Stopy miedzi - Notatki - Materiałoznastwo - Część 1, Notatki z Materiały inżynieryjne

Pobierz Stopy miedzi - Notatki - Materiałoznastwo - Część 1 i więcej Notatki w PDF z Materiały inżynieryjne tylko na Docsity! 148 JW 8. Mied i stopy miedzi Mied jest metalem barwy czerwonawej, o g!sto"ci 8,96 g/cm3 i temperaturze topnienia 1083°C. Mo#na j$ przerabia% plastycznie na zimno i na gor$co, ale w przypadku przeróbki na zimno nast!puje utwardzenie metalu (w wyniku zgniotu), które usuwa si! przez wy#arzenie rekrystalizuj$ce (w temp. 400-600°C). Przeróbk! plastyczn$ na gor$co przeprowadza si! w temp. 650-800°C. Cennymi w&asno"ciami miedzi s$ wysoka przewodno"% elektryczna i cieplna oraz odporno"% na korozj!. 8.1. Mied technicznie czysta Zawiera 0,01-1,0% zanieczyszcze', zale#nie od sposobu wytwarzania i oczyszczania. Dzieli si! na mied surow$ (konwertorow$ lub anodow$), rafinowan$ oraz przetopion$ (beztlenow$, tlenow$ i odtlenion$). Gatunki miedzi rafinowanej i przetopionej s$ w Polsce znormalizowane. Oprócz tlenu wszystkie rodzaje miedzi technicznie czystej zawieraj$ drobne ilo"ci innych pierwiastków (Bi, Pb, Sb, As, Fe, Ni, Sn, Zn, S i Ag), które równie# uwa#ane s$ za zanieczyszczenia (wyj$tkiem jest srebro). Mied beztlenowa (zawieraj$ca max 0,003% O) stosowana jest na elementy konstrukcyjne lamp elektronowych, aparatury pró#niowej, przewody elektrotechniczne itd. Pozosta&e rodzaje miedzi, zale#nie od czysto"ci, s$ stosowane do wyrobu ró#nych elementów konstrukcyjnych oraz przerabianych plastycznie i odlewniczych stopów miedzi. Du#e ilo"ci miedzi zu#ywa si! do wytwarzania pow&ok galwanicznych na stali, zwykle jako podk&adu pod pow&oki niklowe lub niklowo-chromowe. 8.2. Stopy miedzi Stopami miedzi nazywa si! stopy, w których metalem podstawowym (g&ównym sk&adnikiem) jest mied , z wyj$tkiem stopów zawieraj$cych z&oto lub srebro, które uwa#a si! za stopy z&ota lub srebra, je"li zawarto"% tych metali wynosi conajmniej 10%. Ogólnie stopy miedzi, b!d$ce obecnie najbardziej rozpowszechnionymi materia&ami konstrukcyjnymi po stopach #elaza i stopach aluminium, dziel$ si! na: a) stopy wst!pne miedzi, b) mied stopow$, c) mosi$dze, d) miedzionikle, e) br$zy, f) stopy oporowe miedzi. W zale#no"ci od przeznaczenia stopy miedzi dziel$ si! na odlewnicze i do przeróbki plastycznej. Stopy wst!pne miedzi s$ pomocniczymi, dwu- lub trzysk&adnikowymi stopami, wytwarzanymi w celu u&atwienia wprowadzenia dodatków stopowych lub technologicznych (odtlenianie). Na przyk&ad, stop zawieraj$cy 50% Al stosowany jest jako dodatek stopowy przy produkcji br$zów i mosi$dzów aluminiowych, stop zawieraj$cy 12% P — jako dodatek stopowy lub jako odtleniacz itd. Mied stopowa jest ogóln$ nazw$ stopów do przeróbki plastycznej, zawieraj$cych nie wi!cej ni# 2% g&ównego dodatku stopowego. Znormalizowane gatunki obejmuj$ mied arsenow$, chromow$, cynow$, kadmow$, manganow$, niklow$, siarkow$, srebrow$, tellurow$ i cyrkonow$. Mied arsenowa, zawieraj$ca 0,3 0,5% As, jest stosowana na elementy aparatury chemicznej, mied chromowa (0,4 1,2% Cr) - na elektrody zgrzewarek, mied srebrowa (0,045 2% Ag) - na uzwojenia silników elektrycznych, luty, elektrody do spawania, druty wspieraj$ce siatki lamp elektrycznych itd. (PN-79/H-87053). Mosi"dze s$ stopami miedzi, w których g&ównym sk&adnikiem stopowym jest cynk w ilo"ci powy#ej 2%. Dziel$ si! na mosi$dze odlewnicze (tabl. 8.1) i do przeróbki plastycznej. Te ostatnie, zgodnie z PN-92/H-87025, dziel$ si! na dwusk&adnikowe, zawieraj$ce 0,4 40,5% docsity.com 149 JW cynku (gatunki M95, M90, M85, M80, M75, M70, M67, M65, M63 i M60, w symbolu M oznacza mosi$dz, a liczba - nominaln$ zawarto"% miedzi w %), i wielosk&adnikowe. Mosi$dze wielosk&adnikowe dziel$ si! z kolei na o&owiowe (tabl. 8.2) i bezo&owiowe, zwane te# mosi$dzami specjalnymi (tabl. 8.3). Tablica 8.1 Sk#ad chemiczny i w#asno$ci mechaniczne odlewów piaskowych z mosi"dzów odlewniczych (wg PN-91/H-87026) Gatunek mosi$dzu Sk&ad chemiczny, % (reszta cynk) znak cecha Cu Mn Fe inne zanie- czysz- czenia, max Rm MPa A5 % CuZn43Mn4Pb3Fe MM47 48-50 3,0-4,0 0,5-1,2 2,0-3,5 Pb 1,0 360 10 CuZn37Mn4Fe1Sn1 MM54 54,5-57 3,0-4,2 0,7-1,6 0,6-1,5Sn 2,0 390 12 CuZn50Mn3Fe MM55 53-58 3,0-4,0 0,5-1,5 - 1,2 450 15 CuZn38Mn2Pb2 MM58 57-60 1,5-2,5 - 1,5-2,5Pb 1,8 250 15 CuZn38AI12Mn1Fe MA58 56-60 1,0-2,0 0,5-1,5 1,5-2,5AI 1,2 400 12 2,5-3,5 1,0-2,5 5,0-6,5 Al CuZn26AI6Mn3Fe2Ni1,5 MA62 61-63,5 1,0-2,0 Ni 1,0 600 5 CuZn39Pb2 M059 57-60 - - 1,0-2,5 Pb 1,8 250 12 CuZn38Pb2 M060 56-62 - - 1,0-3,OPb 2,2 250 10 CuZn16Si4 MK80 79-81 - - 3,0-4,5 Si 2,0 300 15 Tablica 8.2 Sk#ad chemiczny i g!sto$% mosi"dzów o#owiowych do przeróbki plastycznej (wg PN-92/H-87025) Gatunek mosi$dzu Sk&ad chemiczny, % (reszta cynk) znak cecha Cu Pb G!sto"%, g/cm3 CuZn37PbO,5 M063 62,0 ÷ 64,0 0,3 ÷ 0,7 8,5 CuZn36Pb1,5 M062 62,0 ÷ 64,0 0,7 ÷ 2,5 8,5 CuZn36Pb3 M061 60,0 ÷ 62,0 2,5 ÷ 3,5 8,5 CuZn38Pb1,5 M060 59,5 ÷ 61,5 1,0 ÷ 2,0 8,4 CuZn39Pb2 M059 58,5 ÷ 60,0 1,5 ÷ 2,5 8,4 CuZn40Pb2 M058 56,0 ÷ 60,0 1,0 ÷ 3,5 8,5 CuZn39Pb3 M058A 57,0 ÷ 59,0 2,5 ÷ 3,5 8,5 CuZn40Pb2 M058B 57,0 ÷ 59,0 1,5 ÷ 2,5 8,5 Grup! mosi$dzów do przeróbki plastycznej stanowi$ mosi$dze wysokoniklowe, zawieraj$ce 11 19,5% niklu. Osobn$ grup! znormalizowanych mosi$dzów do przeróbki plastycznej (PN- 93/H-87027) stanowi$ mosi$dze wysokoniklowe, zwane cz!sto (od zabarwienia) nowym srebrem (tabl. 8.4). Mosi$dze odlewnicze cechuje rzadkop&ynno"% i dobre wype&nianie form, tak #e nadaj$ si! one na odlewy piaskowe, kokilowe i pod ci"nieniem (temperatura odlewania waha si! od 950 do 1100°C). Ich wad$ jest sk&onno"% cynku do parowania (temperatura wrzenia cynku wynosi 907°C) i wi$#$ce si! z tym du#e straty tego pierwiastka. Dlatego mosi$dz nale#y topi% pod przykryciem i w miar! mo#liwo"ci bez przegrzewania. Inn$ wad$ mosi$dzów jest du#y skurcz odlewniczy (1,8 2%). Mosi$dze stosowane s$ na wszelkiego rodzaju cz!"ci maszyn, armatury, silników itd. Z mosi$dzu MM55 odlewa si! m.in. "ruby okr!towe, mosi$dz MA58 jest wykorzystywany przez przemys& lotniczy i okr!towy. docsity.com 152 JW sk&adnika stopowego (aluminium, beryl, cyna, krzem. kobalt, o&ów, antymon, mangan, tytan) nosz$ nazw! br$zów aluminiowych, berylowych itd. Podobnie jak mosi$dze, dziel$ si! na odlewnicze (tabl. 8.6) i do przeróbki plastycznej. Tablica 8.6 Sk#ad chemiczny i w#asno$ci mechaniczne odlewów piaskowych z br"zów odlewniczych (wg PN-91/H-87026) Gatunek br$zu Sk&ad chemiczny, % (reszta mied ) znak cecha Sn Zn Fe Mn inne Zanie- czysz- czenia max Rm MPa A5 % CuSn10 B10 9 11 - - - - 1,0 240 12 CuSn10P B101 9 11 - - - 0,5 1,0 P 0,8 220 3 CuSn10Zn2 B102 9 11 1 3 - - - 1,0 240 10 CuSn10Pb10 B1010 9 11 - - - 8,5 11 Pb 0,8 180 7 CuSn8Pb15Ni B815 7,3 9 - - - 13,5 17 Pb 0,5 1,5 Ni 1,2 150 7 CuSn5Zn5Pb5 B555 4 6 4 6 - - 4 6 Pb 1,0 200 13 CuSn4Zn7Pb6 B476 3 5 6 8 - - 5 7 Pb 1,0 200 15 CuSn5Pb20 B520 4 6 - - - 18 23Pb 1,2 150 5 CuAI9Fe3 BA93 - - 2 4 - 8 10AI 1,0 500 13 CuAI10Fe3Mn2 BA1032 - - 2 4 1 2 8,5 10,5AI 0,8 500 15 CuAI10Fe4Ni4 BA1044 - - 3,6 5,7 - 9 11,2 AI 3,5 5,5 Ni 1,5 590 5 CuSi3Zn3Mn BK331 - 3 5 0,5 1,2 0,5 1,5 3 4 Si 1,0 280 8 Br$zy cynowe nale#$ do najstarszych znanych stopów i ju# w staro#ytno"ci stosowane by&y do wyrobu mieczów, ozdób, naczy' i przedmiotów codziennego u#ytku. Na rysunku 8.4 przedstawiono cz!"% uk&adu równowagi mied -cyna. Jak wida% w stopach zawieraj$cych do oko&o 14% Sn wyst!puje roztwór sta&y ! cyny w miedzi, powy#ej tej zawarto"ci - mieszanina roztworu sta&ego ! i fazy # (faza elektronowa). Praktycznie jednak struktura lanych stopów miedzi z cyn$ ze wzgl!du na wzmo#on$ likwacj! znacznie odbiega od stanu równowagi. Przy zawarto"ci 5 6% Sn sk&ada si! ona z niejednorodnego roztworu sta&ego !, maj$cego jak ka#dy metal lany budow! dendrytyczn$. Przy wi!kszej zawarto"ci cyny na tle niejednorodnego roztworu wyst!puje eutektoid (! + # ) maj$cy niejednorodn$ budow! (rys. 8.5 i 8.6). Obecno"% kruchej fazy # wyklucza mo#liwo"% walcowania, dlatego br$zy o wi!kszej zawarto"ci cyny stosuje si! wy&$cznie na odlewy. Br$zy cynowe wykazuj$ wyj$tkowo ma&y skurcz odlewniczy, co umo#liwia wykonywanie z nich odlewów o skomplikowanych kszta&tach (np. pomników). Jednak wskutek znacznej ró#nicy temperatur pocz$tku i ko'ca krzepni!cia, br$zy te maj$ ma&$ rzadkop&ynno"% i nie tworz$ skupionej jamy usadowej. Rzadko wi!c mo#na uzyska% odlew o dobrej "cis&o"ci (bez rzadzizn i porów). Dzi!ki du#ej odporno"ci chemicznej, zw&aszcza na dzia&anie czynników atmosferycznych, dobrej wytrzyma&o"ci i odporno"ci na "cieranie, z cynowych Rys. 8.4. Cz!"% uk&adu równowagi mied -cyna od strony miedzi docsity.com 153 JW br$zów odlewniczych wytwarza si! wszelkiego rodzaju armatur! wodn$ i parow$, panewki do &o#ysk "lizgowych, odlewy artystyczne i inne o skomplikowanym kszta&cie (tabl. 8.7). Trzeba wspomnie%, #e obecno"% wtr$ce' twardego eutektoidu zapewnia du#$ odporno"% na "cieranie i dlatego br$z zawieraj$cy ponad 10% Sn jest jednym z najlepszych materia&ów przeciwciernych, znajduj$ zastosowanie jako stop &o#yskowy. Br$zy cynowe przerabialne plastycznie (tabl. 8.8) maj$ tak#e dobr$ wytrzyma&o"%, s$ spr!#yste oraz odporne na korozj! i "cieranie (ze wzrostem zawarto"ci cyny w br$zie nast!puje wzrost tych w&asno"ci. Wszystkie gatunki s$ dobrze skrawalne, podatne lutowanie i spawanie oraz przeróbk! plastyczn$ na zimno. Tablica 8.7 Przyk#ady zastosowania br"zów odlewniczych (wg PN-91/H-87026) Cecha Przyk&ady zastosowania B10 silnie obci$#one cz!"ci maszyn, jak &o#yska, panewki i nap!dy oraz osprz!t parowy, wodny; odporny na dzia&anie niektórych kwasów B101 wysoko obci$#one, szybkoobrotowe, le smarowane i nara#one na korozj! &o#yska, cz!"ci maszyn oraz armatura chemiczna B102 wysoko obci$#one i nara#one na korozj! cz!"ci maszyn w przemy"le B1010 &o#yska i cz!"ci tr$ce maszyn pracuj$cych przy du#ych naciskach i B815 panwie "lizgowe pracuj$ce przy znacznych naciskach, pier"cienie B555 cz!"ci maszyn, osprz!tu aparatury pojazdów, silników i traktorów podlegaj$ce korozji w "rodowisku wodnym, "cieranie wytrzymuj$ce ci"nienie do 2,5 MPa B476 cz!"ci maszyn, tuleje i &o#yska pracuj$ce przy obci$#eniach statycznych i normalnej temperaturze, armatura wodna wytrzymuj$ca ci"nienie 2,5 MPa B520 &o#yska i cz!"ci maszyn nara#one na "cieranie przy du#ej szybko"ci i ma&ych naciskach BA1032 BA93 BA1044 silnie obci$#one cz!"ci maszyn, silników oraz osprz!tu i aparatury nara#one na korozj! i "cieranie przy równoczesnym obci$#eniu mechanicznym w przemy"le komunikacyjnym, okr!towym, lotniczym, chemicznym itp. BK331 cz!"ci maszyn i osprz!tu (&o#yska, elementy nap!dów, pompy) nara#one na korozj!, zmienne obci$#enia i z&e smarowanie Tablica 8.8 Sk#ad chemiczny i g!sto$% przerabialnych plastycznie br"zów cynowych (wg PN-92/H-87050) Gatunek br$zu Sk&ad chemiczny, % (reszta mied ) znak cecha Sn Zn Pb P G!sto"% g/cm3 CuSn2 B2 1,0 2,5 - - 0,01 0,35 8,9 CuSn4 B4 3,5 4,5 - - 0,01 0,35 8,8 CuSn6 B6 5,5 7,0 - - 0,01 0,35 8,8 CuSn8 B8 7,5 8,5 - - 0,01 0,35 8,8 CuSn4Pb4Zn3 B443 3,5 4,5 1,5 4,5 3,5 4,5 0,01 0,50 8,8 Z br$zu B2 wytwarza si! "ruby i gi!tkie w!#e, z br$zu B4 - "ruby, spr!#yny manometryczne, elementy przyrz$dów kontrolno-pomiarowych i po&$czenia wtykowe z br$zów B6 i B8 - spr!#yny, membrany, sita papiernicze, rurki manometryczne elementy przyrz$dów, z br$zu B443 - elementy "lizgowe. Br$zy o zawarto"ci 4 6% Sn ze wzgl!du na dobre w&asno"ci plastyczne i pi!kne zabarwienie znalaz&y zastosowanie m.in. do wyrobu monet i medali. Pod wp&ywem przeróbki plastycznej na zimno wzrasta bardzo ich twardo"%, co wp&ywa korzystnie na zwi!kszenie odporno"ci na "cieranie. Br$z o zawarto"ci 10% Sn jest stosowany do wyrobu kó& z!batych. docsity.com 154 JW Z br$zów cynowych wielosk&adnikowych trzeba wymieni% stopy z cynkiem (5 10% Sn, 2 6% Zn), zwane dawniej spi#ami. Maj$ one nieco mniejsz$ wytrzyma&o"% i odporno"% na korozj! ni# br$zy dwusk&adnikowe, ale lepsze w&asno"ci odlewnicze, co umo#liwia wykonywanie z nich skomplikowanych odlewów cienko"ciennych (cz!"ci maszyn, armatura, okucia budowlane, wyroby artystyczne). Rys. 8.5. Mikrostruktura br$zu cynowego (10% Sn) w postaci lanej. Widoczna budowa dendrytyczna. Traw. roztworem NH4OH + H2O2. Powi!ksz. 100x Rys. 8.6. Mikrostruktura br$zu cynowego(10% Sn) w postaci lanej. Widoczna faza a w postaci dendrytów (bogate w mied "rodki dendrytów s$ ciemne, bogate w cyn! brzegi tych dendrytów s$ jasne) i szare, kropkowane wydzielenia eutektoidu a + 8 . Traw. roztwo- rem NH4OH + H2O2. Powi!ksz. 500x Br$zy aluminiowe produkowane s$ zarówno jako odlewnicze (tabl. 8.6), jak przerabialne plastycznie (tabl. 8.9). Dziel$ si! na dwusk&adnikowe, zawieraj$ce 4 8% Al, i wielosk&adniko- we, zawieraj$ce zwykle #elazo i mangan, #elazo i nikiel i inne dodatki. G&ówne ich cechy to wysoka wytrzyma&o"% i plastyczno"% zarówno w temperaturze otoczenia, jak i w temperaturach podwy#szonych, oraz dobra odporno"% na "cieranie i korozj! (m.in. wody morskiej). Tablica 8.9 Sk#ad chemiczny i g!sto$% przerabialnych plastycznie br"zów aluminiowych (wg PN-92/H-87051) Gatunek br$zu aluminiowego Sk&ad chemiczny, % (reszta mied ) znak cecha Al Fe Inne G!sto"% g/cm3 CuAl5As BA5 4,0 6,0 - 0,1 0,4 As 8,2 CuAl 8 BA8 7,5 9,0 - - 7,8 CuAl8Fe3 BA83 6,5 8,5 1,5 3,3 - 7,7 CuAl10Fe3Mn2 BA1032 8,5 11,0 2,0 4,0 1,5 3,5Mn 7,6 CuAl10Ni5Fe4 BA1054 8,5 11,0 2,0 5,0 4,0 6,0 Ni 7,6 W postaci lanej br$zy aluminiowe stosuje si! na silnie obci$#one cz!"ci maszyn, silników oraz cz!"ci osprz!tu i aparatury, nara#one na korozj! i "cieranie przy równoczesnym obci$#eniu mechanicznym. Orientacyjne w&asno"ci i przyk&adowe zastosowanie br$zów aluminiowych przerabialnych plastycznie podano w tabl. 8.10. Br$zy aluminiowe podlegaj$ ulepszaniu cieplnemu (hartowanie z temp. ok. 900°C, odpuszczanie w temp. 300 450°C). Mikrostruktur! br$zu aluminiowego w postaci lanej pokazano na rys. 8.7. Z pozosta&ych br$zów znormalizowane s$: odlewniczy br$z krzemowy BK331 (tabl. 8.6) oraz specjalne stopy miedzi do przeróbki plastycznej, w tym br$zy krzemowe i berylowe (tabl. 8.11). Orientacyjne w&asno"ci tych stopów i ich zastosowanie podano w tabl. 8.12. Br$zy berylowe podlegaj$ obróbce cieplnej (umocnieniu wydzieleniowemu), z&o#onej z przesycania z temperatury 800°C i starzenia w temperaturze 350°C. Wad$ ich jest stosunkowo wysoki koszt berylu. docsity.com