Katedra Metaloznawstwa i Technologii

Materiałowych

Zakład Metaloznawstwa i Obróbki Cieplnej

Wykład 11:

STOPY METALI NIEŻELAZNYCH C.D.

Miedź i jej

stopy

Miedź

jest metalem krystalizującym w

sieci

A1

(RSC)

,

bez

odmian

alotropowych,

o

temperaturze

topnienia

1083

0

C

i gęstości

8,9 g/cm

3

.

Cechuje ją bardzo dobra przewodność
elektryczna (

58,8 MS/m

) - stąd wynika

jej

główne

zastosowanie

w

elektrotechnice

i

elektronice.

Ze

względu na bardzo dobrą przewodność
cieplną (

400 W/mK

) wyrabia się z niej

różnego rodzaju wymienniki ciepła. Jest
metalem bardzo plastycznym, ale ma
niewielką

wytrzymałość.

Własności

mechaniczne miedzi:

R

m

= 200220

MPa

, wydłużenie

A

5

= 45%

, twardość

3040 HB

. Można ją umocnić przez

zgniot ( po zgniocie 60% - R

m

= 400 MPa

i 108 HB ). Miedź jest odporna na
korozję atmosferyczną pod warunkiem,
że atmosfera nie zawiera SO

2

.

Dodatek

0,5-1% kadmu do miedzi zwiększa jej
wytrzymałość, nie obniżając prawie
przewodności elektrycznej. Miedź taka
zwana

kadmową

jest stosowana na

przewody napowietrzne i trakcyjne.

Historia i

teraźniejszość

wydobycia rud

i hutnictwa

miedzi

w Polsce

Historia wydobycia rud miedzi w

dawnej Polsce

Miedź

wydobywano

w

Chęcinach

już od XIII w.

Chęciny wzięły początek
od

osady

wolnych

górników, która z czasem
przekształciła się w wolne
miasto

górnicze,

aż

wreszcie

powstał

tu

zamek

dla

ochrony

bogactw - najpotężniejsza
warownia w Polsce gdzie
przechowywano

skarb

królestwa.

Od

czasów

Kazimierza

Wielkiego

Chęciny były miastem
królewskim,

a

górnictwem

rządził

żupnik.

Miedź

w

Chęcinach

wydobywano

do połowy XVII wieku.

Historia wydobycia rud miedzi w

dawnej Polsce

W

Miedzianej Górze

były jedne z największych złóż

miedzi w Polsce, a największe w Górach
Świętokrzyskich. Występowały tu z geologiczno-
mineralogiczno punktu widzenia: azuryt, malachit,
kupryt, czerń miedzi, chalkozyn, chalkopiryt i w
minimalnych ilościach miedź rodzima. W rudach tych
występowało również srebro w ilościach śladowych.
Bardzo interesujące było wydobycie tzw. "rudy
metalowej" lub "mosiężnej" - dzięki dużej zwartości rud
cynku. Po stopieniu była gotowym stopem z którego
odlewano armaty, dzwony czy posąg Stanisława
Augusta ważący 1,5 tony. Początek wydobycia kruszców
w Miedzianej Górze datowany jest na koniec XVI w., nie
wyklucza się jednak wcześniejszej jej eksploatacji,
sięgającej XIII w. bądź epoki brązu.

azuryt -
(CuOH)

2

CO

3

·CuCO

3

malachit -
Cu(OH)

2

·CuCO

3

kupryt - Cu

2

O

czerń miedzi - CuO
chalkozyn - Cu

2

S

chalkopiryt - CuFeS

2

malachit

kupryt

Historia wydobycia rud miedzi w

Miedzianej Górze

Kalendarium:

1591 r.

- odkrycie przez kuźnika Jana Niedźwiedzia złóż

rud miedzi,

1593-1596 r.

- eksploatacja złóż przez biskupa

krakowskiego Jerzego Radziwiłła,

Z

kopalni

miedzianogórskiej
pochodziła miedź, którą
pokryto w 1593 roku
dachy Wawelu

1608-1616

r.

-

przedstawiciel
zamożnych
przedsiębiorców
Zihauser

przedstawił

biskupowi

Tylickiemu

projekt budowy sztolni
odwadniającej,

pod

warunkiem

wyłącznej

eksplo-atacji kopalni.

Historia wydobycia rud miedzi w

Miedzianej Górze

1619 r.

- W. i J. A. Cacciowie a następnie Jan Gibboni

otrzymali przywilej na wydobywanie miedzi w dobrach
biskupich,

1645 r.

-powstały huty miedzi w Niewachlowie,

Kostomłotach

i

Białogonie,

1647 r.

- dalszy szybki rozwój hut i założenie w Kielcach

cechu

gwarków,

II poł. XVII w.

- zniszczenie kopalń i hut w czasie wojen

szwedzkich,

Historia wydobycia rud miedzi w

Miedzianej Górze

1772 r.

- powołano Komisję Kruszcową pod

przewodnictwem bpa płockiego Krzysztofa Szembeka,
która zajęła się głównie przywróceniem wydobycia w
Miedzianej Górze. Uzyskano zamówienie na 250 ctn.
blachy miedzianej na pokrycie zamku królewskiego w
Warszawie.

1787 r.

- zbudowano prażalnię kamienia miedzi, skład

rud i produktu. W tym czasie w Miedzianej Górze
wydobycie odbywało się w 4 szybach na głębokości 50-
60 m, głównie w szybie Aleksandra ( późn. Stanisława ),

1789 r.

- po decyzji Sejmu Czteroletniego konfiskującej

dobra biskupstwa krakowskiego, w Miedzianej Górze

ilość szybów zwiększono do 12,

Historia wydobycia rud miedzi w

Miedzianej Górze

Król

Stanisław

August

Poniatowski

(dzierżawca

kopalni)

zwiedził

ją

osobiście w 1787 roku.

1796 r.

- Austriacy ( zainteresowani wydobyciem miedzi

potrzebnych do produkcji zbrojeniowej ) wprowadzili
ustawę górniczą nadającą prawo własności skarbu
państwa do złóż w głębi ziemi.

Historia wydobycia rud miedzi w

Miedzianej Górze

Szyb Austriacki II - zdjęcie z 1915 r.

1810 r.

- tzw. okres staszicowski - na Kielecczyźnie na

bazie miejscowych zasobów zamierzano budować
przemysłowe

fundamenty

Król.

Polskiego,

1816 r.

- w Kielcach ustanowiono Dyrekcję Główną

Górniczą. Pod Kielcami rozwijano przede wszystkim
górnictwo i hutnictwo miedzi zwłaszcza rozbudowano
istniejące kopalnie m.in. kopalnię "Zygmunt”, m.in.
dzięki kopalniom i hutom miedzi Zagłębie Staropolskie
było najbardziej uprzemysłowionym obszarem w dawnej
Polsce.

Historia wydobycia rud miedzi w

Miedzianej Górze

Historia wydobycia rud miedzi w

dawnej Polsce

Z inicjatywy Stanisława Staszica powstała i działała w
Kielcach w latach

1816-1827

pierwsza i jedyna

wówczas w Polsce wyższa uczelnia techniczna -

Szkoła

Akademiczno - Górnicza

.

1827 r.

- po przejęciu z rąk Stanisława Staszica spraw

górnictwa i hutnictwa w Królestwie Kongresowym
przez

Ministra

Skarbu

Ksawerego

Druckiego-

Lubeckiego, zlikwidowano górnictwo i hutnictwo metali

nieżelaznych na Kielecczyźnie.

Uważa się, że przez cały okres eksploatacji kopalń w
Miedzianej Górze (ponad 200 lat) wydobyto

1000000 t

rudy. Średnia zawartość miedzi w rudzie ( za czasów
Stanisława Staszica ) wynosiła 8-12 %. Szacuje się, że w
kopalni miedzianogórskiej ogółem wydobyto

4750 -

6250 t

czystej miedzi. Głębokość kopalń sięgała do 80

metrów.

Historia wydobycia rud miedzi w

Miedzianej Górze

Hutnictwo miedzi w Polsce

powojennej

Wydarzeniem, które legło u podstaw KGHM, było
odkrycie w

1957 r.

przez

dr Jana Wyżykowskiego

złoża

rud miedzi w pobliżu Lubina i Sieroszowic, w
południowo-zachodniej Polsce. Eksploatację złoża
miedzi na skalę przemysłową rozpoczęto w

1968 r.

Od

tego czasu KGHM funkcjonował jako wielozakładowe
przedsiębiorstwo państwowe. Obok kopalń i hut w jego
skład wchodziło kilkanaście zakładów usługowych.

12 września 1991 r.

KGHM przekształcono w spółkę

akcyjną pod nazwą

KGHM Polska Miedź S.A.

Hutnictwo miedzi w Polsce

powojennej

KGHM Polska Miedź S.A. to przede wszystkim jeden z
największych koncernów na świecie zajmujących się
produkcją miedzi rafinowanej i srebra. Wielkość
produkcji miedzi w KGHM w 2005 roku wyniosła

550

066 ton

(3,4% światowej produkcji,

6 miejsce na

świecie

). Jest to głównie miedź elektrolityczna, ze

względu na swą jakość określana jako "cztery
dziewiątki" (99,99 procent czystej miedzi) oraz bardziej
przetworzona walcówka wytwarzana zgodnie z normą
ISO 9002. Produkowana przez Spółkę miedź katodowa
jest zarejestrowana przez London Metal Exchange jako
"Grade A".

Hutnictwo miedzi w Polsce

powojennej

KGHM jest największym w Europie producentem
miedzi, który dysponuje własnym złożem rud i własną
zintegrowaną strukturą produkcyjną, od wydobycia po
finalny, najwyższej jakości produkt. Spółka jest jednym
z największych polskich eksporterów. Produkcja metali
kolorowych w KGHM odbywa się w trzech zakładach
górniczych

("

Lubin

",

"

Polkowice-Sieroszowice

",

"

Rudna

"),

dwóch

hutach

("

Legnica

",

"

Głogów

"),

walcowni miedzi (HM "

Cedynia

") oraz na Wydziale

Metali Szlachetnych. Zasoby miedzi w Zagłębiu
Miedziowym szacuje się na

33,5 mln ton

. Jest to jedno z

największych pojedynczych złóż tego metalu na świecie.
Obecnie eksploatacja złóż odbywa się na głębokości od
650 do 1150 m. Drugim najważniejszym produktem
Spółki jest srebro. Występuje ono w wydobywanej
rudzie wraz z miedzią. Pojemność geologiczna złoża
srebra szacowana jest na

91,4 tys. ton

. Sprzedawane

jest ono pod postacią granulatu oraz sztabek. W 2005
roku produkcja srebra wyniosła

1 344 ton

(3 miejsce na

świecie)

Podział stopów

miedzi

Czysta miedź znalazła zastosowanie głównie w
elektronice, a jako tworzywa konstrukcyjne stosuje się
przede wszystkim stopy miedzi ze względu na ich
wyższe własności wytrzymałościowe.

Mosiądze

(stopy Cu-

Zn)

Brązy

(stopy Cu-

Sn )

(stopy Cu-Al

) (stopy Cu-

Be ) (stopy

Cu-Si )

(stopy Cu-

Mn )

(stopy Cu-

Pb )

Miedzionik

le

(stopy Cu-

Ni)

Mosiądz

e

CuZn37 (M63)





Mosiądz

e

Inne

mosiądze

stopowe:

a)

tzw.

złoto

mannheimskie
(Tombak )

7-20% Zn, do

9% Sn - służy do
wyrobu

sztucznej

biżuterii

b)

nowe

srebro

(

mosiądz

wysokoniklowy ) 19-
28% Zn, 9-19% Ni -
stosowane do wyrobu
galanterii np. nakryć
stołowych, okuć.

Brąz

cynowy

Zastosowanie

brązów

cynowych:

panewki,

łożyska

ślizgowe,

ślimaki,

dzwony, pomniki, siatki,
sprężyny,

armatura

kotłów.

Brąz

cynowy



Wyżarzanie ujednoradnjajace

(homogenizacja) w temp. 720-750

0

C



Odlew o

strukturze dendrytycznej

Brąz

aluminiowy



hartowanie od temp. 950

0

C



BA1032

R

m

= 590 MPa, 170

HB

Struktura typu
martenzytyczneg
o

R

m

= 770 MPa, 200

HB

Brąz

krzemowy

Brązy krzemowe są odporne

na korozję

Brąz

berylowy

Brązy

berylowe

mają

bardzo

korzystne

własności,

dorównujące ulepszanym cieplnie stalom.

Przy tarciu i

uderzeniu nie iskrzą

, co zdecydowało o ich zastosowaniu na

części maszyn w prochowniach i wytwórniach materiałów
wybuchowych.

Ich

dobra

przewodność

elektryczna

i

odporność na ścieranie spowodowały, że stosuje się je na
szczotki silników elektrycznych lub przewody trakcji
elektrycznej. Ich wadą jest wysoka cena i toksyczność berylu.

Brąz

y

Miedzioni

kle

Miedzionikle

są to stopy miedzi, w których głównym

dodatkiem stopowym jest nikiel. Są one oparte na układzie
równowagi

w

którym

występuje

nieograniczona

rozpuszczalność w stanie stałym. Największe zastosowanie
znalazł stop o zawartości 19-25% Ni zwany

nikieliną

( ze

stopu CuNi25 wyrabia się monety ), który charakteryzuje się
dobrymi własnościami plastycznymi i dużą odpornością na
korozję ( także w wodzie morskiej ) oraz stop o zawartości
40% Ni zwany

konstantanem

, który jest stosowany jako drut

oporowy i do wyrobu termoelementów.

Nikielina MN25

R

m

= 290MPa

60 HB

Lutowi

a

Lutowanie ma na celu łączenie metali bez ich nadtapiania. W
zależności od temperatury topnienia lutowia dzielimy na:
a)

miękkie

- o niskiej temperaturze topnienia 180-300

0

C i

małej wytrzymałości złącza R

m

=

50 MPa, z układów Sn-Pb, Sn-

Pb-Bi, Sn-Ag, Sn-Pb-Ag, Pb-Ag.

b)

twarde

- o wyższej temperaturze topnienia ( pow. 600

0

C ) i

lepszej wytrzymałości. Są to: Cu-1% Ag, Cu-8% P, Cu- 60% Zn,
Cu-6% Sn, Ni-2% Mn.

Stopy

drukarskie

Stopy

niskotopliwe

Stopy niskotopliwe znajdują zastosowanie na bezpieczniki,
czujniki przeciw-pożarowe, odlewy precyzyjne oraz do
inkludowania zgładów metalograficznych.
Najniżej topliwy (

47

0

C

) jest stop o składzie:

44,7% Bi, 22,6% Pb, 8,3% Sn, 5,3% Cd, 19,1% In

Metale

szlachetne

Do metali szlachetnych zalicza się:

złoto

,

srebro

,

platynę

oraz

platynowce

( ruten, rod, pallad, osm i iryd ). Złoto i srebro

znalazły zastosowanie głównie w jubilerstwie, natomiast
pozostałe w technice. Złoto, srebro i platyna nie utleniają się.
Złoto i platyna są również odporne na działanie wszystkich
kwasów, a rozpuszczają się jedynie w wodzie królewskiej ( 3
obj. HCl + 1 obj. HNO

3

).

W Polsce stosowane jest złoto prób: 960 (96% Au + 4% Cu),
750, 583, 500, 375, 333 (na obrączki ślubne).
W celu nadania złotu odpowiedniej barwy wprowadza się
różne dodatki stopowe:

złoto białe

( dodatek palladu lub niklu i cynku ),

złoto

purpurowe

( dodatek aluminium ),

złoto zielone

( dodatek

srebra z kadmem ),

złoto niebieskie

(dodatek żelaza).

ZŁOTO

SREBRO

PLATYNA

Typ sieci krystalicznej

A1

A1

A1

Temperatura topnienia

1063

0

C

960

0

C

1769

0

C

Gęstość

19,3 g/cm

3

10,5 g/cm

3

21,5 g/cm

3

Twardość

20 HB

26 HB

50 HB

Przewodność elektryczna

45,6 MS/m

62,9 MS/m

10,15 MS/m

Przewodność cieplna

300 W/m·K

408 W/m·K

73,4 W/m·K