Analiza struktury i właściwości miedzi i jej stopów, Poradniki, Projekty, Badania z Analiza wymiarowa

Pobierz Analiza struktury i właściwości miedzi i jej stopów i więcej Poradniki, Projekty, Badania w PDF z Analiza wymiarowa tylko na Docsity! PRZEDMIOT: Podstawy Materiałoznawstwa TEMAT ĆWICZENIA: Analiza struktury i właściwości miedzi i jej stopów KIERUNEK: Bezpieczeństwo i higiena pracy SPIS TREŚCI 1. Charakterystyka miedzi......................................................................................................................2 2. Definicja mosiądzu, jego podział, właściwości i zastosowanie........................................................5 3. Sezonowe pękanie mosiądzów - co to jest i jak można zabezpieczać materiał...........................9 4. Odcynkowanie mosiądzów – opis zjawiska i przeciwdziałanie..............................................10 1. Charakterystyka miedzi Miedź to jeden z najważniejszych metali, który stosowany jest przez człowieka. Ten pierwiastek chemiczny jest stosunkowo ciężki – gęstość wynosi 8,9 g/cm3. Ze względu 2 Rys 1. Wygląd przykładowej miedzi 2. Definicja mosiądzu, jego podział, właściwości i zastosowanie Mosiądz to stop dwóch metali takich jak miedź i cynk. Na rynku dostępne są mosiądze w różnych kolorach, od czerwonego, poprzez żółty do niemal srebrnego, co jest ściśle związane z zawartością cynku w stopie. Waha się ona od 10 do maksymalnie 45 % całkowitej masy surowca. Najbardziej charakterystyczną cechą mosiądzu jest kolor, należy jednak pamiętać, że niektóre stopy przybierają odcień bardzo zbliżony do srebra. Najlepszym przykładem jest tak zwany „biały mosiądz”, który zwany jest również „nowym srebrem”. Gęstość stopu wynosi zwykle od 8,4 do 8,7 g/dm3, co czyni go nieco cięższym od stali. Ponadto, połączenie twardego cynku z plastyczną miedzią determinuje szereg cenionych właściwości technologicznych oraz użytkowych mosiądzu. Do najważniejszych należą tu podatność na skrawanie oraz obróbkę termiczną, a także odporność na korozję. Na uwagę zasługuje również doskonałe przewodnictwo cieplne i elektryczne oraz, o czym często się zapomina, właściwości przeciwbakteryjne. Ta ostatnia cecha związana jest ze specyficznymi cechami miedzi, która hamuje rozwój mikroorganizmów i czyni mosiądz doskonałym surowcem do produkcji naczyń i urządzeń wykorzystywanych w gastronomii. Ze względu na swoje właściwości, doskonały stosunek ceny do jakości oraz różnorodność stopów o odmiennych parametrach, mosiądz jest obecny w wielu, skrajnie odmiennych gałęziach przemysłu oraz w naszym życiu codziennym. Oprócz naczyń kuchennych, monet, czy klamek, wytwarza się z niego armaturę kuchenną, ozdoby i 5 różnego rodzaju drobiazgi. Ponadto, z „białego mosiądzu”, ze względu na jego łudzące podobieństwo do srebra, produkuje się sztućce, biżuterię i wyroby artystyczne. Niemniej ważnym zastosowaniem tego stopu jest produkcja instrumentów muzycznych, zwłaszcza dętych, o bardzo cenionym dźwięku. Idąc w kierunku bardziej „egzotycznych” dziedzin, mosiądz znajduje zastosowanie w przemyśle okrętowym oraz chemiczny, elektrotechnice, motoryzacji oraz budownictwie. Bardzo popularne, zwłaszcza w tak zwanych połączeniach stałych, są wyroby śrubowe wykonane z tego stopu, w tym nakrętki, podkładki, śruby czy wkręty. Wreszcie, dzięki dużej odporności na ścieranie, mosiądz wykorzystuje się do produkcji łożysk. W zależności od składu chemicznego, topnieje w temperaturze ok. 1000 °C. Możemy wyróżnić cztery rodzaje mosiądzu:  Mosiądze jednofazowe α zawierają do 30% Zn, cechują się dobrą plastycznością w temperaturze pokojowej, dlatego są przerabiane na zimno. Ich twardość i wytrzymałość rośnie wraz ze wzrostem zawartości cynku. Często stosowane są na łuski amunicji.  Mosiądze dwufazowe mają właściwości pośrednie między α i β. Ze wzrostem zawartości cynku zwiększa się twardość i wytrzymałość, ale maleje plastyczność. Stopy tego rodzaju stosowane są na blachy, pasy, rury i pręty oraz odkuwki, wyroby wytłaczane i śruby. Mosiądze dwufazowe są mniej odporne na korozję niż jednofazowe.  Mosiądze stopowe mają dobrą odporność na korozję, niektóre także w wodzie morskiej. Są też dobrze skrawalne. Niektóre ze stopów stosowane są na łożyska ze względu na dobre właściwości ślizgowe,  Mosiądze odlewnicze to głównie stopy dwufazowe, z reguły wieloskładnikowe. Zawierają dodatki ołowiu, manganu, aluminium, żelaza i krzemu. 6 Rys 2. Wkładka 30x35 mm wykonana z mosiądzu. Montuje się np.: drzwiach wejściowych. Wzrost zawartości cynku w mosiądzach powoduje wzrost własności wytrzymałościowych a także zmianę zabarwienia od czerwonego do prawie żółtego. Ze względu na bardzo dużą plastyczność oraz dobrą odporność korozyjną mosiądze znajdują szerokie zastosowanie przemysłowe, które zostały wymienione wyżej. Techniczne znaczenie mają mosiądze o zawartości do 44% cynku. Zależność struktury mosiądzu od zawartości cynku można prześledzić na układzie równowagi Cu-Zn, który jest pokazany poniżej (rys 3). 7 środowisku zasadowym występuje wilgoć, może ona absorbować amoniak a takie roztwory, w połączeniu z naprężeniami własnymi, mogą inicjować pękanie naprężeniowe. Potencjalnymi źródłami amoniaku lub pochodnych amoniaku są np.: pozostałości z rozkładu materiałów organicznych, gazowe czynniki chłodnicze, nawozy azotowe lub mocz. Pękaniu korozyjnemu zapobiega się przez wyżarzanie odprężające w temperaturze 250˚C - 300˚C lub przez obróbkę powierzchniową wprowadzającą naprężenia ściskające w warstwie wierzchniej, np. przez kulowanie. Skuteczne jest również stosowanie ochrony katodowej, protektorowej lub warstw anodowych, na przykład cynkowych. Dodatek krzemu w ilości 0,5% lub manganu w ilości 1% zdecydowanie obniża skłonność mosiądzów do korozyjnego pękania naprężeniowego. Zastąpienie cynku niklem (np. CuNi20, CuNi40) zdecydowanie podwyższa odporność stopów miedzi na korozję w wodzie morskiej, w tym i na korozję naprężeniową. Rys 4. Charakter zniszczeń materiału po obróbce plastycznej, które spowodowane są przez naprężeniową korozje elektrochemiczną. 4. Odcynkowanie mosiądzów – opis zjawiska i przeciwdziałanie W normalnych warunkach eksploatacji mosiądz wykazuje dobrą odporność na korozję atmosferyczną i wodną. Jednak w miękkiej, zawierającej chlor wodzie mosiądz podlega procesowi odcynkowania. Odcynkowanie mosiądzu to rodzaj korozji stopów miedzi z cynkiem powstającej na skutek rozpuszczania się cynku i miedzi w roztworach zawierających chlor. Cynk ulega rozpuszczeniu i przechodzi do roztworu, 10 a miedź pozostaje w postaci gąbczastej, co dodatkowo wzmaga korozję. Odcynkowanie nie powoduje zmian kształtu przedmiotu, lecz znacznie obniża jego wytrzymałość i szczelność. Wrażliwość mosiądzu na odcynkowanie wzrasta przy niskiej zawartości miedzi, np. MS 58, w wodzie o niskim odczynie pH (wody kwaśne) i wraz ze wzrostem temperatury pracy instalacji. Odcynkowaniu mosiądzów zapobiega również dodatki:  aluminium w ilości 2-3%,  arsenu >0,01%,  niklu,  ołowiu,  cyny 1-2%. Należy zatem zawsze brać pod uwagę panujące warunki pracy instalacji, dobierać materiał zgodnie z jego przeznaczeniem. Trzeba też zadbać o jakość wody. Wielce istotne są również warunki eksploatacji instalacji, jak np. wilgotność i temperatura w pomieszczeniach, izolacja przewodów i jakość jej wykonania. Wszystko to powoduje, że instalacja będzie chroniona przed zgubnymi skutkami korozji. W przeciwnym razie możemy nieświadomie stworzyć sprzyjające warunki do wystąpienia korozji i spowodować szereg problemów. 5. Definicja brązów i ich podział Stopy miedzi w których głównymi pierwiastkami stopowymi nie są cynk i nikiel nazywamy brązami. Brązy były najstarszym stopem znanym i stosowanym przez człowieka. Epoka brązu to okres 5000 - 2000 lat p.n.e. Wcześniej czyli około 6000 lat p.n.e. wykonywano jedynie wyroby z czystego złota i miedzi. W porównaniu z mosiądzami brązy są materiałem o większej odporności korozyjnej, większej wytrzymałości i odporności na ścieranie oraz lepszych własnościach ślizgowych. Ze względu na bardzo dobre własności odlewnicze brązy stosowano w przeszłości na rzeźby, dzwony, armaty itp. Poważnym ograniczeniem zastosowań brązów jest ich wysoka cena ze względu na cynę, która jest metalem drogim i deficytowym. Dlatego brązy zawierające cynę są wypierane przez brązy będące stopami miedzi z innymi metalami (krzemem, aluminium lub ołowiem). W zależności od głównego składnika stopowego rozróżnia się brązy: 11  cynowe,  aluminiowe,  krzemowe,  ołowiowe,  berylowe, Ze względu na przeznaczenie brązy dzielimy na brązy odlewnicze (PN-EN 1982) i brązy do przeróbki plastycznej (PN-92/H-87050). Brązy odlewnicze są przeważnie stopami wieloskładnikowymi a brązy do przeróbki plastycznej stopami dwuskładnikowymi o mniejszych zawartościach składników stopowych. a) Brązy cynowe Cyna w sposób istotny wpływa na własności brązu – rys 5. Cyna do zawartości około 8% w stopie powoduje wzrost jego wytrzymałości i plastyczności. Przy większych zawartościach wydłużenie gwałtownie maleje a powyżej 25% cyny następuje dodatkowo silny spadek wytrzymałości. Dlatego na ogół zawartość cyny w brązach cynowych nie przekracza 20%. Rys 5. Wpływ zawartości cyny na własności brązu Brązy cynowe dzieli się w zależności od przeznaczenia na odlewnicze i do przeróbki plastycznej. Powszechniejsze zastosowanie mają brązy odlewnicze. Cechuje je mały skurcz (poniżej 1%) co powoduje brak jamy skurczowej w odlewach. Towarzyszy temu jednak występowanie rzadzizn i porów. Brązy odlewnicze zawierają zazwyczaj do 10% cyny oraz dodatek do 1,2% fosforu. Ze względu na wpływ fosforu, brązy 12