Katedra Metaloznawstwa i Technologii 

Materiałowych

Zakład Metaloznawstwa i Obróbki Cieplnej

Wykład 10:

STOPY METALI NIEŻELAZNYCH

 

 

Aluminium i jego 

stopy 

Aluminium

 

jest 

metalem 

barwy 

srebrzystej 

krystalizującym  w  sieci 

A1  (RSC)

,  bez  odmian 

alotropowych,    o  temperaturze  topnienia 

660,4

0

C

, 

temperaturze  wrzenia  2450

0

C  i    gęstości 

2,7  g/cm

3

 

(prawie  3  razy  mniejsza  od  żelaza  –  co  kwalifikuje  ten 
metal  do  grupy  metali  lekkich)  .  Cechuje  je  dobra 
przewodność elektryczna ( 

34,5 MS/m

 ) oraz cieplna     

( 

230  W/  m    K

),  dość  dobra  odporność  na  korozję 

atmosferyczną            ( aluminium samorzutnie tworzy 
na  powierzchni  cienką,  ale  szczelną  i  ściśle 
przylegającą  do  podłoża  warstewkę  Al

2

O

3

,  która 

zabezpiecza  je  przed  dalszym  utlenianiem)  oraz  na 
działanie  wody,  niektórych  kwasów  organicznych, 
dwutlenku 

siarki 

i 

wielu 

innych 

związków 

chemicznych.  Natomiast  nie  jest  odporne  na  działanie 
wodorotlenków  (  np.  NaOH),  kwasów  beztlenowych 
(  HF,  HCl),  wody  morskiej  i  jonów  rtęci.  Stosunkowo 
obficie  występuje  w  przyrodzie  (ok.  7%).  Jest  metalem 
bardzo  plastycznym,  ale  ma  niewielką  wytrzymałość. 
Własności mechaniczne aluminium: 

R

m

= 70120 MPa

, 

R

e

= 2040 MPa, wydłużenie 

A

5

= 3040%

, przewężenie 

Z=  8090%,  twardość 

1530  HB

  (  może  jednak  być 

zwiększona przez zgniot).

 

 

 

Zawiera od 0,01 do 0,1% zanieczyszczeń (  głównie  Fe, 
Si,  Cu,  Zn  i  Ti    ),  zależnie  od  metody  otrzymywania  i 
oczyszczania.  Dzieli  się  na: 

aluminium  hutnicze

 

( 99,8  ;  99,7 ;  99,5  i  99,0% Al ), które stosuje  się  
do produkcji powłok kablowych, do  budowy  aparatury 
chemicznej,  na  przewody  elektryczne    i    na    wyroby   
ogólnego  przeznaczenia  ( np. naczynia kuchenne ) i  

aluminium  rafinowane 

(  99,99  i  99,95%  Al)  stosowane 

na wyroby dla elektroniki i elektrotechniki. Aluminium 
jest  szeroko  stosowane  w  przemyśle  spożywczym  (  np. 
folie, puszki) oraz do aluminiowania i odtleniania stali. 
Aluminium przerabia się plastycznie - walcuje ( blachy, 
folie  )  lub  wyciska  (  pręty,  rury,  drut,  kształtowniki  ). 
Obróbkę  można  prowadzić  na  zimno  lub  na  gorąco 
( 450

0

C ). 

Aluminium technicznie 

czyste 

Stopy 

aluminium

Stopy 

aluminium, 

będące 

najbardziej 

rozpowszechnionymi  tworzywami  konstrukcyjnymi  po 
stopach żelaza, dzielą się na 

odlewnicze i do przeróbki 

plastycznej

.  Stopy  odlewnicze  zawierają  zwykle  więcej 

dodatków  stopowych    (  525%  )  niż  do  przeróbki 

plastycznej ( do 6% ). 

 

 

Odlewnicze  stopy  aluminium  są  stopami  z:  krzemem, 
miedzią,  magnezem  i  manganem,  rzadziej  zawierają 
nikiel lub tytan. Odznaczają się dobrą lejnością, małym 
skurczem  odlewniczym  i  dość  dobrymi  własnościami 
mechanicznymi.  Można  z  nich  wykonywać  odlewy 
zarówno piaskowe i kokilowe, jak i pod ciśnieniem.

Odlewnicze stopy 

aluminium 

Stopy  aluminium  z  krzemem 

zwane

  siluminami

  są 

typowymi  stopami  odlewniczymi.  Aluminium  tworzy  z 
krzemem 

układ 

eutektyczny 

z 

ograniczoną 

rozpuszczalnością krzemu ( max. 1,65% Si w roztworze 
  przy  temp.  577

0

C).  Rozpuszczalność  aluminium  w 

krzemie  ()  jest  bardzo  mała.  Eutektyka  +  powstaje 

przy temperaturze 577

0

C.

 

AlSi7

AlSi11

AlSi20

Siluminy podeutektyczne

Silumin nadeutektyczny

 

 

Skład chemiczny i orientacyjne własności mechaniczne 

wybranych siluminów

 

Skład chemiczny [%]

Własności mechaniczne

Cecha

stopu

Si

Cu

Mg

Mn

R

m

[MPa]

A

5

[%]

HB

gęstość

[g/cm

3

]

42000

(AK7)

68

-

0,20,4 0,10,5

160

24

60

2,68

44000

(AK11)

1013

-

-

-

180

36

55

2,65

AK20

2023 1,11,5 0,50,9 0,10,3

200

0,2

90

2,60

Siluminy 

przed 

odlaniem 

zwykle 

poddaje 

się 

modyfikacji  dla  uzyskania  struktury  drobnoziarnistej, 
co  poprawia  ich  własności  mechaniczne,  w  tym  także 
udarność.  W  przypadku  siluminów  podeutektycznych  i 
eutektycznych  modyfikatorem  jest 

sód

,  a  w  siluminach 

nadeutektycznych 

modyfikację 

przeprowadza 

się 

fosforem lub strontem

.

Silumin AK11 + 0,1% NaF

Po modyfikacji:

 R

m

=250 MPa i A

5

= ok. 

8%

 

 

            Jako  stopy 
odlewnicze 

aluminium  z 

miedzią

 

mogą 

być 

stosowane 

stopy 

podeutektyczne 

o 

zawartości 

10% 

Cu 

(  AlCu10).  Ich  struktura 
składa  się  z  eutektyki   

+  CuAl

2

  rozłożonej  na 

granicach 

ziaren 

dendrytów 

roztworu 

stałego  .  Stop  ten  ma 

dobrą 

lejność, 

ale 

stosunkowo 

niską 

wytrzymałość. 

Innym 

stopem jest AlCu4 (AM4) 
stosowany 

na 

odlewy 

kokilowe.

 

Odlewnicze stopy 

aluminium 

Skład chemiczny [%]

Własności mechaniczne

Cecha

stopu

Si

Cu

Mg

Mn

R

m

[MPa]

A

5

[%]

HB

gęstość

[g/cm

3

]

21100

(AM4)

-

4,25,0 0,150,4

-

330

8

90

2,80

 

 

Odlewnicze stopy 

aluminium 

Jako 

stop 

odlewniczy 

aluminium  z  magnezem

 

jest  stosowany  AlMg10 
(AG10),  nie  zawierający 
eutektyki,  który  może 
być 

umacniany 

wydzieleniowo.  Ma  on 
wprawdzie niezbyt dobrą 
lejność, ale nadaje się na 
odlewy 

ciśnieniowe. 

Cechuje 

się 

dobrą 

odpornością na działanie 

wody morskiej.

 

Skład chemiczny [%]

Własności mechaniczne

Cecha

stopu

Si

Cu

Mg

Mn

R

m

[MPa]

A

5

[%]

HB

gęstość

[g/cm

3

]

51200

(AG10)

-

-

911

-

300

10

70

2,55

 

 

Stopy aluminium do obróbki plastycznej i utwardzania 

wydzieleniowego

 

Jako  stopy  do  przeróbki  plastycznej  stosuje  się 
najczęściej stopy wieloskładnikowe zawierające magnez 
i mangan lub miedź, jednak w mniejszych ilościach niż 
w stopach odlewniczych. W niektórych stopach spotyka 
się także inne dodatki, takie jak: Si, Ni, Fe, Cr, Ti. Są to 
następujące  stopy:  AlMg1  (  PA1  –  aluman  ),  AlMg2       
( PA2 – hydronalium ), AlMg1Si1Mn ( PA4 – anticorodal 
),  AlMgSi  (  PA38  –  aldrey),  AlCu4Mg2  (  PA  7  -  dural), 
AlZn6Mg2Cu  (  PA9  -  dural  cynkowy),  AlCu2SiMn 

( PA31), AlSiMgCu ( PA10 ).

 

Skład chemiczny [%]

Własności mechaniczne

Cecha

stopu

Cu

Mg

Mn

Si

R

m

[MPa]

A

5

[%]

HB

gęstość

[g/cm

3

]

PA1

-

-

1,01,5

-

100

17

25

2,73

PA2

-

1,72,6

do 0,6

-

150

16

40

2,68

PA4

-

0,71,5 0,21,0 0,71,5

220

12

60

2,70

PA7

3,84,9 1,21,8 0,40,9

-

410

10

110

2,77

PA9

1,42,0 1,82,8 0,20,6 57 Zn

700

12

150

2,80

PA10 0,10,5 0,450,9 0,20,35 0,51,2

180

16

55

2,72

PA31 1,82,6 0,40,8 0,40,8 0,71,2

350

14

95

2,80

PA38

-

0,40,9

-

0,30,7

140

14

50

2,69

 

 

Utwardzanie 

wydzieleniowe

 

Utwardzaniem    wydzieleniowym

  nazywamy  obróbkę 

cieplną stosowaną zarówno dla stopów aluminium, jak i 
stopów  innych  metali  nieżelaznych  oraz  niektórych 
stali  polegającą  na  wydzieleniu  dyspersyjnych  faz, 
wywołujących  silne  umocnienie.    Wydzielenie  cząstek 
fazy  umacniającej  można  wywołać  w  tych  stopach, 
które wykazują zmienną rozpuszczalność składników w 
funkcji temperatury. 

 

 

Utwardzanie 

wydzieleniowe

 

Utwardzanie  wydzieleniowe składa się z 
dwóch zabiegów:
a) 

przesycania

b) 

starzenia

 ( naturalnego lub 

przyspieszonego )

przesycanie

starzenie

 

 

Mechanizm umocnienia przez 

cząstki

 

Umocnienie  przez  wydzielenia  można  wyjaśnić  na 
podstawie 

teorii  dyslokacji

.  Ruch  dyslokacji  jest 

hamowany  przez  cząstki,  jednak  dyslokacja  może  się 
przemieszczać  między  nimi.  W  wyniku  poślizgu 
następuje  stopniowe  wyginanie  dyslokacji  aż  do 
utworzenia  pętli  wokół  każdej  cząstki.  Dyslokacja 
odrywa 

się 

wówczas 

od 

cząstek, 

powodując 

zmniejszenie  efektywnej  odległości  między  nimi,  co 
utrudnia  przejście  następnej  dyslokacji.  Jeśli  jednak 
zdoła  ona  przejść,  utworzą  się  dodatkowe  pętle,  aż   
wreszcie 

ruch 

dyslokacji 

zostanie 

zupełnie 

zablokowany. Stan taki odpowiada silnemu umocnieniu 
stopu.  Zgodnie  z  tym  mechanizmem  wzrost  ilości  fazy 
umacniającej  i  jej  dyspersji  prowadzi  do  wzrostu 
umocnienia.

 

 

Wpływ temperatury starzenia na własności 

duralu PA7 

 

 

 

Magnez i jego 

stopy 

Magnez

  jest  metalem  lekkim,  krystalizującym  w  sieci 

A3

 (HZ). Temperatura topnienia wynosi 

650

0

C

, gęstość  

1,75  g/cm

3

.  Jego  własności  wytrzymałościowe  i 

plastyczne: 

R

m

= 120 MPa

, 

A

5

= 6%

, twardość 

35HB

. Ma 

duże powinowactwo do tlenu i azotu, łatwo się utlenia, 
ale  zwarta  warstwa  tlenku  magnezu  chroni  metal 
przed dalszym utlenianiem. W wyższych temperaturach 
zapala  się  samoczynnie.  W  stanie  czystym  jest 
stosowany głównie w pirotechnice oraz jako odtleniacz, 
reduktor i modyfikator stopów. 

Stopy magnezu

 cechują 

się  dobrą  wytrzymałością  (

do  350  MPa

)  i  bardzo  małą 

gęstością. 

Jako 

dodatki 

stopowe 

stosuje 

się: 

aluminium,  cynk,  mangan,  krzem  oraz  cer  i  cyrkon 
(  które  poprawiają  wytrzymałość  w  podwyższonych 
temperaturach  ).  Stopy  magnezu  dzielą  się  na 
odlewnicze  i  do  obróbki  plastycznej.  Obie  grupy  mogą 
być poddawane obróbce cieplnej.

Rower Merida Magnesium Elite 

 

 

Magnez i jego 

stopy 

Stopy  magnezu  stosowane  są głównie
w przemyśle lotniczym, włókienniczym 
(na wrzeciona ) i  w  transporcie.

 

 

Tytan i jego stopy 

Tytan

  jest  metalem  lekkim,  jego 

gęstość  wynosi   

4,5  g/cm

3

.  Ma 

dwie  odmiany  alotropowe   



  -  o 

sieci  A3  (HZ)  i   



  -  o  sieci  A2 

(RPC).  Temperatura  przemiany 
alotropowej 

wynosi 

882

0

C, 

temperatura  topnienia 

1668

0

C

. 

Własności  mechaniczne  tytanu: 

R

m

=  490  MPa

, 

A

5

=  22%

.  Jest 

odporny 

na 

korozję 

atmosferyczną, 

w 

kwasach 

organicznych 

i 

w 

wodzie 

morskiej.  Nie  jest  odporny  na 
działanie  HF,  H

2

SO

4

,  HNO

3

.  Nie 

utlenia 

się 

do 

temperatury 

200

0

C. 

W 

wyższych 

temperaturach  tytan  pochłania 
gazy  (  N,  O,  H  )  oraz  reaguje  z 
węglem 

i 

jego 

własności 

plastyczne ulegają drastycznemu 
obniżeniu.  W  związku  z  dużą 
zawartością  tytanu  w  skorupie 
ziemskiej  jest  on  uważany  za 
metal przyszłościowy. 

Tytanowa endoproteza 



 

 

Stopy 

tytanu