DR INŻ. ANDRZEJ WIECZOREK
Stopy miedzi są po stalach i stopach
aluminium najbardziej
rozpowszechnionymi stopami
technicznymi. Zawartość miedzi jest w
nich różna i zależy przede wszystkim od
dodanego składnika stopowego.
Stopy podwójne miedzi z niklem,
manganem, złotem, platyną i palladem,
tworzą roztwory stałe ciągłe, a ze
srebrem - w zależności od zawartości
jednego składnika w drugim, tworzą
roztwory stałe lub mieszaniny roztworów
stałych granicznych. Z innymi
składnikami, jak np. cynkiem, cyną,
aluminium, krzemem, berylem,
antymonem, kadmem i magnezem
podwójne stopy miedzi tworzą układy
dość skomplikowane na skutek
występowania w nich różnych faz
międzymetalicznych.
Mikrostruktura mosiądzu
jednofazowego (30%Zn)widoczne
kryształy roztworu α , częściowo
bliźniacze. Traw. Roztworem
NF
4
OH + H
2
O
2
;. Powiększ. 200x
We wszystkich tych układach, od strony
miedzi istnieją zawsze mniej lub bardziej
szerokie zakresy roztworów stałych,
oznaczonych jako α. Roztwory te
odznaczają się przeważnie dobrymi
własność wytrzymałościowymi oraz
dobrymi własnościami plastycznymi i z
tego powodu stanowią zwykle użyteczne
stopy przemysłowe.
Rzadziej natomiast stosowane są stopy
wielofazowe, które oprócz roztworu α
zawierają jeszcze i inne roztwory na
bazie faz międzymetalicznych. Stopy o
takiej budowie są już mniej plastyczne i
z tego powodu stosowane są przeważnie
w stanie lanym.
Stopy miedzi z dodatkami: aluminium,
cyna, krzem, nikiel są nazywane brązami
aluminiowymi, cynowymi itd., a stopy
miedzi z cynkiem – mosiądzami.
Mikrostruktura mosiądzu
dwufazowego (40%Zn) po przeróbce
plastycznej na gorąco. Widoczne jasne
kryształy roztworu stałego α i ciemne
kryształy roztworu stałego β´. Traw
odczynnikiem chromowym, 150x
z cynkiem,
z cynkiem i ołowiem,
z cynkiem i niklem,
z niklem,
z cyną,
z aluminium,
z innymi pierwiastkami stopowymi, których łączne
stężenie przekracza 5%,
niskostopowe, w których stężenie pierwiastków stopowych
jest mniejsze niż 5%.
Mosiądzami
nazywamy stopy miedzi zawierające Zn (cynk)
jako główny dodatek stopów.
Miedzionikle
to stopy, w których głównym dodatkiem jest
nikiel – Ni.
Brązy
to stopy miedzi zawierające ponad 2% dodatków
stopowych, wśród których głównym nie jest Zn ani Ni.
Miedź tworzy z cynkiem dwa roztwory stale
graniczne α i η oraz trzy fazy
międzymetaliczne β, γ,ε. Faza β to roztwór
wtórny na osnowie fazy elektronowej CuZn. W
temperaturze niższej niż 456°C roztwór ten
jest uporządkowany i oznaczony jako β´. Faza
γ jest roztworem stałym wtórnym na osnowie
fazy elektronowej Cu5Zn8. Faza ε jest
roztworem stałym wtórnym na osnowie fazy
elektronowej CuZn3. W zakresie temperatury
558÷730°C występuje ponadto roztwór stały
graniczny δ, ulegający w temperaturze 558°C
rozpadowi eutektoidalnemu na mieszaninę faz
γ + ε. Spośród wymienionych faz tylko faza α
krystalizuje bezpośrednio w cieczy, a pozostałe
powstają
w wyniku reakcji perytektycznych.
Zakres stężenia oraz temperatury
występowania poszczególnych faz i mieszanin
przedstawia poniższy rysunek.
Miedź tworzy z cyną jeden roztwór stały
graniczny α oraz 6 roztworów stałych
wtórnych na osnowie faz
międzymetalicznych. Zakres stężenia
oraz temperatury występowania
poszczególnych faz i ich mieszanin
przedstawia rys. 2.Techniczne stopy Cu z
Sn (nazywane brązami cynowymi) mają
zazwyczaj strukturę roztworu α.
Wykazują one dobrą odporność na
korozję, szczególnie w środowisku
atmosfery przemysłowej
i wody morskiej. Stopy miedzi z cyną
cechuje duża plastyczność, dlatego mogą
być obrabiane plastycznie na zimno. W
stanie obrobionym plastycznie na zimno
stopy te wykazują duże własności
mechaniczne, co umożliwia stosowanie
ich w przemyśle chemicznym,
papierniczym i okrętowym.
Stopy miedzi z aluminium
tradycyjnie nazywane są brązami
aluminiowymi.
Jednofazowe stopy miedzi z
aluminium zawierają do 8% Al i ze
względu na dużą plastyczność
mogą być obrabiane plastycznie
na zimno i na gorąco. Stopy te
wykazują dobrą odporność na
korozję w środowisku wody
morskiej i kwasów utleniających.
Charakteryzują się dużymi
właściwościami mechanicznymi
temperaturze pokojowej i
podwyższonej oraz wysoką
odpornością na ścieranie.
Fragment wykresu równowagi Cu-
Al przedstawiony został na
rysunku.
Brązy berylowe to tradycyjna nazwa
stopów miedzi z berylem. Zawierają one
do 2,1% głównego pierwiastka stopowego,
często Co i Ni (kobalt i nikiel), nikiel
niekiedy do 0,25% Ti (tytan). Stopy te
wykazują najwyższe własności
mechaniczne oraz odporność na korozje i
ścieranie. Cechują się dużą przewodnością
cieplną i elektryczną (zwiększa ją dodatek
Co), brakiem skłonności do iskrzenia oraz
dobrą podatnością na obróbkę plastyczną
na zimno i na gorąco.
Stopy miedzi z berylem stosowane są na
elementy maszyn w wytwórniach
materiałów wybuchowych i prochowniach,
na szczotki silników elektrycznych i
przewody trakcji elektrycznej, elektrody i
przewody spawalnicza a także na sprężyny
(np. w zegarkach), niektóre łożyska
ślizgowe, elementy pomp i narzędzia
chirurgiczne.
Techniczne stopy miedzi z krzemem
(tradycyjnie nazywane brązami
krzemowymi) wykazują strukturą
jednofazową roztworu α, a stężenie Si w
stopach dwuskładnikowych nie przekracza
3÷4%. Charakteryzują się dużymi
własnościami mechanicznymi w
temperaturze pokojowej
i podwyższonej do ok. 300°C, dużą
wytrzymałością zmęczeniową i dobrymi
własnościami ślizgowymi. Cechuje je
ponadto duża odporność na korozję, dobra
lejność i skrawalność. Stopy te
przeznaczone do obróbki plastycznej są
stosowane na elementy aparatury w
przemysłach maszynowym, chemicznym i
chłodniczym, w tym na siatki, sprężyny,
łożyska i elementy samochodowe.
Natomiast odlewnicze stopy miedzi z
krzemem stosuje się na panewki łożysk
ślizgowych, wirniki pomp, koła cierne i
zębate, elementy przekładni ślimakowych,
zastępując droższe stopy miedzi z cyną.
Tradycyjna nazwa tych stopów to brązy
manganowe. Miedź i mangan tworzą
nieograniczony roztwór stały (rysunek 6),
w zależności od stężenia manganu
wykazują różną strukturę
krystaliczną.Najczęściej stosowane są
stopy wieloskładnikowe, oprócz Mn
zawierające Ni, w niektórych gatunkach
także Si lub Al.
Manganin o bardzo małej rezystywności
stosowany jest na rezystory (oporniki)
wzorcowe. Izabeli wykazuje dużą
rezystywność, a stopy Heuslera
zawierające powyżej 20% Mn i 9% Al
cechują się dobrymi własnościami
ferromagnetycznymi. Stopy miedzi z
manganem i krzemem, typu CuMn12Si3,
nazywane tradycyjnie stopami isima, są
stosowane na łopatki turbin. Natomiast
wieloskładnikowe stopy Cu z Mn i Al. Są
stosowane na śruby okrętowe.
DZIĘKUJĘ ZA
UWAGĘ !!!