Stopy miedzi

MIED

Ź

I STOPY MIEDZI

Pierwsze ozdoby wykonane z miedzi znaleziono na terenie obecnego Iraku a pochodz

ą

z IX w p.n.e.
Nazwa cuprum pochodzi od głównego dostawcy miedzi dla imperium rzymskiego -
Cypru

Mied

ź

nale

ż

y do pierwiastków mało rozpowszechnionych w skorupie ziemskiej,

około 0,01%. Dla porównania Al = 8%, Fe = 5%, Na = 3%, Mg = 2%, Ti = 0,4%, C =
0,02%.

0,02%.
Jest metalem do

ść

drogim: 8 100$/T, Al = 3 000$/T, Ni = 20 500$/T.

Wybrane wła

ś

ciwo

ś

ci miedzi

Ci

ęż

ar

T

top

R

m

HB

A [%]

8,94 G/cm

2

1083

0

C

200 –

250MPa

35

30 - 35

Czysta mied

ź

A. Krajczyk

Mied

ź

ma bardzo dobr

ą

przewodno

ść

ciepln

ą

i elektryczn

ą

.

Po srebrze jest najlepszym
przewodnikiem.
Domieszkami szkodliwymi
pogarszaj

ą

cymi przewodno

ść

i

własno

ś

ci mechaniczne s

ą

:,

P, Si, As, Be, Al, Sn, Ni.

Metody umacniania miedzi:

a.

rozdrobnienie ziarna przez odkształcenie plastyczne i rekrystalizacj

ę

,

b.

umocnienie w wyniku odkształcenia plastycznego na zimno.
Gniot 70%; R

m

= 400MPa (z 220MPa), R

pl

= 370MPa (z 57MPa).

PODSTAWOWE STOPY MIEDZI

Europejski system znakowy.

Składa si

ę

z symbolu Cu + główne dodatki stopowe + ich

ś

rednia zawarto

ść

.

Np. CuZn20, CuAl7Si2. Dodatkowo na ko

ń

cu znaku mo

ż

e znajdowa

ć

si

ę

litera:

B – materiał w postaci g

ą

sek, C – w postaci odlewu.

Np. CuSn5Zn5Pb5-C.

Europejski system numeryczny

Składa si

ę

z sze

ś

ciu znaków:

C

C, W, X

000

-

999

A - S

Cu

C – odlew,

Numer stopu

Np.

Np. CW024A, CC300G, itp.

Cu

C – odlew,
W – obróbka plastyczna
X - nieznormalizowany

Numer stopu

Np.
A – wydłu

ż

enie,

H – twardo

ść

,

G – wielko

ść

ziarna

Klasyfikacja stopów miedzi

Stopy miedzi z cynkiem = mosi

ą

dze.

Podział mosi

ą

dzów

Dwuskładnikowe

Wieloskładnikowe

Ołowiowe

Do przeróbki plastycznej

Do przeróbki

plastycznej

Odlewnicze

Do przeróbki

plastyczne

Odlewnicze

plastycznej

plastyczne

jednofazowe i dwufazowe

jednofazowe i

dwufazowe

dwufazowe

dwufazowe

dwufazowe

Mosi

ą

dze dwuskładnikowe

Mosi

ą

dze dwuskładnikowe

:

a. jednofazowe: faza

α

= Cu(Zn),

do 39%Zn,

b. dwufazowe: faza

α

i

β

,

= CuZn,

od 39 do 45%Zn.

Mosi

ą

dze wykazuj

ą

dobr

ą

odporno

ść

na

korozj

ę

atmosferyczn

ą

ale nie s

ą

odporne na działanie soli

ż

elaza,

siarczanów, chlorków i jodków.

Ad. a. Wykazuj

ą

krucho

ść

w zakresie temperatur 300 – 700

0

C i dlatego odróbk

ę

plastyczn

ą

nale

ż

y przeprowadzi

ć

w temp. poni

ż

ej 300

0

C lub powy

ż

ej 700

0

C,

Ad. b. Obróbk

ę

plastyczn

ą

przeprowadza si

ę

w temperaturach w których s

ą

one jednofazowe,

a. Mosi

ą

dz jednofazowy, faza

α

= Cu(Zn)

A. Krajczyk

Mosi

ą

dz dwufazowy, faza

α

= Cu(Zn) +

β

= CuZn

A. Krajczyk

Zastosowanie:

CuZn5 - CuZn15; rurki włoskowate, rury chłodnic, w

ęż

ownice, membrany, łuski

amunicji,
CuZn20 – CuZn37; rury skraplaczy, elementy zamków błyskawicznych, wyroby
artystyczne,
CuZn40 (dwufazowy); przemysł okr

ę

towy, architektura, aparatura chemiczna

Mosi

ą

dze wieloskładnikowe – wpływ pierwiastków stopowych

:

Si – obni

ż

a plastyczno

ść

, zwi

ę

ksza odporno

ść

na

ś

cieranie, zmniejsza wra

ż

liwo

ść

na korozj

ę

napr

ęż

eniow

ą

(p

ę

kanie sezonowe) – CuZn31Si1,

Al – polepsza odporno

ść

na korozj

ę

, umacnia mosi

ą

dze, zwi

ę

ksza

ż

aroodporno

ść

,

pogarsza spawalno

ść

i lutowanie – CuZn37Mn3Al2PbSi,

Sn – zwi

ę

ksza odporno

ść

na

ś

cieranie i korozj

ę

– CuZn36Sn1Pb,

Fe – rozdrabnia ziarno, zwi

ę

ksza odporno

ść

na

ś

cieranie ale zmniejsza odporno

ść

na korozj

ę

– CuZn23Al6Mn4Fe3Pb,

Mn – polepsza odporno

ść

na korozj

ę

i

ś

cieranie – CuZn39Mn1Pb1,

Ni – polepsza odporno

ść

na korozj

ę

i własno

ś

ci mechaniczne – CuZnNi3Mn2AlPb.

Korozja mosi

ą

dzów:

A.

Napr

ęż

eniowa (p

ę

kanie

sezonowe):

- przy du

ż

ych napr

ęż

eniach

rozci

ą

gaj

ą

cych,

- w

ś

rodowisku wilgotnym,

- p

ę

kanie nast

ę

puje po granicach

B.

Odcynkowanie

- w mosi

ą

dzach o podwy

ż

szonej

zawarto

ś

ci Zn,

- polega na rozpuszczaniu powierzchni

mosi

ą

dzów i osadzaniu si

ę

na niej

- p

ę

kanie nast

ę

puje po granicach

ziaren,

- skłonno

ść

wzrasta wraz z

zawarto

ś

ci

ą

cynku.

Usuwanie:

- Wy

ż

arzanie w temperaturze 560

0

C,

- Cz

ęś

ciowe usuwanie, wy

ż

arzanie w

temperaturze 250-270

0

C,

mosi

ą

dzów i osadzaniu si

ę

na niej

warstwy miedzi,

- zachodzi w

ś

rodowisku wodnym,

- zapobiega si

ę

przez dodatek arsenu

(0,02 – 0,06%) lub 1% cyny.

MOSI

Ą

DZE OŁOWIOWE

S

ą

to mosi

ą

dze dwufazowe z dodatkiem ołowiu w ilo

ś

ci 0,3 do 3,5%.

Ołów dodawany jest w celu polepszenia skrawalno

ś

ci. Dodatek ten

zmniejsza opory tarcia i powoduj

ę

lepsz

ą

łamliwo

ść

wióra. Obni

ż

a jednak

własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowe.

Przykładowe gatunki: CuZn37Pb0,5, CuZn38Pb1,5, CuZn40Pb2.

BR

Ą

ZY CYNOWE

S

ą

to stopy z cyn

ą

zawieraj

ą

ce co najmniej 2%Sn ( na ogół 11 – 15%Sn)

Mała szybko

ść

dyfuzji cyny w miedzi, du

ż

a ró

ż

nica mi

ę

dzy liniami likwidus i

solidus oraz bardzo du

ż

a ró

ż

nica w temperaturach topnienia Cu (1083

0

C) i Sn

(232

0

C) jest powodem skłonno

ś

ci br

ą

zów cynowych do segregacji

dendrytycznej (od 5%Sn). Mo

ż

e pojawi

ć

si

ę

twardy i kruchy eutektoid (

α

+

δ

)

– ło

ż

yska

ś

lizgowe.

Usuni

ę

cie segregacji odbywa si

ę

przez wy

ż

arzanie w temperaturze 700 - 750

0

C przez 24 godz.

Podział br

ą

zów cynowych

Do przeróbki plastycznej

Odlewnicze

Dwuskładniko

we

Wieloskładnikowe

Dwuskładnikowe

Wieloskładnikowe

jednofazowe

jednofazowe

Stop Cu – 8%Zn.

Po odlaniu. Na tle fazy

α

= Cu(Zn)

wydzielenia eutektoidu (

α

+

δ

)

Stop Cu – 8%Zn.

Po wy

ż

arzaniu homogenizuj

ą

cym.

Faza

α

= Cu(Zn)

A. Krajczyk

Własno

ś

ci mechaniczne

Br

ą

zy cynowe wykazuj

ą

:

- du

żą

odporno

ść

na korozj

ę

w wodzie

zwykłej i morskiej,

- odporno

ść

na korozj

ę

napr

ęż

eniow

ą

,

- dobre własno

ś

ci odlewnicze,

- mo

ż

na je przerabia

ć

plastycznie na

zimno do 8%Sn,

- po odkształceniu stosowane na

spr

ęż

yny, przyrz

ą

dy aparatury

kontrolnej.

Przykładowe zastosowanie:

Do przeróbki plastycznej: spr

ęż

yny, rurki manometryczne, poł

ą

czenia elektryczne, sita

papiernicze (CuSn4 – CuSn8).

Odlewnicze: ło

ż

yska, panewki, cz

ęś

ci maszyn nara

ż

one na korozj

ę

w przemy

ś

le okr

ę

towym

i papierniczym (CuSn10-C, CuSn5Zn5Pb5-C, CuSn5Pb20-C).

Stopie

ń

odkształcenia plastycznego

Br

ą

zy ołowiowe

Przykładowe zastosowanie:

Do przeróbki plastycznej: spr

ęż

yny, rurki

manometryczne, poł

ą

czenia elektryczne,

sita papiernicze (CuSn4 – CuSn8).

Odlewnicze: ło

ż

yska, panewki, cz

ęś

ci

maszyn nara

ż

one na korozj

ę

w

przemy

ś

le okr

ę

towym i papierniczym

(CuSn10-C, CuSn5Zn5Pb5-C,
CuSn5Pb20-C).

CuSn5Pb20-C

A. Krajczyk

BR

Ą

ZY ALUMINIOWE

Nale

żą

do jednych z najlepszych stopów miedzi.

-jednofazowe do 9,4% Al,

- powy

ż

ej 9,4% Al mo

ż

na je

hartowa

ć

i odpuszcza

ć

,

- wykazuj

ą

dobre własno

ś

ci

mechaniczne w temperaturach
otoczenia i podwy

ż

szonych,

- odporne na

ś

cieranie, kawitacj

ę

i erozj

ę

,

- odporne na korozyjne działanie

wody morskiej i wielu kwasów,

- ulegaj

ą

pasywacji (Al

2

O

3

),

- nie odporne na działanie zasad,

- skłonne do rozrostu ziaren

Br

ą

zy dwuskładnikowe i wieloskładnikowe do przeróbki plastycznej

1.

Jednofazowy CuAl8 ma dobre własno

ś

ci plastyczne i mo

ż

na go obrabia

ć

na zimno i gor

ą

co,

2.

Dwufazowe (

α

+

γ

2

) takie jak: CuAl6Si2Fe, CuAl10Fe3Mn2, CuAl10Ni5Fe4 obrabia

ć

plastycznie

mo

ż

na tylko w temperaturach podwy

ż

szonych, kiedy wyst

ę

puje faza

β

. Wykazuj

ą

w tych

temperaturach skłonno

ść

do rozrostu ziaren, dlatego dodaje si

ę

pierwiastki stopowe takie

jak:

Fe, Mn, Si i Ni. Pierwiastki te podwy

ż

szaj

ą

te

ż

własno

ś

ci mechaniczne. Br

ą

zy dwufazowe

mo

ż

na hartowa

ć

i odpuszcza

ć

a uzyskane własno

ś

ci mechaniczne s

ą

zbli

ż

one do

uzyskiwanych w stalach niestopowych

ś

redniow

ę

glowych.

CuAl10Ni3Fe2-C, wy

ż

arzony

CuAl10Ni3Fe2-C, hartowany

A. Krajczyk

Gatunek

R

m

[MPa]

A [%]

HB

CuAl8 - jednofazowy
Stan wy

ż

arzony

400

50

80

CuAl10Ni5Fe4 -
dwufazowy

Przykładowe własno

ś

ci mechaniczne

Wy

ż

arzony

650

5

160

Po obróbce cieplnej.

Hartowanie i
odpuszczanie

780

9

250

1. Jednoskładnikowy, CuAl9-C,

2. Wieloskładnikowe, CuAl10Fe2-C, CuAl10Ni3Fe5Ni5-C,

CuAl11Fe6Ni6-C - mo

ż

na obrabia

ć

cieplnie.

Br

ą

zy aluminiowe odlewnicze

Przykładowe zastosowanie

Przykładowe zastosowanie

Silnie obci

ąż

one i nara

ż

one na

ś

cieranie i korozj

ę

cz

ęś

ci maszyn,

w przemy

ś

le okr

ę

towym, lotniczym, chemicznym

.

Br

ą

zy berylowe

Nale

żą

do grupy br

ą

zów specjalnych i wyró

ż

niaj

ą

si

ę

bardzo dobrymi

własno

ś

ciami mechanicznymi.

Ich zasadnicz

ą

wad

ą

jest to,

ż

e beryl nale

ż

y do pierwiastków bardzo drogich i

deficytowych.

W skorupie ziemskiej jest go jedyni 0,0002%.

Beryl rozpuszcza si

ę

w miedzi w

temperaturze 866

0

C w ilo

ś

ci 2,7%

a temperaturze 300

0

C tylko 0,2%.

a temperaturze 300 C tylko 0,2%.
W zwi

ą

zku z tym stopy te mo

ż

na

przesyca

ć

(800 - 820

0

C) i starzy

ć

(300 - 350

0

C).

Po przesyceniu

; R

m

= 300 –

600MPa, HB = 130, A = 30%,

Po starzeniu

: R

m

= 1150 –

1200MPa, HB = 320, A = 1,5%

Wła

ś

ciwo

ś

ci:

Bardzo dobre własno

ś

ci spr

ęż

yste i

du

ż

a odporno

ść

na

ś

cieranie, du

ż

a

odporno

ść

na korozj

ę

.

Zastosowanie:
Spr

ęż

yny, membrany, narz

ę

dzia nie

daj

ą

ce iskry (tankowce, materiały

wybuchowe)

Stopie

ń

odkształcenia plastycznego [%]

Własno

ś

ci:

Bardzo dobre własno

ś

ci spr

ęż

yste i du

ż

a odporno

ść

na

ś

cieranie, du

ż

a odporno

ść

na

korozj

ę

.

Zastosowanie:
Spr

ęż

yny, membrany, narz

ę

dzia nie daj

ą

ce iskry (tankowce, materiały wybuchowe)

Br

ą

z berylowy po przesyceniu i starzeniu.

Na tle roztworu stałego

α

= Cu(Be)

wydzielenia fazy CuBe

MIEDZIONIKLE

Stopy miedzi o zawarto

ś

ci niklu powy

ż

ej 5%. Tworz

ą

układ równowagi ci

ą

głej.

Stosowane na rury wymienników ciepła, urz

ą

dzenia klimatyzacyjne, itp. (CuNi9Sn2,

CuNi30Fe1Mn1 – C), oraz do wyrobu monet (CuNi25).

A. Krajczyk