali trudno topliwych (molibdenu, wolframu, niobu,

tantalu, wanadu), a tak$e stopy berylu.

13.1. "arowytrzyma!e stopy niklu

Do tej grupy materia"ów nale$ stopy niklu z chromem, molibdenem, kobaltem, wolframem, tytanem,

aluminium, borem, $elazem i inne, charakteryzuj ce si! wysok $aroodporno#ci i $arowytrzyma"o#ci , a

przeznaczone g"ównie do budowy turbin gazowych i silników odrzutowych, na elementy pracuj ce w

warunkach w wysokich napr!$e& i temperaturze 550 1030°C. Na rynkach #wiatowych stopy te znane

pod ró$nymi nazwami (np. Hastelloy, Inconel, MAR, Nimocast, Nimonic, Rene, Udimet itd.), przy czym

je#li pod jedn nazw produkowanych jest kilka stopów, ró$ni cych si! sk"adem chemicznym i

w"asno#ciami, nazwa ta jest uzupe"nia dodatkowym oznaczeniem liczbowym lub literowym (tabl. 13.1).

Dziel si! stopy odlewnicze i do przeróbki plastycznej.

Rys. 13.1. Mikrostruktura $arowytrzyma"ego stopu niklu do przeróbki plastycznej w stanie

wy$arzonym. Widoczne jasne kryszta"y roztworu sta"ego % i drobne ciemne wydzielenia faz

mi!dzymetalicznych. Traw. elektrolitycznie w 10% roztworze kwasu szczawiowego. Powi!ksz.

500x

Wi!kszo#% $arowytrzyma"ych stopów niklu podlega obróbce cieplnej z"o$onej z przesycania i

starzenia (utwardzanie dyspersyjne). Po takiej obróbce struktura stopów sk"ada si! z jednoro-

dnych ziarn roztworu sta"ego pierwiastków stopowych w niklu i równomiernie roz"o$onych,

bardzo drobnych wydziele& faz umacniaj cych np. Ni3Ti, Ni3Al, Ni3(Al,Ti) (rys. 13.1).

docsity.com

180 JW

Tabl.13.1.

Sk!ad chemiczny niektórych arowytrzymatych stopów niklu

Sk"ad chemiczny, % (reszta nikiel) Nazwa stopu

Rod

zaj

stop C

Mn

max

Si

max

Cr Mo Nb Co W AI

Ti

Zr

Fe inne

Nimonic 90* max 0,13 1,0 1,0 19,5 - - 18 - 1,5 2,5 0,15 1,5 max

0,02 B

Nimonic 105*

max 0,12

1,0

1,0

14,8

5

-

20

-

4,7

1,2

0,15

1,0

0,003-

0,010 B

Nimonic 115* 0,16 1,0 1,0 14,2 3,2 - 15 - 4,8 3,7 - 1,0 0,2 Cu

Inconel X-750 0,04 0,5 0,25 15,5 - 1,0 - - 0,7 2,5 - 7,0 -

Udimet 700 0,15 - - 15 5,2 - 18,5 - 4,25 3,5 - 0,5 0,05 B

Ren! 85

prze-

rabia

-lny

pla-

sty-

czni

e

0,27 - - 9,3 3,25 - 15 5,35 5,25 3,25 0,03 - 0,015 B

MAR-M246 0,15 0,5 0,5 9 10 - 10 10 5,5 1,5 0,05 - 0,015 B

1,5 Ta

WAZ-20 0,15 - - - - - - 18,5 6,2 - 1,5 - -

IN-6201 0,03 - - 20 0,5 1,0 20 2,3 2,4 3,6 0,05 - 1,5 Ta

TAZ-8B 0,125 - - 6 4 1,5 5 4 6,0 - 1,0 - 8,0 Ta

Nimocast 258*

odle-

wni-

czy

0,2 0,3 0,4 10 - - 20 - 4,8 3,7 2,0 -

* Stopy angielskie, pozosta"e ameryka&skie.

13.2. "arowytrzyma!e stopy kobaltu

Stopy kobaltu stanowi du$ grup! stopów przeznaczonych do pracy w wysokich

temperaturach. Wytrzyma"o#% ich w wysokich temperaturach (860 1090°C) jest jednak ni$sza

ni$ stopów niklu, co w pewnym stopniu ogranicza ich zastosowanie. Powa$n natomiast zalet

stopów kobaltu jest ta&sza technologia produkcji (nie wymagaj topienia pró$niowego) i du$a

odporno#% na zm!czenie cieplne. Ta ostatnia cecha powoduje, $e znalaz"y one zastosowanie na

"opatki kieruj ce w dyszach inne cz!#ci silników turboodrzutowych.

Tablica 13.2

Sk!ad chemiczny niektórych arowytrzyma!ych stopów kobaltu produkcji USA

Sk"ad chemiczny, % (reszta kobalt) Nazwa

stopu

Rodzaj

stopu C Mn Si Cr Ni Mo W Fe inne

HS-25 0,10 1,5 0,4 20 10 - 15 3 -

S-816 0,38 1,2 0,4 20 20 4 4 4 4,0 Nb

V-36 0,27 1,0 0,4 25 20 4 2 3 2,0 Nb

Haynes 188 0,10 1,25 0,4 22 22 - 14 3 0,03 La

Stellite 6

prze-

rabia-

ny

plasty-

cznie 1,0 1,4 0,7 30 2,5 1,5 4 3 -

HS-21 0,25 0,6 0,6 27 3 5 - 1 -

HS-31 0,50 0,5 0,5 25 10 - 7,5 1,5 -

X-45 0,25 1,0 - 25,5 10,5 - 7 2 0,01 B

Stellite 12 1,4 1,0 2,0 30 3 1 8,3 3 -

Sellite F 1,75 1,0 2,0 25 22 1 12,3 3 -

Sellite 1 2,4 1,0 2,0 31 3 1 12,5 3 -

Stellite 190

odle-

wni-

czy

3,3 1,0 2,0 26 3 1 14,5 3 -

Wszystkie przemys"owe stopy kobaltu zawieraj chrom, który podwy$sza ich odporno#% na

korozj!, a ponadto - zale$nie od gatunku - ró$ne ilo#ci wolframu, niklu, niobu, tantalu,

docsity.com

181 JW

molibdenu, aluminium i in. (tabl. 13.2)..

W obecno#ci dostatecznej ilo#ci w!gla niektóre z tych pierwiastków tworz trudno topliwe

w!gliki (np. V, Mo, Ta, Nb), inne wp"ywaj na w"asno#ci osnowy.

Dziel si! na stopy do przeróbki plastycznej i odlewnicze. Te ostatnie wykazuj bardzo du$

odporno#% na #cieranie i pod nazw stellitów s wykorzystywane tak$e jako materia"y

narz!dziowe oraz do napawania powierzchni cz!#ci maszyn. Stopy kobaltu s stosowane b d' w

stanie surowym (niektóre odlewy), b d' obrobionym cieplnie (przesycanie i starzenie).

13.3. "arowytrzyma!e stopy elazowo-niklowe

Stopy $elaza z niklem i chromem oraz - zale$nie od gatunku - z molibdenem. wolframem,

niobem, kobaltem, tytanem, aluminium, borem i in. (tabl. 13.3) charakteryzuj si! wysok

$arowytrzyma"o#ci i $aroodporno#ci , ni$sz jednak ni$ omówione wy$ej stopy niklu i kobaltu.

S natomiast od nich o wiele ta&sze (dzi!ki znacznej zawarto#ci $elaza).

Stopy $elazowo-niklowe s stosowane zarówno w postaci lanej, jak i przerobionej

plastycznie, zwykle po obróbce cieplnej (przesycanie i starzenie).

Tablica 13.5

Sk!ad chemiczny niektórych arowytrzyma!ych stopów elazowo-niklowych produkcji

USA

Sk"ad chemiczny, % (reszta $elazo) Nazwa stopu

Rodzaj

stopu

C Mn Si Cr Ni Mo W Ti inne

Discaloy 0,04 0,9 0,8 13,5 26 2,75 - 1,75 0,1 AI

Incoloy 800 0,05 0,75 0,5 21 32,5 - - 0,38 0,38 AI

Incoloy 901 0,05 0,45 0,4 13,5 42,7 6,2 - 2,5 0,25 AI, 0,015 B

S-590 0,46 1,25 0,4 20,5 20 4 4 - 20 Co, 4Nb

Refractaloy 26

przera-

bialny

plastycz-

nie 0,03 0,8 1 18 38 3,2 - 2,6 0,2 AI, 20 Co

CRM 60 1,05 5 0,5 22 5 1 1 - 1 Nb, 0,003 B

Duraloy 0,50 0,8 1 25,5 45,5 3,25 3,25 - 3,25 Co

lllium PD

odlewniczy

0,08 - - 27 5 2 - - 7 Co

13.4. Molibden i jego stopy

Molibden jest metalem o temperaturze topnienia 2610°C i g!sto#ci 10,2 g/cm 3 . Cechuj go:

! wysoki modu" spr!$ysto#ci,

! dobra odporno#% na gwa"towne zmiany temperatury (dzi!ki ma"emu wspó"czynnikowi

rozszerzalno#ci cieplnej i wysokiej przewodno#ci cieplnej),

! dobra przewodno#% elektryczna (oko"o 33% przewodno#ci Cu),

! stosunkowo ma"y przekrój czynny poch"aniania neutronów.

Do jego zalet nale$y równie$ do#% szerokie rozpowszechnienie w przyrodzie i dobrze

opracowan technologi! wytwarzania.

Zasadnicz natomiast wad molibdenu i stopów na jego osnowie jest brak odporno#ci w

podwy$szonych temperaturach (powy$ej 650°C) na koroduj ce dzia"anie gazów

atmosferycznych, a szczególnie tlenu, tak $e stosowanie w wysokich temperaturach jest

uwarunkowane specjalnymi ochronnymi pokryciami ceramicznymi.

Jako materia"y konstrukcyjne wykorzystuje si! obecnie molibden techniczny zawieraj cy

oko"o 0,02% C), stop molibden-tytan (zawieraj cy 0,04% C i 0,5% Ti), stop molibden-wolfram

(30% W), stop molibden-ren (41% Re), stop TZC 1,2% Hf i 0,05% C) i stop TZM (0,015% C,

0,5% Ti i 0,08% Zr). Ten ostatni w temperaturze 1315°C ma Rm = 310 MPa.

Molibden i jego stopy s stosowane w lotnictwie i kosmonautyce na dysze rakiet, cz!#ci

silników, przednie cz!#ci skrzyde" itd.

docsity.com

182 JW

13.5. Wolfram i jego stopy

Szczególnymi zaletami wolframu s bardzo wysoka temperatura topnienia (3415 o C) i

wyj tkowa wytrzyma"o#% w wysokich temperaturach, ujemnymi cechami - du$a g!sto#% (19,3

g/cm 3 ) i krucho#% w niskich temperaturach. Poza tym wolfram, jak wi!kszo#% metali trudno

topliwych, "atwo utlenia si! w wysokich temperaturach, co powoduje konieczno#% stosowania

pokry% ochronnych. Te same w"asno#ci cechuj stopy wolframu z tlenkiem toru (l lub 2% ThO2),

wolframu z renem (4% lub 25% Re) i molibdenem (15% Mo).

Wolfram i jego stopy stosowane s do#wiadczalnie w konstrukcjach lotniczych i

kosmonautycznych.

13.6. Niob i jego stopy

Niob i jego stopy z molibdenem, wolframem, tantalem, cyrkonem, hafnem, tytanem,

wanadem i in. s zaliczane do najcenniejszych tworzyw $arowytrzyma"ych, g"ównie dzi!ki

wysokiej temperaturze topnienia niobu (2468°C), jego ma"ej g!sto#ci (8,57 g/cm 3 ) i ma"emu

przekrojowi czynnemu poch"aniania neutronów.

Inne cenne w"asno#ci niobu to plastyczno#% w temperaturach obni$onych i obrabialno#%,

lepsze ni$ molibdenu i wolframu. W podwy$szonych temperaturach niob staje si! mi!kki i

plastyczny, ale za pomoc pierwiastków stopowych mo$na jego wytrzyma"o#% podwy$szy% do

tego stopnia, $e stopy niobu z powodzeniem mog konkurowa% z innymi metalami

$arowytrzyma"ymi do temperatury 1815°C. Powa$n wad niobu i jego stopów jest ma"a

odporno#% na utlenianie w wysokich temperaturach i zwi zana z tym konieczno#% stosowania

specjalnych pokry% ochronnych.

Stopy niobu s stosowane na elementy konstrukcyjne sztucznych satelitów, os"ony i

elementy przegrzewaczy reaktorów j drowych, zbiorniki i ruroci gi na ciek"e metale, dysze

silników rakietowych, elementy komór spalania i cz!#ci poszycia samolotów nadd'wi!kowych,

np. C 103 (10% Hf, 1% Ti, 0,7% Zr), B 66 (5% Mo,5%V, 1% Zr), C 129Y (10% W, 10% Hf,

0,1% Y), B 99 (22% W, 2% Hf, 0,07% C), Cb 132M (20% Ta, 15% W, 5% Mo, 1,5% Zr, 0,1%

C), F-48 (15% W, 5% Mo, 1% Zr, 0,05% C).

13.7. Tantal l jego stopy

Tantal cechuje bardzo wysoka temperatura topnienia (2996°C) doskona"a obrabialno#% i

plastyczno#%, tak$e w temperaturze poni$ej -255°C, oraz dobra spawalno#%. Wad tego

pierwiastka jest du$a g!sto#% (16,6 g/cm 3 ), ma"a odporno#% na utlenianie w wysokich

temperaturach (powy$ej 650°C) i co najwa$niejsze niewielkie zapasy w skorupie ziemskiej (ok.

1,5% znanych zapasów niobu).

Stopy tantalu oprócz wymienionych w"asno#ci cechuje wysoka $arowytrzyma"o#%.

Stosowane s na elementy konstrukcyjne pojazdów kosmicznych i dysze silników rakietowych,

np. FS 61 (7,5% W), PS 63 (2,5% W, 0,15% Nb), T-lll (8% W, 2% Hf), KBI 41 (37,5% Nb,

2,5% W, 2% Mo).

13.8. Beryl

Bardzo ciekawym i perspektywicznym materia"em dla lotnictwa i techniki rakietowej jest

metaliczny beryl. Charakteryzuje si! on bardzo ma" g!sto#ci (1,85 g/cm 3 ), do#% wysok

temperatur topnienia (1282°C), wysokim modu"em spr!$ysto#ci, wysok warto#ci stosunku

wytrzyma"o#ci do g!sto#ci oraz wysok pojemno#ci i przewodno#ci ciepln . Wady berylu to

toksyczno#%, ograniczona plastyczno#% w niskich temperaturach i stosunkowo wysoka cena. Jak

dot d, przemys"owe zastosowanie znalaz" beryl technicznie czysty o kontrolowanej zawarto#ci

tlenu (w postaci tlenku BeO). W postaci kutej w temperaturze otoczenia materia" ten ma Rm ok.

700 MPa, w temperaturze 600°C - Rm = 330 MPa.

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
Zobacz i pobierz cały dokument.
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome