Ćwiczenie 3
BADANIE MIKROSKOPOWE STRUKTUR
STOPÓW MIEDZI I ALUMINIUM
3.1. Cel i zakres ćwiczenia
Celem zajęć laboratoryjnych jest zapoznanie studentów ze strukturami
stopów miedzi i aluminium oraz z metodami oznaczania wielkości ziarna.
3.2. Miedz
i jej właściwości
Czysta miedz
jest metalem o charakterystycznej barwie czerwono-
złotej, który krystalizuje w sieci RŚC, nie ma odmian alotropowych
i w stanie wyżarzonym charakteryzuje się następującymi właściwościami:
-ciężar właściwy 8,786*104 N/m3
-temperatura topnienia 1083ºC
-wytrzymałość na rozciąganie 220-240 MPa
-granica plastyczności 30-45 MPa
-twardość 35-50 HB
-wydłużenie 40-60 %
-udarność 100-200 J/cm2
-przewodność elektryczna 59 MS/m
CzystÄ… miedz
wytwarza się w kilku gatunkach różniących się ilością
zanieczyszczeń:
35
Rodzaj miedzi Znak Suma zanieczyszczeń
Cu99,99K 0,01
Katodowa
Cu99,95K 0,05
Cu99,99B 0,01
Beztlenowa Cu99,97B 0.03
Cu99,95B 0,05
Katodowa przetopiona Cu99,9E 0,1
Cu99,9R 0,1
Odtleniona Cu99,7R 0.3
Cu99,5R 0,5
Rys 3.1 Wpływ domieszek na przewodność elektryczną miedzi
Cu99,7G 0,3
Rafinowana ogniowo
Cu99,5G 0,5
Odlewnicza Cu99 1,0
3.3. Stopy miedzi
Właściwości gatunków czystej miedzi i jej stopów silnie zależą od ilości
Techniczne znaczenie ma wiele stopów miedzi z różnymi dodatkami,
defektów struktury krystalograficznej, co jest związane ze stopniem zgniotu
lecz najczęściej wyróżnia się następujące grupy oparte o najważniejsze
podczas obróbki plastycznej. Wyróżnia się kilka stanów po obróbce
dodatki stopowe:
plastycznej i w przypadku miedzi katodowej przetopionej Cu99,9E,
" Mosiądze gdzie głównym dodatkiem stopowym jest
stosowanej najczęściej w elektrotechnice, charakteryzują się one
cynk lecz poza nim mogą występować też inne
następującymi właściwościami mechanicznymi:
metale wpływające na polepszenie cech użytkowych
stopów.
Stan Rm [MPa] R0,2 [MPa] A10 [%] HB
" Brązy, w których najważniejszymi dodatkami są
Miękki 240 60 50 50
cyna, aluminium, beryl, ołów i krzem.
½ miÄ™kki 270 220 25 85
" Miedzionikle z głównym dodatkiem niklem.
Twardy 350 330 6 110
" Występuje też szereg stopów, znajdujących
Sprężysty 390 370 4 115
zastosowanie jako materiały elektrotechniczne,
Podwójnie 400 380 4 120
z innymi niż wymienione dodatkami stopowymi np.:
sprężysty
ze srebrem, manganem, chromem, kadmem,
cyrkonem, hafnem, i innymi, które mogą być
Przewodność elektryczna miedzi zmniejsza się znaczne przy niewielkim
zaliczone do brązów lub według niektórych autorów
stężeniu domieszek lub dodatków stopowych. Najbardziej obniżają ją: fosfor,
stanowią odrębną grupę zwaną miedzią stopową.
siarka, żelazo i kobalt, w mniejszym stopniu aluminium, tytan i mangan.
Wyodrębnienie tych stopów wynika z tego, że ich
Natomiast srebro, kadm i cynk obniżają przewodność w stopniu
najważniejszą cechą jest wysoka przewodność
nieznacznym.
elektryczna nie mniejsza niż 75% przewodności
czystej miedzi, a obecność dodatków stopowych jest
niezbędna dla zapewnienia wyższych właściwości:
mechanicznych, korozyjnych, odporności na
rekrystalizację i innych, niż właściwości czystej
miedzi.
36 37
3.3.1 MosiÄ…dze
Podstawowe struktury mosiądzów wynikają z budowy układu
równowagi miedz
-cynk. W tym układzie występuje szereg faz
międzymetalicznych powodujących znaczne skomplikowanie wydzielających
siÄ™ struktur, lecz do zawartoÅ›ci 50% cynku, wystÄ™pujÄ… dwie Ä… i ². Faza Ä… jest
roztworem stałym cynku w miedzi o sieci krystalograficznej A1 i zawiera
maksymalnie 39% cynku w temperaturze otoczenia. MosiÄ…dze o budowie
fazy ą charakteryzują się dobrymi właściwościami plastycznymi: podatnością
na znaczne odkształcenia i wzrastającą wraz z zawartością cynku
wytrzymałością na rozciąganie oraz twardością. Powyżej 39% cynku
w strukturze mosiÄ…dzów pojawia siÄ™ faza ² o sieci A2 charakteryzujÄ…ca siÄ™
wysoką twardością i obniżoną w stosunku do fazy ą zdolnością do
odkształceń plastycznych. W tym zakresie stężeń mosiądze mają strukturę
dwufazowÄ… (Ä…+²). Przy podwyższaniu zawartoÅ›ci cynku roÅ›nie udziaÅ‚ fazy ²
Rys 3.2. Układ równowagi miedz
-
i przy zawartoÅ›ci okoÅ‚o 45 % struktura zmienia siÄ™ w jednofazowÄ… ², a stop
Rys 3.3 Wpływ zawartości cynku na właściwości
cynk
mosiądzów.
staje siÄ™ bardzo twardy i kruchy i z tego powodu jest rzadko wykorzystywany
w technice. Na typowe wyroby do przeróbki plastycznej typu blachy i profile
walcowane stosuje siÄ™ mosiÄ…dze jednofazowe Ä…. MosiÄ…dze dwufazowe (Ä…+²)
mogÄ… być przerabiane plastycznie na gorÄ…co powyżej 500º C i wytwarza siÄ™
3.3.2 BrÄ…zy
z nich przede wszystkim pręty o różnych przekrojach. Oprócz mosiądzów
Brązy są stopami miedzi z różnymi metalami z wyjątkiem cynku
dwuskładnikowych wytwarzane są często i wykorzystywane do odlewania
i niklu. Jednakże w niektórych z nich występują te dodatki lecz w mniejszych
części maszyn mosiądze wieloskładnikowe. Oprócz cynku występują w nich
ilościach od głównego składnika stopu. Nazwy brązów z reguły wskazują
dodatki stopowe: Al do 3,5%, Si do 4%, Fe do 3%, dodawane w celu
główny dodatek stopowy a jedynie w przypadku najstarszej grupy stopów
podwyższenia wytrzymałości na rozciąganie, Mn do 3,5% w celu
z cyną nie stosuje się tej zasady. Najczęściej wykorzystuje się w technice
podwyższenia odporności na korozję w wodzie morskiej i ołów w celu
następujące rodzaje brązów: cynowe (najstarsza grupa stopów tracąca
podwyższenia skrawalności. Mosiądze z dodatkiem ołowiu często nazywa się
znaczenie na rzecz brązów aluminiowych), aluminiowe, krzemowe
automatowymi ponieważ ze względu na sypki wiór mogą być obrabiane na
i berylowe.
automatycznych liniach produkcyjnych.
Brązy cynowe mają budowę fazową wynikającą z układu równowagi
miedz
-cyna. Kształt układu zależy od szybkości ochładzania stopu
i w warunkach przemysłowych, przy większych szybkościach studzenia,
często nie dochodzi do wszystkich przemian dyfuzyjnych co prowadzi do
uproszczenia układu równowagi przedstawionego liniami przerywanymi.
W zastosowaniach technicznych wykorzystuje się stopy do zawartości około
20% cyny. W tym zakresie występują dwa rodzaje budowy stopów:
jednofazowa ą do zawartości około 10% cyny przy szybkim ochładzaniu np.
przy odlewaniu do form metalowych i dwufazowa złożona z roztworu
Ä… i eutektoidu (Ä…+´) przy wyższych zawartoÅ›ciach cyny. Budowa strukturalna
ma silny wpływ na właściwości brązów cynowych: faza ą jest plastyczna
i miÄ™kka natomiast obecność eutektoidu (Ä…+´) w brÄ…zach dwufazowych,
38 39
o wyższej zawartości cyny, powoduje wzrost twardości, wytrzymałości na
rozciąganie, aż do przejścia w stan kruchy. Brązy cynowe do przeróbki
plastycznej zawierajÄ… zwykle do 8% cyny i majÄ… strukturÄ™ jednofazowÄ… Ä… i sÄ…
wytwarzane w postaci wyrobów walcowanych na zimno lub gorąco. Na
odlewy stosowane są przeważnie stopy o zawartości około 10% cyny
o strukturze dwufazowej dzięki czemu charakteryzują się większą
odpornością na ścieranie i wyższą twardością oraz bardzo małym skurczem
poniżej 1%. Odlewnicze brązy cynowe charakteryzują się dużą odpornością
chemiczną, zwłaszcza na działanie czynników atmosferycznych, wody i pary
wodnej stąd często są wykorzystywane do wytwarzania armatury, zaworów
oraz części pomp. Mogą zawierać dodatki takie jak fosfor ołów i cynk.
Dodatek fosforu i ołowiu polepsza właściwości ślizgowe, twardość
i odporność na ścieranie. Cynk wprowadza się w celu polepszenia lejności
Rys 3.5. Wpływ zawartości cyny na właściwości brązów cynowych.
oraz częściowego zastąpienia deficytowej cyny. Dawniej brązy cynowo
cynkowe nazywano spiżami. Brązy o zawartości cyny powyżej 16%
Brązy aluminiowe, zastępują brązy cynowe ponieważ cyna jest metalem
stosowane są niezwykle rzadko ze względu na znaczną kruchość.
deficytowym, a ponadto obecność aluminium powoduje podwyższenie
właściwości wytrzymałościowych stopu. Zastosowanie techniczne mają
stopy do zawartości 11% aluminium. Jak wynika z układu równowagi stopy
te maja strukturę jednofazową ą do zawartości 9,4% Al. i dwufazową ą+ł2
powyżej tej zawartości. Faza ą jest miękka i plastyczna, a faza ł2 twarda
i krucha. Właściwości brązów aluminiowych zależą od zawartości dodatku
stopowego. Do przeróbki plastycznej wykorzystywane są brązy
jednoskładnikowe jak i wieloskładnikowe, natomiast w odlewnictwie
z reguły brązy wieloskładnikowe. Dodatki takie jak żelazo, mangan, nikiel
zwiększają wytrzymałość stopów, mangan, odporność na korozję w wodzie
morskiej. Brązy aluminiowe odznaczają się szczególnie wysoką
w porównaniu do mosiądzów odpornością korozyjną. Wynika to z tego, że na
powierzchni stopu tworzy się szczelna powłoka tlenku aluminium, chroniąca
przed rozprzestrzenianiem się korozji w głąb. Z tego względu brązy
aluminiowe znajdują liczne zastosowania jako materiał na śruby okrętowe,
części pomp, urządzenia energetyczne, elementy turbin, armatura parowa
i urządzenia elektryczne: przełączniki, armatura transformatorowa. Stopy te
łatwo się polerują, mają barwę zbliżoną do złota i w wielu krajach wytwarza
się z nich monety oraz wyroby medalierskie. Strukturę dwufazowych brązów
aluminiowych o składzie od 9,4 do 11,0% Al. można zmienić stosując
obróbkÄ™ cieplnÄ…. Podczas szybkiego ochÅ‚adzania z temperatury 850-950ºC
faza Å‚ ulega przemianie typu martenzytycznego i powstaje struktura iglasta.
Maksymalną twardość dochodzącą do 180 HB uzyskuje się po odpuszczaniu
w temperaturze ok. 400ºC. BrÄ…zy aluminiowe mogÄ… być także efektywnie
Rys 3.4. Układ równowagi miedz
-cyna
umacniane zgniotem i w wyniku uzyskują wytrzymałość na rozciąganie
dochodzÄ…cÄ… do 1000 MPa.
40 41
stopu stosuje siÄ™ przesycanie z temperatury 800ºC w wodzie, a nastÄ™pnie
starzenie w zakresie 250-350ºC w celu wydzielenia umacniajÄ…cej fazy Å‚2.
Brązy berylowe można dodatkowo umocnić wprowadzając zgniot pomiędzy
przesycanie i starzenie. Taką obróbkę nazywamy cieplno-plastyczną. W jej
wyniku stop może osiągnąć do 1300 MPa wytrzymałości na rozciąganie,
przy wydłużeniu 2% i twardości ok. 400 HV, dorównując stalom
sprężynowym. Beryl w niewielkim stopniu obniża przewodnictwo
elektryczne, co wykorzystywane jest do stosowania tego stopu
w elektrotechnice na przewodzące elementy sprężyste, przewody trakcyjne
i elementy silników elektrycznych. Podstawową przeszkodą
w rozpowszechnieniu brązów berylowych jest wysoka cena i toksyczność
berylu.
Rys 3.6. Układ równowagi miedz
-aluminium
Brązy krzemowe są drugą grupą stopów zastępujących brązy cynowe.
Układ miedz
-krzem jest bardzo skomplikowany, lecz praktycznie
wykorzystuje się stopy do zawartości 5% Si, a więc w zakresie roztworu
stałego ą. Dodatkowymi składnikami stopów są zawsze nikiel i mangan
stosowane w celu podwyższenia wytrzymałości i odporności na korozję.
Większość brązów krzemowych stosowana jest w odlewnictwie na części
Rys 3.7. Układ równowagi miedz
-beryl
maszyn, na które dotąd stosowano brązy cynowe. Obróbka cieplna tych
stopów sprowadza się do wyżarzań mających na celu ujednorodnienie składu
i odprężenie odlewu. Spośród stopów do przeróbki plastycznej na szczególną
3.3.3 Miedzionikle i miedz
stopowa
uwagę zasługuje brąz: CuSi3Mn1 przeznaczony do wytwarzania drutu
i sprężyn. Po zgniocie wytrzymałość na rozciąganie dochodzi do 500 MPa
Miedzionikle są grupą stopów wyróżniającą się budową układu
i jest często stosowany w przemyśle chemicznym, spożywczym
i papierniczym. równowagi pomiędzy miedzią i niklem, charakteryzującym się
Brązy berylowe są szczególną grupą stopów miedzi o najwyższych
nieograniczoną rozpuszczalnością składników, zarówno w stanie ciekłym jak
właściwościach wytrzymałościowych takich, że można z nich wytwarzać
i stałym. Najczęściej stosowane stopy to nikielina zawierająca 19 Ni i
narzędzia oraz elementy sprężyste jak membrany i kontakty sprężynowe. Są
konstantan 40% Ni. Wszystkie miedzionikle dwuskładnikowe wykazują się
niezastąpione na narzędzia w tych działach przemysłu gdzie niedopuszczalne
bardzo dobrą podatnością na obróbkę plastyczną i wysoką odpornością na
jest iskrzenie, np. przy produkcji materiałów: wybuchowych i łatwopalnych.
korozję, oraz brakiem możliwości podwyższenia właściwości poprzez
Właściwości brązów berylowych wynikają z budowy układu równowagi
miedz
-beryl. Rozpuszczalność berylu w miedzi dochodzi do 2,7% obróbkę cieplną. Wykorzystuje się je do produkcji galanterii metalowej
w temperaturze 886ºC i szybko spada do ok. 0,4% w temperaturze 400ºC.
przeznaczonej do platerowania oraz w medalierstwie, a także do produkcji
Taka zmiana rozpuszczalności umożliwia bardzo efektywne podwyższenie
monet. Stopy te mają duże znaczenie w elektrotechnice jako elementy
wytrzymałości za pomocą umacniania wydzieleniowego. W przypadku tego
rezystancyjne mostków pomiarowych, części termopar i innych przyrządów.
42 43
Szczególnie ważną cechą konstantanu jest duża temperaturowa stabilność
rezystywnoÅ›ci do ok. 400ºC. Miedzionikle wieloskÅ‚adnikowe zawierajÄ…
Tabela 3.1.
dodatkowo krzem i mangan. Dzięki temu można te stopy umacniać
Zastosowanie miedzi i jej stopów
wydzieleniowo. Szczególnie miedzionikiel CuNi3Si po obróbce cieplno-
plastycznej charakteryzuje się właściwościami niewiele ustępującymi brązom Zawartość głównego
Określenie stopu Znak Przykładowe zastosowanie
składnika stopu [%]
berylowym: wytrzymałość na rozciąganie do 1000 MPa przy wydłużeniu 6%
Miedz
chromowa CuCr Cr 0,4-1,2 Elektrody do zgrzewarek
i może je zastępować. Dzieje się tak dzięki temu, że w strukturze stopu Przewody nawojowe do silników, części
Miedz
cynowa CuSn1 Sn 0,95-1,25 lamp elektronowych, elementy odporne
występuje faza Ni2Si o zmiennej malejącej rozpuszczalności w miedzi z 9%
na chorobÄ™ wodorowÄ….
w temperaturze 1000ºC do poniżej1% w temperaturze otoczenia. Z tego Przewody trakcji elektrycznej, wycinki
Miedz
kadmowa CuCd1 Cd 0,9-1,2
komutatorowe
miedzioniklu wytwarza się elementy maszyn oraz narzędzia do pracy
Miedz
kadmowo- Cd 0,2-0,3 Przewody kolektorowe, szczotki do
CuCdSi
w warunkach gdzie niedopuszczalne jest iskrzenie. krzemowa Si 0,005-0,01 silników elektrycznych
Miedz
Aparatura chemiczna odporna na
CuMn2 Mn 1,5-2,3
manganowa chorobÄ™ wodorowÄ….
CuAg Ag 0,025-0,25 Uzwojenia silników i turbogeneratorów
Miedz
srebrowa CuAg1 Ag o,5-1,0 Spoiwa do lutowania.
CuAg2 Ag 1,85-2,15 Druty siatek lamp elektronowych.
Dysze do cięcia i spawania gazowego,
Miedz
tellurowa CuTe Te 0,3-1,1
urzÄ…dzenia radarowe.
3.4. Stopy aluminium
Aluminium jest najważniejszym z metali zaliczanych do lekkich. Jest
Rys 3.8 Układ równowagi miedz
-nikiel stosowane wszędzie tam gdzie lekkość konstrukcji odgrywa znaczącą rolę,
Rys. 3.9 Układ równowagi miedz
-faza
Ni2Si
przede wszystkim w przemysłach lotniczym i motoryzacyjnym. Wysokie
walory użytkowe stopów aluminium powodują, że mają one coraz większy
udział także w innych dziedzinach techniki np. w budownictwie. Czyste
Miedz
stopowa to grupa stopów o zawartości głównego składnika
aluminium jest metalem barwy srebrzystobiałej krystalizuje w sieci RŚC, nie
z reguły nie przekraczająca 2% i konduktywności właściwej nie mniejszej niż
wykazuje odmian alotropowych, i charakteryzuje się następującymi
75% przewodności czystej miedzi. Większość tego typu stopów ma
właściwościami:
zastosowanie w elektrotechnice i elektronice. W tabeli zestawiono niektóre
z rodzajów miedzi stopowej i typowe zastosowania tych stopów.
-ciężar właściwy 2,70*104 N/m3
-temperatura topnienia 660ºC
-wytrzymałość na rozciąganie 60-100 MPa
-granica plastyczności 20-30 MPa
-twardość 15-20 HB
-wydłużenie 30-50 %
-udarność 100-200 J/cm2
-przewodność elektryczna 39 MS/m
44 45
3.4.1 Odlewnicze stopy aluminium
Stopy aluminium z magnezem są stosowane rzadziej niż siluminy ze
Podstawowe dodatki stosowane w odlewniczych stopach aluminium to:
względu na gorsze właściwości odlewnicze i dużą skłonność do utleniania,
krzem, magnez i miedz
, a najszerzej rozpowszechnione stopy z krzemem
charakteryzują się za to najwyższą odpornością korozyjną. W praktyce
noszą nazwę siluminów. Krzem tworzy z aluminium układ równowagi
najczęściej spotyka się stopy o zawartości 9-11% Mg, o budowie składającej
z ograniczoną rozpuszczalnością i eutektyką o zawartości 11,7% Si
się roztworu stałego i eutektyki zawierającej związek międzymetaliczny
i temperaturze eutektycznej 577ºC. Stopy eutektyczne majÄ… bardzo dobre
Al3Mg2, i stopy które obok magnezu zawierają niewielki dodatek krzemu ok.
właściwości odlewnicze, mały skurcz, rzadkopłynność, nie mają skłonności
1%. W przypadku obu tych dodatków rozpuszczalność maleje wraz
do pękania, a temperatura odlewania jest na tyle niska że łatwo można
z obniżaniem temperatury, a więc istnieje możliwość umacniania
wykorzystywać technologię wtrysku do form metalowych. Wadą jest
wydzieleniowego. Po przesycaniu z temperatury 435ºC i starzeniu
tendencja do powstawania gruboziarnistej struktury z pierwotnymi
przyspieszonym w 150ºC uzyskuje siÄ™ dosyć wysokie wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci
kryształami krzemu. Można temu przeciwdziałać stosując modyfikację stopu
mechaniczne: wytrzymałość na rozciąganie dochodząca do 400 MPa. Stopy
polegającą na wprowadzeniu do kąpieli tuż przed odlaniem niewielkiej ilości
te są wykorzystywane do produkcji bardzie odpowiedzialnych części maszyn
0,1% sodu w postaci mieszanki 2/3 NaF+1/3 NaCl. Dodatek ten powoduje
np. głowic silników spalinowych.
nieznaczne obniżenie temperatury eutektycznej do 564ºC i przesuniÄ™cie
Stopy aluminium z miedziÄ… sÄ… zawsze stopami podeutektycznymi
punkty eutektycznego w kierunku większej zawartości krzemu 13%.
i z reguły zawierają dodatki podwyższające żaroodporność takie jak Ni,
W kąpieli pojawia się więcej zarodków krystalizacji i struktura staje się
Mn i Ti.
drobniejsza. W wyniku modyfikacji wytrzymałość na rozciąganie wzrasta
z 110 do 250MPa. Siluminy nadeutektyczne również są modyfikowane ale
3.4.2 Stopy aluminium do przeróbki plastycznej
w tym przypadku stosuje się związki fosforu najczęściej AlP, który podobnie
jak sód powoduje rozdrobnienie struktury stopu. Siluminy podeutektyczne
Stopy aluminium do przeróbki plastycznej z zawierają mniej dodatków
i eutektyczne znajdujÄ… zastosowanie do wytwarzania mniej
stopowych niż stopy odlewnicze, a najważniejsze ze składników to: miedz

odpowiedzialnych części maszyn o skomplikowanym kształcie typu korpus,
w ilości do 5%, magnez do 2,8% cynk do 7% oraz mangan do 1,1%.
obudowa w motoryzacji i wyrobach gospodarstwa domowego. Stopy
Wymienione dodatki tworzą z aluminium szereg faz międzymetalicznych,
nadeutektyczne są wykorzystywane na wyroby narażone na pracę
które podczas nagrzewania stopu ulegają rozpuszczeniu w osnowie, następnie
w podwyższonych temperaturach np. tłoki silników spalinowych.
podczas szybkiego ochładzania powstaje roztwór przesycony i z niego
naturalnie w temperaturze otoczenia , bÄ…dz
sztucznie w temperaturach
podwyższonych dochodzi do ich wtórnego wydzielenia. Jest to typowy
mechanizm umacniania wydzieleniowego, w tym przypadku wyjÄ…tkowo
efektywny pozwalający uzyskać wytrzymałość na rozciąganie dochodzącą do
600MPa. Stopy tego typu najczęściej nazywane są duralami i stosowane
w postaci blach i profili walcowanych. SÄ… przede wszystkim
wykorzystywane w konstrukcjach lotniczych.
Rys 3.10 Wpływ modyfikacji na układ równowagi aluminium-krzem.
46 47
gdzie G oznacza numer wzorca.
Jeżeli zastosowanie powiększenia 100-krotnego nie jest możliwe, to należy
skorygować wyznaczony numer wzorca dodając współczynnik korekcyjny K
ustalony według następującego wzoru:
g
K=6,64lg
100
gdzie g oznacza powiększenie.
Metoda zliczania ziaren polega na ustaleniu ich liczby przypadajÄ…cej na
jednostkę powierzchni próbki i wyznaczeniu odpowiadającego jej numeru.
Próbkę bada się pod powiększeniem tak dobranym aby wewnątrz koła
o średnicy 79,8 mm ułożonego na matówce mikroskopu mieściło się co
najmniej 50 ziaren. Patrząc na okrąg zlicza się ziarna w całości znajdujące się
Rys 3.11 Krzywe rozpuszczalności granicznych stopów Al.-Mn, Al.-Si, Al.-Cu, Al.-Mg i Al-Zn.
wewnątrz (n1) i ziarna przecięte krawędzią okręgu (n2). Ogólną liczbę ziaren
(n) ustala siÄ™ na podstawie sumy:
n=n1+n2
3.5 Oznaczanie wielkości ziarna metali
Wielkość ziarna metali ma duży wpływ na właściwości mechaniczne i Liczba ziaren (m) na powierzchni 1mm2 wylicza się według wzoru:
technologiczne. Nadmiernie duże ziarno jest często przyczyną wad
2
występujących w procesie przeróbki plastycznej, takich jak mikropęknięcia
g
ëÅ‚ öÅ‚
czy groszkowatość powierzchni. Stąd często w badaniach odbiorczych
M=2 *n
ìÅ‚ ÷Å‚
materiałów konstrukcyjnych stosuje siÄ™ okreÅ›lanie wielkoÅ›ci ziarna íÅ‚100 Å‚Å‚
następującymi metodami: Aby zwiększyć dokładność metody zliczenia należy przeprowadzić w kilku
" Porównawcza miejscach na próbce.
" Zliczania ziaren
" Zliczania przecięć ziaren
Szczególnie często stosuje się dwie pierwsze metody, gdzie miarą wielkości
3.6. Aparatura, urządzenia i materiały
ziarna jest numer według skali wzorców lub średnia liczba ziaren na
jednostce powierzchni.
Do przeprowadzenia zostaną wykorzystane następujące urządzenia
W metodzie porównawczej numer odpowiadający wielkości ziarna
i materiały:
badanego metalu bÄ…dz
stopu ustala się poprzez porównanie obserwowanego
" mikroskop metalograficzny typ NEOPHOT 2 z kamerÄ…
obrazu z wzorcami struktur ponumerowanymi od 1 do 10. Porównanie
i monitorem,
powinno się odbywać na matówce mikroskopu przy 100-krotnym
" próbki metalograficzne: wybranych stopów miedzi
powiększeniu obrazu, bądz
za pomocÄ… programu do analizy obrazu. Po
i aluminum.
ustaleniu numeru wzorca można obliczyć średnią liczbę ziaren (m)
" komputer z kartą umożliwiającą przetwarzanie obrazu
przypadającą na powierzchnię 1mm2 według wzoru:
z kamery wraz z programem do metalografii
ilościowej.
M=8*2G
48 49
3.7. Przebieg ćwiczenia
Wszystkie struktury stopów miedzi i aluminium obserwowane na
mikroskopie należy przerysować do sprawozdania. W oparciu o wiedzę
uzyskaną z wykładów i literatury zaznaczyć wszystkie fazy występujące
w mikrostrukturach, oraz przy pomocy matówki mikroskopu, bądz
programu
do metalografii ilościowej dokonać pomiaru wielkości ziarna wybranych
stopów.
3.8. Opracowanie wyników
Sprawozdanie z ćwiczenia powinno zawierać:
" tabelę wstępną z tematem ćwiczenia oraz listą
uczestników i danymi grupy lub podgrupy,
" klasyfikację stopów miedzi i aluminium,
" rysunki wszystkich obserwowanych struktur,
z zaznaczeniem: gatunku stopu, składników
strukturalnych i powiększenia,
" wynik pomiaru wielkości ziaren,
" wnioski z ćwiczenia.
Przykłady pytań kontrolnych
1. Jakie sÄ… gatunki czystej miedzi?
2. Na jakie grupy dzielimy stopy miedzi?
3. Jaki jest wpływ zawartości cynku na właściwości mechaniczne
mosiądzów?
4. Jak dodatki stopowe zmieniają właściwości mosiądzów?
5. Jakimi właściwościami charakteryzują się brązy cynowe?
6. Gdzie stosuje siÄ™ brÄ…zy aluminiowe?
7. Jakie cechy wyróżniają brązy berylowe?
8. Jaka jest typowa struktura dwuskładnikowych miedzioniki?
9. Na czy polega modyfikacja siluminów?
10. Jakie dodatki stopowe występują w stopach aluminium do przeróbki
plastycznej?
50