251

Æwiczenie 30

MIED I JEJ STOPY*

1. CEL ÆWICZENIA

Celem æwiczenia jest zapoznanie siê ze struktur¹ i w³asnoœciami najczêœciej stoso-wanych w praktyce przemys³owej stopów miedzi, a tak¿e poznanie podstawowych zagadnieñ zwi¹zanych z ich wykorzystaniem.

2. WIADOMOŒCI PODSTAWOWE

MiedŸ znajduje szerokie zastosowanie w elektronice i elektrotechnice, energetyce, przemyœle chemicznym, do produkcji wyrobów artystycznych, a tak¿e jako podstawowy sk³adnik wielu stopów. Przy stosowaniu miedzi wykorzystuje siê jej bardzo dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, wysok¹ plastycznoœæ i dobr¹ odpornoœæ na korozjê atmosferyczn¹.

Czysta miedŸ ma barwê czerwon¹, a jej ciê¿ar w³aœciwy wynosi 8,9 g/cm3. Wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie Rm = 220–240 MPa przy A10 = 40–60 %. Jej temperatura topnienia wynosi 1083°C. Krystalizuje tworz¹c sieæ regularn¹, œciennie centrowan¹

(A1). Nie posiada odmian alotropowych. Jest plastyczna, Z = 60–90 %, A5 = 50 %, ale niezbyt wytrzyma³a, Rm= 220–250 MPa. Dlatego czêsto stosuje siê miedŸ umocnion¹

zgniotem. MiedŸ otrzymujemy po przetopieniu rud: Cu2S – chalkozyn, Cu-FeS2 –chal-kopiryt, Cu2O – kupryt, Cu5FeS4 – bornit. W procesie wytapiania dochodzi nieuchron-nie do zanieczyszczenia miedzi, co wp³ywa w sposób istotny na jej w³asnoœci. Zanie-czyszczeniami mog¹ byæ: tlen, bizmut, o³ów, siarka, fosfor, antymon i arsen. Tlen dostaje siê do miedzi podczas topienia. Ze wzglêdu na ma³¹ rozpuszczalnoœæ w stanie sta³ym wystêpuje w postaci tlenku Cu2O. Przy zawartoœci 38% tlenu miedŸ z Cu2O tworzy w temperaturze 1064°C eutektykê. W stopie nadeutektycznym wystêpuj¹ ciemne kryszta³y Cu2O o charakterze dendrytycznym na tle gruboziarnistej eutektyki. Z obecnoœci¹ tlenu wi¹¿e siê tak zwana „choroba wodorowa” miedzi. Polega ona na tym, ¿e gdy zawieraj¹c¹ tlen miedŸ wy¿arzy siê w atmosferze redukuj¹cej, wodór dyfunduje w g³¹b metalu, gdzie nastêpuje reakcja:

Cu2O + H2 → 2Cu + H2O

* Opracowa³: Janusz Lisak.

252

Powstaj¹ca para wodna uwiêziona jest w materiale pod wysokim ciœnieniem i w cza-sie przeróbki plastycznej na gor¹co powoduje powstanie mikropêkniêæ. Z tego powodu dopuszczalna zawartoœæ tlenu w miedzi to 0,001 % dla miedzi pró¿niowej i 0,15 %

dla miedzi odlewniczej.

MiedŸ jest odporna na korozjê atmosferyczn¹, gdy¿ w wilgotnym powietrzu pokry-wa siê patyn¹ (zasadowym wêglanem miedzi), która stanowi naturaln¹, idealnie szczel-n¹, izolacjê od œrodowiska korozyjnego. Jednak w zanieczyszczonych siark¹ atmosfe-rach przemys³owych jej odpornoœæ korozyjna zanika, gdy¿ w obecnoœci dwutlenku siarki zamiast patyny tworzy siê zasadowy siarczan miedzi, który nie posiada zdolno-

œci izoluj¹cych.

Bizmut i o³ów prawie nie rozpuszczaj¹ siê w miedzi i tworz¹ z ni¹ niskotopliwe eutektyki rozmieszczone na granicach uprzednio wydzielonych kryszta³ów miedzi.

Dlatego przy ponownym nagrzaniu stopu do temperatur wy¿szych od temperatur topnienia tych eutektyk materia³ staje siê kruchy. Jest to kruchoœæ na gor¹co, która mo¿e wyst¹piæ ju¿ przy zawartoœci 0,001 % bizmutu lub 0,01 % o³owiu. St¹d wyp³ywa ko-niecznoœæ ograniczenia zawartoœci tych pierwiastków poni¿ej krytycznych wielkoœci.

Fosfor tworzy z miedzi¹ roztwory sta³e. Maksymalna jego rozpuszczalnoœæ w miedzi wynosi 1,75 % przy temperaturze 714°C i maleje ze spadkiem temperatury. Fosfor obni¿a jej przewodnoœæ ciepln¹ i przewodnictwo elektryczne. Dostaje siê do miedzi, gdy¿ jest u¿ywany jako wstêpny odtleniacz. Jego dopuszczalna zawartoœæ wynosi 0,002 % dla miedzi pró¿niowej i 0,02 % dla miedzi odlewniczej.

Siarka nie rozpuszcza siê w miedzi w stanie sta³ym, ale wystêpuje w postaci Cu2S, który to zwi¹zek tworzy z miedzi¹ eutektykê o temperaturze topnienia 1067°C przy zawartoœci 0,77 % S. Znacznie obni¿a plastycznoœæ miedzi podczas przeróbki plastycznej zarówno na zimno, jak i na gor¹co. Nie jest wyraŸnie szkodliwa, je¿eli jej zawartoœæ nie przekracza 0,1 %.

Arsen i antymon wykazuj¹ doœæ znaczn¹ rozpuszczalnoœæ w miedzi w stanie sta-

³ym. Na skutek du¿ej ró¿nicy temperatur miêdzy liniami likwidus i solidus w uk³adach Cu-Sb i Cu-As powoduj¹ segregacjê dendrytyczn¹, szczególnie siln¹ przy szybkim ch³odzeniu od stanu ciek³ego. Oba pierwiastki tworz¹ z miedzi¹ niskotopliwe eutektyki i mog¹ byæ przyczyn¹ kruchoœci na gor¹co. Natomiast wystêpuj¹c w roztworze sta-

³ym bardzo silnie obni¿aj¹ w³asnoœci plastyczne miedzi, nawet gdy ich zawartoœæ w tym roztworze jest niewielka.

Produkowane w Polsce gatunki miedzi technicznie czystej oraz ich oznaczenia i zastosowanie podaje Polska Norma PN-77/H-82120. Dla potrzeb elektroniki ko-nieczna jest miedŸ wysokiej czystoœci (poni¿ej 0,1% zanieczyszczeñ). Otrzymuje siê j¹ w procesie rafinacji elektrolitycznej.

Zgniot podnosz¹c w³asnoœci mechaniczne obni¿a znacznie przewodnictwo elektryczne. Z tego powodu w elektronice i elektrotechnice u¿ywa siê miedzi w stanie wy¿arzonym.

253

Mosi¹dze s¹ to techniczne stopy miedzi z cynkiem o zawartoœci cynku do 45 %.

O ich szerokim zastosowaniu decyduje stosunkowo niska cena. Rozpuszczalnoœæ cynku w miedzi roœnie przy obni¿aniu temperatury i przy temperaturze otoczenia dochodzi do 39 %. W uk³adzie Cu-Zn (rys. 30.1) wystêpuje szeœæ faz, z których w mosi¹dzach spotyka siê tylko dwie:

α – jest to roztwór sta³y cynku w miedzi, ma strukturê krystaliczn¹ miedzi, tzn. regularn¹ œciennie centrowan¹ (A1), przy czym parametr sieci wzrasta z zawartoœci¹

cynku,

β – jest to roztwór sta³y o charakterze zwi¹zku elektronowego, wykazuj¹cy podo-bieñstwo do CuZn.

% wagowy

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1100

°C

A

1083°C

1000

902°C

D

900

834°C

B

31,9

C

H

(32,5)

G

800

700°C

M

N

700

α+β

L

α

β

P 598°C

600

O

R

γ

419°C

385°C

500

38,3 454°C 468°C

(39,0)

48,2

424°C

44,8

(48,9)

U

W

400

V

(45,5)

ε

97,23

(97,3)

300

34,6

(35,2)

200

α+β

99,69

(99,7)

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Cu

% atomowy

Zn

Rys. 30.1. Uk³ad równowagi fazowej Cu-Zn Stopy o zawartoœci powy¿ej 45 % Zn s¹ kruche i nie znajduj¹ praktycznego zastosowania. Zmianê w³asnoœci mechanicznych stopu jako funkcjê zawartoœci cynku przed-stawia rys. 30.2.

254

4900

70

a]P 420

60

[M

A

m

5

350

50

e R

]

ni

R

[%

m

5

280

i¹ga

40

ie A

rozc

210

30

u¿enyd³w

a³oœæ na

140

m

20

ytrzyw 70

10

0

10

20

30

40

50

60

70

stê¿enie masowe Zn [%]

Rys. 30.2. Zmiana w³asnoœci mechanicznych mosi¹dzu zale¿na od zawartoœci cynku Mosi¹dze w stanie równowagi wykazuj¹ strukturê jednorodnego roztworu sta³e-go do zawartoœci 39 % Zn, jednak od 32 do 39 % Zn struktury mog¹ byæ ró¿ne w zale¿noœci od szybkoœci ch³odzenia. W stanie odlanym mosi¹dze α wykazuj¹ strukturê dendrytyczn¹, a w stanie wy¿arzonym drobnoziarnist¹. Jednofazowe mosi¹dze α

s¹ plastyczne i mo¿na je ³atwo obrabiaæ plastycznie. Ich w³asnoœci mechaniczne zale-

¿¹ od zawartoœci cynku. Maksymaln¹ plastycznoœæ w temperaturze pokojowej wyka-zuje mosi¹dz CuZn 30, zawieraj¹cy 30 % Zn. Gdy zawartoœæ cynku przekracza granicê obszaru jednofazowego (39 % Zn), pojawia siê w strukturze stosunkowo twarda faza β i w rezultacie roœnie twardoœæ i wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie, a maleje plastycznoœæ stopu. Dlatego wprowadzono podzia³ mosi¹dzów na: 1. Mosi¹dze do przeróbki plastycznej (PN-92/H-87025), w tym: a) na zimno do 30 % Zn, o strukturze jednorodnego roztworu sta³ego α. Mo¿liwe jest uzyskanie nawet 80–90 % gniotu; w tej grupie mieœci siê tombak, mosi¹dz zawieraj¹cy 20 % Zn, wykorzystywany do wyrobu taniej bi¿uterii z³otopodobnej; b) na zimno i na gor¹co od 33 do 40 % Zn, o strukturze roztworu sta³ego α i nie-wielkich iloœciach fazy β;

c) na gor¹co od 41 do 45 % Zn, o strukturze α + β.

Graniczne zawartoœci cynku w poszczególnych grupach s¹ spowodowane tym, ¿e mosi¹dze α bardzo plastyczne przy temperaturze otoczenia, s¹ mniej plastyczne przy temperaturze 300–700°C. Natomiast mosi¹dze dwufazowe w temperaturze pokojowej s¹ mniej plastyczne ze wzglêdu na obecnoœæ twardej fazy β. Jednak plastycznoœæ fazy β roœnie z temperatur¹ i przy 500°C jest du¿o wiêksza od plastycznoœci fazy α.

255

Po przeróbce plastycznej na zimno mosi¹dze poddajemy sezonowaniu dla usuniêcia naprê¿eñ wewnêtrznych.

2. Mosi¹dze odlewnicze (PN-91/H-87026)

W³asnoœci odlewnicze stopów zale¿¹ od wzajemnego po³o¿enia linii solidus i likwidus. Gdy s¹ one blisko siebie, to stopy wykazuj¹ ma³¹ sk³onnoœæ do segregacji i tworz¹ skupion¹ jamê usadow¹. Poniewa¿ dla mosi¹dzów linie te s¹ blisko siebie, dlatego te¿ stopy maj¹ dobre w³asnoœci odlewnicze. Dodatek o³owiu polepsza jeszcze ich w³asnoœci. Jako stopy odlewnicze stosuje siê zwykle mosi¹dze dwufazowe. Dodatki glinu, manganu, ¿elaza i niklu polepszaj¹ wytrzyma³oœæ i odpornoœæ na korozjê odlewów. Sk³adnikami szkodliwymi s¹ zwiêkszaj¹ce kruchoœæ: cyna, magnez, antymon, arsen, itd.

W³asnoœci mechaniczne mosi¹dzów jednofazowych mieszcz¹ siê w granicach: R m = 300–400 MPa, A 5 = 40–50 %, natomiast mosi¹dzów dwufazowych: Rm = 350–

–450 MPa, A 5 = 20–40 %. Wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie mo¿na podwy¿szyæ poprzez zgniot i w zwi¹zku z tym s¹ dostarczane w piêciu stanach utwardzenia zale¿nie od zastosowania. Ich stosowanie ogranicza siê do temperatur poni¿ej 150°C, gdy¿ wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie znacznie spada wraz z temperatur¹.

Mosi¹dze s¹ odporne na korozjê atmosferyczn¹, ale w obecnoœci elektrolitów szczególnie zawieraj¹cych jony chloru ulegaj¹ odcynkowaniu. Jest to proces korozyjny po-legaj¹cy na przechodzeniu do roztworu miedzi i cynku oraz osadzaniu siê na powierzchni miedzi w postaci g¹bczastej, w wyniku czego materia³ traci swe w³asnoœci wytrzyma-

³oœciowe. Innym zagro¿eniem korozyjnym mosi¹dzów jest sezonowe pêkanie.

Odmian¹ mosi¹dzów s¹ tzw. nowe srebra, czyli mosi¹dze wysokoniklowe (PN-93/

H-87027). Zawieraj¹ one oko³o 15 % niklu, charakteryzuje je srebrzyste zabarwienie, wysoka plastycznoœæ, du¿a odpornoœæ na dzia³anie atmosfery, du¿a opornoœæ elek-tryczna i ma³e przewodnictwo cieplne. Maj¹ one strukturê jednorodnego roztworu sta³ego. Dziêki zgniotowi mo¿na im zapewniæ wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie rzêdu 700

MPa, któr¹ zachowuj¹ do 400°C. Te w³asnoœci decyduj¹ o przeznaczeniu mosi¹dzów wysokoniklowych na czêœci sprê¿ynuj¹ce aparatów pomiarowych, elementy elektro-techniczne, czy nakrycia sto³owe.

Br¹zy s¹ to stopy miedzi z cyn¹ i innymi pierwiastkami z wyj¹tkiem cynku i niklu.

Ich nazwy pochodz¹ od g³ównego sk³adnika stopu. W szerokiej gamie br¹zów naj-wiêksze znaczenie maj¹:

1. Br¹zy cynowe

Stosuje siê stopy do zawartoœci 24 % cyny. Br¹zy cynowe w stanie wy¿arzonym, do oko³o 10 % Sn, maj¹ strukturê jednofazow¹. W stanie lanym, powy¿ej 5% Sn, pojawia siê druga faza w postaci eutektoidu (α + δ), co jest spowodowane sk³onno-

œci¹ tych stopów do segregacji dendrytycznej na skutek du¿ej odleg³oœci pomiêdzy liniami solidus i likwidus na uk³adzie równowagi fazowej (rys. 30.3). Obecnoœæ kru-

256

chej fazy δ w br¹zie cynowym uniemo¿liwia przeróbkê plastyczn¹ na zimno. Br¹zy te wykazuj¹ ma³y skurcz odlewniczy (poni¿ej 1 %), bo nie tworz¹ skupionej jamy usado-wej. W zwi¹zku z tym w odlewach wystêpuj¹ rzadzizny i pory skurczowe rozmieszczone w ca³ej objêtoœci. Pomimo to g³ówne zastosowanie znajduj¹ br¹zy odlewnicze zawieraj¹ce 10–12 % cyny (PN-91/H-87026). Dzieli siê je w zale¿noœci od zastosowania na:

a) maszynowe (np. CuSn10) – czêsto z dodatkiem cynku dla polepszenia w³asnoœci odlewniczych i korzystnego wp³ywu na zanik porów. Maj¹ one dobre w³asnoœci mechaniczne i przeciwcierne, st¹d znajduj¹ zastosowanie na elementy przek³adni

œlimakowych i panewki ³o¿ysk œlizgowych, b) armaturowe (np. CuSn5Zn5Pb5) – w których dodatki cynku i o³owiu usuwaj¹

mikroporowatoϾ,

c) ³o¿yskowe (np. CuSn10Pb10) – dodatek o³owiu zwiêksza niejednorodnoœæ struktury i dziêki temu zdolnoœæ docierania panewek.

% wagowy

10 20 30

40

50

60

70

80

90

°C

1100

1083°C

1000

900

798°C

800

7,7

19,1

(13,5)

(30,6)

β

700

γ

43,1

640°C

585°C

ζ

(58,6)

600 520°C 9,1

δ ε

500

9,1

(15,8)

43,5

85,7

α

α+δ

(59,0)

415°C

(92,4)

400

~350°C

η

6,2

300

(11,0)

45,5

0,7

α+ε

98,7

(60,9)

227°C

(99,3)

(1,3)

200

189°C

44,8

(50,3)

185°C

η’

237°C

100 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Cu

% atomowy

Sn

Rys. 30.3. Uk³ad równowagi fazowej Cu-Sn

257

Specyficzn¹ grupê stanowi¹ br¹zy zawieraj¹ce od 16 do 22 % cyny i dodatkowo cynk, zwane popularnie br¹zami dzwonowymi. Najbardziej z nich cenionym jest spi¿, czyli br¹z cynowy z dodatkiem cynku (np. CuSn5Zn11).

Br¹zy cynowe do przeróbki plastycznej (PN-92/H-87050) zawieraj¹ do 8% Sn dla zapewnienia im jednorodnej struktury jednofazowej. Przerabia siê je zarówno na zimno, jak i na gor¹co. Mo¿na je walcowaæ na gor¹co w temperaturze oko³o 700°C po wczeœniejszym wy¿arzaniu ujednorodniaj¹cym przeprowadzanym w celu usuniêcia segregacji dendrytycznej. Do przeróbki plastycznej na zimno stosuje siê br¹zy zawieraj¹ce mniej ni¿ 5% Sn. Zgniot w jeszcze wiêkszym stopniu ni¿ w mosi¹dzach podwy¿sza wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie. Br¹zy do przeróbki plastycznej wykazuj¹ dobr¹

odpornoœæ na korozjê.

2. Br¹zy aluminiowe (br¹zale)

S¹ materia³em znacznie tañszym od br¹zów cynowych, a przy tym ich w³asnoœci u¿ytkowe mog¹ byæ nawet lepsze. Charakteryzuje je bardzo dobra odpornoœæ na korozjê, wysoka wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie, ma³y ciê¿ar w³aœciwy i zachowywanie w³asnoœci mechanicznych zarówno w podwy¿szonych, jak i obni¿onych temperaturach. Ich barwa jest podobna do barwy z³ota. Praktyczne zastosowanie znajduj¹ stopy do zawartoœci 11 % aluminium. Ich w³asnoœci mechaniczne zmieniaj¹ siê wraz z zawartoœci¹ aluminium w stopie. Do zawartoœci 8 % Al posiadaj¹ strukturê jednofazow¹ (roztwór sta³y α). Przy wy¿szych zawartoœciach glinu obok roztworu sta³ego pojawia siê w strukturze eutektyka. Dodatek do stopu do 5,5 % ¿elaza lub niklu poprawia w³asnoœci wytrzyma³oœciowe i odpornoœæ na œcieranie. Podobnie dzia³a mangan w iloœci do 2%.

Br¹zy aluminiowe o zawartoœci 9,5–1,0 % Al mog¹ byæ obrabiane cieplnie. Podo-bieñstwo uk³adu równowagi Cu-Al do uk³adu Fe-Fe3C sprawia, ¿e mo¿emy przeprowadzaæ obróbkê ciepln¹ analogiczn¹ do ulepszania cieplnego stali, otrzymuj¹c po har-towaniu w wodzie z temperatury 850°C–900°C iglast¹ strukturê podobn¹ do martenzytu, która odpuszczana w temperaturze 400°C uzyskuje wysok¹ twardoœæ przy zachowaniu dobrego poziomu w³asnoœci plastycznych. Wzrost temperatury od-puszczania – ale poni¿ej 565°C – obni¿a twardoœæ, a zwiêksza w³asnoœci plastyczne.

Podobnie jak br¹zy cynowe br¹zy aluminiowe s¹ tak¿e przeznaczone do przeróbki plastycznej (PN-92/H-87051), a dziêki wysokiej wytrzyma³oœci na rozci¹ganie (Rm = 400

MPa, po zgniocie nawet 800–1000 MPa), zachowywanej do oko³o 300°C, stosowane s¹ na silnie obci¹¿one czêœci maszyn i odlewnicze (PN-91/H-87026). W przypadku br¹zali odlewniczych problemem jest Al2O3 powstaj¹cy jako produkt utleniania p³yn-nego metalu i powoduj¹cy gêstop³ynnoœæ. Ponadto, krzepn¹c, tworz¹ one g³êbok¹

jamê skurczow¹ i rzadzizny wewn¹trz odlewu. Stosuje siê je na œruby okrêtowe, kor-pusy i czêœci pomp oraz osprzêt statków morskich, gdy¿ wykazuj¹ œwietn¹ odpornoœæ na korozjê w wodzie morskiej. Wysoka wytrzyma³oœæ zachowywana w podwy¿szonych temperaturach pozwala stosowaæ je na aparaturê parow¹.

258

3. Br¹zy krzemowe

Zastêpuj¹ one br¹zy cynowe, gdy¿ s¹ od nich tañsze i maj¹ lepsze w³asnoœci mechaniczne oraz wy¿sz¹ odpornoœæ na korozjê. Zawieraj¹ od 1 % do 5 % krzemu oraz dodatki manganu, cynku, niklu i ¿elaza. Mangan w iloœci do 1,5 % poprawia wytrzyma³oœæ na rozci¹ganie i odpornoœæ na korozjê. Cynk zwiêksza lejnoœæ, a tak¿e czyni stop mniej wra¿liwym na utlenianie i zawodorowanie. Nikiel zwiêksza odpornoœæ na

œcieranie, a ¿elazo sprzyja rozdrobnieniu ziarna i w rezultacie poprawia w³asnoœci mechaniczne. Stopy o wy¿szej zawartoœci krzemu nie s¹ stosowane, gdy¿ strukturê jednorodnego roztworu sta³ego zastêpuje bardzo krucha struktura dwufazowa. Br¹zy krzemowe przeznaczone s¹ do przeróbki plastycznej (PN-92/H-87060) lub odlewania (PN-91/H-87026). Dobra wytrzyma³oœæ zmêczeniowa, brak iskry przy uderzeniu oraz wysokie w³asnoœci wytrzyma³oœciowe zachowywane nawet do 500°C, a tak¿e dobra odpornoœæ na korozjê decyduj¹ o stosowaniu br¹zów krzemowych na odpowiedzialne sprê¿yny, w przemyœle papierniczym i spo¿ywczym, w fabrykach amunicji, czy w przemyœle chemicznym. Dobrym przyk³adem stopu przeznaczonego do przeróbki plastycznej jest „ewerdur” (CuSi3Mn1) wykazuj¹cy Rm = 300 MPa i A5 = 38 %. Stopy te mog¹

byæ utwardzane wydzieleniowo (przesycanie z 850°C i starzenie przy 450°C) uzyskuj¹c Rm = 1000 MPa przy A10 = 6 %.

4. Br¹zy berylowe (PN-92/H-87060)

Stosowane s¹ stopy o zawartoœci 2,0–2,5 % berylu. Dodatki niklu i kobaltu pozwa-laj¹ obni¿yæ cenê materia³u, podnosz¹c przy tym w³asnoœci mechaniczne. Br¹zy berylowe przeznaczone s¹ wy³¹cznie do przeróbki plastycznej i to zarówno na zimno, jak i na gor¹co. Charakteryzuj¹ siê bardzo dobrymi w³asnoœciami wytrzyma³oœciowymi i wysok¹ odpornoœci¹ na korozjê, a tak¿e brakiem iskry przy uderzeniu. St¹d ich za-stosowaniem s¹ odpowiedzialne sprê¿yny pracuj¹ce w warunkach korozyjnych do temperatury 300°C, membrany, bijaki, itp. Zmienna rozpuszczalnoœæ berylu w miedzi umo¿liwia dla tych stopów utwardzanie wydzieleniowe poprzez przesycanie w wodzie z temperatury 800°C i starzenie przy temperaturze 250–300°C. Po takiej obróbce i póŸniejszym utwardzeniu zgniotem mo¿na uzyskaæ Rm = 1400 MPa i A5 = 2%.

5. Miedzionikle (PN-92/H-87052)

Jest to kolejna grupa stopów miedzi o du¿ym znaczeniu u¿ytkowym. Przeznaczone s¹ do przeróbki plastycznej. W zale¿noœci od zawartoœci niklu znajduj¹ zastosowanie wykorzystuj¹ce ich odmienne w³asnoœci. Dla przyk³adu warto wymieniæ stopy:

– CuNi25, charakteryzuj¹cy siê bardzo dobr¹ odpornoœci¹ na œcieranie i korozjê, stosowany do wyrobu monet,

– CuNi44Mn1, wykazuj¹cy wysok¹ opornoœæ w³aœciw¹ i si³ê termoelektrycz¹, stosowany na oporniki do urz¹dzeñ pomiarowych,

– CuNi9Sn2, posiadaj¹cy dobre w³asnoœci sprê¿yste i du¿¹ podatnoœæ do przeróbki plastycznej na zimno, stosowany na po³¹czenia wtykowe, prze³¹czniki i elementy sprê¿ynuj¹ce.

259

Poza br¹zami omówionymi powy¿ej istotne znaczenie praktyczne maj¹:

• br¹zy manganowe charakteryzuj¹ce siê bardzo niskim wspó³czynnikiem przewodnoœci elektrycznej i cieplnej oraz odpornoœci¹ na korozjê w wodzie morskiej i odpornoœci¹ na utlenianie w wysokich temperaturach, stosowane g³ównie na elementy oporowe;

• br¹zy o³owiowe wykazuj¹ce wysokie w³aœciwoœci przeciwcierne i w zwi¹zku z tym stosowane na ³o¿yska œlizgowe;

• br¹zy kadmowe o dobrych w³asnoœciach mechanicznych, które zachowuj¹ do 400°C, z wysok¹ odpornoœci¹ na korozjê, odpornoœci¹ na œcieranie i dobrym przewodnic-twem elektrycznym, stosowane do wyrobu styków elektrycznych, a tak¿e mie-dzionikle, wœród których nale¿y wyró¿niæ nikielinê (CuNi19) stosowan¹ ze wzglê-

du na ogromn¹ plastycznoœæ, odpornoœæ na korozjê i srebrzyst¹ barwê na wyroby t³oczone i ci¹gnione oraz konstantan (dodatek oko³o 40 % Ni), odznaczaj¹cy siê du¿ym oporem elektrycznym, stosowany w elektrotechnice, np. na druty termopa-rowe.

3. MATERIA£Y I URZ¥DZENIA

Mikroskopy metalograficzne, zestaw zg³adów metalograficznych stopów miedzi, atlas metalograficzny, zestaw norm.

4. PRZEBIEG ÆWICZENIA

W trakcie æwiczenia studenci obserwuj¹ obrazy mikroskopowe charakterystycz-nych struktur stopów miedzi i wykonuj¹ w sprawozdaniach ich rysunki zwracaj¹c szczególn¹ uwagê na cechy wyró¿niaj¹ce, takie jak: wielkoœæ i kszta³t ziarna, roz-mieszczenie, udzia³ powierzchniowy, wygl¹d, etc. Porównuj¹ wykonane rysunki z od-powiednimi fotografiami w atlasie metalograficznym i dokonuj¹ opisu wskazuj¹c strza³-

kami poszczególne sk³adniki strukturalne na rysunkach. Nastêpnie analizuj¹ normy i wypisuj¹ z nich w³asnoœci mechaniczne i zastosowania obserwowanych stopów.

5. WYTYCZNE DO OPRACOWANIA SPRAWOZDANIA

Sprawozdanie powinno zawieraæ:

1) rysunki mikrostruktur obserwowanych pod mikroskopem br¹zów i mosi¹dzów wraz z pe³nym opisem strukturalnym,

2) charakterystykê w³asnoœci mechanicznych obserwowanych stopów, 3) krzywe ostygania obserwowanych stopów, 4) przyk³ady zastosowañ konstrukcyjnych stopów obserwowanych w trakcie æwiczeñ.

260

6. LITERATURA UZUPE£NIAJ¥CA

[1] Gulajew A., Metaloznawstwo, Wyd. Œl¹sk, Katowice 1967.

[2] Rudnik S., Metaloznawstwo, WNT, Warszawa 1996.

[3] Wendorff Z., Metaloznawstwo, WNT, Warszawa 1971.

[4] Weso³owski K., Metaloznawstwo, WNT, Warszawa 1971.

[5] Zestaw norm.