Stopy miedzi - Notatki - Materiałoznastwo, Notatki'z Materiały Inżynieryjne. Warsaw University of Technology
mellow_99
mellow_9914 marca 2013

Stopy miedzi - Notatki - Materiałoznastwo, Notatki'z Materiały Inżynieryjne. Warsaw University of Technology

PDF (700 KB)
18 strona
862Liczba odwiedzin
Opis
W notatkach omawiane zostają zagadnienia z materiałoznastwa: stopy miedzi; mosiądze.
20punkty
Punkty pobierania niezbędne do pobrania
tego dokumentu
Pobierz dokument
Podgląd3 strony / 18
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 18 pages
Pobierz dokument
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 18 pages
Pobierz dokument
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 18 pages
Pobierz dokument
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 18 pages
Pobierz dokument
Metaloznawstwo cz4.pdf

13. STOPY MIEDZI

Stopy miedzi są to stopy, w których metalem podstawowym jest miedź. Wyjątkiem od tej zasady są stopy miedzi ze srebrem i złotem, które uważa się za stopy srebra lub złota, jeżeli zawartość tych metali jest co najmniej rów- na 10%.

W niniejszym rozdziale zostaną omówione stopy miedzi o największym znaczeniu technicznym - mosiądze i brązy.

W zależności od liczby składników (dodatków stopowych) wyróżnia się mosiądze i brązy dwuskładnikowe i wieloskładnikowe, a w zależności od przeznaczenia - stopy odlewnicze i do przeróbki plastycznej.

13.1. Mosiądze

Mosiądze są to stopy miedzi, w których głównym dodatkiem stopowym (pierwiastkiem występującym w największej ilości poza miedzią) jest cynk, a jego zawartość jest większa niż 2%. Zawartość innych dodatków stopowych jest niewielka, przy czym nazwy mosiądzów zawierających je uwzględniają ten fakt, np. mosiądz aluminiowo-manganowo-żelazowy.

13.1.1. Układ równowagi fazowej miedź-cynk

Fragment wykresu układu równowagi miedź-cynk przedstawiono na rys. 13.1. W stanie stałym miedź tworzy z cynkiem kilka faz, z których jedynie dwie mają znaczenie techniczne: α - roztwór stały cynku w miedzi, krystalizujący w układzie A1, tym samym

co miedź, β - roztwór stały na bazie fazy międzymetalicznej CuZn, krystalizujący w sieci

A2. W wysokich temperaturach faza β posiada nieuporządkowane, przy- padkowe rozmieszczenie atomów w sieci krystalicznej. Podczas ochładza- nia, w temperaturach 454—468°C, sieć przestrzenna ulega uporząd- kowaniu tworząc nadstrukturę, oznaczoną na wykresie jako β'.

docsity.com

202

Rys. 13.1. Fragment wykresu układu równo- wagi fazowej Cu-Zn

Stopy jednofazowe α, skłonne do gruboziarnistości, po odlaniu i szyb- kim chłodzeniu mają budowę dend- rytyczną (fot. 13.1). Wolno chłodzone lub wyżarzone ujednoradniająco uzy- skują strukturę jednorodnego roz- tworu a (fot. 13.2); po przeróbce plas- tycznej i rekrystalizacji - budowę ko- mórkową z utworami bliźniaczymi (fot. 13.3). Stopy dwufazowe α+β' odlane posiadają przeważnie budowę iglastą (fot. 13.4). Po przeróbce plas- tycznej na gorąco uzyskują regularną komórkową strukturę (fot. 13.5)1).

Stopy miedzi z cynkiem, w miarę wzrostu zawartości cynku, zmieniają nie tylko strukturę, ale i właściwości (rys. 13.2). Największą plastyczność ma stop jednofazowy a o zawartości 30—32% Zn. Po przekroczeniu gra- nicy obszaru jednofazowego wydłuże- nie zmniejsza się. Wytrzymałość na- tomiast osiąga maksimum przy za-

Rys. 13.2. Właściwości mechaniczne stopów układu Cu-Zn

1) Struktura stopów miedzi z cynkiem ulega zmianie przy obecności innych składników stopowych. Składniki rozpuszczające się w roztworach α i β' zmieniają zakresy ich występowania. Po przekroczeniu granicznej rozpuszczalności dodatki stopowe wydzielają się w postaci odrębnych faz.

docsity.com

203

wartości ok. 45% Zn, po czym gwałtownie maleje. Ze względu na minimalną plastyczność i wytrzymałość fazy β', techniczne znaczenie jako materiały konstrukcyjne mają tylko stopy do zawartości ok. 44% Zn.

13.1.2. Zasady tworzenia znaków i cech mosiądzów

Znak mosiądzów formuje się w ten sposób, że na początku stawia się symbol chemiczny metalu podstawowego Cu, po nim umieszcza się symbol metalu będącego głównym dodatkiem stopowym Zn, ale już z liczbą wskazu- jącą procentową jego zawartość w stopie, wyrażoną w liczbach całkowitych. Dalej, w kolejności zmniejszających się zawartości procentowych, podaje się pozostałe dodatki stopowe. Gdy zawartość składnika dodatkowego nie prze- kracza 1%, to wówczas cyfrę opuszcza się. Przykładowo, znak CuZn40Mn3Fe opisuje mosiądz manganowo-żelazowy, w którym zawartość cynku wynosi ok 40%, manganu ok. 3%, i żelaza ok. 1%.

Oprócz znaku, który jest często dość długi, stosuje się jeszcze znacznie krótsze cechy. Miedź oznaczona jest literą M, która stoi na pierwszym miejscu. Drugie miejsce zajmuje litera odpowiadająca dodatkowi stopowemu wy- stępującemu w największej ilości (główny składnik stopowy - cynk nie wchodzi do cechy). W podanym wyżej przykładzie będzie to również litera M, oznaczająca mangan. Po tych dwóch literach stawia się liczbę odpowiadającą procentowej zawartości miedzi, a więc 55. Cechą w podanym przykładzie będzie zatem MM55.

13.1.3. Mosiądze odlewnicze

PN-91/H-87026 obejmuje dzie- więć gatunków mosiądzów odlewni- czych wytwarzanych w Polsce. Wszy- stkie są stopami wieloskładnikowy- mi. Tablica 13.1 podaje skład chemi- czny pięciu z nich, sposób ich od- lewania, właściwości i przykłady za- stosowań.

W stopach tych ołów i krzem poprawiają lejność, natomiast alumi- nium, mangan i żelazo podwyższają właściwości wytrzymałościowe. Ołów, poza lejnością, poprawia jeszcze skra- walność. Nie rozpuszczając się w mie- dzi (rys. 13.3), a tym samym wystę-

Rys. 13.3. Wykres układu równowagi fazowej

1085 L1 Cu L

1000 64±1 995±5°

37,4 86

955° L1+L2

8 0 0

Cu +L2 6 0 0

400 326°

C u + P b 200

Cu 20 40 60 80

% wagowy Pb

T em

pe ra

tu ra

C

docsity.com

Ta bl

ica 1

3.1

W yb

ran e

ga tu

nk i o

dle w

nic zy

ch st

op ów

m ied

zi (m

os iąd

zó w

), w

g PN

-9 1/H

-8 70

26

N az

w a

ga tu

nk u

M os

ią dz

m an

ga no

w o-

że la

zo w

y

M os

ią dz

al um

in io

w o-

-m an

ga no

w o-

że la

zo w

y

M os

ią dz

oł ow

io w

y

M os

ią dz

m an

ga no

w o-

-ż el

az ow

o- -c

yn ow

y

M os

ią dz

kr ze

m ow

y

Z na

k/ ce

ch a

C uZ

n4 0M

nF e/

M M

55

C uZ

n3 8A

12 M

n1 Fe

/ M

A 58

C uZ

n3 8P

b2 /

M O

50

C uZ

n3 7M

n4 Fe

1S n1

/ M

M S4

C uZ

n1 6S

i3 ,5

/M K

80

Sk ła

dn ik

i st

op ow

e [%

]

C u

53 ,0

¸ 58

,0

56 ,0

¸ 60

,0

56 ,0

¸ 62

,0

54 ,5

-5 7,

0

79 ,0

¸ 81

,0

In ne

M n

3, 0¸

4, 0

Fe

0, 5¸

1, 5

A l

1, 5¸

2, 5

M n

1, 0¸

2, 0

Fe

0, 5¸

1, 5

P b

1, 0-

3, 0

M n

3, 0-

4, 0

Sn

0, 6-

1, 5

F e

0, 7-

1, 6

Si

2, 5-

4, 5

Z n Reszta

Sp os

ób od

le w

a- ni

a1 )

W ła

śc iw

oś ci

m ec

ha ni

cz ne

R m

m in

[M P

A ]

45 0

50 0

40 0

40 0

48 0

48 0

25 0

28 0

30 0

40 0

30 0

40 0

A 5m

in [%

]

15 10 10 12 15 18 10 12 12 15 15 15

H B

m in

90 10 0

10 0 90 10 0

10 0 70 75 80 90 90 10 0

W ła

śc iw

oś ci

t ec

hn ol

og ic

zn e

Z as

to so

w an

ie

le jn

oś ć

do st

at ec

zn a;

o dp

or ny

n a

śc ie

ra ni

e, ś

re dn

io od

po rn

y na

k or

oz ję

o ra

z ka

w ita

cj ę

i po

dw yż

sz on

e te

m pe

ra tu

ry d

o 25

0° C

; st

os ow

an y

na n

ie sk

om pl

ik ow

an e

i du

że o

dl ew

y, cz

ęś ci

m as

zy n

i po

ja zd

ów ,

ok rę

tó w

i s

iln ik

ów ;

śr ub

y ok

rę to

w e

le jn

oś ć

i sk

ra w

al no

ść b

ar dz

o do

br a;

o dp

or ny

n a

śc ie

ra ni

e; do

br ze

s kr

aw al

ny ,

od po

rn y

na k

or oz

ję i

o bc

ią że

ni a

st at

yc z-

ne ;

st os

ow an

y na

c zę

śc i

m as

zy n

i si

ln ik

ów o

bc ią

żo ne

s ta

ty cz

- ni

e, s

to so

w an

e w

p rz

em yś

le k

om un

ik ac

yj ny

m ,

lo tn

ic zy

m i

ok rę

to w

ym

le jn

oś ć

i sk

ra w

al no

ść b

ar dz

o do

br a;

o dp

or ny

n a

ni ew

ie lk

ie ob

ci ąż

en ia

d yn

am ic

zn e

i śc

ie ra

ni e;

s to

so w

an y

na a

rm at

ur ę

hy dr

au lic

zn ą,

g az

ow ą,

bu

do w

la ną

— zw

yk łą

i

ci śn

ie ni

ow ą

do 3M

P a,

o bu

do w

y cz

ęś ci

m as

zy n,

k os

zy cz

ki ł

oż ys

k to

cz ny

ch

od po

rn y

na ś

ci er

an ie

, śr

ed ni

o od

po rn

y na

k or

oz ję

; le

jn oś

ć do

st at

ec zn

a; s

to so

w an

y na

c zę

śc i

w al

ca re

k, t

ul ej

e, n

ak rę

tk i

i in

ne c

zę śc

i m

as zy

n pr

ac uj

ąc yc

h pr

zy m

ak sy

m al

ny m

ob ci

ąż en

iu 2

00 0

M P

a

le jn

oś ć

i sk

ra w

al no

ść d

ob ra

; sp

aw al

ny ,

od po

rn y

na k

or oz

ję w

od y

m or

sk ie

j, śc

ie ra

ni e,

t em

pe ra

tu rę

d o

10 0°

C ;

ar m

at ur

a i

os pr

zę t

or az

c zę

śc i

st os

ow an

e w

p rz

em yś

le k

om un

ik ac

yj -

ny m

, m

as zy

no w

ym ,

ok rę

to w

ym i

c he

m ic

zn ym

1) l

p -

w f

or m

ac h

pi as

ko w

yc h;

l k

- w

f or

m ac

h m

et al

ow yc

h;

lc

- od

śr od

ko w

o;

l g

- m

et od

ą ci

ąg łą

l ub

p ół

ci ąg

łą

204

docsity.com

Ta bli

ca 1

3.2

W yb

ra ne

g at

un ki

s to

pó w

m ie

dz i

z cy

nk iem

( m

os iąd

zó w

) do

p rz

er ób

ki p

la sty

cz ne

j, w

g PN

-9 2/

H -8

70 25

G ru

pa ga

tu nk

ów

st op

y m

ie dz

i z

cy n-

ki em

st op

y m

ie dz

i z

cy nk

ie m

i oł

ow ie

m

st op

y m

ie dz

i !

z cy

nk ie

m i

in ny

m i

do da

tk am

i st

op ow

ym i

z w

ył ąc

ze -

ni em

oł ow

iu

G at

un ek Z

na k/

ce ch

a

C uZ

n1 0/

M 90

C uZ

n3 0/

M 70

C uZ

n4 0/

M 70

C uZ

n3 6P

b3 /M

06 1

C uZ

n4 0P

b2 /M

O 58

B

C uZ

n2 8S

n1 /M

C 70

C uZ

n3 9A

l1 Fe

1M n1

/ M

A 58

C uZ

n4 0M

n1 ,5

/M M

58

C uZ

n3 1S

il/ M

K 68

Sk ła

d ch

em ic

zn y

[% ]

C u

89 ,0

-9 1,

0

69 ,0

-7 1,

0

59 ,5

-6 1,

0

60 ,0

-6 2,

0

57 ,0

-5 9,

0

70 ,0

-7 2,

5

56 ,0

-6 1,

0

57 ,0

-5 9,

0

66 ,0

-7 0,

0

In ne - -

P b

2, 5-

3, 5

P b

1, 5-

2, 5

Sn 0

,9 -1

,3

A l

0, 2-

1, 5

M n

0, 2-

2, 0

F e

0, 2-

1, 5

M n

1, 0-

2, 0

Si 0

,7 -1

,3

Z n Reszta

O ri

en ta

cy jn

e w

ła śc

iw oś

ci

ła tw

o po

dd aj

ąc y

si ę

pr ze

ró bc

e pl

as ty

cz -

ne j

na z

im no

, od

po rn

y na

k or

oz ję

n ap

rę -

że ni

ow ą,

n ad

aj ąc

y si

ę do

em

al io

w an

ia ,

do br

y do

l ut

ow an

ia

ła tw

o po

dd aj

ąc y

si ę

pr ze

ró bc

e pl

as ty

cz ne

j na

z im

no ,

do br

y do

l ut

ow an

ia

na da

ją cy

s ię

d o

pr ze

ró bk

i pl

as ty

cz ne

j na

z im

no i

d o

lu to

w an

ia

b ar

d zo

d ob

rz e

sk ra

w al

ny ,

na da

ją cy

s ię

d o

pr ze

ró bk

i pl

as ty

cz ne

j na

z im

no w

o gr

an i-

ni cz

on ym

z ak

re si

e

ba rd

zo d

ob rz

e sk

ra w

al ny

( st

op a

ut om

a- to

w y

ba rd

zo

od po

rn y

na k

or oz

od po

rn y

na k

or oz

od po

rn y

na

ko ro

zj ę

at m

os fe

ry cz

ną ,

do br

y do

l ut

ow an

ia

do br

e w

ła śc

iw oś

ci ś

liz go

w e

G łó

w ne

z as

to so

w an

ie

el em

en ty

w yk

on yw

an e

ró żn

ym i

m et

od am

i pr

ze -

ró bk

i pl

as ty

cz ne

j, sz

cz eg

ól ni

e pr

ze z

gł ęb

ok ie

tło cz

en ie

ta śm

y do

p ro

du kc

ji ch

ło dn

ic ,

el em

en ty

w yk

on yw

a- ne

r óż

ny m

i m

et od

am i

pr ze

ró bk

i pl

as ty

cz ne

j, w

t ym

p rz

ez g

łę bo

ki e

tło cz

en ie

el em

en ty

w yk

on yw

an e

ró żn

ym i

m et

od am

i pr

ze ró

bk i

pl as

ty cz

ne j

el em

en ty

w yk

on yw

an e

ró żn

ym i

m et

od am

i sk

ra w

a- ni

a, w

t ym

n a

au to

m at

ac h

el em

en ty

w yk

on yw

an e

ró żn

ym i

m et

od am

i sk

ra w

a- ni

a,

sz cz

eg ól

ni e

na a

ut om

at ac

h

ru ry

n a

w ym

ie nn

ik i

ci ep

ła

el em

en ty

a pa

ra tu

ry ,

el em

en ty

ś liz

go w

e

el em

en ty

a pa

ra tu

ry ,

ar ch

it ek

tu ra

el em

en ty

ś liz

go w

e

205

docsity.com

206

pując w postaci odrębnej fazy, przyczynia się on do tworzenia kruchego wióra, łatwo odpadającego od skrawającego narzędzia. Aluminium, krzem, mangan i cyna przyczyniają się do wzrostu odporności mosiądzów na korozję, a krzem również do wzrostu odporności na ścieranie.

Zawartość cynku i dodatków stopowych w mosiądzach odlewniczych jest tak dobrana, że posiadają one zwykle strukturę α+β', często z wydzieleniami faz zawierającymi dodatki stopowe (fot. 13.6). W tym zakresie składów właściwości wytrzymałościowe mosiądzów są największe, a ponadto stopy mają najlepsze właściwości odlewnicze wobec bliskiego położenia linii likwidus i solidus.

Właściwości mechaniczne mosiądzów zależą od sposobu lania. Ich warto- ści liczbowe podane w normie są wartościami minimalnymi, tzn. że wartości wyższe uzyskane w czasie prób są pożądane i oczekiwane.

13.1.4. Mosiądze do przeróbki plastycznej

Mosiądze są jednymi z najlepszych i najbardziej rozpowszechnionych w przemyśle materiałów do przeróbki plastycznej.

W tablicy 13.2 podano skład chemiczny, orientacyjne właściwości i przy- kłady zastosowania niektórych stopów miedzi z cynkiem, wybranych spośród dwudziestu czterech stopów, zamieszczonych w PN-92/H-87025. Jak wynika

z tej tablicy, wyróżnia się stopy mie- dzi cynkiem, stopy miedzi z cynkiem z dodatkiem ołowiu oraz stopy miedzi z cynkiem i innymi dodatkami stopo- wymi z wyłączeniem ołowiu. Znacze- nie dodatków stopowych jest tu ana- logiczne jak w stopach odlewniczych.

W stosunku do mosiądzów od- lewniczych, w mosiądzach przerabia- nych plastycznie zawartość cynku i innych dodatków stopowych jest zwykle mniejsza, taka aby materiał posiadał strukturę o wysokich właściwościach plastycznych: α (fot 13.1 - 13.2) lub α z pewną ilością fazy β' (fot. 13.5). Mogą tu też wy- stępować, w niewielkiej ilości, wydzie- lenia bogate w pozostałe składniki stopowe.Rys. 13.4. Właściwości, mechaniczne mosiądzuCuZn37 w zależności od stopnia zgniotu na

zimno

R m

, M

P a

P ó

łł w

ar d

y

T w

ar d

y

S p

rę ży

st y

A 10

,% H B

800 160

70

120600 60

50

400 40 80

30

200 20 40

10

0 0 20 40 60

0 80

Zgniot, %

docsity.com

207

Stopy miedzi z cynkiem łatwo poddają się przeróbce plastycznej na zimno. Zdolność tą ogranicza dodatek ołowiu w stopach o wyższej zawartości cynku, np. w stopie CuZn40Pb2. Podczas przeróbki plastycznej na zimno mosiądze ulegają znacznemu umocnieniu. Dla przykładu, na rys. 13.4 przedstawiono właściwości mechaniczne mosiądzu CuZn37 w zależności od stopnia zgniotu. Na osi odciętych, oprócz stopnia zgniotu, podano jeszcze handlowe nazwy stanu utwardzenia: półtwardy, twardy i sprężysty.

Stopy miedzi z cynkiem do przeróbki plastycznej są dostarczane w postaci prętów, kształtowników, drutów, blach, rur i taśm.

13.2. Brązy

Brązy są to stopy miedzi, w których głównym dodatkiem stopowym nie jest cynk lub nikiel. Zawartość głównego dodatku jest zwykle większa niż 2%. W zależności od jego nazwy wyróżnia się brązy cynowe, aluminiowe, krzemowe, berylowe, manganowe i inne. Nazwy są bardziej złożone, gdy brązy są stopami wieloskładnikowymi, np. brąz cynowo-cynkowy.

13.2.1. Układy równowagi fazowej

W rozdziale tym przedstawione są dwuskładnikowe układy równowagi fazowej miedź - główny składnik stopowy, ilustrujące struktury najszerzej stosowanych brązów - cynowych i aluminiowych1).

13.2.1.1. Układ miedź-cyna

Miedź tworzy z cyną złożony układ równowagi (rys 13.5). Praktyczne zastosowanie mają stopy do zawartości ok. 20% Sn. Przy tych stężeniach miedź i cyna tworzą następujące fazy stałe: α - roztwór stały cyny w miedzi o strukturze krystalicznej miedzi Al, o zmien-

nej rozpuszczalności w stanie stałym. W warunkach technicznych uzyskuje się znaczne zawężenie obszaru występowania fazy a, jak to przedstawiono przerywaną linią na wykresie. Uzyskanie struktury równowagi wymaga bardzo powolnego chłodzenia;

β - roztwór stały na bazie fazy międzymetalicznej Cu5Sn6 o strukturze A2, ulegający przemianie eutektoidalnej na mieszaninę (α+γ);

γ - roztwór stały, różniący się od fazy β tylko sposobem rozmieszczenia atomów w sieci. Ulega on przemianie eutektoidalnej, dając mieszaninę (α+δ);

1) Struktury brązów dwuskładnikowych ulegają zmianie pod wpływem dodatkowych skład- ników stopowych w wyniku przesunięcia zakresów występowania poszczególnych faz oraz tworzenia nowych faz wzbogaconych w te dodatki.

docsity.com

208

δ - roztwór stały na bazie fazy mię- dzymetalicznej Cu31Sn8 o złożo- nej strukturze układu regularne- go, ulegający przemianie eutek- toidalnej na mieszaninę faz (α+ε). Ta ostatnia przemiana praktycznie nie zachodzi, faza δ jest trwała do temperatury oto- czenia. W technicznych warunkach stru-

ktura stopów miedzi z cyną w tem- peraturze otoczenia jest więc nierów- nowagowa: do około 8% Sn stopy są jednofazowe α (fot. 13.7), a powyżej tej zawartości mają budowę składają- cą się z fazy α i eutektoidu (α+δ) (fot. 13.8).

Na wykresie równowagi Cu-Sn obserwuje się szeroki zakres tempera- tur początku i końca krzepnięcia roz- tworu stałego α, osiągający ponad 150oC. Tak znaczna różnica tempera- tur między linią likwidus i solidus oraz mała szybkość dyfuzji cyny w miedzi sprzyjają występowaniu seg- regacji dendrytycznej, tj. niejednorod- ności składu chemicznego w obrębie dendrytów (ziarn pierwotnych).

Zjawisko segregacji dendrytycz- nej można wyjaśnić analizując prze- bieg krzepnięcia stopu o zawartości

np. 5% Sn (rys. 13.6). Gdy temperatura ciekłego roztworu cyny w miedzi osiąga wartość t1, wydzielają się pierwsze kryształy α ο składzie α1. Podczas obniżania temperatury faza α zmienia swój skład wzdłuż linii solidus od α1 do 5% Sn. Jednocześnie ciecz zmienia swój skład wzdłuż linii likwidus od 5% Sn do α2. W wypadku omawianego stopu zawartość Sn we wnętrzu pierwszych ziarn i w warstwie zewnętrznej ostatnich skrzepniętych ziarn teoretycznie waha się od α1 do α2. W rzeczywistych warunkach krystalizacji tak dużej segregacji nie obserwuje się. Rosnące ziarna „pływają" w cieczy i składnik wyżej topliwy (Cu) dyfunduje z ziarn do cieczy, a składnik niżej topliwy (Sn) - z cieczy do ziarn. Dyfuzja zachodzi również w samych ziarnach, w trakcie ich wzrostu

Rys. 13.5. Fragment wykresu układu równo- wagi fazowej Cu-Sn. Linią przerywaną zazna- czono przemiany fazowe zachodzące w tech-

nicznych warunkach chłodzenia

1085

L 1000

L+a 900

800 798 o 25,5

13,5 22,0 755o

α + β β 700

γ z a

600 24,6 δ

δ+ε

15,8 586 ο

α + γ

500 520 ο 27,0

α + δ

400

3 5 0 ο

300- α + ε ( α + δ )

200 1.3 Cu 10 20 30

% wagowy Sn

T e

m p

e ra

tu ra

,

o C

docsity.com

209

i po skrzepnięciu stopu w dostatecz- nie wysokiej temperaturze. Proces dy- fuzji, mimo małej szybkości dyfuzji cyny w miedzi, powoduje więc pewne wyrównanie składu chemicznego - ujednorodnienie, jak to pokazują ukośne przerywane linie na rys. 13.6.

W czasie trawienia zgładu meta- lograficznego, odczynnik trawiący re- aguje w różnym stopniu z poszcze- gólnymi fragmentami dendrytów o zmiennym składzie chemicznym, różnie je zabarwiając (fot. 13.1, 13.7, 13.8).

Właściwości mechaniczne sto- pów miedzi z cyną zależą od zawarto- ści cyny. Jak wynika z rys. 13.7, mak- symalną wytrzymałość i wydłużenie mają stopy o zawartości cyny od- powiadającej w przybliżeniu granicznej

Rys. 13.6. Segregacja dendrytyczna w stopie zawierającym 5% Sn

rozpuszczalności w roztworze α, natomiast twardość powiększa się w sposób ciągły.

1085 t1

1000 L + a

900 t 2

800

700

600

α + β

α + γ 500

400 α + δ

300·

200 α 1 5 10 15 20 α 2 25

% wagowy SnCu

T em

p er

at u

ra ,

0 C

α + δ

R m

,M P

a 420

350

α δ

A 5 ,%

H B

280

240

2 8 0 40 200

HB 210 30 160

A5

140 20 120

Rm

7 0 10 80

60

Cu 10 20 30 40 50 0 40

% wagowy Sn

Rys. 13.7. Właściwości mechaniczne stopów układu Cu-Sn w stanie wyżarzonym

docsity.com

210

13.2.1.2. Układ miedź-aluminium

Na rys. 13.8 przedstawiony jest fragment wykresu układu równo- wagi miedź-aluminium. W zakresie technicznego zastosowania stopów - do około 11% Al, występują w stanie stałym fazy: α - roztwór stały aluminium w

miedzi, krystalizujący w sie- ci Al,

β - roztwór stały na osnowie fazy międzymetalicznej Cu3Al o strukturze A2, ulegający przemianie eutektoidalnej na mieszaninę fazy (α+γ2),

γ2 - roztwór stały na osnowie fazy międzymetalicznej Cu3Al4 o skomplikowanej strukturze układu regularnego. W temperaturze około 365oC

fazy α i γ2 tworzą fazę α2 w wyniku przemiany perytektoidalnej. W wa- runkach technicznych fazę α2 po- mija się, gdyż pojawia się ona do- piero po długotrwałym wyżarza- niu.

Stopy miedzi z aluminium przy niższych zawartościach alumi-

nium są więc jednofazowe α (fot. 13.9), a przy wyższych mają budowę roztworu α z eutektoidem (α+γ2) (fot. 13.10). Wobec małej odległości między linią likwidus i solidus, zwykle nie obserwuje się segregacji dendrytycznej w roztworze α.

Właściwości mechaniczne stopów zależne są bardzo wyraźnie od zawarto- ści aluminium, co ilustruje rys. 13.9.

Fazę β w stopach aluminium można przechłodzić, podobnie jak austenit w stopach żelaza. Przechłodzona faza β, zawierająca ponad 11% Al, ulega częściowemu uporządkowaniu na fazę β1. Chłodzenie z szybkością większą niż krytyczna powoduje bezdyfuzyjną przemianę martenzytyczną obu faz na mieszaninę faz β' i β'1 ο wyglądzie zbliżonym do martenzytu w stalach (fot. 13.11). Przemiana ta jest odwracalna; przy nagrzewaniu następuje powrót do struktury równowagi.

Rys. 13.8. Fragment wykresu układu równowagi fazowej Cu-Al

1085 L

1 0 3 7 o 1048 o

7,5 8,3 9,5 1000

9 0 0

9 6 3 o

β β+γ1

800- 7800α + β

α 7 0 0

γ2

β + γ 2 600.

9,4 5 6 7 ο 15,6

11,8

α + γ 2

500

400 11,2

365ο

α 2 + γ 2

300 Cu 4 8

α + α 2 12 α 2 16

% wagowy Al

T e

m p

e ra

tu ra

, o C

docsity.com

211

Rys. 13.9. Właściwości mechaniczne stopów układu Cu-Al w stanie lanym

13.2.2. Zasady tworzenia znaków i cech brązów

Znak brązów formowany jest w ten sam sposób, co mosiądzów (p. 13.1.2). Cecha natomiast zaczyna się od litery B, co oznacza brąz. Następnie,

w brązach w których głównym składnikiem jest cyna, występuje liczba, której kolejne liczby lub cyfry wyrażają procentową zawartość cyny, potem cynku i na końcu ołowiu. Np. brąz cynowo-cynkowo-ołowiowy o składzie 4% Sn, 7% Zn i 6% Pb ma cechę B476. Inne brązy mają jeszcze po literze Β drugą literę: A (brąz aluminiowy), Κ (brąz krzemowy), Β (brąz berylowy), Μ (brąz manganowy). Po tych dwóch literach następuje również liczba opisująca skład chemiczny stopu.

13.2.3. Brązy odlewnicze

PN-91/H-87026 zawiera jedenaście gatunków brązów odlewniczych; część ich jest przedstawiona w tablicy 13.3. W brązach tych składnikami głównymi są: cyna (do 11%), aluminium (do 11%) i krzem (do 4%). Są to przeważnie stopy wieloskładnikowe.

W brązach cynowych cynk zastępuje drogą cenę i poprawia lejność, fosfor polepsza właściwości przeciwcierne, zaś ołów wpływa korzystnie na szczelność odlewów, poprawia skrawalność i właściwości przeciwcierne.

R m , A 5 H B MPa % α α+γ2

700 70| A 5 H B

200600 60

500 50

400 4 0 150

R m 300 30

200 20 100

100 10

0 0 Cu 2 4 6 8 10 12

% w a g o w y Al

docsity.com

T ab

lic a

13 .3

W yb

ran e

ga tu

nk i o

dle w

nic zy

ch st

op ów

m ied

zi (b

rąz ów

), w

g PN

-9 1/H

-8 70

26

N az

w a

ga tu

nk u

B rą

z cy

no w

y

B rą

z cy

no w

o- fo

sf or

ow y

B rą

z cy

no w

o- cy

nk ow

y

B rą

z cy

no w

o- oł

ow io

w y

B rą

z cy

no w

o- cy

nk ow

o- oł

ow io

w y

B rą

z al

um in

io -

w o-

że la

- zo

w y

B rą

z kr

ze m

o- w

o- cy

nk o-

w o-

m an

- ga

no w

y

Z na

k/ C

ec ha

C uS

n1 0/

B 10

C uS

n1 0P

/B 10

1

C uS

n1 0Z

n2 /

B 10

2

C uS

n1 0P

b1 0/

B 10

10

C uS

n5 Z

n5 Pb

5/ B

55 5

C uA

J9 Fe

3/ B

A 93

C uS

i3 Z

n3 M

n/ B

K 33

1

Sk ła

dn ik

i st

op ow

e [%

]

C u

re sz

ta

re sz

ta

re sz

ta

re sz

ta

re sz

ta

re sz

ta

re sz

ta

Sn 9 ,0

- 11

,0

9 ,0

- 11

,0

9 ,0

- 11

,0

9 ,0

- 11

,0

4 ,0

- 6,

0

A l

8 ,0

- 10

,5

Si

3 ,5

- 4,

0

In ne

Ρ 0,

5- 1,

0

Z n

1, 0-

3, 0

P b

8 ,5

- 11

,0

Z n

4 ,0

- 6,

0 P

b 4

,0 -

6, 0

F e

2 ,0

- 4,

0

Z n

3 ,0

- 5,

0 M

n 0

,5 -

1,2

Sp os

ób od

le w

a- ni

a1 )

W ła

śc iw

oś ci

m ec

ha ni

cz ne

R m

m in

[M P

a]

24 0

27 0

28 0

31 0

22 0

31 0

33 0

36 0

24 0

26 0

27 0

18 0

22 0

22 0

20 0

22 0

25 0

50 0

55 0

55 0

28 0

35 0

A 5m

in [%

]

12 5 6 9 3 2 4 6 10 7 7 8 6 6 13 13 13 13 15 15 8 12

H B

m in

65 80 90 90 80 90 10 0

10 0 70 80 80 65 70 80 60 65 70 10 0

11 0

10 0 90 10 0

W ła

śc iw

oś ci

t ec

hn ol

og ic

zn e

Z as

to so

w an

ie

le jn

oś ć

i sk

ra w

al no

ść d

ob ra

; od

po rn

y na

d uż

e ob

ci ąż

e- ni

a st

at yc

zn e,

z m

ie nn

e i

ud er

ze ni

ow e,

k or

oz ję

, śc

ie ra

ni e

i te

m pe

ra tu

rę d

o 28

0° C

st

os ow

an y

na s

iln ie

o bc

ią żo

ne cz

ęś ci

m as

zy n,

j ak

ł oż

ys ka

, pa

ne w

ki i

n ap

ęd y

or az

os pr

zę t

pa ro

w y,

w od

ny ;

od po

rn y

na d

zi ał

an ie

n ie

kt ó-

ry ch

k w

as ów

le jn

oś ć

i sk

ra w

al no

ść d

ob ra

; od

po rn

y na

k or

oz ję

, śc

ie ra

- ni

e i

du że

o bc

ią że

ni a

m ec

ha ni

cz ne

; st

os ow

an y

na w

ys o-

ko ob

ci ąż

on e,

ź le

s m

ar ow

an e

i na

ra żo

ne n

a ko

ro zj

ę ło

- ży

sk a,

c zę

śc i

m as

zy n

or az

a rm

at ur

ę ch

em ic

zn ą

le jn

oś ć

i sk

ra w

al no

ść b

ar dz

o do

br a;

o dp

or ny

n a

ko ro

zj ę

w od

y m

or sk

ie j,

śc ie

ra ni

e i

na ci

sk i;

st os

ow an

y na

w ys

ok o-

ob ci

ąż on

e i

na ra

żo ne

n a

ko ro

zj ę

cz ęś

ci m

as zy

n w

p rz

e- m

yś le

o kr

ęt ow

ym i

p ap

ie rn

ic zy

m

le jn

oś ć

i sk

ra w

al no

ść b

ar dz

o do

br a;

o dp

or ny

n a

śc ie

ra -

ni e;

s to

so w

an y

na ł

oż ys

ka i

c zę

śc i

tr ąc

e m

as zy

n pr

ac uj

ą- ją

cy ch

p rz

y du

ży ch

n ac

is ka

ch i

s zy

bk oś

ci ac

h

le jn

oś ć

i sk

ra w

al no

ść b

ar dz

o do

br a;

o dp

or ny

n a

te m

pe -

ra tu

rę d

o 22

5° C

; st

os ow

an y

na c

zę śc

i m

as zy

n, o

sp rz

ęt u

po ja

zd ów

, si

ln ik

ów i

tr

ak to

ró w

, po

dl eg

aj ąc

e ko

ro zj

i w

od y,

ś ci

er an

iu i

c iś

ni en

iu d

o 2,

5 M

P a

le jn

oś ć

ba rd

zo

do br

a;

ba rd

zo

od po

rn y

na o

bc ią

że ni

a st

at yc

zn e,

k or

oz ję

, śc

ie ra

ni e

i p od

w yż

sz on

e te

m pe

ra tu

ry ;

st os

ow an

y na

s iln

ie o

bc ią

żo ne

c zę

śc i

m as

zy n,

s iln

ik ów

or az

o sp

rz ęt

u i

ap ar

at ur

y, n

ar aż

on e

na k

or oz

ję i

ś ci

er a-

ni e,

p rz

y ró

w no

cz es

ny m

o bc

ią że

ni u

m ec

ha ni

cz ny

m w

p rz

em yś

le k

om un

ik ac

yj ny

m ,

ok rę

to w

ym ,

lo tn

ic zy

m ,

ch em

ic zn

ym i

tp .

le jn

oś ć

do br

a; o

dp or

ny n

a ko

ro zj

ę, o

bc ią

że ni

a zm

ie nn

e, ud

er ze

ni ow

e i

śc ie

ra ni

e; s

to so

w an

y na

c zę

śc i

m as

zy n

i os

pr zę

tu (

ło ży

sk a,

e le

m en

ty n

ap ęd

ów ,

po m

py )

na ra

żo -

ne n

a ko

ro zj

ę, z

m ie

nn e

ob ci

ąż en

ia ,

zł e

sm ar

ow an

ie

1) l

p -

w f

or m

aa ch

p ia

sk ow

yc h;

l k

- w

f or

m ac

h m

et al

ow yc

h;

l c -

od śr

od ko

w o;

l g

-

m et

od ą

ci ąg

łą l

ub p

ół ci

ąg łą

212

docsity.com

Ta bl

ica 13

.4 W

yb ran

e ga

tu nk

i s top

ów m

ied zi

d o

pr ze

ró bk

i p las

ty cz

ne j:

sto py

m ied

zi z

cy ną

, w g

PN -9

2/ H

-8 70

51 1) ,

sto py

m ied

zi z

al um

ini um

, w g

PN -9

2/ H

-8 70

51 2) ,

sp ec

jal ne

st op

y m

ied zi,

w g

PN -9

2/ H

-8 70

60 3)

N az

w a

gr up

y

ga tu

nk ów

B rą

zy cy

no w

e

B rą

zy al

um in

io w

e

B rą

zy be

ry lo

w e

B rą

zy kr

ze m

ow e

G at

un ek

Z na

k/ C

ec ha

C uS

n6 /B

61 )

C uS

n4 Pb

Z n3

/B 44

31 )

C uA

18 /B

A 82

)

C uA

11 0F

e3 M

n2 /

B A

10 32

2)

C uA

l1 0N

i5 Fe

4/ B

A 10

54 2)

C uB

e2 /B

B 23

)

C uB

eP b/

B B

21 3)

C uS

i1 /B

K 13

)

C uS

i3 M

n/ B

K 31

3)

Sk ła

d ch

em ic

zn y

[% ]

G łó

w ny

sk ła

dn ik

Sn 5,

5- 7,

0

Sn 3,

5- 4,

5

A l

7, 5-

9, 0

A l

8, 5-

11 ,0

A l

8, 5-

11 ,0

B e

1, 8-

2, 1

B e

1, 8-

2, 1

Si 0,

8- 2,

0

Si 2,

7- 3,

5

In ne

Z n

1, 5-

4, 5

P b

3, 5-

4, 5

-

F e

2, 0-

4, 0

M n

l, 5

-3 ,5

F e

2, 0-

5, 0

N i

4, 0-

6, 0

-

P b

0, 2-

0, 6

M n

1, 0-

1, 5

C u reszta

O ri

en ta

cy jn

e w

ła sn

oś ci

Z e

w zr

os te

m z

aw ar

to śc

i cy

ny w

zr as

ta ją

w ła

śc i-

w oś

ci w

yt rz

ym ał

oś ci

ow e

i sp

rę ży

st e

ze ś

re dn

ic h

(B 2)

d o

ba rd

zo w

ys ok

ic h

(B 8)

, a

od po

rn oś

ć na

ko ro

zj ę

i śc

ie ra

ni e

od po

w ie

dn io

z e

śr ed

ni ej

d o

du że

j; do

br ze

s kr

aw al

ny ,

na da

ją cy

s ię

d o

lu to

w a-

ni a,

s pa

w an

ia o

ra z

pr ze

ró bk

i pl

as ty

cz ne

j na

z im

no

do br

a od

po rn

oś ć

na ś

ci er

an ie

i k

or oz

ję ,

do br

a sk

ra w

al no

ść ;

na da

ją cy

s ię

d o

lu to

w an

ia o

ra z

do pr

ze ró

bk i

pl as

ty cz

ne j

na z

im no

ba rd

zo o

dp or

ny n

a ko

ro zj

ę, s

zc ze

gó ln

ie o

dp or

ny na

d zi

ał an

ie k

w as

u si

ar ko

w eg

o i

oc to

w eg

o, ł

at -

w o

po dd

aj ąc

y si

ę pr

ze ró

bc e

pl as

ty cz

ne j

na z

im no

w ys

ok ie

w ła

śc iw

oś ci

w yt

rz ym

ał oś

ci ow

e (r

ów ni

eż w

p od

w yż

sz on

yc h

te m

pe ra

tu ra

ch ),

d ob

ra o

dp or

- no

ść n

a ko

ro zj

ę sz

cz eg

ól ni

e w

r oz

tw or

ac h

kw aś

ny ch

, w

ys ok

a od

po rn

oś ć

na p

rz em

ie nn

e ob

ci ąż

en ia

, do

br a

od po

rn oś

ć na

ś ci

er an

ie ;

ła tw

o po

dd aj

ąc e

si ę

pr ze

ró bc

e pl

as ty

cz ne

j na

zi m

no

ba rd

zo w

ys ok

ie w

ła śc

iw oś

ci w

yt rz

ym ał

oś ci

ow e

i sp

rę ży

st e,

b ar

dz o

du ża

o dp

or no

ść n

a śc

ie ra

- ni

e i

ko ro

zj ę,

b ra

k sk

ło nn

oś ci

d o

is kr

ze ni

a, śr

ed ni

e pr

ze w

od ni

ct w

o el

ek tr

yc zn

e, n

ad aj

ąc e

si ę

do p

rz er

ób ki

p la

st yc

zn ej

n a

zi m

no ,

sz cz

eg ól

ni e

w s

ta ni

e pr

ze sy

co ny

m ;

ga tu

ne k

C uB

e2 Pb

o po

dw yż

sz on

ej s

kr aw

al no

śc i

w ys

ok ie

w ła

śc iw

oś ci

w yt

rz ym

ał oś

ci ow

e, d

uż a

od po

rn oś

ć na

k or

oz ję

; ła

tw o

po dd

aj ąc

e si

ę pr

ze ró

bc e

pl as

ty cz

ne j

na z

im no

; ga

tu ne

k B

K 31

ł at

w o

po dd

aj ąc

y si

ę sp

aw an

iu

Pr zy

kł ad

y za

st os

ow an

ia

sp rę

ży ny

m em

br an

y, s

ita p

ap ie

rn ic

ze ,

ru rk

i m

an o-

m et

ry cz

ne ,

el em

en ty

p rz

yr zą

dó w

k on

tr ol

no -p

om ia

- ro

w yc

h

el em

en ty

ś liz

go w

e

el em

en ty

a pa

ra tu

ry c

he m

ic zn

ej

el em

en ty

a pa

ra tu

ry k

on tr

ol no

-p om

ia ro

w ej

i c

he -

m ic

zn ej

, w

ał y,

ś ru

by ,

el em

en ty

n ar

aż on

e na

śc ie

ra ni

e

dn a

si to

w e

w ym

ie nn

ik ów

c ie

pł a,

w ał

y, ś

ru by

, el

em en

- ty

n ar

aż on

e na

ś ci

er an

ie ,

el em

en ty

u rz

ąd ze

ń hy

dr au

- lic

zn yc

h, g

ni az

da z

aw or

ów ,

ko ła

z ęb

at e

sp rę

ży ny

, el

em en

ty s

pr ęż

yn uj

ąc e

i na

ra żo

ne n

a śc

ie ra

ni e,

n ar

zę dz

ia n

ie is

kr zą

ce

śr ub

y, s

zc ze

gó ln

ie w

ś ro

do w

is ku

m or

sk im

el em

en ty

k on

st ru

kc ji

sp aw

an yc

h

213

docsity.com

214

W brązach aluminiowych żelazo, nikiel i mangan podwyższają właściwości wytrzymałościowe, a dwa ostatnie również i odporność korozyjną.

W brązie krzemowym mangan poprawia właściwości wytrzymałościowe, zaś cynk - odlewnicze.

Brązy odlewnicze są stopami wielofazowymi; np. cynowy CuSn10 po- siada strukturę roztworu α z eutektoidem (α+δ); (fot. 13.8), aluminiowy Cu A110Fe3Mn3 - roztworu α z eutektoidem (α+γ2), pokazaną na fot. 13.10. W brązach wieloskładnikowych mogą też występować wydzielenia bogate w dodatkowy składnik, np. fazę żelazową w brązie CuA110Fe3Mn2 (fot. 13.10), ołów w brązie CuSn10Pb10 (fot. 13.12).

Właściwości mechaniczne brązów zależą od rodzaju głównego składnika stopowego: najniższą wytrzymałość na rozciąganie mają brązy cynowe z doda- tkiem ołowiu (150 — 250 MPa), wyższą brązy cynowe i brąz krzemowy (220—360 MPa), a najwyższą aluminiowe (500-640 MPa). Właściwości me- chaniczne poszczególnych gatunków brązów zależą też od sposobu odlewania (tabl. 13.3)

13.2.4. Brązy do przeróbki plastycznej

W tablicy 13.4 zestawione są niektóre gatunki brązów do przeróbki plastycznej, wybrane z:

PN-92/H-87050 (stopy miedzi z cyną), PN-92/H-87051 (stopy miedzi z aluminium), PN-92/H-87060 (specjalne stopy miedzi). Są to stopy dwuskładnikowe i wieloskładnikowe. Składnikami głównymi

w przedstawionych grupach są: cyna (do 8,5%), aluminium (do 11%), krzem (do 3,5% beryl (do 2,1%).

Brązy cynowe oprócz cyny mogą zawierać cynk i ołów. Ich znaczenie jest takie samo jak w stopach odlewniczych.

Dodatki manganu, żelaza i niklu, wprowadzone do brązów aluminiowych, poprawiają ich właściwości tak, jak w stopach odlewniczych.

Właściwości wytrzymałościowe brązów krzemowych podwyższa mangan, zaś skrawalność brązów berylowych poprawia ołów.

Należy zauważyć, że główne i dodatkowe składniki stopowe - stosowane są zazwyczaj w mniejszych ilościach niż w stopach odlewniczych, co podyk- towane jest koniecznością uzyskania lepszych właściwości plastycznych.

Brązy do przeróbki plastycznej mają najczęściej strukturę jednofazowego roztworu α, np. cynowy CuSn6 (fot. 13.7) i aluminiowy CuA15 (fot. 13.9)

docsity.com

215

W strukturze brązów cynowych może też wystąpić niewielka ilość eutektoidu (α + δ). Budowę wielofazową mają również brązy aluminiowe wieloskład- nikowe: roztwór α i eutektoid (α+γ2) (fot. 13.13). Podobnie jak w brązach odlewniczych, w brązach do przeróbki plastycznej mogą występować wy- dzielenia bogate w dodatkowe składniki stopowe, jednakże przeważnie w mniejszej ilości.

Omawiane stopy miedzi łatwo poddają się przeróbce plastycznej na zimno, która powoduje silne ich umocnienie. Zależnie od wielkości umocnienia wyróżnia się zwykle stany stopów: wyżarzony (miękki), twardy i sprę- żysty. Dla przykładu, w tablicy 13.5 podano charakterystyki stanów brązu cynowego CuSn6. Jak widać, w wyniku odkształcenia plastycz- nego można uzyskać ponad dwukrotny wzrost wytrzymałości tego brązu. Podobny wzrost wytrzymałości występuje w wypadku brązów aluminiowych i krzemowych. W brązach berylowych natomiast można uzyskać wysokie właściwości zarówno wytrzymałościowe jak i plastyczne, porównywalne

Tablica 13.5

Właściwości mechaniczne brązu CuSn6

Stan

Wyżarzony

Twardy

Sprężysty

[MPa]

350-450

750-850

850-950

A5 [%]

60-70

4 - 6

2 - 4

HB

75

200-210

210-250

Tablica 13.6 Właściwości mechaniczne brązu CuBe2,5

Stan

Wyżarzony

Zgnieciony (zgniot 70%)

Zgnieciony i utwardzony wydziele- leniowo

[MPa]

540

735

1180

Rc [MPa]

295

490

785

A5 [%]

50

4

25

HB

200

240

380

docsity.com

216

z właściwościami stali ulepszonych cieplnie (tabl. 13.6). Jest to możliwe dzięki połączeniu przeróbki plastycznej z utwardzaniem wydzieleniowym1).

Wyroby wykonywane z brązów do przeróbki plastycznej to: blachy, taśmy, rury, pręty, druty, kształtowniki.

13.3. Obróbka ciepła stopów miedzi

13.3.1. Wyżarzanie ujednoradniające

Wyżarzanie ujednoradniające stosowane jest w wypadku stopów prze- znaczonych do przeróbki plastycznej i jest zabiegiem poprzedzającym ten proces. Jego celem jest zmniejszenie segregacji dendrytycznej - miejscowej niejednorodności składu chemicznego, a tym samym i właściwości mechanicz- nych (p. 13.2.1.1). Występuje ona bezpośrednio po odlaniu stopu i może stwarzać trudności przy jego przeróbce plastycznej.

Wyżarzanie ujednoradniające jest zbędne w wypadku stopów o małej skłonności do segregacji dendrytycznej. Gdy niejednorodność struktury jest znaczna, tak jak to ma miejsce np. w brązach cynowych, obróbka ta jest konieczna.

Wyżarzanie przeprowadza się w temperaturach dość wysokich, nie powo- dujących jednak przemian fazowych. Dla brązów cynowych są to temperatury 650 —750°C. Proces jest czasochłonny - trwający do kilkunastu godzin, co wynika z małej szybkości dyfuzji cyny w miedzi.

Dla ujednorodnienia struktury mosiądzów wystarcza natomiast kilku- godzinne wyżarzanie w temperaturze około 700°C.

13.3.2. Wyżarzanie rekrystalizujące

Podczas przeróbki plastycznej na zimno, wobec zmian właściwości mecha- nicznych (p. 13.1.4, 13.2.4), zdolność materiału do dalszego odkształcania zostaje zahamowana. Jeżeli warunki technologiczne wymagają dalszego pro- wadzenia procesu, należy zastosować międzyoperacyjną obróbkę cieplną, nazywaną wyżarzaniem rekrystalizującym, dla przywrócenia poprzednich właś- ciwości stopu. Wyżarzanie rekrystalizujące może być też obróbką końcową po przeróbce plastycznej na zimno; uzyskany wtedy stan ma nazwę handlową wyżarzony (miękki).

Zmiany właściwości mechanicznych, które zachodzą w zgniecionym stopie pod wpływem temperatury, są pokazane na przykładzie mosiądzu CuZn37 (rys. 13.10). Zaznaczono tu w sposób schematyczny zmiany struktury i na- prężeń szczątkowych w kolejnych etapach wyżarzania. Struktury mosiądzu

1) Zasada utwardzania wydzieleniowego - rozdz. 14.3.

docsity.com

217

zgniecionego oraz po wyżarzaniu re- krystalizującym ilustrują również fo- tografie - odpowiednio - 13.14 i 13.3. W materiale odkształconym widocz- ne są wydłużone ziarna roztworu α z licznymi pasmami poślizgów. Po wyżarzaniu rekrystalizującym ziarna uzyskują charakterystyczną komór- kową budowę z utworami bliźnia- czymi.

Jak wynika z rysunku 13.10, tem- peratura początku rekrystalizacji mo- siądzu CuZn37, tj. najniższa tempera- tura w Której rozpoczyna się proces zarodkowania nowych, nieodkształ- conych ziarn, wynosi około 250°C. W praktyce przemysłowej, przy tym wyżarzaniu, stosuje się temperatury o 100—200°C wyższe od temperatury rekrystalizacji, dla zapewnienia odpo- wiedniej szybkości procesu. Z drugiej strony, proces prowadzony w tem- peraturach zbyt wysokich lub przez nadmiernie długi czas jest niekorzyst- ny, gdyż może doprowadzić do gru- boziarnistości materiału.

Wielkość ziarn jest ważnym czynnikiem określającym jakość półwyrobów, zwłaszcza blach do głębokiego tłoczenia. Nadmiernie duże ziarno, w stosunku do stopnia odkształcenia i grubości tłoczonej blachy, powoduje wady powierz- chni (groszkowatość), a nawet pęknięcia.

13.3.3. Wyżarzanie odprężające

Wyżarzanie to przeprowadza się w celu usunięcia naprężeń szczątkowych (wewnętrznych), wywołanych zastosowanym uprzednio procesem technologicz- nym, takim jak: odlewanie, spawanie, a zwłaszcza przeróbka plastyczna na zimno. Nieodprężone stopy miedzi wykazują bowiem skłonność do korozji naprężeniowej, tj. do pękania podczas przebywania w specyficznych środowis- kach korozyjnych, zawierających najczęściej amoniak, azotany, chlorki, rtęć.

Szczególnie podatne na ten rodzaj korozji są mosiądze znajdujące się w środowisku amoniaku. Korozja naprężeniowa mosiądzów nazywana jest też czasem pękaniem sezonowym. Nazwa ta pochodzi stąd, że zjawisko nagłego

Zdrowienie

Rekrys ta - lizacja pierwotna

Rozrost ziaren

N ap

rę że

n ia

Z ia

rn a

R m

,M P

a

A 10

%

Η B

500 50

400 40 80

300 30

200 20 .40

100 10 0 200 400 600

Temperatura , oC

Rys. 13.10. Wpływ temperatury wyżarzania na właściwości i strukturę zgniecionego mosiądzu

CuZn37

120

docsity.com

218

pękania wyrobów mosiężnych składowanych na powietrzu występuje w pew- nych okresach czasti w większym nasileniu, z powodu śladów amoniaku w powietrzu.

Temperaturę i czas wyżarzania odprężającego dobiera się tak, aby w od- rężanym materiale właściwości mechaniczne nie spadły poniżej wymaganych dla danego stanu. Dla większości stopów miedzi temperatura procesu wynosi 200—250°C, a czas - kilkanaście godzin. Chłodzenie wyrobów powinno być powolne, najlepiej wraz z piecem, aby nie wprowadzić nowych naprężeń. Prawidłowo odprężone wyroby nie mają skłonności do korozji napręże- niowej.

13.3.4. Ulepszanie cieplne

Brązy aluminiowe, o zawartości od około 9% Al, można poddawać ulepszaniu cieplnemu, polegającemu na hartowaniu i odpuszczaniu. Fazę β w stopach aluminium można bowiem przechłodzić, podobnie jak austenit w stopach żelaza (p. 13.2.1.2).

Ulepszaniu cieplnemu podlegają brązy odlewnicze oraz wieloskładnikowe brązy do przeróbki plastycznej o odpowiedniej zawartości aluminium. Stopy te hartuje się najczęściej z temperatury ok. 950°C, a odpuszcza w 400—600°C przez 2 — 3 godziny. Hartowanie powoduje utwardzenie stopu i spadek plas- tyczności; wytrzymałość na rozciąganie pozostaje nie zmieniona. Odpuszczanie początkowo powiększa twardość i wytrzymałość w wyniku tworzenia się submikroskopowych wydzieleń przesycających faz. Przy wyższych temperatu- rach odpuszczania twardość maleje, natomiast bardzo poprawia się plastycz- ność wskutek koagulacji wydzieleń (tabl. 13.7).

Tablica 13.7 Właściwości mechaniczne brązu CuA110Fe3Mn2

Stan

Surowy

Hartowany 950°C, woda

Hartowany j.w. i odpuszczony 300-500°C

Hartowany j.w. i odpuszczony 500-600°C

Rmmin [MPa]

600

600

700

690

A5min [%]

12

2

2

15

HBmin

120

230

320

215

docsity.com

komentarze (0)
Brak komentarzy
Bądź autorem pierwszego komentarza!
To jest jedynie podgląd.
3 shown on 18 pages
Pobierz dokument