pojemnością cieplną tytanu). Przy zachowaniu ustalonych warunków możliwe jest
jednak otrzymanie odlewów o wysokiej jakości.

Podczas obróbki skrawaniem stopy tytanu należą do materiałów trudno obra-

bialnych. Wynika to z ich własności fizykochemicznych oraz tendencji do tworze-
nia narostu i przylepiania się wiórów podczas skrawania, co sprzyja szybkiemu tę-
pieniu i wykruszaniu się ostrza narzędzia skrawającego. Pracochłonność obróbki
stopów tytanu jest kilkakrotnie większa niż podczas skrawania elementów ze sto-
pów żelaza.

OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA I STRUKTURA STOPÓW TYTANU

Tytan jest podstawowym składnikiem wielu opracowanych i stosowanych w prze-

myśle stopów zawierających od jednego do kilku pierwiastków stopowych, w stęże-
niu od dziesiątych części % do kilkudziesięciu %. Kształtowanie zmian struktury
krystalograficznej przez dodatki stopowe i procesy cieplno–mechaniczne stanowi
podstawę rozwoju stopów tytanu i ich własności w szerokim zakresie. Struktura fa-
zowa stanowi również podstawę kategoryzacji produktów ze stopów tytanu, na jed-
nofazowe

α

, dwufazowe

α

+

β

oraz jednofazowe

β

. Wtablicy 7.50 podano wpływ

dodatków stopowych na stabilizację odpowiednio faz

α

lub

β

w stopach tytanu.

Stopy tytanu są umacniane przez dodatki pierwiastków stopowych, np. Al, Mo,

Cr, Si, Fe. Własności Ti i jego stopów ulegają pogorszeniu w obecności zanieczysz-
czeń, którymi są głównie pierwiastki międzywęzłowe, tj. O, N, C, H. Schematy ukła-
dów równowagi, jakie tworzy tytan z dodatkami stopowymi, przedstawiono na ry-
sunku 7.31, natomiast na rysunku 7.32 przedstawiono schematycznie wykres rów-
nowagi stopów

β

stabilizowanych przez dodatki stopowe, z zaznaczeniem zakresu

stabilności stopów bogatych i ubogich w fazę

β

. Wtablicy 7.51 podano przykłady

stopów tytanu z podziałem na poszczególne grupy ze względu na skład fazowy.

Stopy tytanu charakteryzują się kombinacją własności wyróżniającą je spośród

innych materiałów – wysoką wytrzymałością względną i żarowytrzymałością w po-
łączeniu z dobrą odpornością na korozję. Stopy tytanu są stosowane w przemyśle
środków transportu, głównie lotniczym i okrętowym, chemicznym na elementy

7. Metale nieżelazne i ich stopy

764

Tablica 7.50

Oddziaływanie dodatków stopowych na strukturę stopów tytanu (według S. Lampmana)

Dodatek

stopowy

Zakres stężenia

masowego, %

Oddziaływanie

na strukturę

Al

2÷7

stabilizuje

α

Sn

2÷6

stabilizuje

α

V

2÷20

stabilizuje

β

Mo

2÷20

stabilizuje

β

Cr

2÷12

stabilizuje

β

Cu

2÷6

stabilizuje

β

, umacnia

α

i

β

Zr

2÷8

słabo stabilizuje

β

i zmniejsza stopień przemiany

Si

0,05÷1

zwiększa odporność na pełzanie

7 roz 8-11-02 18:27 Page 764

7.3. Inne metale nieżelazne i ich stopy

765

a)

b)

c)

d)

zakres stopów

β

STABILNOŚĆ FAZY

β

STABILNOŚĆ FAZY

ββ

TEMPERATURA

TEMPERATURA

stopy bogate w

β

stopy ubogie w

β

β

α

α+β

β+ω

s

M

s

β+ω

izo

β+β′

Rysunek 7.31

Schematy wykresów
równowagi tytanu
z różnymi dodatkami
stopowymi

Rysunek 7.32

Schemat wykresu równowagi
obejmującego stopy tytanu
z zaznaczeniem obszarów
stabilności stopów bogatych
i ubogich w fazę

β

;

fazy

ω

s

,

ω

izo

i

β

’ wydzielają

się jako metastabilne
podczas starzenia
(według T. Dueriga
i J. Williamsa)

7 roz 8-11-02 18:27 Page 765

aparatury chemicznej, spożywczym, elektrotechnicznym, elektronicznym, celulo-
zowo–papierniczym, sprzętu medycznego i sportowego, a także w geologii i medy-
cynie. Stosowane są na elementy turbin parowych, silników odrzutowych, samo-
chodów, okrętów (stosując je do budowy niektórych nowoczesnych okrętów pod-
wodnych nie tylko wykorzystuje się ich wysoką wytrzymałość i odporność na koro-
zję, ale i paramagnetyczność utrudniającą wykrycie metodami magnetycznymi), na
pokrycia samolotów i rakiet i wiele innych. Bez obaw można stosować tytan w bu-
dowie reaktorów atomowych, gdyż jego izotopy nie stają się promieniotwórcze.

Unikatowe własności stopów tytanu stwarzają znaczne możliwości doskonale-

nia procesów technologicznych, oprzyrządowania i produktów w najbardziej róż-
norodnych gałęziach przemysłu i gospodarki. Obecnie wytwarza się stopy tytanu
odporne na korozję, o dużej wytrzymałości (do 1800 MPa), do pracy w tempera-
turze podwyższonej (do 800°C) i niskiej (do –250°C) oraz stopy o specjalnych
własnościach. Na przykład stop typu TiAl5Sn3 o strukturze roztworu

α

, cechują-

cy się wytrzymałością w granicach 750÷1000 MPa, wykazuje ponadto bardzo do-
brą żarowytrzymałość i odporność na korozję w większości agresywnych chemicz-
nie środowisk.

OBRÓBKA CIEPLNA I WŁASNOŚCI STOPÓW TYTANU

Stopy tytanu o strukturze jednofazowej

α

wykazują lepszą odporność na pełza-

nie od stopów

β

, wobec czego znajdują zastosowanie do pracy w wysokiej tempe-

raturze. Ponieważ nie wykazują progu kruchości, w przeciwieństwie do stopów jed-
nofazowych

β

, są także stosowane do pracy w warunkach kriogenicznych. Stopy te

charakteryzują się wystarczającą wytrzymałością, ciągliwością i spawalnością, lecz
gorszą odkształcalnością niż stopy o strukturze

β

. Wadom obróbki plastycznej

tych stopów można przeciwdziałać przez zmniejszenie stopnia przerobu oraz
częstsze podgrzewanie międzyoperacyjne. Wprzeciwieństwie do stopów o struktu-
rze fazy

β

, stopy

α

nie mogą być umacniane metodami obróbki cieplnej. Stosowa-

ne może być tylko wyżarzanie normalizujące lub rekrystalizujące w celu obniżenia
poziomu naprężeń wewnętrznych.

Stopy o strukturze dwufazowej

α

+

β

zawierają 10÷50% fazy

β

w temperaturze

pokojowej. Najbardziej typowym przykładem tych stopów jest stop TiAl6V4. Cho-
ciaż ten stop cechuje się małą odkształcalnością, generalnie stopy dwufazowe charak-
teryzują się dobrą podatnością na odkształcenie plastyczne. Własności tych stopów

7. Metale nieżelazne i ich stopy

766

Tablica 7.51

Przykłady stopów tytanu

Grupa stopów

Przykłady stopów

1)

Stopy

α

TiAl5Sn2,5

Stopy zbliżone
do

α

TiAl8Mo1V1, TiSn11Zr5Al2,3Mo1Si, TiAl6Zr4Sn2Mo2,
TiAl5Sn5Zr2Mo2Si, TiAl6Nb2Ta1Mo1, TiAl6Sn2Zr1,5Mo1BiSi,
TiAl6Zr5MoSi, TiAl5,5Sn3,5Zr3Nb1MoSi, TiAl5,5Sn4,5Zr4Nb0,7MoSi

Stopy

α

+

β

TiMn8, TiAl3V2,5, TiAl6V4, TiAl6V6Sn2, TiAl7Mo4, TiAl6Mo6Zr4Sn2,
TiAl6Sn2Zr2Mo2Cr2Si, TiMo5Al4,5Cr1,5, TiAl4Mo4Sn2Si

Stopy

β

TiV13Cr11Al3, TiMo8V8Al3Fe2, TiV8Cr6Mo4Zr4Al3,
TiMo11,5Zr6Sn4,5, TiV10Al3Fe2, TiV15Cr3Al3Sn3, TiAl5Mo4Cr4Sn2Zr2

1)

Podane liczby odpowiadają średniemu stężeniu masowemu

w % danego pierwiastka w stopie tytanu.

7 roz 8-11-02 18:28 Page 766

mogą być kształtowane metodą obróbki cieplnej. Przesycanie i następne starzenie
odpowiednio w 480÷650°C związane jest z wydzielaniem fazy

α

w osnowie

β

.

Stopy o strukturze fazy

β

zawierające dodatki stopowe obniżające temperaturę

przemiany

α → β

cechują się bardzo dobrą odkształcalnością w znacznie szerszym

zakresie temperatury odkształcenia niż w przypadku stopów

α

, a blachy są walco-

wane. Dodatki stopowe stabilizujące fazę

β

można podzielić na 2 grupy: izomor-

ficzne z fazą

β

lub sprzyjające przemianie eutektoidalnej. Izomorficzna faza

α

po-

wstaje z rozpadu metastabilnej fazy

β

z dodatkami pierwszej grupy, natomiast dru-

ga grupa dodatków powoduje przemianę eutektoidalną, która występuje w tempe-
raturze ponad 335°C poniżej temperatury przemiany

β → α

czystego tytanu. Po-

wstaje wówczas mieszanina eutektoidalna

β → α

+ TiX, gdzie X jest dodatkiem

stopowym. Stopy

β

charakteryzują się bardzo dobrą utwardzalnością, a ich obrób-

ka cieplna polega na przesycaniu i następnym starzeniu w 450÷650°C, w wyniku
czego powstaje struktura dyspersyjnych cząstek wydzieleń fazy TiX w osnowie roz-
tworu

α

.

Przemiana fazowa

β → α

może przebiegać dyfuzyjnie i bezdyfuzyjnie jako mar-

tenzytyczna, w zależności od szybkości chłodzenia. Wwyniku przemiany marten-
zytycznej powstaje faza

α′

lub

α″

przy wysokim stopniu stopowości. Fazy

α

,

α′

i

α″

mają strukturę heksagonalną A3, lecz różnią się stopniem zdefektowania.

Wtrakcie odpuszczania zahartowanych roztworów

α′

i

α″

następuje wydziela-

nie cząstek

β

lub faz międzymetalicznych TiX. Zwiększenie stężenia pierwiastków

stabilizujących fazę

β

oraz zwiększenie szybkości chłodzenia wpływa na obniżenie

temperatury początku przemiany martenzytycznej (rys. 7.33).

7.3. Inne metale nieżelazne i ich stopy

767

Rysunek 7.33

Wpływ pierwiastków
stopowych na temperaturę
początku przemiany
martenzytycznej M

s

stopów tytanu

7 roz 8-11-02 18:28 Page 767

Własności stopów tytanu zależą od klasy stopu oraz od morfologii fazy

α

(rys.

7.34). Na rysunku 7.35 porównano podstawowe własności różnych stopów tytanu.

KONSTRUKCYJNE I MASZYNOWE STOPY TYTANU

Wporównaniu z innymi materiałami konstrukcyjnymi, tytan i jego stopy wyróż-

niają się przede wszystkim dużą wytrzymałością względną (stosunek wytrzymało-
ści do gęstości) w szerokim zakresie temperatury. Na rysunku 7.36 porównano
własności wytrzymałościowe oraz stosunek wytrzymałości do gęstości w podwyż-
szonej temperaturze badania różnych materiałów inżynierskich ze stopami tytanu.
Wytrzymałość na rozciąganie stopów tytanu osiąga 1500 MPa, co przy ich gęsto-
ści ok. 4,5 g/cm

3

daje wytrzymałość względną równą 33. Natomiast powszechnie

produkowane stale, o wytrzymałości na rozciąganie 1500÷1800 MPa i gęstości
7,8 g/cm

3

, mają wytrzymałość względną 19÷23. Wytrzymałość względna stopów

aluminium i magnezu również ustępuje wytrzymałości stopów tytanu (i to tym
bardziej, im wyższa jest temperatura pracy, na przykład w temperaturze
300÷350°C stopy tytanu są dziesięciokrotnie bardziej wytrzymałe) stąd też ich du-
że zastosowanie w konstrukcjach lotniczych i kosmicznych. Niektóre stopy tytanu

7. Metale nieżelazne i ich stopy

768

Rysunek 7.34

Schemat własności różnych grup stopów tytanu (według S. Lampmana)

7 roz 8-11-02 18:28 Page 768

7.3. Inne metale nieżelazne i ich stopy

769

Rysunek 7.35

Porównanie własności mechanicznych wybranych stopów tytanu (według S. Lampmana)

Rysunek 7.36

Porównanie wytrzymałości
na rozciąganie różnych
materiałów inżynierskich
w podwyższonej
temperaturze badania
(według S. Lampmana)

7 roz 8-11-02 18:28 Page 769

zachowują swoje własności w wysokiej temperaturze, np. wieloskładnikowy, żaro-
wytrzymały stop typu TiZr11Al8Nb1MoSi, o strukturze roztworu

α

z wydzielenia-

mi fazy międzymetalicznej Ti

3

Al, jest przeznaczony do długotrwałej pracy w tem-

peraturze nawet do 800°C (rys. 7.37), np. na łopatki i dyski sprężarek. Wytrzyma-
łość względna tego stopu przewyższa ok. 2–krotnie wytrzymałość stali odpornych
na korozję, a wytrzymałość zmęczeniowa jest 2,5 razy większa.

Największe własności wytrzymałościowe osiągają stopy Ti o strukturze dwufa-

zowej

α

+

β

. Uzyskuje się je wykorzystując przemiany fazowe zachodzące w tych

stopach podczas obróbki cieplnej. Wszczególności podczas chłodzenia tych sto-
pów z zakresu istnienia fazy

β

zachodzi przemiana bezdyfuzyjna typu martenzy-

tycznego w fazy

α′

lub

α″

. Fazy te są roztworami różnowęzłowymi, więc nie wyka-

zują tak dużego umocnienia jak martenzyt w stalach (będący przesyconym roztwo-
rem międzywęzłowym). Wczasie następnego odpuszczania przebiega rozpad fazy
martenzytycznej, często przez fazy pośrednie, z utworzeniem bardzo dyspersyj-
nych wydzieleń fazy

β

. Powoduje to zwiększenie wytrzymałości stopów o ok. 20 do

30% w porównaniu ze stanem zahartowanym. Na przykład, często stosowany stop
typu TiAl6V4 może być hartowany z 880÷950°C i odpuszczany w zakresie
400÷600°C przez co osiąga wytrzymałość do ok. 1200 MPa. Stosowany jest na róż-
norodne elementy konstrukcyjne, zbiorniki ciśnieniowe (także pracujące w bardzo
niskiej temperaturze), silnie obciążone elementy maszyn oraz różne elementy
w przemyśle lotniczym i kosmicznym.

7. Metale nieżelazne i ich stopy

770

Rysunek 7.37

Wpływ temperatury
badania na własności stopu
typu TiZr11Al8Nb1MoSi

7 roz 8-11-02 18:28 Page 770

ODPORNOŚĆ NA KOROZJĘ STOPÓW TYTANU

Tytan reaguje z kwasem siarkowym, fluorowodorowym, solnym (na gorąco)

i stężonym azotowym oraz z gorącymi mocnymi zasadami; silnie ogrzany reaguje
z tlenem, fluorowcami, azotem, siarką i węglem; wchłania w swoją sieć przestrzen-
ną gazowy wodór i tlen. Jednakże Ti jest odporny na czynniki atmosferyczne oraz
jest odporny na korozję w wielu innych środowiskach. Jego odporność na korozję
jest znacznie większa niż żelaza, chromu lub niklu i jest związana z szybkim two-
rzeniem się na jego powierzchni cienkiej, pasywnej warstwy tlenków, mocno zwią-
zanych z osnową metalu podstawowego, uniemożliwiającej bezpośrednią stycz-
ność metalu ze środowiskiem. Warstwę pasywną tworzą nie tylko tlenki tytanu,
lecz również np. siarczan tytanylu TiOSO

4

w stężonym roztworze kwasu siarkowe-

go lub wodorki tytanu w niektórych roztworach kwasu siarkowego i solnego. Wie-
le stopów tytanu ma znacznie wyższą odporność na korozję w różnych środowi-
skach w porównaniu z czystym tytanem, np. stop z dodatkiem ok. 0,2% Pd
(o strukturze roztworu

α

), lub szczególnie odporny na korozję stop tytanu zawie-

rający ok. 33% Mo (o strukturze roztworu

β

). Wobecności związków organicz-

nych tytan i jego stopy cechują się wyłącznie bardzo dużą odpornością na korozję.

Ze względu na bardzo dużą odporność na korozję, tytan i jego stopy znajdują

też zastosowanie w budowie maszyn i aparatury chemicznej, przy czym wyższy
koszt aparatury szybko rekompensuje się dzięki znacznemu przedłużeniu trwałości
oraz zmniejszeniu strat związanych z remontami i wymianą oprzyrządowania.

INNE ZASTOSOWANIA TYTANU I JEGO STOPÓW

Jednym z zastosowań stopów tytanu z niklem są stopy z tzw. pamięcią kształtu

(porównaj rozdz. 7.3.11). Tytan i jego stopy są dobrze tolerowane przez organizm
ludzki i znajdują coraz szersze zastosowanie w medycynie, zarówno w protetyce
(np. na protezy stawów i różnorodne implanty) jak i w technice medycznej (np. na-
rzędzia chirurgiczne i elementy takich urządzeń jak dializatory, sztuczne serce).
Implanty ze stopów tytanu, pomimo że droższe, mają wiele zalet w porównaniu ze
stopami żelaza: są lżejsze i przede wszystkim nie ulegają korozji przez wiele lat (po-
równaj rozdz. 8.6).

Tytan wykorzystuje się do wytwarzania pokryć z borku, azotku i węglika tytanu

(porównaj rozdz. 4.15) zwiększających twardość i odporność na zużycie narzędzi
ze stali oraz z węglików spiekanych. Związki tytanu, a zwłaszcza węglik tytanu
TiC, są wykorzystywane także w produkcji bardzo twardych materiałów narzędzio-
wych, takich jak węglikostale i węgliki spiekane (porównaj rozdz. 8.2.5÷8.2.8).

7.3.4. Beryl i jego stopy

WŁASNOŚCI BERYLU

Beryl jest jasnoszarym metalem, wykazującym 2 odmiany alotropowe – o struk-

turze heksagonalnej zwartej typu A3 występującej poniżej 1250°C i o sieci prze-
strzennie centrowanej typu A2 występującej powyżej 1250°C, aż do temperatury
topnienia, która wynosi 1287°C. Gęstość Be wynosi 1,845 g/cm

3

. Znanych jest

około 40 minerałów, w których występuje ten pierwiastek, w tym beryl (krzemian

7.3. Inne metale nieżelazne i ich stopy

771

7 roz 8-11-02 18:28 Page 771

berylu i aluminium) o największym znaczeniu praktycznym. Ogólny udział tego
pierwiastka w skorupie ziemskiej jest niewielki i wynosi tylko 5

⋅

10

–4

%. Metaliczny

beryl o czystości 99,98% uzyskuje się przez redukcję fluorku berylu w temperatu-
rze 900÷1300°C lub przez elektrolizę chlorku berylu zmieszanego z chlorkiem so-
du i następną destylację próżniową. Beryl plastyczny o wydłużeniu nawet 140%
i o udziale mniejszym od 10

–4

% domieszek jest otrzymywany przez elektrolizę sto-

pionych chlorków i następnie 8÷10–krotne przetapianie strefowe. Półprodukty
z berylu zwykle wytwarza się metodami metalurgii proszków (porównaj rozdz.
8.2.1), przez rozpylanie proszku w szczelnie zamkniętych kapsułach stalowych
w próżni i następne prasowanie na gorąco w próżni. Zmniejszenie wielkości ziarn
proszku istotnie wpływa na zwiększenie wytrzymałości i plastyczności spieków.
Należy zwrócić uwagę, że proszek lub pary berylu są silnie toksyczne i alergogen-
ne, natomiast w postaci ukształtowanej beryl jest nieszkodliwy. Blachy berylowe
uzyskuje się przez walcowanie na gorąco, natomiast pręty, kształtowniki i rury wy-
twarza się przez wyciskanie na zimno w 400÷500°C lub na gorąco w temperaturze
900÷1100°C ze stopniem przerobu większym od 5.

Beryl można obrabiać metodami obróbki skrawaniem, lecz wyłącznie przy uży-

ciu węglików spiekanych. Można go spawać łukiem krytym w osłonie argonu lub
w próżni. Własności mechaniczne berylu mocno zależą od jego czystości i historii
technologicznej. Wstanie prasowanym na gorąco z wykorzystaniem proszku
o wielkości ziarna mniejszej od 70

µ

m beryl uzyskuje wytrzymałość R

m

= 240÷300

MPa, i wydłużenie A = 1÷2%, gdy w stanie wyciskanym na gorąco ma wytrzyma-
łość R

m

= 500÷700 MPa i wydłużenie A = 7÷10%.

Wtablicy 7.52 porównano własności berylu oraz innych metali lekkich z wła-

snościami stali typu „maraging“. Wielkość R

m

/(

ρ⋅

g) podawana w kilometrach od-

powiada tzw. wytrzymałości właściwej, określającej długość materiału, który ule-
gnie zerwaniu pod wpływem własnej masy. Ze względu na wysoki moduł spręży-
stości E (ok. 300 GPa) oraz małą gęstość, właściwy moduł sprężystości berylu po-
niżej temperatury ok. 500°C jest największy wśród wszystkich materiałów. Beryl
ma natomiast małą udarność nieprzekraczającą 5 J/cm

2

i nie nadaje się do pracy

w niskiej temperaturze. Beryl cechuje się wysokim przewodnictwem elektrycznym
i cieplnym, zbliżonym do aluminium i wykazuje największą pojemność cieplną
właściwą wśród wszystkich metali. Beryl jest odporny na korozję i podobnie jak

7. Metale nieżelazne i ich stopy

772

Tablica 7.52

Wytrzymałość właściwa i sztywność niektórych stopów metali (według F. Wojtkuna i J.P. Sołncewa)

Metal lub stop

Wytrzymałość

na rozciąganie

R

m

, MPa

Gęstość

ρ

,

g/cm

3

Wytrzymałość

właściwa ,

km

Moduł sprężystości

właściwy ,

Beryl

680

1,8

38

16,1

Stop tytanu TiAl6V4

1500

4,5

33

2,6

Stop magnezu MgAl10ZnMn

430

1,8

24

2,3

Stal typu „maraging“ N18K9M5T

1750

7,8

23

2,6

Stopy Al

700

2,9

21

2,4

km

R

ρ⋅

g

m

E

ρ⋅

g

⋅

10

-3

7 roz 8-11-02 18:28 Page 772

aluminium ulega pasywacji pokrywając się cienką warstwą tlenków, nie wykazując
objawów korozji poniżej 700°C. Beryl ma najmniejszy efektywny przekrój wychwy-
tywania neutronów cieplnych i największy przekrój ich rozpraszania, co decyduje
o jego zastosowaniach w technice jądrowej.

STOPY BERYLU

Znaczenie techniczne mają stopy berylu z pierwiastkami o wzajemnej bardzo

małej rozpuszczalności, które tworzą mieszaniny. Znaczenie mają stopy Be–Al, za-
wierające 24÷43% Al, w tym stop o stężeniu 62% Be i 38%Al, zwany lockalloy, od
nazwy koncernu amerykańskiego Lockheed. Osnowę tych stopów stanowi pla-
styczna i miękka mieszanina eutektyczna, w której krystalizują twarde i kruche
kryształy berylu. Stopy te łączą w sobie wysoką sztywność i wytrzymałość oraz ma-
łą gęstość cechującą beryl, z dużą plastycznością aluminium. Stopy takie mogą być
również wytwarzane metodami metalurgii proszków. Dodatek Mg i Ag wpływa na
zwiększenie wytrzymałości tych stopów. Wstopach Be–Ag stężenie Ag może osią-
gnąć 60%, a dodatkowo mogą być wprowadzane dodatki Li i La. Beryl może być
również dodawany do stopów żelaza (np. FeBe0,6Ni20Cr15Mo7) stosowanych na
narzędzia chirurgiczne i igły do strzykawek, lub do stopów miedzi, tradycyjnie na-
zywanych brązami berylowymi (porównaj rozdz. 7.2.7).

ZASTOSOWANIE BERYLU I JEGO STOPÓW

Stopy berylu znajdują duże zastosowanie w technice lotniczej i kosmicznej, lecz

ze względu na dużą kruchość, głównie na elementy pracujące na ściskanie. Beryl
umożliwia 3–krotne obniżenie masy w porównaniu z aluminium i magnezem,
4–krotne w stosunku do tytanu i 5–krotne w porównaniu do stali. Przewodnictwo
cieplne berylu jest porównywalne z aluminium, a jego pojemność cieplna jest
2–krotnie większa od aluminium, 3–krotnie od żelaza i 3,5–krotnie od tytanu.

Beryl i jego stopy są stosowane na elementy silników rakietowych, w tym komór

spalania i dysz pracujących do 3000°C. Z berylu wykonywane są systemy anten stat-
ków kosmicznych i sztucznych satelitów, stery oraz poszycia systemów ochrony
cieplnej promów kosmicznych, a także zwierciadła teleskopów optycznych instalo-
wanych na obiektach kosmicznych, np. na statkach typu Apollo. Beryl jest również
stosowany na tarcze hamulcowe samolotów, a także samochodów wyścigowych. Ze
względu na własności jądrowe beryl jest stosowany na powłoki wytwornic ciepła
w reaktorach atomowych, cyklotrony oraz okienka lamp rentgenowskich o bardzo
małej absorpcji promieniowania. Beryl znalazł również zastosowanie na elementy
inercyjne elektrostatycznych urządzeń żyroskopowych w statkach kosmicznych, ło-
dziach podwodnych, samolotach wojskowych i meteo–zwiadowczych.

7.3.5. Magnez i jego stopy

MAGNEZ I JEGO WŁASNOŚCI

Magnez należy do metali lekkich, jego gęstość wynosi 1,738 g/cm

3

. Masa ato-

mowa magnezu wynosi 24,3056. Krystalizuje w sieci heksagonalnej zwartej typu
A3 o parametrach a = 0,3209 nm i c = 0,521 nm. Temperatura topnienia Mg

7.3. Inne metale nieżelazne i ich stopy

773

7 roz 8-11-02 18:28 Page 773

wynosi 649°C, a wrzenia – 1107°C. Własności wytrzymałościowe Mg są niskie
(R

m

= 120÷160 MPa). Wykazując duże powinowactwo chemiczne do tlenu i azo-

tu, łatwo utlenia się do chwili, aż cała powierzchnia zostanie pokryta zwartą war-
stwą tlenków utrudniających dalszą korozję. Wstanie czystym jest rzadko stosowa-
ny, jest jednak wartościowym składnikiem oraz odtleniaczem i modyfikatorem sto-
pów metali. Zgodnie z dotychczasową normą PN-79/H-82161 jest produkowany ja-
ko elektrolityczny w dwóch gatunkach, zawierających odpowiednio do 0,05 lub
0,1% zanieczyszczeń. Magnez niestopowy odlewniczy zawierający co najmniej od
99,5 do 99,95% Mg, np. EN-MB99,5, jest ujęty w projekcie normy PN-EN 12421.

STOPY MAGNEZU

Wtablicy 7.53 przedstawiono orientacyjnie udział różnych zastosowań w rocz-

nym światowym zapotrzebowaniu na pierwotny magnez.

Stopy Mg cechuje mała gęstość – ok. 1,8 g/cm

3

i korzystne własności mechanicz-

ne, w tym R

m

= 300÷350 MPa, A

11,3

do 20% oraz twardość ok. 100 HB. Z tego wzglę-

du stopy Mg znalazły zastosowanie w budowie samolotów, przemyśle motoryzacyj-
nym, do wytwarzania aparatury automatycznej oraz na elementy sprzętu domowe-
go i maszyn biurowych. Wzależności od sposobu wytwarzania stopy Mg dzieli się
na odlewnicze i przeznaczone do obróbki plastycznej na zimno i na gorąco.

Głównym dodatkiem w stopach Mg jest Al – w stężeniu 3÷11%. Stopy Mg z Al

do obróbki plastycznej wykazują strukturę roztworu stałego

α

(Al w Mg), nato-

miast stopy utwardzone dyspersyjnie oraz stopy odlewnicze – strukturę podeutek-
tyczną mieszaniny roztworu

α

oraz roztworu stałego

γ

(rys. 7.38). Aluminium

zwiększa wytrzymałość i wydłużenie stopów odlewniczych Mg, poprawia też lej-
ność i zmniejsza skurcz.

7. Metale nieżelazne i ich stopy

774

Tablica 7.53

Orientacyjny udział różnych zastosowań w rocznym zużyciu magnezu
(według International Magnesium Association)

Zastosowanie

Udział, %

Konstrukcyjne, w tym:

15

- odlewy matrycowe

11,3÷11,4

- odlewy grawitacyjne

0,8

- produkty walcowane

2,9

Niekonstrukcyjne, w tym:

85

- dodatek stopowy w stopach Al

53,5

- odsiarczanie

11,5

- modyfikacja żeliwa

6,3

- redukcja metali

4,1

- chemikalia

3,2

- elektrochemikalia

3,2

- inne

3,2

7 roz 8-11-02 18:28 Page 774

Oprócz Al do stopów Mg często jest dodawany Zn, w stężeniu zwykle nieprze-

kraczającym 5%. Cynk tworzy z Mg roztwór stały graniczny

α

o zmniejszającej się

rozpuszczalności Zn wraz z obniżeniem temperatury, roztwór stały wtórny

β

na

osnowie fazy międzymetalicznej Mg

7

Zn

3

ulegającej rozpadowi eutektoidalnemu na

mieszaninę roztworu

α

i roztworu stałego wtórnego

γ

na osnowie fazy międzyme-

talicznej MgZn (rys. 7.39). Cynk zwiększa wytrzymałość i wydłużenie stopów Mg,
polepsza również lejność. Zwykle jest dodawany łącznie z Al oraz Mn. Mangan –
w stężeniu do ok. 0,5% – zwiększa wytrzymałość, poprawia odporność na korozję
i umożliwia spawanie stopów Mg (stop EN-MCMgAl6Mn jest stosowany m.in. na
obręcze kół samochodowych). Wieloskładnikowe stopy Mg, zawierające 3÷10% Al,
1÷3% Zn oraz dodatek Mn, nazywane elektronami, są stosowane zarówno na ele-
menty odlewane, jak i w postaci obrobionej plastycznie, przeważnie na gorąco.

Własności stopów magnezu, zwłaszcza odlewniczych, w podwyższonej tempe-

raturze polepszają Zr, Ce – w stężeniu do 1%, a także dodatki metali ziem rzadkich
– do ok. 4%. Stosowane są także stopy odlewnicze Mg–Zn–Cu oraz Mg–Al–Si,
a także stopy Mg niezawierające Al i Zn, w których podstawowymi pierwiastkami
stopowymi są metale ziem rzadkich w stężeniu do 4,5% oraz Y – do 5,5%, a także
dodatki Ag – do 3% i Zr – do 1%. Po odlewaniu stopy te są poddawane przesyca-
niu i starzeniu.

Odlewnicze stopy magnezu znormalizowane w PN-EN 1753:2001 zestawiono

w tablicy 7.54. Dotychczas w kraju stosowano odlewnicze stopy magnezu ujęte
w wycofanej normie PN-88/H-88050.

7.3. Inne metale nieżelazne i ich stopy

775

Rysunek 7.38

Fragment wykresu równowagi
Mg–Al (według L.A. Willeya)

7 roz 8-11-02 18:28 Page 775

STOPY MAGNEZU WYTWARZANE PRZEZ KRZEPNIĘCIE

Z DUŻYMI SZYBKOŚCIAMI I SZKŁA METALICZNE

Niektóre stopy magnezu mogą być wytwarzane z wykorzystaniem niekonwen-

cjonalnych technologii, np. przez krzepnięcie z dużymi szybkościami RSP (ra-
pid–solidification process). Zapewnia to nawet 20–krotny wzrost odporności tego
materiału na korozję w porównaniu ze stopami konwencjonalnymi, a także popra-
wę odporności na pełzanie. Odlewane taśmy wytworzone z tych materiałów są na-
stępnie mechanicznie mielone na proszki, które umieszczone w pojemniku meta-
lowym są wyciskane w celu wytworzenia prętów. Struktura stopu typu
MgAl5Zn5Nd5 wytworzonego metodą RSP wykazuje wielkość ziarna 0,3÷5

µ

m,

co zapewnia wytrzymałość na rozciąganie R

m

ok. 500 MPa, czyli niemal dwukrot-

nie większą niż stopów konwencjonalnych. Niektóre ze stopów magnezu wytwarza-
ne metodą RSP wykazują własności nadplastyczne.

Zwiększone własności mechaniczne stopów magnezu można również uzyskać

wytwarzając z nich szkła metaliczne (porównaj rozdz. 7.3.12). Najbardziej obiecu-
jące własności wykazują stopy potrójne z układów Mg–M–Ln, gdzie M jest Ni lub
Cu, natomiast Ln to lantanowce, np. Y. Wytrzymałość na rozciąganie niektórych
szkieł metalicznych ze stopów Mg–M–Ln może osiągnąć R

m

= 610÷850 MPa,

a moduł sprężystości E = 40÷60 GPa. Własności szkieł metalicznych Mg

65

Cu

25

Y

10

są zbliżone do otrzymywanych metodą RSP. Nanokrystalizacja w trakcie wyżarza-
nia przez 20 s w 100°C odlewanych taśm o strukturze amorficznej, może zapewnić

7. Metale nieżelazne i ich stopy

776

Rysunek 7.39

Fragment wykresu równowagi Mg–Zn (według D.T. Hawkinsa)

7 roz 8-11-02 18:28 Page 776

7.1. Aluminium i jego stopy

777

777

Ludzie nauczyli się obrabiać i stosować srebro, niemal równocześnie ze złotem. Są tego liczne dowody materi-
alne. W ciągu 100 lat na zachodnich terenach Azji Mniejszej oraz w całym świecie greckim od Italii po Libię
rozprzestrzeniła się idea bicia srebrnych monet. Stemple na monetach symbolizują miejsce ich powstania. W Karii
w Azji Mniejszej wybijano lwa (1) ok. 500 r. p.n.e., na wyspach na Morzu Egejskim w Andros wybijano amforę
(2) ok. 525 r. p.n.e., w Keos - kałamarnicę (3) ok. 525 r. p.n.e., na Eginie - żółwia (4) ok. 540 r. p.n.e., natomiast
w Atenach - skarabeusza (5) ok. 540 r. p.n.e. Z czasem w Atenach bito monety z sowami - ptakami poświęcony-
mi bogini Atenie, jak moneta dziesięciodrachmowa z ok. 486 r. p.n.e. (6 awers i rewers), z ok. 460 r. p.n.e. (7)
i okresu późniejszego (8). Miasto Ateny, najbogatsze w całej Grecji, prowadziło handel z całym ówczesnym
światem, wykorzystując własne monety z wizerunkiem sowy, który stał się tak popularny, że zaczęto go naślad-
ować w innych krajach, tj. w Egipcie (9), Palestynie (10), Italii (11), Azji Mniejszej (12), Mezopotamii (13), Persji
(14) i Arabii (15). Z III wieku p.n.e. pochodzi moneta srebrna z Kartaginy ze słoniem bojowym, upamiętniająca
słynne „Hannibal ante portas” (Hannibal przed bramami) wieńczące marsz jego armii przez Alpy z 50 słoniami
afrykańskimi, których część dotarła do Rzymu, powodując wielkie osłupienie wśród broniących się Rzymian.
Z Persji pochodzi sasanidzki talerz srebrny przedstawiający króla Szapurna II z IV wieku p.n.e. Kultura srebra
dotarła z czasem w rejony Europy Zachodniej. Dowodzi tego srebrna blacha kociołka z Gundestrup
w dzisiejszej Danii z III wieku n.e. obrazująca wierzenia celtyckie. Bóg krów przyjmuje ofiarę w postaci rogów
jelenia (18), a bóg Ezeus - Cernunnus ma poroże jelenia na głowie, a naga postać dosiadająca delfina, wyobraża
najpewniej podróż ludzkiej duszy na wyspę szczęścia. Wspaniałe produkty ze srebra zachowały się w Irlandii,
w tym brosza z Tary z VIII wieku, wykonana ze srebra i złotej plecionki, bogato zdobiona motywami celtyckimi
i inkrustowana bursztynem oraz emalią (20) oraz srebrna brosza z okresu najazdu Wikingów (21) i pochodzący
z VIII wieku kielich wykonany ze srebra i dekorowany inkrustacją z brązu, złota i emalii (22). Dzisiaj srebro nie
straciło na swym znaczeniu zdobniczym, jest stosowane podobnie jak jego stopy jako metal monetarny, a ze
względu na stosunkowo dużą wartość i relatywnie dużą odporność na korozję jest często środkiem tezauryzacji
i lokatą majątkową, zwłaszcza w cennych produktach jubilerskich, jak również ma duże znaczenie użytkowe,
m.in. na sztućce i galanterię stołową, a także jako materiał techniczny, m.in. na styki elektryczne.

1

5

3

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

6

2

4

7 roz 8-11-02 18:28 Page 777

7. Metale nieżelazne i ich stopy

778

778

Struktura
1) czystego magnezu, pow. 160x;
2) stopu Mg-Al, pow. 160x;
3) stopu EN-MCMgAl8Zn1 po obróbce

cieplnej, z obszarami eutektycznymi na
granicach ziarn, pow. 650x;

4) stopu EN-MCMgAl8Zn1 w stanie

lanym, z wydzieleniami Mg

17

(Al,Zn)

12

,

pow. 650x;

5) stopu EN-MCMgAl8Zn1 w stanie

lanym, pow. 70x;

6) stopu EN-MCMgAl8Zn1 w stanie

lanym, z wydzieleniami Mg

17

(Al,Zn)

12

i eutektyką, pow. 320x;

7) stopu EN-MCMgAl8Zn1 w stanie

lanym, po próbie skręcania, pow. 70x;

8) stopu EN-MCMgAl8Zn1 w stanie

lanym, po próbie skręcania, pow. 320x

1

2

3

4

5

6

7

8

Magnez i jego stopy

7 roz 8-11-02 18:28 Page 778

np. w stopie Mg

85

Zn

12

Ce

3

uzyskanie nanokrystalicznych ziarn o wielkości 3÷20

nm i wytrzymałość na rozciąganie R

m

= 930 MPa. Trwają prace nad opracowaniem

dalszych stopów z tej grupy oraz nad ich praktycznymi aplikacjami.

7.3.6. Metale trudno topliwe i ich stopy

OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA METALI TRUDNO TOPLIWYCH

Do grupy metali trudno topliwych należą Nb, Ta, Mo, Woraz Re. Z wyjątkiem

dwóch metali z grupy platynowców, tj. osmu i irydu, mają najwyższą temperaturę
topnienia i najniższe jest ciśnienie par tych metali. Metale te charakteryzują się du-
żą wytrzymałością na rozciąganie i dużą twardością, wysoką odpornością na koro-
zję w środowisku silnych kwasów oraz dużą żarowytrzymałością, przy braku odpor-
ności na utlenianie. Wcelu zapewnienia wymaganej żaroodporności są pokrywa-
ne odpowiednimi powłokami ochronnymi. Rozwój tych pokryć ochronnych, głów-
nie na stopach niobu, umożliwia zastosowanie tych metali w technice kosmicznej,
w wysokiej temperaturze oraz środowisku silnie utleniającym. Początkowo szczel-
nie oklejano metal lub pokrywano go metodą CVD. Wramach programu kosmicz-
nego Apollo opracowano warstwy nanoszone z gęstwy aluminianów i krzemianów,

7.3. Inne metale nieżelazne i ich stopy

779

Tablica 7.54

Orientacyjny skład chemiczny i własności odlewniczych stopów magnezu

Znak stopu

Średnie stężenie pierwiastków, %

Stan

Minimalne własności mechaniczne

1)

Al

Zn

Mn

RE

2)

Zr

inne

R

m

, MPa

R

p0,2

, MPa

A, %

EN-MCMgAl8Zn1

7,9

0,7

0,2

–

–

–

T4

240

90

8

EN-MCMgAl9Zn1(A)

9

0,7

0,2

–

–

–

240

120

6

EN-MCMgAl2Mn

2,1

0,1

0,5

–

–

–

F

150

80

8

EN-MCMgAl5Mn

5

0,1

0,4

–

–

–

180

110

5

EN-MCMgAl6Mn

6

0,1

0,4

–

–

–

190

120

4

EN-MCMgAl2Si

2,2

0,1

0,2

–

–

Si: 0,9

F

170

110

4

EN-MCMgAl4Si

4,3

0,1

0,2

–

–

Si: 1

200

120

3

EN-MCMgZn6Cu3Mn

–

6

0,6

–

–

Cu: 2,7

T6

195

125

2

EN-MCMgZn4RE1Zr

3)

–

4,3

0,1

1,2

0,7

–

T5

210

135

3

EN-MCMgRE3Zn2Zr

3)

–

2,5

0,1

3,3

0,7

–

145

100

3

EN-MCMgRE2Ag2Zr

4)

–

0,1

0,1

2,5

0,7

Ag: 2,5

T6

240

175

3

EN-MCMgRE2Ag1Zr

4)

–

0,1

0,1

2,3

0,7

Ag: 1,5

240

175

2

EN-MCMgY5RE4Zr

5)

–

0,1

0,1

3,7

0,7

Y: 5,1

T6

250

170

2

EN-MCMgY4RE3Zr

5)

–

0,1

0,1

3,4

0,7

Y: 4

220

170

2

1)

Odlewy ciśnieniowe (stan surowy F) lub w kokilach (stan utwardzony wydzieleniowo T4, T5 i T6).

2)

Metale ziem rzadkich.

Stopy wzbogacone w:

3)

cer,

4)

neodym,

5)

neodym i metale ciężkie ziem rzadkich.

7 roz 8-11-02 18:28 Page 779

następnie także nanoszonych przez zanurzanie, natryskiwanie i malowanie. Ze
względu na wymagania powłok eliminuje się zgrzewanie i nitowanie elementów
w trakcie produkcji oprzyrządowania z powlekanych metali trudno topliwych.

Obecnie ograniczono zużycie metali trudno topliwych na żarówki, siatki elek-

trod rurowych, elementy grzejne i zestyki elektryczne, poprzednio typowe dla tych
metali. Znajdują one natomiast powszechnie zastosowanie w technice kosmicznej,
elektronice, technice jądrowej, fizyce wysokich energii oraz przemysłowych proce-
sach chemicznych. Każdego z tych metali, z wyjątkiem renu, rocznie zużywa się
ponad 1000 ton w skali światowej.

Większość niobu jest stosowana w postaci żelazostopu do produkcji wysokowy-

trzymałych stali niskostopowych. Może być także stosowany w postaci węglików
NbC w węglikach spiekanych. Jedynie ok. 6% całkowitej produkcji niobu jest prze-
znaczana do wytwarzania stopów na osnowie Nb.

Największe zużycie tantalu jest związane z zastosowaniem na spiekane anody

lub folie kondensatorów elektronicznych i obejmuje ok. 50% całkowitej produkcji
tego metalu. Około 25% obejmują produkty walcowane, tj. blachy, płyty, pręty i ru-
ry. Tantal jest także używany na oprzyrządowanie chemiczne, jak wymienniki cie-
pła, kondensatory i zbiorniki.

Wolfram jest gównie stosowany do produkcji węglików spiekanych używanych

na narzędzia skrawające i jako materiał odporny na zużycie. Węgliki wolframu
obejmują ok. 60% ogólnej produkcji tego metalu. Wolfram jest również stosowany
jako dodatek stopowy w stalach i stopach metali. Jedynie 16% ogólnej produkcji
wolframu obejmują produkty ze stopów wolframu stosowanych głównie na kine-
tyczne penetratory energii, przeciwciężary, koła zamachowe i regulatory, a także
ekrany i tarcze emitujące promieniowanie rentgenowskie. Wpostaci drutu wolfram
jest stosowany w sprzęcie oświetleniowym i elektronicznym oraz na termoelemen-
ty (porównaj rozdz. 8.5.2). Około 3% ogólnej produkcji wolframu dotyczy chemi-
kaliów.

Największa część molibdenu jest stosowana w postaci dodatków stopowych

w stalach i stopach żelaza oraz nadstopach. Jedynie 5% produkcji molibdenu obej-
mują produkty ze stopów molibdenu. Molibden jest stosowany w przemyśle elek-
trotechnicznym i elektronicznym na katody i oprzyrządowanie radarów, przewody
prądowe w magnetronach, trzpienie do nawijania uzwojeń wolframowych w żarów-
kach. Jest stosowany jako drut do lutowania wolframu, a także na elementy grzej-
ne oporowe w piecach elektrycznych pracujących do ok. 2200°C.

Platynowo–renowe katalizatory obejmują ok. 85% produkcji renu. Stopy renu

są natomiast stosowane w technice kosmicznej.

Na rysunku 7.40 przedstawiono własności mechaniczne metali trudno topli-

wych w zależności od temperatury badania. Wtablicy 7.55 przedstawiono orienta-
cyjne składy chemiczne wybranych stopów metali trudno topliwych, a w tablicy
7.56 ich orientacyjne własności żarowytrzymałe.

NIOB I JEGO STOPY

Niob ma gęstość 8,57 g/cm

3

, krystalizuje w sieci regularnej przestrzennie cen-

trowanej typu A2 o parametrze sieci 0,294 nm. Masa atomowa niobu wynosi
92,9064. Jego temperatura topnienia wynosi 2468°C, a wrzenia 4927°C. Niob jest

7. Metale nieżelazne i ich stopy

780

7 roz 8-11-02 18:28 Page 780

stosowany jako pierwiastek stopowy w nadstopach niklu i kobaltu, jak również
w niektórych typach stali odpornych na korozję oraz niskostopowych. Są także sto-
sowane stopy niobu głownie z dodatkami Zr, Hf, W, Ta i Mo zwiększającym żaro-
wytrzymałość. Stopy te znajdują zastosowanie w technice kosmicznej i lotniczej,
lecz zawsze do pracy w temperaturze podwyższonej wymagają pokrywania po-
wierzchniowego, zwykle krzemkami. Zastosowanie w warunkach korozyjno–ścier-
nych znajdują stopy niobu z pierwiastkami grupy IV B, tj. Ti, Zr i Hf oraz grupy VI
B, tj. Mo i W, które w oddziaływaniach z C, O

2

i N

2

powodują znaczne umocnie-

nie powierzchni elementów i produktów z tych stopów. Niob, stopy Nb–Ti
i Nb–Sn są stosowane jako nadprzewodniki (porównaj rozdz. 8.5.5). Powyżej ok.
400°C niob ulega utlenieniu i kontaminacji zaabsorbowanym tlenem w atmosferze
utleniającej, a także w atmosferze normalnie obojętnej lub redukującej. Niob ab-
sorbuje wodór w temperaturze 250÷950°C z atmosfery zawierającej ten pierwia-
stek. Kontaminacja przez pierwiastki międzywęzłowe wpływa na zmniejszenie cią-
gliwości w temperaturze pokojowej. Zwiększenie poziomu zanieczyszczeń pogar-
sza własności technologiczne, zwiększające temperaturę progu kruchości, polep-
sza niskotemperaturowe umocnienie ze związanym z tym pogorszeniem ciągliwo-
ści, intensyfikuje efekt utwardzania wydzieleniowego w nieznacznie podwyższonej
temperaturze i nieznacznie polepsza umocnienie w wysokiej temperaturze.

Stopy niobu można podzielić na 3 grupy, charakteryzujące się:
wysoką wytrzymałością i niską ciągliwością,
średnią wytrzymałością i ciągliwością,
niską wytrzymałością i wysoką ciągliwością.

7.3. Inne metale nieżelazne i ich stopy

781

Rysunek 7.40

Zależność wytrzymałości
na rozciąganie metali
trudno topliwych od
temperatury badania
(według J.B. Lamberta)

7 roz 8-11-02 18:28 Page 781

Wydłużenie w próbie rozciągania w temperaturze pokojowej tych stopów (po

optymalnej obróbce cieplnej) wynosi odpowiednio 10÷15, 20 oraz 30%. Stopy na-
leżące do drugiej grupy, również po spawaniu i odpowiedniej obróbce cieplnej, ce-
chują się wystarczającą ciągliwością, w przeciwieństwie do stopów pierwszej gru-
py, które są trudno spawalne.

Pomimo znacznych światowych zasobów rud niobu, jego stopy oraz wykonywa-

ne z nich produkty znajdują mniejsze praktyczne zastosowanie niż znacznie od
nich tańsze i konkurencyjne produkty z molibdenu i jego stopów. Zastosowanie to

7. Metale nieżelazne i ich stopy

782

Tablica 7.55

Orientacyjny skład chemiczny stopów metali trudno topliwych (według J.B. Lamberta)

Oznaczenie stopów

Skład chemiczny, %

Nb

Ta

Mo

W

Re

Zr

Hf

Ti

Y

C

ThO

2

Stopy niobu

NbZr

reszta

1

NbTa27W11Zr

reszta

27,5

11

1

NbW10Zr2

reszta

10

2,5

NbHf10Ti

reszta

10

1

NbW10Hf10Ti

reszta

10

10

0,15

NbHf30W10

reszta

10

30

NbTi47

reszta

46,5

Stopy tantalu

TaW2Nb

0,15

reszta

2,5

TaW10

reszta

10

TaW8Hf2

reszta

8

2

TaW10Hf10

reszta

10

10

0,01

TaNb40

40

reszta

TaRe7

reszta

7,5

Stopy molibdenu

MoTiW

reszta

0,02

0,5

MoTiZrW

reszta

0,02

0,1

0,5

Stopy wolframu

WThO

2

reszta

1

WMo2

2

reszta

WMo15

15

reszta

WRe2

reszta

1,5

WRe3

reszta

3

WRe25

reszta

25

7 roz 8-11-02 18:28 Page 782

praktycznie ogranicza się do elementów rakiet oraz statków kosmicznych oraz do
rurek osłonowych elementów paliwowych w reaktorach atomowych. Stopy niobu
znajdują również zastosowanie na elementy systemów wytwarzających lub magazy-
nujących energię, pracujących z wykorzystaniem agresywnych chemicznie lub bar-
dzo gorących nośników energii. Przykładowo mogą to być tory atomowe, kapsuły
do przechowywania radioizotopów, obiegi turbin na pary metali, zbiorniki i obiegi
ciekłych metali i soli, na które to elementy stosowane są głównie stopy z grupy
o wysokiej ciągliwości. Wysokowytrzymałe stopy niobu należące do grupy pierw-
szej stosowane są natomiast na elementy turbin gazowych o krótkotrwałym oddzia-
ływaniu bardzo wysokiej temperatury. Ze względu na podatność na utlenianie, sto-
py niobu nie są stosowane w turbinach gazowych silników odrzutowych do długo-
trwałej pracy.

TANTAL I JEGO STOPY

Gęstość tantalu wynosi 16,6 g/cm

3

, jego masa atomowa wynosi 180,948,

a krystalizuje w sieci regularnej przestrzennie centrowanej typu A2 o parametrze
sieci 0,33026 nm. Jego temperatura topnienia wynosi 2996°C, a temperatura
wrzenia osiąga 5427°C. Tantal łączy korzystne własności niewystępujące w in-
nych metalach trudno topliwych, tzn. bardzo dobre własności technologiczne, ni-
ską temperaturę progu kruchości i wysoką temperaturę topnienia. Wtablicy 7.57
podano główne obszary zastosowań tego pierwiastka. Obecnie największe jest zu-
życie tego pierwiastka na kondensatory elektrolityczne (porównaj rozdz. 8.5.3).
Znaczące jest również zastosowanie tantalu na elementy wyposażenia i urządzeń
chemicznych, w tym na wymienniki ciepła, skraplacze, studzienki i wykładziny

7.3. Inne metale nieżelazne i ich stopy

783

Tablica 7.56

Wytrzymałość na rozciąganie oraz czasowa wytrzymałość na pełzanie wybranych stopów metali trudno topliwych
(według A. Hernasa)

Metal

Oznaczenie

stopu

Wytrzymałość na rozciąganie

R

m

, MPa

Czasowa wytrzymałość

na pełzanie

R

z

z

/100

/ R

/1000

, MPa

20°C

1000°C

1200°C

1400°C

1000°C

1200°C

Nb

Nb

300

120

50

30

70 / 50

25 / –

Nb-1Zr

400

270

170

50

130 / –

35 / –

Cb-752

600

380

250

110

–

90 / 25

FS-85

700

450

300

130

– / 150

110 / 60

Ta

Ta

400

200

100

70

50 / –

25 / –

T-111

800

530

360

250

– / 200

– / 90

Mo

Mo(0,02C)

700

270

150

100

140 / –

70 / –

Mo-0,5Ti

750

460

280

130

330 / –

120 / –

TZM

900

600

500

250

470 / 400

230 / 100

W

W

800

400

320

250

230 / –

130 / –

W-2ThO

2

–

–

340

250

–

–

7 roz 8-11-02 18:28 Page 783