3.2.2. Miedź i stopy miedzi, Egzaminy z Metalurgia

Pobierz 3.2.2. Miedź i stopy miedzi i więcej Egzaminy w PDF z Metalurgia tylko na Docsity! Rm w MPa oraz przewężenia A5 w %. Na przykład: EN-GJMW-400-5 (żeli­ wo ciągliwe białe), EN-GJMB-600-3 (żeliwo ciągliwe czarne). Obecnie w klasyfikacji żeliw szarych, ze względu na kształt grafitu, wpro­ wadzono nazwę „żeliwo wermikularne” - grafit ma kształt robaczków. Żeliwo wermikularne, oznaczone wg PN-EN symbolem GIV (np. GIV- -350), jest coraz częściej stosowanym materiałem konstrukcyjnym ze względu na dobre tłumienie drgań, wysoką odporność na „szoki termiczne” i stały gradient twardości warstwy wierzchniej odlewów. Jest wykorzystywane do produkcji nowoczesnych silników wysokoprężnych, turbin okrętowych, tarcz hamulcowych itp. Żeliwa stopowe to takie, do których celowo wprowadzono określone pierwiastki stopowe, podobnie jak w przypadku stali, w celu uzyskania wymaganych własności użytkowych. W nieaktualnej normie PN-H- -83144:1998 wyszczególniono 48 gatunków żeliw stopowych. W zależno­ ści od własności i zastosowania dzieli się je na trzy grupy: żeliwa żarood­ porne, odporne na korozję (np. żeliwa austenityczne wysokoniklowe: EN-GJSA-XNiCr20-2, EN-GJSA-XNi35 wg PN-EN 13835:2005) i odpor­ ne na ścieranie. Żeliwa stopowe odporne na ścieranie są oznaczane wg PN-EN 12513:2003 następująco: • niskostopowe (grupy: Ni-Cr oraz Cr-Ni) - znakiem, który składa się z dwóch symboli literowych i jednego symbolu alfanumerycznego, np. EN-GJN-HV550, gdzie HV550 oznacza wymaganą minimalną wartość twardości w skali Vickersa; • wysokochromowe - oznaczone podobnie do żeliw niskostopowych, ale na końcu znaku umieszcza się w nawiasach dodatkowo symbol chemicz­ ny i zawartość procentową głównego składnika stopowego, np. EN-GJ- -N-HB600 (XCrl8). 3.2.2. Miedź i stopy miedzi Miedź charakteryzuje się czerwonawą barwą, gęstością p - 8960 kg/m3, temperaturą topnienia t = 1080 °C, bardzo dobrą przewodnością elektrycz­ ną y - 59,8 MS/m, dobrym przewodnictwem cieplnym a - 410 W/(m- K) oraz odpornością na korozję. Czysta miedź w stanie wyżarzonym osiąga wytrzy­ małość na rozciąganie Rm = 200-^250 MPa, granicę plastyczności Re = 35 MPa, twardość 35 HB. Natomiast stopy miedzi mają znacznie wyższe własności wy­ trzymałościowe. W zależności od sposobu wytwarzania wyróżnia się miedź: • katodową - M0KSA, M0KS, M0K; • katodową przetopioną - M1E, stosowaną na wyroby elektrotechniczne; 91 • beztlenową - MOOB, M01B, MOB, stosowaną do produkcji przewodów elektrycznych i lamp elektronowych; • odtlenioną -M IR , M2R, M3R, stosowaną na wyroby ogólnego przezna­ czenia; • rafinowaną ogniowo - M2G, M3G; • odlewniczą - M4, stosowaną na odlewy. Jednym z bardzo ważnych zastosowań technologicznych miedzi jest wytwa­ rzanie powłok galwanicznych podkładowych na częściach stalowych, poprze­ dzające nakładanie powłok chromowych lub niklowych, a także zabezpiecza­ nie powierzchni stali przed nawęglaniem. Największe znaczenie techniczne mają takie stopy miedzi, jak: wstępne stopy miedzi, miedź stopowa, mosiądze, brązy, miedzionikle i stopy oporowe. Wstępne stopy miedzi są stopami produkowanymi w celu ułatwienia wprowadzania określonych dodatków stopowych do miedzi lub ze względów technologicznych, jak np. proces odtleniania. Miedź stopowa jest stopem z określonym głównym składnikiem stopo­ wym, którego zawartość nie przekracza na ogół 2%. W normie PN-H- -87053:1979, w zależności od głównego pierwiastka, wyróżnia się miedź: arsenową, chromową, cynową, cynkową, kadmową, manganową, niklową, siar­ kową, srebrową, tellurową i cyrkonową. Miedź arsenową stosuje się do pro­ dukcji aparatury chemicznej, chromową - na elektrody zgrzewarek, srebro­ wą - na druty uzwojeń silników elektrycznych itp. Są to stopy do przeróbki plastycznej (najlepsza plastyczność występuje w temperaturze 300 °C). W procesie przeróbki plastycznej na zimno miedź ulega utwardzeniu przez zgniot, staje się krucha, przy dalszym odkształcaniu pęka. Utwardzenie usu­ wa się przez wyżarzanie w temperaturze 400-r600 °C. Przeróbkę plastyczną na gorąco wykonuje się w temperaturze 650-f800 °C. Mosiądze to stopy miedzi, w których podstawowym składnikiem jest cynk; powyżej 2%. Wyróżnia się mosiądze odlewnicze i do przeróbki pla­ stycznej. Norma PN-H-87025:1992 wyróżniała gatunki mosiądzów dwu­ składnikowych do przeróbki plastycznej: M95 (CuZn5), M90 (CUZnlO), M85 (CuZnl5), M80 (CuZn20), M75 (CuZn 25), M70 (CuZn33), M67 (CuZn33), M65 (CuZn35), M63 (CuZn37), M60 (CuZn30). Litera M ozna­ czała mosiądz, a liczba określała zawartość miedzi w procentach. Obecnie mosiądze te ujmują m.in. normy: PN-EN 1982:2002 (patrz tabl. 3.8) oraz PN-EN 1652:1999 i PN-EN 1654:2001. Norma PN-H-87025:1992 ujmuje gatunki wieloskładnikowych mosiądzów ołowiowych do przeróbki plastycz­ nej: M063, M062, M061, M059, M058, M058A, M058B. Istnieją rów­ nież mosiądze specjalne do przeróbki plastycznej, a mianowicie: MC70, MC62, MA77, MA58, MM58, MK68. 92 Tablica 3.10. Skład chemiczny i własności mechaniczne odlewów piaskowych z brązów odlewniczych (wg PN-EN 1982:2002) Gatunek brązu Skład chemiczny, % (reszta - miedź) Rm MPa ^5 % Znak cecha Sn Zn Fe Mn inne zanieczy­ szczenia max CuSnl0-C B10 9H-11 - - - - 1.0 240 12 CuSnl0P-C B101 9+11 - - - 0,5+1,0 P 0,8 220 3 CuSnlOZn2-C B102 9+11 1+3 - - - 1,0 240 10 CuSnl0Pbl0-C B1010 9+11 - - - 8,5+11 Pb 0,8 180 7 CuSn8Pbl5Ni-C B815 7,3+9 - - - 13,5+17 Pb 0,5+1.5 Ni 1,2 150 7 CuSn5Zn5Pb5-C B555 4+6 4+6 - - 4+6 Pb 1.0 200 13 CuSn4Zn7Pb6-C B476 3+5 6+8 - - 5+7 Pb 1,0 200 15 CuSn5Pb20-C B520 4+6 - - - 18+23 Pb 1,2 150 5 CuA19Fe3-C BA93 - - 2+4 - 8+10 Al 1,0 500 13 CuA110Fe3Mn2-C BA1032 - - 2+4 1+2 8,5+10,5 Al 0.8 500 15 CuA110Fe4Ni4-C BA 1044 - - 3,6+5.7 - 9+11,2 Al 3,5+5,5 Ni 1,5 590 5 CuSi3Zn3Mn-C BK331 - 3+5 0,5+1,2 0,5+1,5 3+4 Si 1.0 280 8 B101, B102, B1010, B815, B555, B476, B520, BA93, BA1032, BA1044, BK331 (tabl. 3.10). Znak stopu odlewniczego może być uzupełniony symbolem rodza­ ju procesu odlewniczego: GS - odlewanie w formach piaskowych, GM - w ko- kilach, GZ - w procesie ciągłym, GP - pod ciśnieniem. Na przykład w sym­ bolu CuAlllFe6Ni6-C-GM litery oznaczają: C - odlew, GM - odlewanie w kokilach. Brązy odlewnicze stosuje się do produkcji części silnie obciążonych, takich jak: łożyska ślizgowe, panewki, napędy, osprzęt i aparatura silników i pojaz­ dów, a w szczególności części maszyn i urządzeń narażonych na korozję i ście­ ranie w przemysłach okrętowym, lotniczym, chemicznym. Struktura brązów za­ wierających ponad 10% Sn charakteryzuje się rozmieszczeniem twardych kryształów w miękkiej osnowie, co powoduje, że są one jednymi z najlepszych materiałów odpornych na zużycie ścierne. Twarde kryształy zapewniają odpor­ ność na ścieranie, a miękkie podłoże dopasowuje się do części współpracu­ jącej, zapewniając równomierność nacisków (tabl. 3.11). Norma PN-H- -87050:1992 ujmuje gatunki brązów cynowych przerabianych plastycznie: B2 (CuSn2), B4 (CuSn4), B6 (CuA18Fe), B8, B443 (CuSn4Pb4Zn3). Pierwszy gatunek ujmuje norma PN-EN 12451:2002, trzy ostatnie - norma 95 Tablica 3.11. Własności mechaniczne stopów odlewniczych miedzi z cyną (gąski i odlewy), wg PN-EN 1982:2002 (wartości minimalne) Oznaczenie stopu Oznaczenie Wytrzymałość na Umowna granica plastyczności Rpo.i MPa Wydłużenie A Twardość Brinella symbolami chemicznymi cyfrowe procesu odlewniczego rozciąganie Rm MPa % HB CuSnl0-B CB480K -GS 250 130 18 70 CuSnl0-C CC480K -GM 270 160 10 80 -GC 280 170 10 80 -GZ 280 160 10 80 CuSnllP-B CB481K -GS 250 130 5 60 CuSnllP-C CC481K -GM 310 170 2 85 -GC 350 170 5 85 -GZ 330 170 4 85 CuSnllPb2-B CB482K -GS 240 130 5 80 CuSnllPb2-C CC482K -GZ 280 150 5 90 -GC 280 150 5 90 CuSnl2-B CB483K -GS 260 140 7 80 CuSnl2-C CC483K -GM 270 150 5 80 -GC 300 150 6 90 -GZ 280 150 5 90 CuSnl2Ni2-B CB484K -GS 280 160 12 85 CuSnl2Ni2-C CC484K -GZ 300 180 8 95 -GC 300 180 10 95 PN-EN 12420:2002. Natomiast norma PN-H-87051:1992 dotyczy gatunków brązów aluminiowych (tabl. 3.12) do przeróbki plastycznej: BA5, BA8, BA83, BA1032 (CuA1100Fe3Mn2), BA1054 (CuA110Ni5Fe4); dwa ostatnie gatunki obejmuje norma PN-EN 12163:2002. Określone gatunki brązów aluminiowych należą jednocześnie do brązów odlewniczych i przerabianych plastycznie. Brązy aluminiowe można ulepszać cieplnie. Gatunki brązów krzemowych i berylowych ujmuje norma PN-H-87060:1992, a mianowicie: BK1 (CuSil), BK31 (CuSi3Mnl), BB1,7 (CuB elJ), BB2 (CuBe2), BB21 (CuBe2Pb), BC2 (CuCo2Be) i BN2 (CuNi2Si). Dwa pierwsze i piąty gatunek ujmuje norma PN-EN 12166:2002, czwarty i szósty gatunek PN-EN 12420:2002. 96 Tablica 3.12. Własności mechaniczne stopów odlewniczych miedzi z aluminium (gąski lub odlewy) wg PN-EN 1982:2002 (wartości minimalne) Oznaczenie stopu Oznaczenie procesu odlewniczego Wytrzymałość na rozciąganie Rm MPa Umowna granica plastyczności RpO.i MPa Wydłużenie A % Twardość Brinella HB symbolami chemicznymi cyfrowe CCuA19-B CuA19-C CB330G CC330G -GM 500 180 20 100 -GZ 450 160 15 100 CuA110Fe2-B CuAl 10Fe2-C CB331G CC331G -GS 500 180 18 100 -GM 600 250 20 130 -GZ 550 200 18 130 -GC 550 200 15 130 CuA110Ni3Fe2-B CuA110Ni3Fe2-C CB332G CC332G -GS 500 180 18 100 -GM 600 250 20 130 -GZ 550 220 20 120 -GC 550 220 20 120 CuA110FeNi5-B CuA110FeNi5-C CB333G CC333G -GS 600 250 13 140 -GM 650 280 7 150 -GZ 650 280 13 150 -GC 650 280 13 150 CuAlllFe6Ni6-B CuAlllFe6Ni6-C CB334G CC334G -GS 680 320 5 170 -GM 750 380 5 185 -GZ 750 380 5 185 CuMn 11 A18Fe3Ni3-C CC212E -GS 630 275 18 150 Brązy berylowe podlegają obróbce cieplnej umacniającej, polegającej na utwardzaniu dyspersyjnym. Brązy berylowe charakteryzują się wysokimi własnościami wytrzymałościowymi i sprężystymi, bardzo dobrą odpornością na ścieranie i korozję, dobrą podatnością do przeróbki plastycznej na zim­ no, zwłaszcza - w stanie przesyconym. Brązy berylowe stosuje się do wy­ twarzania sprężyn, elementów sprężystych, membran mieszków sprężystych, w szczególności w przemysłach lotniczym, okrętowym i precyzyjnym. Stopy oporowe miedzi to stopy miedzi z: niklem (do 41% Ni), cynkiem (do 28% Zn), manganem (do 13% Mn), aluminium (do 3,6% Al) oraz żelazem (do 1,5% Fe). Stopy te cechuje stosunkowo duża rezystancja oraz niewielki współ­ czynnik oporu cieplnego, a także stabilność tych własności. Powszechnie znane stopy to: konstantan, nikielina, manganin, nowe srebro, inmet i nowokonstantan. 97 Pozostałe grupy stopów zawierają następujące główne składniki stopowe: • 2xxx - miedź Cu - grupa stopów 2000, • 3xxx - mangan Mn - grupa stopów 3000, • 4xxx - krzem Si - grupa stopów 4000, • 5 xxx - magnez Mg - grupa stopów 5000, • 6xxx - magnez i krzem Mg2Si - grupa stopów 6000, • 7xxx - cynk Zn - grupa stopów 7000, • 8xxx - inne pierwiastki - grupa stopów 8000, • 9xxx - przyszłe zastosowania - grupa stopów 9000. Druga cyfra w numerze oznaczenia xXxx wskazuje na modyfikację alu­ minium. Wartość 0 oznacza brak modyfikacji, natomiast cyfry od 1 do 9 - modyfikację aluminium według ograniczeń średniej arytmetycznej zawarto­ ści składników stopowych w czystym aluminium. Ostatnie dwie cyfry xxXX w grupie 1000 oznaczają zawartość procentową czystego aluminium. W po­ zostałych grupach cyfry nie mają specjalnego znaczenia; tylko identyfikują różne stopy aluminium w danych grupach. Norma PN-EN 573-2:1997 zawiera system oznaczania aluminium i jego stopów na podstawie symboli chemicznych. Przykłady oznaczeń aluminium niestopowego: EN AW-1199 [Al 99,99], EN AW-1070 [Al 99,7], EN AW-1100 [Al OCu] (zawiera niewielki dodatek Cu). Przykłady oznaczania stopów alumi­ nium: EN AW-5251 [Al Mg2], EN AW-60630 [Al MgO,7Si], EN AW-7075 [Al Zn5,5MgCu], EN AW-3005 [Al MnlMg0,5]. Skład procentowy podsta­ wowych składników stopowych wyraża średnią zawartość przedziału, zaokrą­ gloną do najbliższej liczby całkowitej lub 5/10, a dla zawartości mniejszej niż 1% - do (1/10)%. Jeżeli jest kilka dodatków stopowych, to ich symbole umieszcza się w kolejności zmniejszającej się zawartości pierwiastków. Norma PN-EN 1706:2001 podaje oznaczenia procesów obróbki cieplnej produktów: • F - wytworzony, • O - wyżarzony, • Ti - schłodzony z podwyższonej temperatury i naturalnie starzony, • Tą - przesycony i naturalnie starzony w razie potrzeby, • T5 - schłodzony z podwyższonej temperatury i sztucznie starzony, • T6 - przesycony i sztucznie starzony, • T64 - przesycony i sztucznie starzony w temperaturze odpowiadającej stanowi podstawowemu, • T7 - przesycony i sztucznie starzony (stabilizowany). IOdlewnicze -stopy aluminium zawierają przede wszystkim krzem 10.8+5?% Si) oraF’nHS3z"Jt n ^ ^ % Cu), magnez (0,2+11% Mg), mangan (0, 1+0,8% Mn) i niekiedy nikiel (0,8+1, 3% Ni). Stopy odlewnicze w swych oznaczeniach mają literę C (C - skrót słowa Casting - odlewanie), np. AK51 (~EN AC-AlSi5CulMg), lub literę B, gdy są dostarczane w postaci gąsek. 100 % Normy PN-EN 1706:2001 i PN-EN 1676:2002/Apl:2002 zastępują normę PN-H-88027:1976, która podawała oznaczenia, skład chemiczny, gęstość, własności wytrzymałościowe oraz zastosowanie stopów. Na początku ozna­ czenia litera A określała stop aluminium, następne litery K, G oraz M - na­ zwę stopu: K - krzemowy, G - magnezowy, M - miedziowy. Liczby wystę­ pujące po literach to zawartość procentowa jednego lub dwóch głównych składników: AK20, AK12 (EN AB-AłSi 12CuNiMg lub EN AB-48000), AKII ~(EN AB-AlSil2 (b) lub EN AB-44100 oraz EN AB-A1SU2 (a) lub EN AB-44200 i EN AB-A1SU2 (Fa) lub EN AB-44300), AK9 (EN AB-AlSi- lOMg (Cu) lub EN AB-43200), AK7 ~(EN AB-AlSi7Mg lub EN AB-42000), AK64 (EN AB-AlSi6Cu4 lub EN AB-45000), AK52 ~(EN AB-AlSi5Cu3Mg lub EN AB-45100), AK51 ~(EN AB-AlSi5CulMg lub EN AB-45300), AGIO, AG51 (EN AB-AlMg3 (a) lub EN AB-51100), AM5, AM4. Oznaczenia w na­ wiasach (z literą B) wg PN-EN 1676:2002/Apl dotyczą gąsek z aluminium stopowego do przetopienia. Znak stopu na końcu może być uzupełniony symbolem sposobu odlewania: S - odlewanie w formach piaskowych, K - w kokilach, D - pod ciśnieniem, L - metodą wytapianych modeli oraz sym­ bolem określającym obróbkę cieplną. Stopy aluminium są stopami dwu- lub wieloskładnikowymi. [Stopy aluminium, których głównym składnikiem jest krzem, to siluniiny. Mają one bardzo dobre własności odlewnicze oraz do­ bre własnoscimechaniczne i są odporne na korozję/] Własności mechanicz­ ne siluminów kształtuje się w stanie ciekłym przez modyfikowanie, które polega na dodawaniu odpowiednich pierwiastków, zwanych modyfikatorami, np. sodu, soli sodu, fosforu lub stopów fosforu z miedzią. Ze względu na dobre przewodnictwo cieplne oraz własności wytrzymałościowe i korozyjne stopy AK51 i AK52 stosuje się do produkcji głowic cylindrów silników spa­ linowych, stopy AK20 i AK 12 - na odlewy tłoków silników spalinowych, natomiast AK7, AK9, AKII i AK64 - na odlewy innych części maszyn oraz armatury. Siluminy praktycznie nie podlegają obróbce cieplnej. Podlegają jej stopy Al-Cu oraz Al-Mg, a polega ona na przesycaniu i starzeniu. Najważ­ niejsze zastosowanie przemysłowe mają stopy wieloskładnikowe, np. Al-Si- -Cu-Mg-Ni, Al-Cu-Ni. jStopy alujninium do przeróbki plastycznej dzieli się na: stopy stoso­ wane bez obróbki cieplnej i stopy utwardzane dyspersyjnie. Pierwszą grupę stopów umacnia się przez zgniot, uzyskiwany w trakcie obróbki plastycznej na zimno. Drugą grupę stopów poddaje się umacnianiu podczas obróbki cieplnej, a następnie przerabia plastycznie. Obróbka cieplna polega na prze­ sycaniu i starzeniu. Przesycanie polega na wykorzystaniu zmiennej rozpusz­ czalności składników stopowych w aluminium, rosnącej wraz ze wzrostem temperatury, a więc na wprowadzeniu do roztworu stałego wydzielonych w podwyższonej temperaturze faz międzymetalicznych oraz uzyskaniu i za­ chowaniu, wskutek ochłodzenia, jednorodnego rozmieszczenia składników 101 ;h w aluminium. Starzenie polega na dyspersyjnym wydzielaniu się :onego roztworu stałego faz międzymetalicznych. Fazy te - twarde - są czynnikiem utwardzającym. Norma PN-EN 573-3:2007 zastę- -H-88026:1979, która obejmowała następujące gatunki stopów alu- do przeróbki plastycznej: PA43, PA15, PA16, PA2, PA11, PA13 znaczenia EN AW-AlMg4Mn lub 5083), PA20, PA5, PA1, PA38 7Si), PA4 (EN AW-AlMglSilMnO,6 lub 6082), PA45, PA 10, EN AW-AlCu4MgSi lub 2017), PA7 (EN AW-AlCu4Mg2 lub *A21, PA23, PA24, PA25, PA29, PA30, PA31, PA33 i PA47, PA9 r-AlZn6Mg2Cu2 lub 7075). Najważniejszym składnikiem tych sto- t miedź, następnie: mangan, krzem, nikiel, żelazo, cynk i inne i. 14. Własności mechaniczne stopów aluminium odlewanych w kokilach, wyznaczone na próbkach oddzielnie odlewanych - wg PN-EN 1706:2001 (wartości minimalne) Oznaczanie Stan obróbki cieplnej Wytrzy­ małość doraźna Rm w MPa Umowna granica plastycz­ ności Rp0.2 w MPa Przewę­ żenie 5̂0 mm W % Twar­ dość stopu Brinella w HB cyfrowe symbolami chemicznymi i EN AC-21000 EN AC-AlCu4MgTi T4 320 200 8 95 EN AC-21100 EN AC-AlCu4Ti T6 330 220 7 95 T64 320 180 8 90 EN AC-41000 EN AC-AlSi2MgTi F 170 70 5 50 T6 260 180 5 85 EN AC-42000 EN AC-AlSi7Mg F 170 90 2,5 55 T6 260 220 1 90 T64 240 200 2 80 EN AC-42100 EN AC-AlSi7Mg0,3 T6 290 210 4 90 T64 250 180 8 80 EN AC-42200 EN AC-AlSi7Mg0,6 T6 320 240 3 100 T64 240 200 2 90 EN AC-43000 EN AC-AlSilOMg(a) F 180 90 2,5 55 T6 260 220 1 90 T64 240 200 2 80 EN AC-43100 EN AC-AlSilOMg(b) F 180 90 2,5 55 T6 260 220 1 90 T64 240 200 2 80 EN AC-43200 EN AC-AlSilOMg(Cu) F 180 90 1 55 T6 240 200 1 80 EN AC-43300 EN AC-AlSi9Mg T6 290 210 4 90 T64 250 180 6 80 umacniane dyspersyjnie. Są przeznaczone na silnie obciążone części kon­ strukcji lotniczych. Na uwagę zasługują grupy stopów aluminium z litem: Al-Mg-Li oraz Al-Cu-Li, które wyróżniają się małą gęstością, wysokim modułem sprężystości oraz stosunkowo dobrą odpornością na korozję i do­ brą spawalnością. 3.2.4. Inne materiały metalowe Magnez i jego stopy (PN-EN 1753:2001 i PN-EN 1754:2002) należą do me­ tali lekkich. Gęstość czystego magnezu p - 1750 kg/m3, twardość 35 HB, a temperatura topnienia t = 649 °C. Magnez ma silne powinowactwo do tle­ nu oraz azotu i stosuje się go jako modyfikator w procesach metalurgicz­ nych, a także do produkcji materiałów wybuchowych i zapalających. Aluminium, cynk, mangan i krzem są głównymi składnikami stopów magnezu. Polepszają jego własności mechaniczne i zwiększają odporność na korozję. Stopy magnezu charakteryzują się małą gęstością ok. 1800 kg/m3, wytrzymałością na rozciąganie Rrn $; 350 MPa przy wydłuże­ niu A5 $ 20%. Dzieli się je na odlewnicze i do przeróbki plastycznej. W obu grupach występują gatunki podlegające i niepodlegające obróbce cieplnej (utwardzaniu dyspersyjnemu). Wieloskładnikowe stopy magnezu z aluminium, cynkiem i manganem są zwane elektronami. Elektrony wy­ korzystuje się często w przemysłach maszynowym, samochodowym i lotni­ czym. Powszechnie stosowane stopy odlewnicze to: GA8, GA 10, GZS i GRE3. Natomiast stopy magnezu do przeróbki plastycznej to: GA3, GA5, GA6, GA8, GM, GMB, GZ3 i GZ5. Nowymi superlekkimi stopami są AlLi7A14, tj. stopy magnezu z litem (o gęstości do 1300 kg/m3) i dodat­ kiem kadmu cynku lub srebra. Wykazują one wysokie własności wytrzy­ małościowe po umocnieniu wydzieleniowym. Stopy magnezu są używane m.in. na obudowy aparatów fotograficznych, telefonów komórkowych, lap­ topów oraz przyrządów pomiarowych. Tytan i jego stopy charakteryzują się wysoką wytrzymałością właściwą (względną), tzn. wysokim stosunkiem wytrzymałości materiału do jego gę­ stości. Tytan techniczny ma srebrzystobiałą barwę, gęstość p = 4500 kg/m3, temperaturę topnienia t = 1669 °C, twardość do 200 HB. Tytan ma dwie od­ miany alotropowe a i (3. Odmiana a ma sieć heksadecymalną i występuje do temperatury 882 °C. Powyżej tej temperatury występuje odmiana p o sie­ ci regularnej przestrzennie centrycznej. Głównymi dodatkami stopowymi tytanu są: aluminium, cyna, molibden, wanad, mangan, żelazo, chrom i cyrkon. Stopy tytanu dzieli się na: jedno­ fazowe o strukturze a , jednofazowe o strukturze P oraz dwufazowe o struk­ turze a+ p. Dwufazowe stopy tytanu - ze względu na swoje własności - ma­ ją największe zastosowanie techniczne. 105 Stopy o strukturze a to stopy tytanu z aluminium, które zwiększa wytrzy­ małość i obniża gęstość stopów. Stopy o strukturze P to stopy o bardzo wy­ sokiej wytrzymałości i bardzo dobrej plastyczności. Przykładem może być stop tytanu TiVCrllA13 walcowany na zimno i starzony, który osiąga wytrzy­ małość na rozciąganie Rm « 1800 MPa przy gęstości p = 4850 kg/m3. Jest stopem o najwyższej wytrzymałości właściwej. Stopy dwufazowe o strukturze a+p, z aluminium, jako głównym składnikiem, wykazują największą wytrzy­ małość w temperaturze otoczenia i w temperaturach podwyższonych. Stopy dwufazowe bez aluminium powyżej temperatury 370 °C mają wytrzymałość niższą niż stopy o strukturze a. Wytrzymałość stopów dwufazowych może być podwyższana w wyniku obróbki cieplnej, polegającej na przechłodzeniu i starzeniu. Najbardziej znanymi gatunkami stopów tytanu produkowanymi w Rosji są: WT20, WT9, WT8, WT6, WT5-1, WT5, WT4, WT3, WT3-1, natomiast produkowanymi w USA: Til40A, C-110M, A-110AT, C-130AM, C155A oraz B120VCA. Stopy tytanu mogą zawierać: 3-f7% Al, l-i-4% Mo, 2-r6% Sn, 0,2% Si, 1-^6% V, 2-f4% Zr oraz do 1,5% innych składników. Na­ leżą do grupy materiałów trudno obrabialnych. Mogą być spawane łukowo w argonie lub helu. Ze względu na właściwości fizykochemiczne, a w szcze­ gólności dużą wytrzymałość i odporność na korozję, stopy tytanu znalazły zastosowanie w przemyśle lotniczym do budowy samolotów i rakiet o wy­ sokim stopniu zaawansowania technologicznego, również w przemysłach okrętowym, chemicznym oraz w bioinżynierii do produkcji endoprotez. Stopy łożyskowe należą do grupy stopów specjalnych, używanych do wytwarzania panewek łożysk ślizgowych charakteryzujących się następują­ cymi własnościami: • małym współczynnikiem tarcia między panewką a czopem, • dużą odpornością na zużycie ścierne, • wytrzymałością w temperaturach podwyższonych do 200 °C, • zdolnością do równomiernego rozkładu nacisków powierzchniowych. Główną cechą struktury tych stopów jest równomierne rozmieszczenie twardych kryształów w miękkiej i plastycznej osnowie, która umożliwia do­ stosowywanie się panewki do czopa, zapewniając równomierność nacisków (rys. 3.14). Natomiast twarde kryształy przejmują obciążenie, przenoszą je na dalsze części panewki, zapewniają odporność na zużycie i umożliwiają powstanie przestrzeni, w których utrzymuje się smar, dodatkowo zmniejsza­ jący tarcie. Podstawowymi składnikami osnowy tych stopów jest cyna lub ołów. Stopy łożyskowe cyny i ołowiu ujmują normy: PN-ISO 4381/Ak:1997 i PN-ISO 4381:1997. Najlepszymi stopami są babbity cynowe, zawierające - oprócz cyny - ok. 13% antymonu (Sb) i 6,5% miedzi (Cu). W strukturze tych stopów twar­ dymi kryształami są związki Sn3Sb2 i Cu6Sn5, rozmieszczone równomiernie w drobnoziarnistej eutektyce. Babbity cynowe są stosowane do wylewania panewek pracujących pod dużymi naciskami jednostkowymi i z dużymi pręd- 106 Rys. 3.14. Schemat struktury i działania stopu łożyskowego kościami obrotowymi. Inne stopy to stopy łożyskowe na osnowie Sn-Pb-Sb, zwane babbitami ołowiowymi. Wyróżnia się trzy grup pów: ołowiowo-cynowo-antymonowe, alkaliczne i grafityzowane. kami podnoszącymi twardość stopów łożyskowych są: Cd, Ni, As, i inne. Graniczne warunki pracy stopów łożyskowych to: obciążę] ne i dynamiczne w zakresie 10-ł-19 MPa, prędkości obwodowe w 3-r20 m/s oraz iloczyn nacisków i prędkości obwodowych 15-r5 380 MPa-m/s (Ł80S). Powszechnie stosuje się następujące stopy Ł89 (SnSb8Cu3), L83, Ł83Te, Ł80S (SnSbl2Cu6Cd), Ł16, Ł Ponadto jako stopy łożyskowe bardzo często stosuje się żeliwa, br we, ołowiowe, krzemowe, fosforowe), a także niektóre mosiądze. Cynk i jego stopy. Cynk technicznie czysty jest stosowany n, blach stalowych w celu zabezpieczenia przed korozją, do budo elektrycznych, w poligrafii i przemyśle chemicznym. Duże znacz niczne mają stopy cynku z aluminium 3,5-r30%, miedzią do 5,8*5 zem do 0,05%, a także w niektórych przypadkach z manganem do ne znalami. Stopy cynku dzieli się na odlewnicze i do przeróbki pl znalazły one szerokie przeznaczenie w przemyśle maszynowym i sy, obudowy, panewki łożysk, części maszyn drukarskich i chłc dźwignie, klamki, korpusy gaźników, samochodowych pomp paliwt Najbardziej znane stopy cynku mają następujące oznaczenia: Z40 Z41 (ZnA14Cul), Z43, Z82, Z105, Z284. Lit i jego stopy należą do materiałów o bardzo małej gęstość metalem o najmniejszej gęstości p = 536 kg/m3. Stopy litu są nowo materiałami i nadal pozostają przedmiotem prac badawczych nad ścią uzyskania stopów o małej gęstości i wysokiej wytrzymałości w Najbardziej znane są dwie grupy stopów: Al-Mg-Li oraz Al-Cu-Li c małości zbliżonej do durali, ale o mniejszej gęstości. Stopy grupy i należą do najlżejszych i coraz częściej stosuje się je w przemyśle lc Metale trudnotopliwe i ich stopy charakteryzują się temperatur nia wyższą od temperatury topnienia żelaza, dużą twardością i wyti ścią na rozciąganie, dobrą odpornością korozyjną w środowisku Pallad jest metalem o barwie ciemniejszej od srebra i jaśniejszej od platyny, gęstości p - 11 400 kg/m3, temperaturze topnienia t = 1554 °C. Ma nieco gorsze właściwości fizykochemiczne od platyny. Rozpuszcza się w kwasie azotowym i w „wodzie królewskiej” (mieszaninie kwasu azoto­ wego i solnego w stosunku 1 : 2). Jest odporny na działanie siarkowodo­ ru znajdującego się w powietrzu i nie ciemnieje, tak jak srebro. Z tego względu jest stosowany na skale pomiarowe w przyrządach astronomicz­ nych itp. Jest ciągliwy, plastyczny, łatwo obrabialny w wyniku obróbki pla­ stycznej na zimno i na gorąco. Czysty pallad jest używany w elektrotech­ nice na styki przekaźników, w przemyśle chemicznym jako katalizator oraz w jubilerstwie. Najczęściej są stosowane stopy palladu ze złotem, srebrem, miedzią, niklem i platyną. Istnieją dwie próby stopów palladu: ze srebrem 0,850 i z miedzią 0,500. Na bazie palladu wytwarza się luty zawierające nikiel, chrom, german, srebro i inne pierwiastki. Luty te charakteryzują się dobrą odpornością na korozję i dobrą zwilżalnością. Stosuje się je do lu­ towania: złota, berylu, molibdenu, niklu, wolframu, cyrkonu oraz stopów żaroodpornych. Ruten jest metalem szlachetnym o barwie podobnej do platyny. Gęstość rutenu p = 12 300 kg/m3, temperatura topnienia t = 2540 °C. Wraz z platy­ ną jest stosowany do budowy przyrządów precyzyjnych oraz jako dodatek stopowy do innych metali szlachetnych. Rod jest twardym i kruchym pierwiastkiem o barwie zbliżonej do wy­ polerowanego aluminium. Jego gęstość p - 12 440 kg/m3, a temperatura top­ nienia t = 1966 °C. Jest odporny na działania kwasów i ich mieszanin. Bar­ dzo dobrze odbija światło - do 80%. Jest stosowany w aparaturze chemicznej, do produkcji elementów odblaskowych termopar, luster optycz­ nych, odbłyśników reflektorów oraz na pokrycia galwaniczne wyrobów ju ­ bilerskich. Iryd jest materiałem twardym i kruchym o gęstości p = 22 420 kg/m3 i temperaturze topnienia t = 2454 °C. Nie rozpuszcza się w kwasach, łu­ gach, a nawet w „wodzie królewskiej”. Stop irydu z platyną (w stosunku 1 :9) przeznacza się na tygle, naczynia laboratoryjne i precyzyjne elementy przyrządów pomiarowych, na narzędzia chirurgiczne oraz wyroby jubiler­ skie. Iryd i jego stopy stosowane jako termoelektrody termopar umożliwia­ ją pomiar temperatury do 2200 °C. Osm należy do najcięższych, najbardziej kruchych i najtwardszych me­ tali szlachetnych. Charakteryzuje się niebieskoszarą barwą i silnym poły­ skiem. Gęstość p - 22 480 kg/m3, temperatura topnienia t = 2700 °C, nie rozpuszcza się w kwasach i w „wodzie królewskiej”. Jest używany jako do­ datek stopowy w stopach platyny i irydu w celu podwyższenia właściwości fizykochemicznych tych stopów. 110 3.2.5. Korozja metali Korozja jest procesem stopniowego niszczenia materiału. W zależności od warunków korozja następuje wskutek reakcji chemicznej lub elektroche­ micznej materiału z otaczającym środowiskiem. Wszystkie materiały ulega­ ją korozji w określonym stopniu. Stopień intensywności zależy od rodzaju materiału, jego składu chemicznego, struktury wewnętrznej oraz rodzaju ośrodka otaczającego. Ośrodkiem otaczającym może być: powietrze, gazy, woda i inne ciecze, roztwory kwasów, zasad, soli, ziemia itp. Najwyższym stopniem intensywności korozyjnej charakteryzują się metale nieszlachetne. Istnieją dwa podstawowe typy korozji: chemiczna i elektrochemiczna. Korozja chemiczna polega na utlenianiu metali, elektrochemiczna - na rozpuszczaniu metalu, będącego anodą ogniwa w procesie elektrochemicznym. Ze względu na charakter zniszczenia metali wyróżnia się korozję: rów­ nomierną, wżerową, punktową, selektywną, stykową, międzykrystaliczną, zmęczeniową i naprężeniową (rys. 3.15). a) b) c) d) ej Rys. 3.15. Podstawowe rodzaje korozji: a) równomierna, b) wżerowa, c) selektywna, d) mię- dzykrystaliczna, e) naprężeniowa • Korozja równomierna (rys. 3.15a) polega na niszczeniu całej po­ wierzchni metalu ze stałą prędkością, która jest określana w mm/rok lub wagowo w g/(m2-h), przy czym uważa się, że jeżeli prędkość korozji ma­ teriału jest mniejsza lub równa 0,15 mm/rok, to taki materiał nadaje się do budowy odpowiedzialnych elementów konstrukcyjnych, narażonych na niszczenie korozyjne. • Korozja wżerowa (rys. 3.15&) polega na tym, że różne obszary po­ wierzchni metalu ulegają korozji z różną intensywnością. Lokalne miej­ sca o stosunkowo dużym zniszczeniu korozyjnym są nazywane wżerami. • Korozja selektywna (rys. 3.15c) charakteryzuje się tym, że jedna lub kilka faz stopu koroduje znacznie szybciej niż baza metalu. Zjawisko to jest powodem znacznego obniżenia wytrzymałości materiału. • Korozja międzykrystaliczną (rys. 3.15tf) powstaje i rozwija się na gra­ nicach ziaren metali i ich stopów. • Korozja naprężeniowa (rys. 3.15e) może powstawać w wyniku sumowania się oddziaływania środowiska korozyjnego i pola naprężeń rozciągających. Pęknięcie obciążonego elementu może nastąpić nieoczekiwanie pod wpły­ wem naprężeń znacznie niższych od granicy wytrzymałości na rozciąganie. 111 • Korozja zmęczeniowa występuje wówczas, gdy zjawiska zmęczeniowe w metalach rozwijają się równocześnie z działaniem na nie ośrodka korozyjnego - ciekłego lub gazowego. Obserwuje się wtedy znaczny spadek wytrzymałości zmęczeniowej materiału. Odporność na działanie tego typu korozji można zwiększyć takimi sposobami obróbki po­ wierzchniowej, jak: hartowanie, kulkowanie, azotowanie itp. Ponieważ większość metali technicznych jest w stanie termodynamicz­ nym nietrwałym, więc proces korozji jest najczęściej procesem samorzut­ nym. Odnosi się to w szczególności do metali nieszlachetnych. Korozja chemiczna następuje wskutek działania na metale środowisk cie­ kłych niebędących elektrolitami i nazywa się korozją metali w nieelektro- litach oraz środowisk gazowych w podwyższonej temperaturze, zwanej ko­ rozją gazową. Ciekłe środowisko korozyjne stanowią ciecze organiczne, ta­ kie jak: ropa naftowa zawierająca siarkę, pochodne ropy naftowej, bezwod­ ne alkohole, fenol, benzen. Agresywność korozyjna cieczy organicznych rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Korozja gazowa jest procesem nisz­ czenia metali na granicy styku metalu z suchym gazem w podwyższonej temperaturze. Jeżeli zachodzi ona w środowisku zawierającym tlen, to pro­ duktami korozji są stałe tlenki metali, tworzące warstewkę zgorzeliny. Podobne działanie na metale wywierają inne gazy, jak: pary siarki, chlor, pary bromu, jodu. Wtedy wskutek reakcji chemicznej gazu z metalem na jego powierzchni powstają odpowiednio stałe warstewki: siarczków, chlorków, bromków itp. W miarę upływu czasu grubość tych warstewek się zwiększa. Źródłem dostępu środowiska korozyjnego do powierzchni metalu są niecią­ głości i porowatość warstewki lub dyfuzja przez warstewkę oddzielającą metal od środowiska gazowego. Dobrze przylegająca, szczelna warstewka ma działanie ochronne, ponieważ zmniejsza szybkość korozji, nieszczelna zaś nie ma działania ochronnego. W przebiegu procesów korozji gazowej zasadnicze znaczenie mają temperatura, czas i skład chemiczny gazów. Odporność metali na utlenianie w wysokich temperaturach nazywa się żaroodpornością. Miarą żaroodporności jest szybkość wzrostu warstewek tlenkowych w określonych warunkach: metal, środowisko utleniające, tem­ peratura. Dla metali technicznie ważnych prowadzi się badania szybkości korozji gazowej w celu jej zapobiegania. Tworzenie się zgorzelin wielowar­ stwowych i wielofazowych utrudnia skuteczność przeciwdziałania ich po­ wstawaniu. Zwiększenie żaroodporności uzyskuje się przez: • wytwarzanie stopów żaroodpornych, • nakładanie powłok ochronnych, • stosowanie gazowych atmosfer ochronnych. Żaroodporność stali i żeliwa zwiększa się przez wprowadzenie dodatków stopowych, np. chromu i aluminium. Żaroodporność rośnie wraz ze wzro­ stem procentowej zawartości chromu. W żaroodpornych stopach żelaza pra­ cujących w temperaturze 650 °C zawartość chromu (Cr) powinna być nie 112