WYDZIAŁ IN YNIERII MATERIAŁOWEJ

POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ

LABORATORIUM MATERIAŁOZNAWSTWA

Materiały pomocnicze do wiczenia nr 5, pt.:

"WA NIEJSZE STOPY MIEDZI I ALUMINIUM

ORAZ SPOSOBY ICH UMACNIANIA (Przykłady)”

Opracował dr in . Andrzej W. Kalinowski

Luty 1994

1. WIADOMO CI WST PNE

Mied jest metalem stosowanym przez człowieka od bardzo dawna. Badania archeologiczne wykazały, e była

ona znana ju 3000 lat przed nar. Chr. w staro ytnym Egipcie. W pewnych okresach rozwoju materialnego

dominowała jako tworzywo metaliczne w ród ówcze nie znanych zaledwie kilku metali. Od stopów jej z cyn

epoka rozwoju cywilizacyjnego otrzymała nazw "epoki br zu". Przeci tne wła ciwo ci miedzi wyzarzonej

zawiera tabela nr l.

Jednym z najpó niej poznanych przez człowieka metali, który zrobił zawrotn karier jako główny

składnik stopów. konstrukcyjnych jest aluminium (glin). W postaci metalicznej wyodr bniony został w 1825

roku. Na skal przemysłow aluminium i jego stopy zacz to stosowa dopiero w pierwszym dziesi cioleciu XX

wieku. Prawie 70 lat potrzeba było na wynalezienie opłacalnych metod uzyskiwania metalicznego aluminium.

Wła ciwo ci mechaniczne aluminium wy arzonego o czysto ci 99, 7%Al podano w tablicy l.

Tablica l

Wła ciwo ci mechaniczne i niektóre fizyczne miedzi i aluminium

Wła ciwo ci mechaniczne

Rm

R

02

HB

A

10

Z

G sto przy

20°°°°C

Temperatura

topnienia

Metal

MPa

MPa

%

%

Odmiany

alotropowe

g/cm

3

°C

Cu

210-240

25-40

30-40

40-60

ok. 60

brak

8,94

1,083

Al.

(99,7%Al)

60-70

20-30

18

35-45

97-99

brak

2,703

660

Z przegl du zestawionych w tablicy 1 wła ciwo ci wytrzymało ciowych miedzi i aluminium wynika, e

s one niskie. Dlatego w postaci czystej nie znalazły one zastosowania jako materiały konstrukcyjne. Inne jednak

ich cechy fizyczne, niezwykle cenne, jak dobre przewodnictwo elektryczne, cieplne, odporno na korozj

atmosferyczn (wynikaj c z pasywuj cego działania szczelnie przylegaj cych do powierzchni tlenków)

odporno na działanie wielu kwasów i zasad, spowodowały zastosowanie techniczne:

Cu - w przemy le elektrotechnicznym, chemicznym, elektronicznym, energetycznym itp.,

Al. - w przemy le spo ywczym, elektrotechnicznym, chemicznym i energetycznym.

Aby wykorzysta i cz ciowo zachowa po yteczne cechy fizyczne miedzi i aluminium a jednocze nie

podnie ich wła ciwo ci wytrzymało ciowe sporz dza si na ich podstawie bardzo du o stopów od których

wymaga si ró nych wła ciwo ci fizycznych i chemicznych. Du a ich cz

stanowi grup materiałów

konstrukcyjnych posiadaj cych niekiedy kilkakrotne wi ksze wła ciwo ci wytrzymało ciowe ni czyste

aluminium czy mied . Dla porz dku nale y odnotowa , e obok umocnienia odkształceniowego ( w. nr 3)

najstarsz metod stosowan do metali w celu podwy szenia ich wła ciwo ci wytrzymało ciowych jest

nazywane współcze nie umacnianie roztworowe. Istota jego polega na tym, e atomy pierwiastków

rozpuszczonych w sieci metalu podstawowego tworz roztwory ró now złowe lub mi dzyw złowe. Ró nice

rednic atomów pierwiastków stopów i atomów metalu b d cego rozpuszczalnikiem, przypadkowo lub w

sposób uporz dkowany (roztwory uporz dkowane) uło one w sieci przestrzennej roztworu, powoduj lokalne

odkształcenia spr yste.

Nie wnikaj c w szczegóły pogl dów na mechanizm umocnienia obcymi atomami w roztworze, mo na

powiedzie , e wzrost napr e spowodowany odkształceniem spr ystym sieci składnika podstawowego przez

atomy składnika stopowego powoduje wzrost napr e niezb dnych dla uruchomienia po lizgu dyslokacji i

utrudnienia pokonania przez dyslokacj przeszkód w czasie po lizgu poprzecznego. W sumie powoduje to

wzrost wła ciwo ci wytrzymało ciowych a przykładem tego jest wzrost granicy plastyczno ci stopów miedzi

b d cych roztworami (rys. 1 ).

Wyst powanie zmiennej rozpuszczalno ci w stanie stałym w roztworze, daje teoretyczne podstawy

zastosowania metody umocnienia wydzieleniowego, której realizacja polega na obróbce cieplnej zło onej z

dwóch zabiegów: przesycania i starzenia. W pierwszym zabiegu stop wygrzany zostaje w temperaturze t

1

-nieco

powy ej krzywej zmiennej rozpuszczalno ci w celu rozpuszczenia jednej z faz równowagowych wyst puj cych

w temperaturach poni ej krzywej zmiennej rozpuszczalno ci (rys. 2).

Rys. 1. Wpływ pierwiastków stopowych na granic plastyczno ci miedzi

Rys. 2. Schemat przedstawiaj cy temperatury, z której przesyca si stop o składzie I

Stop przetrzymuje si przez pewien okres czasu w tej temperaturze aby nast piło pełne rozpuszczenie

fazy

β i ujednorodnienie składu chemicznego a nast pnie szybko schładza w celu zatrzymania składnika β w

roztworze

α.

Stop przesycony znajduje si w stanie metastabilnym. Zyskuje nieco na wzro cie wła ciwo ci

wytrzymało ciowych w stosunku do stopu b d cego w stanie wy arzonym, jednocze nie posiada do dobre

wła ciwo ci plastyczne co z punktu technologicznego ma du e znaczenie, gdy mo na go obrabia plastycznie

(kształtowa w elementy u ytkowe). Po pewnym czasie stop w sposób naturalny (samoistny) lub podgrzewany

(sztuczny) powraca do stanu równowagi.

Istniej cy w roztworze stałym przesyconym nadmiar energii swobodnej jest sił nap dow procesów

stwarzaj cych tendencj do zbli ania si do stanu równowagowego. W pocz tkowym stadium starzenia

wytworz si stany przedwydzieleniowe polegaj ce na gromadzeniu si atomów przesycaj cych w pewnych

obszarach roztwory stałego.

Powoduj one silne odkształcenie sieci a wi c utrudniaj ruch dyslokacji i w ten sposób wywołuj wzrost

wska ników wytrzymało ciowych. Starzenie przeprowadza si w taki sposób aby uzyska stany

przedwydzieleniowe, gdy wtedy stop osi ga najwy sze warto ci Rm, Re (R

02

) i H.

Nadmierne wydłu enie czasu starzenia sztucznego (stop jest wygrzewany w temperaturach poni ej

krzywej zmiennej rozpuszczalno ci) powoduje niekorzystny efekt przestarzenia przejawiaj cy si utworzeniem
w mikrostrukturze stopu faz równowagowych (na schemacie - rys. 2, fazy

β i w konsekwencji spadek

wska ników wytrzymało ciowych.). Takie obróbki stosuje si do niektórych stopów aluminium (np. durali),

stopów miedzi (np. br zów berylowych).

Kształtowanie mikrostruktury a wi c i wła ciwo ci stopów odlewniczych niekiedy przeprowadza si ju

w procesie krystalizacji pierwotnej stopu. Przez dodawanie do k pieli metalicznej pewnych, w niewielkich

ilo ciach składników (modyfikatorów) powoduje si zmiany mikrostruktury. Zaznaczy jednak nale y, e

zmiany te nie s spowodowane zmianami składu chemicznego lecz zmian przebiegu krystalizacji Takie procesy

przeprowadza si zazwyczaj tu przed odlaniem stopu i nazywa si je modyfikacj Celem głównym modyfikacji

jest uzyskanie drobnego i o korzystnych kształtach ziarna. Osi ga si ten cel głównie przez wytworzenie w

ciekłym metalu dodatkowych o rodków krystalizacji (zarodkowanie heterogeniczne) i gromadzeniu si na

powierzchni mi dzyfazowej ciecz-ciało stałe atomów b d cz steczek modyfikatora, które wpływaj na proces

wzrostu, kryształu, stopie przechłodzenia i przesuni cie punktów charakterystycznych w układzie (np.

eutektyki).

Dla niektórych stopów miedzi np. br zów aluminiowych mo liwe jest zastosowanie obróbki cieplnej

polegaj cej na hartowaniu i odpuszczaniu, podobnie jak ma to miejsce w stali.

2. STOPY MIEDZI I ALUMINIUM.

Do stopów miedzi jak i aluminium stosuje si ró ne kryteria podziału, z których najwa niejszymi s :

- skład chemiczny, st d podział na stopy dwu, trzy i wieloskładnikowe,

- budowa fazowa tj. jedno, dwu i wielofazowe,

- zastosowania do okre lonych technik wytwarzania tj. obróbki plastycznej (na zimno lub na gor co) i

do odlewania.

Du cz

tych stopów poddawana zostaje ró nym obróbkom cieplnym w celu przebudowy mikrostruktury i

osi gni cia okre lonych wła ciwo ci.

2.1. WA NIEJSZE STOPY MIEDZI.

W ka dym metalu istnieje pewna grupa pierwiastków trudno usuwalnych pochodz cych z rudy b d

procesów metalurgicznych, które zaliczamy do zanieczyszcze . Przy czym dopuszczalna ich ilo w du ej

mierze zale y od zastosowania metalu do okre lonego wyrobu. Np. w odlewach z miedzi czy jej stopów

pracuj cych w niezbyt trudnych warunkach wiele pierwiastków-zanieczyszcze nie b dzie miało wielkiego

praktycznego znaczenia. Je eli jednak mied ma słu y do wyrobu przewodów elektrycznych to ka dy

znajduj cy si w niej inny pierwiastek, nawet w niewielkich ilo ciach powodowa b dzie obni enie

przewodno ci elektrycznej (rys. 3).

Rys. 3. Wpływ zanieczyszcze na przewodno elektryczn miedzi wg Addkis’a

Do szczególnie niepo danych zanieczyszcze miedzi obni aj cych jej wła ciwo ci wytrzymało ciowe

jak i technologiczne nale : bizmut, ołów i tlen.

Bizmut i ołów praktycznie nie rozpuszczaj si w miedzi i w procesie krystalizacji krzepn jako ostatnie

lokalizuj c si na granicach ziarn miedzi w formie małych wydziele . Z uwagi na niskie temperatury topnienia

(Bi - 271,3°C; Pb - 327,4°C) wywołuj krucho miedzi "na gor co" co uniemo liwia jej obróbk plastyczn

(nast puje p kanie). Ujemny wpływ tych zanieczyszcze ujawnia si ju przy bardzo małych st eniach st d

dopuszczalna zawarto w miedzi bizmutu wynosi 0,002% a ołowiu 0,005%.

Tlen wi e si z miedzi , tworz c tlenek miedziawy Cu

2

O, który z miedzi tworzy eutektyk krzepn c w

temperaturze 1066°C i zawieraj c 0,39% tlenu. Nie powoduje ona krucho ci na gor co, ale obni a wła ciwo ci

plastyczne. W przypadku wy arzania miedzi (np. rekrystalizuj cego) w rodowisku zawieraj cym wodór,

dyfunduje on w gł b miedzi i redukuje napotkane tlenki. W wyniku reakcji:

Cu

2

O+H

2

2Cu+H

2

O,

tworz si cz stki pary wodnej, które w podwy szonej temperaturze powoduj p kni cia wewn trzne miedzi.

Takie zjawisko nazwano „chorob wodorow ”. Mied dotkni ta ni jest krucha - traci wła ciwo ci plastyczne

oraz wytrzymało ciowe i nie nadaje si do obróbki plastycznej.

Z uwagi na szerokie zastosowanie miedzi i stawiane jej wymagania co do wła ciwo ci

wytrzymało ciowych, stosuje si do niej obróbk plastyczn na zimno lub wprowadza ró ne składniki stopowe

w ilo ci nie przekraczaj cej zwykle 2% (PN-63/H-87053). Mied tak nazywa si w zale no ci od składnika.

miedzi arsenow , miedzi kadmow itd. (tablica 2).

Tablica 2

Rodzaje miedzi w zale no ci od składnika stopowego o zawarto ci poni ej 2% (PN-63/H-87053)

Zawarto

pierwiastka

stopowego

Ilo

zanieczyszcze

Lp. Rodzaj miedzi

Znak Cecha Pierwiastek

stopowy

%

%

Główne

zastosowania

1

Mied arsenowa

CuAs

MR

As

0,5 - 0,8

0,3

Aparatura

chemiczna

2

Mied cynkowa

CuZn

2

MZ2

Zn

1,8 – 3,2

0,1

Aparatura

chemiczna

3

Mied cynowa

CuSn1

MC1

Sn

0,95 – 1,25

0,1

Aparatura

chemiczna

4 Mied kadmowo-

krzemowa

CuCdSi MDK

Cd, Si

0,2 – 0,3

0,05 – 0,01

0,1

Aparatura

chemiczna

5

Mied kadmowa CuCd1 MD1

Cd

0,9 – 1,2

0,1

Aparatura

chemiczna

6 Mied chromowa CuCr

MH

Cr

0,4 - 1,2

0,3

Aparatura

chemiczna

7

Mied srebrowa

CuAg

MS

Ag

0,025 – 0,25

0,1

Luty

8

Mied srebrowa CuAg1

MS1

Ag

0,5 – 1,0

0,1

Luty

9

Mied srebrowa CuAg2

MS2

Ag

1,85 – 2,15

0,1

Druty

wspornikowe do

lamp

elektronowych

10 Mied tellurowa

CuTe

ME

Te

0,3 – 1,1

0,1

Dysze do

palników

gazowych, radary,

urz dzenia tele i

radiotechniczne

Stopy miedzi zawieraj zwykle od 2% do 50% składników stopowych i dziel si na trzy zasadnicze

grupy: mosi dze, br zy i miedzionikle. Dalsze ich podziały opieraj si , jak wcze niej napisano, na budowie

fazowej i zwi zanym z ni przeznaczeniu do odpowiedniej technologii wytwarzania (formowania plastycznego,

odlewania).

2.1.1. MOSI DZE.

Mosi dze s to stopy miedzi, w których głównym składnikiem stopowym jest cynk. Praktyczne znaczenie

maj stopy zawieraj ce od 2% do 45% Zn. Wi ksza bowiem zawarto cynku powoduje tworzenie si twardych

faz mi dzymetalicznych i zwi ksza krucho stopów tak, e staj si one praktycznie mało przydatne.

Rys. 4. Mikrostruktura mosi dzu: a – jednofazowego w stanie wy arzonym (

α), b – dwufazowego (α + β’) w

stanie odlanym.

Rys 5. Fragment wykresu równowagi faz układu Cu-Zn

Jak wynika z wykresu układu (rys. 5) stopy do zawarto ci 38% cynku posiadaj budow jednofazow

α

stanowi c roztwór stały cynku w miedzi (rys. 4a).

Wła ciwo ci mechaniczne mosi dzów jednofazowych wzrastaj z zawarto ci cynku (umocnienie

roztworowe, rys. 6).

Rys. 6. Wła ciwo ci mechaniczne mosi dzu w zale no ci od zawarto ci cynku i mikrostuktury

Poniewa s one plastyczne to dalszy wzrost wła ciwo ci wytrzymało ciowych mo na osi gn przez

umocnienie odkształceniowe.

Rys. 7. Zmiana wła ciwo ci mechanicznych mosi dzu CuZn30 w zale no ci od stopnia odkształcenia na zimno

Stopy Cu-Zn zawieraj ce wi cej jak 38% Zn maj budow dwufazow (

α+β') Faza β' jest roztworem stałym

uporz dkowanym na bazie zwi zku elektronowego CuZn Nie wykazuje ona cech plastycznych i jest krucha.

Powy ej temperatury 454°C-468°C ( w zale no ci od zawarto ci Zn, linia przerywana na wykresie, rys.4) ulega
przemianie porz dek-nieporz dek (

β' β). W stanie nieuporz dkowanym β jest plastyczna, dlatego mosi dze

dwufazowe obrabia si plastycznie na gor co.

Jak wynika z wykresu układu (rys. 6) najwi ksze wydłu enie (A) osi ga mosi dz zawieraj cy ok. 30% Zn

a wytrzymało Rm przy 45% Zn. Z chwil pojawienia si fazy

β' wła ciwo ci plastyczne do szybko malej ,

za wytrzymało Rm dopiero powy ej 45% Zn. Na podstawie wła ciwo ci mechanicznych uwarunkowanych

zawarto ci cynku, pod wzgl dem technologicznym mosi dze dzieli si na. jednofazowe (poni ej 36% Zn) do
obróbki plastycznej na zimno i mosi dze dwufazowe (

α+β') do obróbki plastycznej tylko na gor co. Te ostatnie

stanowi równie grup mosi dzów odlewniczych.

Prócz dobrych wła ciwo ci mechanicznych, które zadecydowały o szerokim zastosowaniu mosi dzów,

wskazuj one dobr odporno na korozj atmosferyczn przy czym odporniejsze s pod tym wzgl dem

mosi dze jednofazowe. Mosi dze wykazuj jednak pewn wra liwo na korozj napr eni ow (sezonowe

p kanie) wywołan współdziałaniem napr e własnych i niektórych gazów (np. amoniaku) znajduj cych si w

rodowisku. Zastosowanie techniczne mosi dzów zarówno jedno jak i dwufazowych jest bardzo rozległe, trudne

do wyliczenia.

Np. w zale no ci od zawarto ci Zn wykonuje si z nich takie elementy jak rurki chłodnicze, łuski do amunicji,

blachy do gł bokiego tłoczenia, blachy do platerowania, elementy spr yste, elementy maszyn kute i prasowane

na gor co i wiele innych.

W wyniku obróbek plastycznych na zimno i cieplnych (wy arzanie rekrystalizuj ce) uzyskuje si

mosi dze "mi kkie" (łatwo daj ce si odkształca ) lub umocnione (mało plastyczne). Zale nie od tych cech

wyró nia si stany: wy arzony, półtwardy, twardy i spr ysty Warto ci wska ników mechanicznych tych

stanów podano w tablicy 3.

Tablica 3

Warto ci Rm i A mosi dzu CuZn37 w ró nych stanach

Wytrzymało na rozci ganie Rm

Wydłu enie A

Stan

MPa

%

Wy erzony

290

45

Półtwardy

350

25

Twardy

400

15

Spr ysty

520

5

Mosi dze odlewnicze o zawarto ci zwykle 38-42% Zn maj budow dwufazow , po odlaniu

dendrytyczn (rys. 5b), a po obróbce plastycznej na gor co budow komórkow .

Charakteryzuj si one dobr lejno ci tj. dobrym wypełnianiem form (cecha ta zwi zana jest z mał

lepko ci ciekłego metalu). W zale no ci od warunków krystalizacji odlewy z tego samego stopu mog

uzyskiwa ró n wielko ziarna co wpływa na wła ciwo ci mechaniczne stopu np.: odlewy wykonane w

formach piaskowych (wolniejsze odbieranie ciepła) b d miały wi ksze ziarno od odlewów kokilowych

(metalowych-chłodzenie szybsze). Ze wzgl du na znaczn odporno korozyjn najwi ksze zastosowanie

mosi dzów odlewniczych znajduje w produkcji armatury sanitarnej, gazowej, hydraulicznej nisko i

wysokoci nieniowej .

Znacz c grup stopów Cu-Zn stanowi mosi dze wieloskładnikowe, do których wprowadza si takie

pierwiastki jak Pb, Fe, F, P, Mn, Sn, Al, Ni, Si i inne. Wchodz one prócz Pb, Fe, i P do roztworów stałych

α i β'

powoduj c ich umocnienie. Obok tego zmniejszaj rozpuszczalno Zn w Cu ( Fe i Mn ) lub powi kszaj zakres

rozpuszczalno ci cynku (Sn, Al, Si). Wpływaj tak e modyfikuj co na przebieg krystalizacji.

Poszczególna ich rola jest nast puj ca:

Pb - polepsza skrawalno (powoduje łamliwo wióra), do zawarto ci 1% nie wpływa na wła ciwo ci

mechaniczne; w odlewach powoduje „uszczelnienie” rzadzizn i porów materiału,

P - z miedzi tworzy Cu

3

P, który utwardza stop i zwi ksza odporno na cieranie, ilo jego zwykle nie

przekracza 0,5%,

Fe - wyst puje w mikrostrukturze jako odr bna faza o zmiennej rozpuszczalno ci w miedzi w stanie

stałym co umo liwia zastosowanie do stopu utwardzania wydzieleniowego; udział w stopie Fe nie

przekracza 1%.

Mn, Ni - podwy sza wła ciwo ci mechaniczne, a mangan dodatkowo jeszcze wpływa modyfikuj co.

Zawarto ka dego z tych pierwiastków waha si w granicach 2%.

Sn i Al. - zwi kszaj odporno na korozj atmosferyczn i w wodzie morskiej, podwy szaj równie Rm

i twardo . Przeci tna zawarto cyny w stopach wynosi 1% a aluminium 3%.

Stosowanie w wielu przemysłach i wyrobach mosi dzów wieloskładnikowych spowodowane jest

zast powaniem niemi drogich (z uwagi na cyn ) br zów cynowych. Np. mosi dze cynowe (CuZn28Sn1),

aluminiowe (CuZn2lAl2), manganowe (CuZn40Mn) stosuje si w przemy le okr towym na rury chłodnic, na

odlewy armatury i cz ci maszyn czy ruby okr towe (CuZn50Mn3Fe). Dzi ki dobrym wła ciwo ciom

spr ystym mosi dz niklowy (CuZn29Ni6) u ywany jest na rury i membrany manometrów.

Typowymi mosi dzami wieloskładnikowymi, odlewniczymi s : CuZn43Mn4Pb3Fe stosowany na cz ci

maszyn, ło yska lizgowe i armatur w budownictwie okr towym oraz CuZn50Mn3Fe na słabo obci one du e

cz ci maszyn i silników.

2.1.2. B R Z Y

Nazwa br z w zasadzie obejmuje stopy miedzi ze wszystkimi pierwiastkami poza cynkiem i niklem jako

głównymi składnikami.

Techniczne zastosowanie maj nast puj ce stopy:

-br z cynowy do ok. 15% Sn,

-br z aluminiowy do 11% Al,

-br zy ołowiowe do 35% Pb,

-br zy manganowe do 5% Mn,

-br zy krzemowe do 4% Si,

-br zy berylowe do 2,5% Be.

Oprócz wymienionych br zów dwuskładnikowych istnieje, podobnie jak w mosi dzach, du a grupa br zów

wieloskładnikowych o zró nicowanych wła ciwo ciach mechanicznych, fizycznych i chemicznych.

2.1.2.1. Br zy cynowe.

Br zy cynowe s dwu i wieloskładnikowe. Z nazwy wynika, e głównym składnikiem stopowym jest

cyna. Z uwagi na jej koszt i uzyskanie okre lonych wła ciwo ci do br zów cynowych wprowadza si jeszcze

cynk, ołów, fosfor i inne pierwiastki. Fragment układu równowagi Cu-Sn stopów praktycznie stosowanych

pokazano na rys. 8.

Przy małych zawarto ciach (<6%) cyny wyst puje faza

α b d ca roztworem stałym cyny w miedzi.

Rozpuszczalno cyny w miedzi w temperaturze 520

°C wynosi 15,8% i do szybko maleje. Ze wzgl du na

mał szybko dyfuzji cyny w miedzi w rzeczywistych warunkach technicznych nie uzyskuje si stanu

równowagi. Mikrostruktury otrzymane w takich warunkach przedstawiaj wykresy, na których poni ej 520°C

rozpuszczalno cyny w miedzi nie ulega zmianie co przedstawia linia przerywana na wykresie (rys. 8).

Rys. 8. Fragment wykresu układu równowagi Cu-Sn

Du a rozpi to mi dzy lini solidus i likwidus sprzyja skłonno ci br zów cynowych do segregacji: obok
niejednorodnej fazy

α pojawiaj si fazy wyst puj ce przy wy szych st eniach cyny.

W układzie, w warunkach równowagi zachodzi szereg przemian: faza

β (roztwór na bazie fazy

elektronowej, CuSn o st eniu elektronowym 3/2) w temperaturze 586°C eutektoidalnie rozpada si na
mieszanin (

α + γ), faza γ w temperaturze 520°C równie ulega rozpadowi eutektoidalnemu na mieszanin (α +

δ), a z kolei δ (roztwór na bazie fazy elektronowej, Cu31Sn8,21/13) w temperaturze 350°C tak e eutektoidalnie
rozpada si na mieszanin (

α + ε). Praktycznie ten ostatni rozpad jednak nie zachodzi z powodu powolnej

dyfuzji cyny w miedzi. Chc c uzyska stan równowagi nale ałoby przez bardzo długi okres czasu wygrzewa

stop w temperaturach bliskich 350°C. Tak wi c w br zach cynowych, przydatnych technicznie, w temperaturze
normalnej w mikrostrukturze składnikiem eutektoidu jest faza

δ.

W odlewach z br zów cynowych wskutek segregacji wywołanej warunkami krystalizacji wyst puj

struktury nierównowagi. Np. w odlewach piaskowych eutektoid pojawia si ju powy ej 8% Sn, a w kokilowych

ju od 5% Sn. Powstałe segregacje mo na usun stosuj c długotrwałe wy arzania ujednoradniaj ce w
temperaturze 700 - 750°C. Podczas tego wy arzania eutektoid (

α + δ) ulega rozpuszczeniu i tworzy si w miar

jednorodna faza

α.

Stopy o budowie jednofazowej wykazuj do dobre wła ciwo ci plastyczne i mog by poddawane obróbce

plastycznej, po której uzyskaj budow komórkow (ziarno równoosiowe) z licznymi bli niakami. Obecno

eutektoidu w stopie powoduje wyra ne obni enie wła ciwo ci plastycznych, gdy faza b jest twarda i krucha.

Wpływ cyny na wła ciwo ci mechaniczne br zów cynowych ilustruje rys. 9.

Rys. 9. Wpływ zawarto ci cyny na wła ciwo ci mechaniczne br zu w stanie lanym

Br zy do obróbki plastycznej na zimno Zawieraj do 8% Sn. Najcz ciej stosowanym z tej grupy br zami

s : CuSn4, CuSn7 i CuSn8. Po obróbce plastycznej br zy te wykazuj dobre wła ciwo ci mechaniczne (rys. 10)

i stosowane s w formie blach, pr tów, drutów, rurek na ró ne elementy przyrz dów pomiarowych,

precyzyjnych, siatki, spr yny, membrany itp. Charakteryzuj si równie bardzo dobr odporno ci na korozj

w warunkach atmosferycznych jak i w wodzie morskiej Nie s wra liwe na korozj napr eniow .

Rys. 10. Zmiana wła ciwo ci mechanicznych br zu CuSn7P w zale no ci od stopnia odkształcenia na zimno

Br zy zawieraj ce powy ej 8% Sn (zwykle ok. 10%) stosowane s na odlewy cz ci maszyn silnie

obci one i pracuj ce na cieranie (koła z bate, limacznice, wirniki pomp, panewki itp.). Dodatek ok 1%

fosforu do br zu (br z fosforowy Cu10SnP) powoduje wzrost twardo ci, odporno ci na cieranie i poprawia

wła ciwo ci lizgowe, dzi ki pojawieniu si w mikrostrukturze nowej fazy - Cu

3

P. Typow mikrostruktur tego

br zu pokazano na rys. 11. Fosfor w obu rodzajach br zów (do obróbki plastycznej i odlewniczych) stosowany

jest równie jako odtleniacz.

Jako dodatki stopowe do br zów wieloskładnikowych wprowadza si cynk (substytut drogiej cyny), ołów

i inne jeszcze pierwiastki. Do 8% cynk rozpuszcza si w fazie

α, polepsza lejno i podnosi wła ciwo ci

wytrzymało ciowe, ale dwukrotnie mniej jak cyna. Ołów nie rozpuszcza si w

α ani te δ, stanowi w

mikrostrukturze oddzieln faz . Polepsza wła ciwo ci lizgowe i skrawalno oraz zabezpiecza przed

mikroporowato ci odlewu. Typowym przedstawicielami br zów odlewniczych wieloskładnikowych s :

CuSnlOZn3, CuSn6Zn6Pb3.

Rys. 11. Mikrostruktura br zu CuSn10P w stanie lanym.

2.1.2.2. Br zy aluminiowe.

Techniczne zastosowanie maj br zy do zawarto ci 11% Al. Maksymalna rozpuszczalno aluminium w

miedzi w temperaturze 565°C (eutektoidalnej) wynosi 9,4% i do temperatury normalnej nie ulega zmianie

(rys. 12). W tym zakresie st e tworzy si stały roztwór aluminium w. miedzi, którego wła ciwo ci

wytrzymało ciowe rosn wraz ze wzrostem zawarto ci Al (rys. 12). W stopach zawieraj cych wi cej jak
9,4% Al i w temperaturach wy szych od 565°C pojawia si faza

β, która jest roztworem stałym na bazie

fazy elektronowej Cu

3

Al o st eniu elektronowym 3/2.

Rys. 12. Fragment wykresu układu Cu-Al.

W temperaturze 565°C faza ta ulega eutektoidalnemu rozpadowi na mieszanin (

α + γz) Faza γ z jest

roztworem na bazie kolejnej fazy elektronowej (Cu

9

Al

4

) o st eniu elektronowym 21/13.

Eutektoidalny rozpad fazy

β mo na zahamowa przez szybkie chłodzenie co powoduje bezdyfuzyjn

przemian (

β β'), w wyniku której uzyskuje si iglast struktur (rys. 14). Ma ona typowe cechy przemiany

martenzytycznej. W odró nieniu od przemiany martenzytycznej w stalach jest ona odwracalna tzn. w warunkach
szybkiego nagrzewania

β' β (Uwaga: w literaturze dotycz cej br zów aluminiowych przez β' oznacza si faz

martenzytyczn , a przez

β

1

faz uporz dkowan , bowiem i w br zach aluminiowych powy ej 11%

Al zachodzi

przemiana nieporz dek-porz dek:

β β

1

).

Rys. 13. Zmiany wła ciwo ci mechanicznych br zów aluminiowych w stanie lanym w zale no ci od zawarto ci

aluminium

Rys. 14. Mikrostruktura br zu aluminiowego CuAl10Fe3Mn2: a – wy arzonego, b - zahartowanego

Przemian martenzytyczn zachodz c w br zach wykorzystuje si w celu podwy szenia ich wła ciwo ci

wytrzymało ciowych. Np. br z CuAl10Fe3Mn hartuje si z temperatury 950°C i odpuszcza 400°C-500°C w

ci gu 2-4 godzin. Po takich zabiegach Rm wynosi 700 MPa , twardo 250

HB a Alo ok. 10%. Warto ci te

zbli one s do warto ci uzyskiwanych w stalach.

Jednofazowe br zy zawieraj ce do 8% Al mo na równie umacnia odkształceniowo uzyskuj c znaczne

efekty wzrostu wła ciwo ci wytrzymało ciowych (rys. 15).

Rys. 15. Zmiana wła ciwo ci mechanicznych br zu aluminiowego, jednofazowego o zawarto ci 8% Al. W

zale no ci od stopnia odkształcenia na zimno

Wieloskładnikowe br zy aluminiowe zawieraj ce od 9% do 11% Al, <5%Fe, <6% Ni, <4%Mn

stosowane s jako stopy odlewnicze i do obróbki plastycznej na gor co. Do grupy tej nale cz sto stosowane

br zy CuAl10Fe3Mn2 i CuA110Ni4Fe4, które poddaje si równie hartowaniu i odpuszczaniu (ulepszaniu

cieplnemu).

Br zy aluminiowe wykazuj dobre wła ciwo ci mechaniczne w normalnych i podwy szonych

temperaturach, s odporne na cieranie. Wykazuj dobr odporno na korozj atmosferyczn i w wodzie

morskiej, któr zawdzi czaj tworz cej si na powierzchni szczelnej warstewce Al

2

O

3

.

Br zy aluminiowe stosuje si do wyrobu elementów nara onych na cieranie, tulejki ło ysk, koła z bate,

wirniki pomp, ruby nap dowe do statków, cz ci przyrz dów pomiarowych itp. S one stopami

konkurencyjnymi do br zów cynowych.

2.1.2.3. Br zy krzemowe.

Znacznie praktyczne maj stopy do zawarto ci 3-4% Si. Jak wynika z wycinka wykresu układu

równowagi Cu-Si (rys. 16) maksymalna rozpuszczalno krzemu w miedzi w temperaturze 842°C wynosi 5,3%.

Wraz z obni eniem temperatury rozpuszczalno Si maleje do ok. 3% w temperaturze normalnej. W
temperaturze 555°C wtórny roztwór

χ ulega rozpadowi eutektoidalnemu na mieszanin (α + γ). Faza γ jest

roztworem na bazie zwi zku Cu

3

Si.

Składnikami stopowymi tych br zów s : Mn, Fe, Zn i Ni. Do roztworu a wchodzi Mn, Ni i Zn silnie

zmniejszaj c rozpuszczalno krzemu. elazo natomiast tworzy fazy mi dzymetaliczne FeSi lub Fe

3

Si

powoduj c. wzrost wła ciwo ci wytrzymało ciowych. Mangan zwi ksza odporno na korozj a Zn lejno .

Rys. 16. Fragment wykresu równowagi faz układu Cu-Si

Stop CuSi3Mn1

przeznaczony jest do obróbki plastycznej na zimno. po której uzyskuje wysokie

wła ciwo ci wytrzymało ciowe (rys. 17). Stop ten stosowany jest na spr yny, cz ci aparatury chemicznej,

cz ci maszyn pracuj cych na cieranie. Do stopów odlewniczych nale y br z CuSi3Zn3Mn u ywany do

wyrobu kół z batych, panewek ło ysk lizgowych, cz ci pomp itp. Z uwagi na słabe iskrzenie przy uderzeniu,

br zy krzemowe stosowane s do wytwarzania elementów aparatury dla przemysłów petrochemicznego i

gazowniczego.

2.1.2.4. Br zy berylowe.

W praktyce stosowane s br zy berylowe do zawarto ci 2,5% Be. Innymi składnikami wprowadzanymi w

niewielkich ilo ciach s : Ni, Ti i czasami Co. Składniki te powoduj podwy szenie wła ciwo ci mechanicznych,

rozdrobnienie i stabilizacj ziarna (Ti). W układzie istnieje zmienna rozpuszczalno berylu w miedzi co daje
podstawy do stosowania utwardzania dyspersyjnego (rys. 18). W temperaturze 575°C faza

β ulega rozpadowi

eutektoidalnemu na mieszanin (

α + γ).

Wzrost wła ciwo ci wytrzymało ciowych spr ystych w br zach najcz ciej stosowanych-CuBe2Ni i

CuBe2NiT, uzyskuje si po zastosowaniu obróbki plastycznej na zimno lub utwardzania dyspersyjnego (czasami

te obróbki ł czy si ze sob ). Br zy te przesyca si z temperatury 800°C-820°C a nast pnie starzy w

temperaturze 300°C-350°C w czasie 2 godzin. W stanie przesyconym br zy berylowe wykazuj dobre

wła ciwo ci plastyczne i mo na je odkształca na zimno. Po starzeniu Rm osi ga warto ok. 1200 MPa tj.

wzrost ponad 2-3 krotnie w odniesieniu do stanu przesyconego. Podobnie ro nie równie twardo (od 130 HB

do 320 HB).

Głównie br zy berylowe stosuje si do wyrobu spr yn, membran, elementów spr ystych, aparatury

precyzyjnej, elektrycznej itp. Cechuje ten rodzaj br zów dobra przewodno elektryczna i brak iskrzenia przy

uderzeniach st d zastosowanie w przemysłach produkuj cych łatwopalne i wybuchowe substancje. S te one

odporne na korozj . Beryl jest drogim składnikiem tych stopów i pami ta nale y, e jest silnie toksyczny.

Rys. 17. Zmiana wła ciwo ci mechanicznych br zu CuSi3Mn1 w zale no ci od stopnia odkształcenia na zimno

Rys. 18. Fragment wykresu równowagi faz układu Cu-Be

2.1.2.5. Br zy ołowiowe.

Br zy ołowiowe zawieraj do 35% Pb. Wskutek praktycznie braku wzajemnej rozpuszczalno ci w stanie

stałym mikrostruktura ich zło ona jest z mieszaniny ziarn miedzi i ołowiu. Stopy te s stosunkowo mi kkie

dlatego w celu ich umocnienia do niektórych gatunków wprowadza si cyn (do 10%). Charakteryzuj si one

dobrymi własno ciami lizgowymi st d głównie stosuje si je do wyrobu ło ysk lizgowych współpracuj cych z

utwardzonymi czopami wałów przy du ych pr dko ciach obwodowych i naciskach. Praktycznie stosowanymi

stopami s CuPb30, CuPb35 i CuPb10Su10.

2.2. WA NIEJSZE STOPY ALUMINIUM.

Aluminium charakteryzuje si du plastyczno ci (tablica 1), dobr zgrzewalno ci , dobr

przewodno ci elektryczn stanowi c 65% przewodno ci miedzi i mał g sto ci . Aluminium odporne jest na

działanie korozji atmosferycznej (pokrywa si szczeln , pasywuj c warstewk Al2O3 ), wody, dwutlenku

siarki, wielu kwasów organicznych i zwi zków azotowych. Wra liwe jest natomiast na działanie zasad, a wi c

wody morskiej, wodorotlenków sodu i wapnia oraz zwi zków rt ci. Stopy Al na ogół wykazuj wra liwo

na korozj , dlatego niektóre z nich pokrywa si warstewk czystego aluminium (plateruje). Dla zwi kszenia

odporno ci korozyjnej aluminium i jego stopów, poddaje si je anodowemu utlenianiu (tzw. eloksalacji).

Wytworzona warstewka tlenkowa o grubo ci od 0,001 do 0,15 mm w zale no ci od stanu pocz tkowego

powierzchni mo e by matowa lub błyszcz ca. Po dodaniu w czasie procesu, barwników osi ga si efekt

dekoracyjny co ma estetyczne znaczenie dla produkcji aparatury pomiarowej, elektronicznej, przyrz dów

precyzyjnych itp.

W zale no ci od procesu otrzymywania, wyró ni mo na aluminium hutnicze (produkowane w kilku

gatunkach – A00, A0, A1

, A2) zawieraj ce od 0,2% do 1 % zanieczyszcze i aluminium rafinowane (równie

kilka gatunków-ARO, AR1, AR2) posiadaj ce od 0,005% do 0,05% zanieczyszcze . Najcz ciej

zanieczyszczeniami Al s : Fe, Si, Cu, Zn, Ti, które obni aj przewodno elektryczn , wła ciwo ci plastyczne i

odporno korozyjn . Jak jednak wcze niej wspomniano, poj cie "zanieczyszczenie" z punktu technicznego

nale y traktowa wzgl dnie i odnosi do zasadniczej cechy b d cech materiału na których zale y nam w

pierwszej kolejno ci. Np. wymienione zanieczyszczenia aluminium pogarszaj pewne wła ciwo ci fizyczne

(przewodno elektryczn ), technologiczne (plastyczno ), ale podwy szaj wła ciwo ci wytrzymało ciowe i w

pewnych rodzajach stopów aluminium staj si składnikami stopowymi.

Niska wytrzymało Rm aluminium nie kwalifikuje go do materiałów konstrukcyjnych, natomiast stopy

sporz dzane na jego bazie zajmuj drugie miejsce po stopach elaza stosowanych w maszynach, pojazdach,

aparaturze, konstrukcjach itp. Zaznaczy trzeba, e w czystym Al mo na osi gn wy sze wła ciwo ci

wytrzymało ciowe w wyniku umocnienia odkształceniowego. W zale no ci od stopnia tego umocnienia

wyró nia si stany: półtwardy i twardy. Warto ci Rm osi gni te w tych stanach dla aluminium o czysto ci

99,5% Al wynosz :

-wy arzony 70-100 MPa,

-półtwardy 100-120 MPa,

-twardy 130-180 MPa.

Stopy aluminium o najwi kszym technicznym znaczeniu zawieraj Cu, Si, Mg i Mn. Obok

wymienionych głównych składników wprowadza si do nich jeszcze niewielkie ilo ci takich pierwiastków jak:

Fe, Ni, Ti, Zn i Cr. Składniki stopowe tworz z aluminium roztwory stałe (wi kszo z nich wykazuje zmienn

rozpuszczalno ze zmian temperatury) i fazy mi dzymetaliczne jak Al

2

Cu, Al

3

Fe, Al

5

FeSi itd. oraz fazy

utworzone przez składniki stopowe np. Mg

2

Si (w układzie Al-Mg-Si).

Skład chemiczny stopu okre la jego techniczne zastosowanie tj. do obróbki plastycznej lub odlewania.

Poniewa aluminium i wi ksza cz

jego składników stopowych nie posiada odmian alotropowych to wykresy

równowagi faz s stosunkowo proste i od strony Al podobne jak na rys. 19.

Na podstawie tego rysunku mo na zilustrowa tzw. Podział „technologiczny” stopów Al., tj. zastosowania do

okre lanych technik wytwarzania w zale no ci od zawarto ci składnika stopowego (B).

Rys. 19. Schemat podziału stopów aluminium w zale no ci od zawarto ci składnika stopowego: a

1

– stopy do

obróbki plastycznej, a

2

– stopy do obróbki plastycznej i utwardzania wydzieleniowego, b – stopy odlewnicze.

(B) – oznacza, e składnik B mo e tworzy z Al. Roztwór

β - B(Al) lub faz mi dzymetaliczn , np. Al

2

B

Zakres a przedstawia składy chemiczne stopów przeznaczonych do obróbki plastycznej, przy czym mo na

podzieli go jeszcze na dwie cz ci: a

1

- stopy o wła ciwo ciach wytrzymało ciowych niewiele wi kszych od

czystego aluminium, które w miar potrzeby umacnia si odkształceniowo i a

2

- stopy, które z uwagi na zmienn

rozpuszczalno składnika B

w stanie stałym, poddaje si utwardzaniu wydzieleniowemu. Zakres b reprezentuje

składy stopów odlewniczych, w których zazwyczaj udział składnika stopowego jest taki, e zawarto eutektyki

w mikrostrukturze nie przekracza 15% lub 20%.

2.2.1. STOPY DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ UTWARDZANE WYDZIELENIOWO

(durale).

Typowymi przedstawicielami stopów Al przeznaczonych do obróbki plastycznej i utwardzania

wydzieleniowego s stopy, których głównym składnikiem stopowym jest Cu, potocznie zwane duralami.

Z fragmentu wykresu układu Al-Cu (rys. 20)wynika, e maksymalna zawarto Cu w Al w temperaturze

eutektycznej (548°C) wynosi 5,7% i do szybko maleje do 0,1% w temperaturze normalnej.

Rys. 20. Fragment wykresu równowagi Al-Cu

Mikrostruktura stopów o zawarto ci miedzi powy ej 0,1%, w stanie równowagi zło ona jest z roztworu stałego a
i fazy mi dzymetalicznej Al

2

Cu oznaczanej tak e liter

θ.

Stopy techniczne zawieraj zwykle od 2% do 4% miedzi (prócz tego Mg, Ni, Zn, Ti i inne, których

zawarto z wyj tkiem Zn na ogół nie przekracza 2%). Poddaje si je utwardzaniu wydzieleniowemu, które

polega jak wcze niej wspomniano, na przesycaniu i starzeniu.

Po nagrzaniu i wygrzaniu stopu nieco powy ej 500°C i szybkim chłodzeniu (przewa nie w wodzie) stop

uzyskuje struktur jednofazow przesyconego roztworu

α. Ten metastabilny stan nadaje mu niewielki wzrost

wytrzymało ci Rm (rys. 21) i twardo ci. Stop podatny jest w tym stanie na odkształcenia plastyczne.

Po pewnym czasie w temperaturze normalnej lub podwy szonej nast puje powracanie stopu do stanu

równowagi. Zjawiska zachodz ce w roztworze podczas starzenia naturalnego (w temp. normalnej) i sztucznego

(w temp. podwy szonej) prze ledzi mo na na przykładzie stopów Al-Cu, które pod tym wzgl dem najbardziej

zostały przebadane.

Rys. 21. Zmiana wytrzymało ci Rm stopu Al.-4%Cu podczas starzenia naturalnego

W temperaturze normalnej i odpowiednio długim czasie (4 - 7 dni) w roztworze przesyconym a utworz si

sprz one z sieci roztworu skupiska atomów Cu w kształcie dysków o grubo ci rz du 1nm i rednicy do 10nm

,

nazwane strefami GP I

(Guinier-Prestona). Proces w warunkach normalnych zako czy si wytworzeniem tych

stref. Roztwór stały znajduje si w stanie przed-wydzieleniowym, nadal jeszcze metastabilnym i do trwałym.

Wytworzone strefy powoduj odkształcenia spr yste sieci co wywołuje powstanie pól napr e , które staj si

(upraszczaj c wyja nienie zjawiska) przeszkodami trudnymi do pokonania przez dyslokacje. Wytrzymało Rm

i twardo osi ga w tym stanie najwy sze warto ci. W stosunku do stanu wy arzonego (rys. 21 i 22) Rm ro nie

prawie dwukrotnie.

Rys. 22. Wpływ temperatury i czasu starzenia na wytrzymało Rm stopu AlCu4Mg1

W temperaturze powy ej 100

°C tworz si równie skupiska atomów Cu w kształcie dysków o jednak

wi kszych wymiarach: grubo ci do 10nm

i rednicy do 150nm. Posiadaj one struktury tetragonaln i nadal s

sprz one z sieci

α. Skupiska te nazwano GP II.

Powy ej 200

°C tworzy si faza metastabilna, oznaczona θ' o strukturze regularnej

półsprz onej z sieci macierzyst o składzie stechiometrycznym zbli onym do Al

3.6

Cu

2

. Na

koniec długotrwałe wygrzewanie prowadzi do przemiany

θ' w samoistn równowagow

faz

θ (Al

2

Cu). Dalsze wygrzewanie stopu powoduje koagulacj i koalescencj wydziele

θ.

Stadia zmian jakie zachodz w przesyconym stopie w wyniku starzenia mo na

zapisa symbolami:

α [(Cu)] → GP I → GP II → θ’(Al

3.6

Cu

2

)

→ θ(Al

2

Cu)

Konsekwencj tych zmian i przemian jest ró ny stan umocnienia stopu (rys. 22). Pierwsze trzy stadia

zmian zachodz nie przez przemiany jednej fazy w drug lecz przez zanik poprzednich skupisk (małych stref

GPI) i utworzenie si nowych (du ych stref GP II). O takim przebiegu zmian, przekonuje nas zjawisko nawrotu

wła ciwo ci. Polega ono na tym, e stop starzony naturalnie lub w niezbyt wysokich temperaturach, wygrzany w

ci gu 2-3 min w temperaturze 200°C-250°C odzyskuje wła ciwo ci plastyczne (rys. 23). Zjawisko to ma

znaczenie techniczne, gdy po takim krótkotrwałym nagrzewaniu stop mo na formowa , zagniata łby nitów itp.

Rys. 23. Schemat zmiany wytrzymało ci Rm stopu Al-4%Cu na skutek starzenia i nawrotu wywołanej

krótkotrwałym nagrzewaniem do temperatury 230

°C

2.2.2. STOPY ODLEWNICZE (siluminy) I

ICH MODYFIKACJA.

Obecnie wytwarza si wiele aluminiowych stopów odlewniczych. Do najwa niejszych nale

dwuskładnikowe: Al-Si, Al-Mg, Al-Cu i wieloskładnikowe np. Al-Zn-Mg.

Stopy z krzemem zwane siluminami maj szerokie zastosowanie. Wykonuje si z nich głowice, tłoki,

obudowy silników spalinowych i elektrycznych, korpusy pomp i wiele jeszcze innych elementów.

Wraz ze wzrostem zawarto ci Si w stopie ro nie wytrzymało na rozci ganie Rm (rys. 24).

Wykres równowagi układu Al-Si jest bardzo prosty (rys. 25). Od strony Al. Wyst puje faza

α b d ca

roztworem stałym Si w Al. W temperaturze eutektycznej (577

°C) rozpuszczalno krzemu w aluminium wynosi

1,65% i maleje wraz z obni eniem temperatury. W temperaturze 200

°C wynosi ju ona tylko 0,05%.

Rys. 24. Wła ciwo ci mechaniczne siluminu niemodyfikowanego i modyfikowanego w zale no ci od

udziału krzemu

Rys. 25. Fragment wykresy równowagi Al.-Si z zaznaczonym przesuni ciem punktu eutektycznego pod

wpływem procesu modyfikacji

Praktycznie aluminium nie rozpuszcza si w krzemie, st d drug faz w układzie jest Si (niekiedy oznaczany
jako faza

β). Eutektyka zło ona (α+Si) zawiera 11,7% krzemu.

Technicznie siluminy zawieraj od 9% do 13% Si, gdy przy tych st eniach odznaczaj si najlepszym i

wła ciwo ciami wytrzymało ciowymi, odlewniczymi, małym skurczem (ok. 1%), mał skłonno ci do p kni ,

małym współczynnikiem rozszerzalno ci cieplnej i s do odporne na korozj .

Ogólnie wła ciwo ci mechaniczne tych stopów s stosunkowo niskie: Rm wynosi ok. 120 Mpa, a

wydłu enie A

l0

ok. 3%. Spowodowane jest to nietypow dla stopów eutektycznych skłonno ci do

gruboziarnisto ci. W stopie AlSi11, w którym górna granica zawarto ci krzemu wynosi 13% mog wyst powa

ziarna krzemu na tle gruboiglastej eutektyki (rys. 26a). Taka mikrostruktura odlewu jest niekorzystna równie ze

wzgl dów eksploatacyjnych.

Rys. 26. Mikrostruktura siluminu AlSi11; a – niemodyfikowanego, b - modyfikowanego

W celu przebudowy tej niekorzystnej mikrostruktury stop przed odlaniem poddaje si modyfikacji.

Polega ona na dodaniu do k pieli niewielkiej ilo ci mieszaniny soli sodu (NaCl, NaF). W tym celu w ostatnich

latach stosuje si równie stront i antymon. (8). W wyniku procesów jakie zachodz w czasie krystalizacji stopu

uzyskuje si mikrostruktur rozdrobnion (rys. 26b). Ogólnie uwa a si , e sód gromadz c si na powierzchni

mi dzyfazowej krzem-ciecz utrudnia krystalizacj krzemu w wyniku czego punkt eutektyczny przesuni ty

zostaje w kierunku wi kszych zawarto ci krzemu i wi kszych przechłodze (linia przerywana na rys. 25). Stop

nad eutektyczny (rys. 26a) staje si stopem pod eutektycznym (rys. 26b). Jego wła ciwo ci mechaniczne s

wy sze: Rm ok. 180 MPa a wydłu enie A

10

8-12%.

3. PYTANIA KONTROLNE.

l. Wła ciwo ci aluminium i główne jego zastosowania.

2. Wła ciwo ci miedzi i jej główne zastosowania.

3. Dokona głównego podziału stopów aluminium bior c pod uwag : skład chemiczny, budow fazow i

zastosowanie techniczne.

4. Dokona podziału stopów miedzi bior c pod uwag : skład chemiczny, budow fazow i zastosowanie

techniczne.

5. Jak wpływa ołów i bizmut na własno ci miedzi?

6. Co to jest choroba wodorowa miedzi?

7. W jakim celu przeprowadza si modyfikacj siluminu?

8. Jakie zmiany zachodz w mikrostrukturze siluminu w wyniku jego modyfikacji?

9. Co to s mosi dze i jak si je dzieli w zale no ci od struktury i składu chemicznego?

10. Jak obróbk nale y zastosowa aby zwi kszy warto Rm (granicy wytrzymało ci na rozci ganie) i H

(twardo ) mosi dzu M70 (jednofazowego)?

11. Co to jest br z fosforowy?

12. Co to jest za stop, który nazywamy duraluminium?

13. Czym głównie charakteryzuj si br zy berylowe?

14. Z jakich zabiegów składa si obróbka cieplna nazywana utwardzaniem wydzieleniowym?

15. Co dzieje si w strukturze duralu podczas zabiegu przesycania?

16. Co to s strefy G-P?

17. Jakie zjawiska zachodz w strukturze duralu podczas jego starzenia?

18. W jaki sposób mo na umocni stopy z zakresu Al (rys. 19)?

19. Jakie warunki musi spełnia stop aby mo na było umocni go wydzieleniowo ?

20. Jaki czynnik powoduje umocnienie stopu podczas procesu starzenia ?

21. Jaka jest ró nica mi dzy hartowaniem stali a przesycaniem duralu lub br zu berylowego ?

22. Na czym polega zjawisko nawrotu wyst puj ce w duralach ?
23. Jaka jest ró nica mi dzy stref G-P a faz równowagow

θ w układzie Al-Cu ?

24. Wymieni nazwy głównych grup br zów.

4. LEKTURA.

1. K. Wesołowski – „Metaloznawstwo i obróbka cieplna” Wyd. WNT 1972 Warszawa

2. R. Haimann – „Metaloznawstwo” Wyd. Politechnika Wrocławska 1974

3. St. Prowans – „Struktura stopów” Wyd. PWN 1991 Warszawa

4. L. Dobrza ski – „Metaloznawstwo i obróbka cieplna stopów metali” Wyd. Politechnika l ska, Gliwice 1995.

5. K. Przybyłowicz- „Metaloznawstwo” WNT Warszawa 1996.

6. Praca zbiorowa w składzie mi dzynarodowym koordynowana przez. L Jeni eka, H. Gonera, M. Ormana, A.

Domony'ego- „Aluminium” Wyd. WNT 1967

7. St. Prowans – „Materiałoznawstwo” Wyd. PWN Warszawa-Pozna 1977

8. Z. Poniewierski- „Krystalizacja, struktura i wła ciwo ci siluminów” WNT Warszawa 1989