STOPY TECHNICZNE

Krzysztof

Paraszczuk

Co to jest stop ?!



Stop jest mieszaniną jednorodną metali
stopionych w odpowiedniej proporcji. Stopy
różnią się właściwościami fizycznymi
chemicznymi od pierwiastków wchodzących w
ich skład. Ich właściwości fizyczne, np.
twardość, odporność na korozję,
przewodnictwo ciepłe i elektryczne są
zazwyczaj lepsze, co uzasadnia użycie stopów
zamiast czystych metali

.

CHARAKTERYSTYKA
STOPÓW :



ŻELAZA

( Fe )



MIEDZI

( Cu )



ALUMINIUM

( Glin- Al )



CYNY

( Sn )



CYNKU

( Zn )



NIKLU

( Ni )



OŁOWIU

( Pb )

ŻELAZO

Właściwości: żelazo jest metalem

W temperaturze pokojowej jest ciałem

stałym.

Temperatura topnienia - 1535°C.

Barwa srebrzystobiała

Żelazo jest srebrzystobiałym, kowalnym i

ciągliwym metalem, jest ciężkie.

Należy do grupy żelazowców

Jest to jeden z pospolitszych pierwiastków

w skorupie ziemskiej (czwarte miejsce

jako pierwiastek pod względem

rozpowszechnienia), ogólną jego

zawartość w środowisku szacuje się na ok.

6%. Występuje w licznych rudach,

najczęściej w postaci tlenków. Znajduje się

także w wielu minerałach.

Żelazo jest aktywne chemicznie. Po

podgrzaniu pokrywa się tlenkiem.

Jest nieodporne na wpływy

atmosferyczne.

Na powietrzu pokrywa się tlenkiem żelaza

– rdzą.

Proces rdzewienia przyśpiesza duża

wilgotność. W hutnictwie metaliczne

żelazo otrzymuje się przez redukcję jego

tlenków węglem (w postaci koksu).

Stopy żelaza

Zastosowanie

Żelazo w postaci czystego pierwiastka znalazło niewiele zastosowań.

Głównie stosuje się je do wyrobu rdzeni elektromagnesów, produkcji stopów,

materiałów ściernych, farb. Izotopy 59Fe i 55Fe wykorzystywane są w badaniach

biochemicznych.

Stopy Żelaza

stal

Żelazo miesza się z węglem, aby nadać mu większą twardość i wytrzymałość.

Tak powstaje stal. Jest to stop żelaza z węglem zawierający do 2 % węgla, oraz inne

składniki np. mangan, krzem, chrom i molibden.

Stal jest głównym materiałem konstrukcyjnym. Buduje się z niej drapacze chmur, robi

zbrojenia w budynkach. Produkuje się z niej narzędzia, śrubki, łożyska, rury, samochody,

broń, i wiele innych rzeczy. Stal jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych i znanych

stopów na świecie.

Stal dostarczana jest w postaci różnorodnych wyrobów hutniczych – wlewki, pręty okrągłe,

kwadratowe, sześciokątne, rury okrągłe, profile zamknięte i otwarte (płaskowniki,
kątowniki, ceowniki, teowniki, dwuteowniki), blachy

żeliwo

odlewniczy stop żelaza z węglem (zawartość węgla – ponad 2 do 4,5 %), krzemem,

manganem, fosforem, siarką i innymi składnikami.

Żeliwo szare charakteryzujące się dobrą obrabialności, dużą odpornością na

ścieranie.

Dzięki tym własnościom jest szeroko stosowane w przemyśle maszynowym (np.

kadłuby maszyn, wały, tuleje cylindrowe).

Żeliwo białe jest twarde i kruche, słabo obrabialne.

Właściwości mechaniczne i

technologiczne stali

Granica sprężystości

określa maksymalne naprężenia po ustąpieniu których

materiał wraca do swoich pierwotnych wymiarów.

Sprężystość

rozumiana jako zdolność materiału do odzyskiwania pierwotnej

postaci po zaprzestaniu działania na niego sił powodujących odkształcenie. W
zakresie naprężeń sprężystych obowiązuje prawo Hooke’a

Udarność

, czyli odporność na obciążenia dynamiczne

Twardość

, czyli zdolność przeciwstawienia się materiału przy próbie wciskania

przedmiotów twardszych. Stal jest tym twardsza, im więcej zawiera składnika

twardego cementytu- czyli im większy jest procent węgla

Odporność

na działanie środowiska:

odporność na działanie podwyższonych i niskich temperatur
odporność na działanie czynników powodujących korozję chemiczną i

atmosferyczną

Przykłady zastosowania
stali:



karoseria samochodów



pokrycia dachu i elewacji



puszki do konserw



rury



konstrukcje budowlane



elementy mebli



wiatraki (elektrownie wiatrowe)



statki i platformy morskie.

Otrzymywanie i

zastosowanie żeliwa



Żeliwo otrzymuje się
przez przetapianie
surówki z dodatkami
złomu stalowego lub
żeliwnego w piecach
zwanych żeliwiakami.
Tak powstały materiał
stosuje się do
wykonywania
odlewów.

Przykłady zastosowania

żeliwa:



przemysł motoryzacyjny,



obudowa skrzyni biegów,



piece żeliwne, kaloryfery



inżynieria sanitarna (włazy
kanałowe, rury, wpusty
uliczne)

Miedź

Miedź ma gęstość 8,96 g/cm³ i temperaturę topnienia 1083 °C. Po wytopie i

oczyszczeniu jest miękkim metalem o bardzo dobrym przewodnictwie

cieplnym i elektrycznym. Jest dość odporna chemicznie, zalicza się do metali

półszlachetnych. Nie ulega działaniu kwasów w warunkach nieutleniających.

Stopy miedzi



Mosiądz - stop miedzi z cynkiem o większej twardości od obydwu tych pierwiastków.

Ma barwę od białej, poprzez żółtą, aż do czerwonej w zależności od składu

procentowego. Charakteryzuje się dobrymi właściwościami odlewniczymi. Różne

gatunki mosiądzu mogą zawierać dodatki ołowiu, cyny, żelaza, glinu, chromu,

manganu oraz krzemu. Służy do wyrobu części maszyn, armatury, klamek, okuć,

innych przedmiotów codziennego użytku takich jak np. świeczniki. Jest odporny na

korozję, więc może być używany do wyrobu przedmiotów, które muszą być odporne na

wodę morską, np. śrub okrętowych.



Brąz - stop miedzi z cyną (zazwyczaj; istnieją także brązy aluminiowe, krzemowe,

berylowe, manganowe i inne). Znany był już w starożytności z powodu występowania w

tych samych miejscach rud miedzi i cyny. Jest odporny na wysoką temperaturę i

korozję. Używa się go do wyrobu części maszyn, aparatury chemicznej, monet,

odlewów przedmiotów artystycznych. Jego zastosowanie ogranicza wysoka cena.



Miedzionikle - stopy miedzi i niklu, zawierające przeważnie dodatki innych

pierwiastków (krzem, żelazo, glin, mangan). Cechuje je dobra wytrzymałość

mechaniczna, odporność na korozję oraz dobre własności oporowe



Spiż to stop miedzi z cyną, cynkiem i ołowiem, czasem zaliczany do brązów. Zawiera

więcej cyny (11%) niż brąz cynowy (do 9%). Zawartości cynku i ołowiu są odpowiednio

w granicach 2-7% i 2-6%. Jest odporny na korozję i ścieranie.

Zastosowanie miedzi



Takie cechy jak odporność na korozję i możliwość ponownego

przetwarzania czyni miedź przyjaznym naturalnemu środowisku

człowieka.



Miedź stosuje się w budownictwie, szczególnie przy pokrywaniu

dachów.



Miedź znajduje także zastosowanie w świecie muzyki: w gitarach

elektrycznych, kontrabasach, saksofonach, trąbkach i puzonach.



Materiałem jubilerskim złoto i srebro staje się dopiero po stopieniu z

miedzią. Poprawia również własności mechaniczne.



Miedź jest najbardziej niezawodnym, oszczędnym oraz

najbezpieczniejszym na świecie materiałem do przesyłania energii

elektrycznej. Dzięki czemu wykorzystywana jest również na dużą skale

w elektronice (Miedź jest najlepszym nośnikiem informacyjnym.)



Z powodu dużej przewodności cieplnej, miedź znalazła zastosowanie

w przemyśle chemicznym do wyrobu chłodnic, aparatów chemicznych

i przy produkcji elementów grzejnych i wymienników cieplnych.

Zastosowanie stopów miedzi

Zastosowanie stopów miedzi:



Brąz:



Obecni brąz stosowany jest na odlewy, do wyrobu części maszyn, na stalówki do piór, oraz w

postaci sproszkowanej jako farba.



Z brązu produkuje się takie części jak łożyska, panewki, ślizgi i napędy, osprzęt parowy i

wodny, armatura chemiczna, przemysł okrętowy i papierniczy;



Z brązu wykonuje się dzwony



Brąz manganowy używany jest na części precyzyjnych aparatów wymagających wytłumienia

drgań wywołanych pracą silników, przekładni zębatych itp.



Mosiądz:



Zastosowanie mosiądzu: rury cienkościenne, szczególnie do produkcji chłodnic, wyroby

emaliowane, elementy wykonywane różnymi metodami obróbki plastycznej, oraz skrawania,

elementy zamków błyskawicznych, elementy ślizgowe, architektura;



Mosiądze stosuje się również na wyroby armatury, osprzęt odporny na wodę morską, śruby

okrętowe, okucia budowlane, np. klamki. Na elementy maszyn w przemyśle maszynowym,

samochodowym, elektrotechnicznym, okrętowym, precyzyjnym, chemicznym.



Kruchy mosiądz stosowany jest jako forma odlewnicza



Miedzionikiel i Spiż:



Stop miedzi z niklem (miedzionikiel) wykorzystywany jest w elektrotechnice



Stosowany również w produkcji będących w obiegu monetach o nominałach 10, 20, 50 gr.

oraz 1, 2,5 zł



Spiż stosowany jest głównie w rzeźbiarstwie i do wyrobu elementów ozdobnych

A L U M I N I U M

Aluminium krystalizuje w sieci A1, a więc cechuje się dużą plastycznością. W technice
aluminium nazywane jest glinem. Jest bardzo rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie
ziemskiej. Ilościowo jest na trzecim miejscu - tuż za krzemem i tlenem. Najważniejszymi
minerałami są glinokrzemiany i krzemiany, głównie: skalenie (np. ortoklaz), łyszczyki (np.
biotyt, muskowit), skaleniowce (np. nefelin) oraz produkty ich wietrzenia (np. kaolinit), a także
tlenek (korund) i wodorotlenki (hydrargilit, diaspor, bemit). Surowcami do otrzymywania glinu
technicznego (zw. aluminium) są głównie boksyt i lateryt. W przemyśle służy do produkcji
aluminium, do produkcji różnego rodzaju stopów, do produkcji maszyn ciężkich. kwalifikuje ten
metal do grupy metali lekkich. Dzięki tej własności i stosunkowo bogatemu występowaniu w
przyrodzie (ok. 7%) jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym i transporcie.
Aluminium cechuje się dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym ( gorszym niż miedź )
stąd jego zastosowanie na przewody elektryczne. Może być umacniane przez zgniot. Do
najczęstszych zanieczyszczeń aluminium należą Fe, Si, Cu, Zn, Ti, które obniżają
plastyczność i przewodnictwo elektryczne, natomiast zwiększają twardość i wytrzymałość.
Aluminium przerabia się plastycznie - walcuje (blachy, folie) lub wyciska (pręty, rury, drut,
kształtowniki).

Stopy aluminium dzieli się
na:

Stopy aluminium to tworzywa metaliczne otrzymane przez stopienie

aluminium z jednym lub większą liczbą metali (bądź z niemetalami),

celowo wytworzone dla uzyskania żądanych własności.

o

odlewnicze

Do odlewniczych zaliczamy stopy przeważnie wieloskładnikowe o większej

zawartości pierwiastków stopowych (5 – 25%), np. z krzemem (silumin); z

krzemem i magnezem, z krzemem, miedzią, magnezem i manganem, z

krzemem, miedzią, niklem, magnezem i manganem i inne. Cechują się one

dobrą lejnością i małym skurczem.

o

do obróbki plastycznej

Stopy do przeróbki plastycznej zawierają na ogół mniejsze ilości dodatków

stopowych, głównie miedź (do ok. 5%), magnez (do ok. 6%) i mangan (do

1,5%), rzadziej krzem, cynk, nikiel, chrom, tytan. Niektóre stopy aluminium

można poddawać utwardzaniu wydzieleniowemu, po którym ich własności

wytrzymałościowe nie są gorsze niż wielu stali.

CYNA

Cyna

jest najlepiej znana jako

metal pokrywający puszki
konserwowe. Bardzo cienka
powłoka cyny na stalowych puszkach z
żywnością zapobiega korozji, która
spowodowałaby popsucie się
zawartości puszki. Cyna idealnie nadaje
się do tego celu, jest bowiem
nietoksyczna, nie ulega korozji i można
nią łatwo powlekać inne metale.
Stosuje się ją jako składnik stopów, np.
lutów i brązów (stopów miedzi z cyną).

Otrzymywanie

Cyna występuje w przyrodzie w postaci złóż kasyterytu, czyli

dwutlenku cyny, SnO2.

Cynę otrzymuje się bezpośrednio z kasyterytu przez prażenie go z

węglem (koksem):

SnO2 + C ---> Sn CO2

(dwutlenek cyny + węgiel ---> cyna + dwutlenek węgla)

Cynę można następnie oczyścić metodą elektrolityczną

.

Cyna należy do grupy IVA (14)
układu okresowego pierwiastków.
Czysta cyna jest ciągliwa i
kowalna, łatwo więc można ją
formować przez walcowanie i
wyciąganie. Cyna jest metalem
srebrzystobiałym, którego
powierzchnia wygląda jak świeży
przekrój glinu, w dotyku jednak
bardziej przypomina ołów.
Wypolerowana cyna ma barwę
niebieskawą, co jest spowodowane
reakcją metalu z tlenem powietrza

.

Stopy cyny

Stopy cyny – stopy, w których cyna jest głównym
składnikiem stopowym. Najczęściej stosowanymi są
stopy cyny z ołowiem, miedzią i antymonem.
Stopy cyny stosowane są jako spoiwa do lutowania.
Ze względu na wysoką ciągliwość stopy cyny używane
są do wytwarzania folii. Stopy cyny charakteryzują się
dobrą lejnością. Używa się ich do wykonywania mało
obciążonych odlewów, w tym odlewanych ciśnieniowo.

Cynk

Cynk

metaliczny jest błękitno-białym, kruchym metalem. Na powietrzu ulega

podobnej do aluminium pasywacji. Cynk jest bardzo reaktywny zarówno w
środowisku kwaśnym jak i zasadowym, nie reaguje jednak w obojętnym
środowisku wodnym. Cynk otrzymuje się głównie z rud siarczkowych. Zużywany jest
przeważnie w elektrotechnice (do wyrobu elektrod, klisz), do wytwarzania stopów, do
cynkowania wyrobów z żelaza i stali (mosiądz). Minerałami użytecznymi cynku są:
sfaleryt i wurcyt. Bardzo często współwystępuje z ołowiem i miedzią. Rudy cynku tworzą
złoża skarnowe, hydrotermalno-żyłowe, wulkaniczno-osadowe i wietrzeniowe.

Zastosowanie

Najważniejsze zastosowanie technologiczne cynku to pokrywanie nim blach

stalowych, w celu uodpornienia na korozję. Cynk jest też składnikiem wielu
stopów, zwłaszcza z miedzią (mosiądz, brąz, tombak)

O

t

r

z

y

m

y

w

a

n

i

e

c

y

n

k

u

Cynk na skalę przemysłową otrzymuje się
metodą pirometalurgiczną bądź
hydrometalurgiczną. Proces pirometalurgiczny
polega zazwyczaj na prażeniu spiekającym
koncentratów zawierających siarczek cynku, a

następnie redukcji otrzymanego w wyniku prażenia
tlenku cynku w piecach szybowych specjalnej
konstrukcji, wyposażonych w kondensator do
szybkiego skraplania powstających par cynku.

Stopy cynku



Stopy cynku

– stopy metali, w których

głównym składnikiem jest cynk oraz

zawierające dodatki aluminium, miedzi i

manganu. Stopy cynku są tanim

substytutem miedzi stopowej. W

porównaniu do niej stopy cynku posiadają

gorsze własności wytrzymałościowe i są

mniej odporne na korozję. Ze względu na

to stosowane są tylko przy konstrukcjach

i elementach mniej wymagających.

Nikiel

Nikiel

jest dość rozpowszechnionym pierwiastkiem w przyrodzie.

Oprócz żelaza stanowi główny składnik jądra Ziemi. Można go
znaleźć również w stanie rodzimym w meteorytach. Minerałami o
znaczeniu przemysłowym zawierającymi nikiel są: pentlandyt,
milleryt, gersdorfit, nikielin, chloantyt i garnieryt. Nikiel otrzymuje się
głównie z rud siarczkowych, przerabianych na tzw. kamień niklowy.

Nikiel wykorzystuje się w metalurgii. Dodawany do stali większa jej
odporność na korozję, wytrzymałość i ciągliwość. Służy również do
niklowania – pokrywania materiałów warstwa niklu w celu podniesienia ich
wytrzymałości na korozję.

Nikiel występuje w złożach magmowo-likwacyjnych, hydroermalnych i

laterytowych.

Stanowi również produkt uboczny przeróbki niektórych rud miedzi.

Najczęściej stosowanymi

stopami niklu są:

Stopy niklu

- stopy metali, w których dominujący lub znaczny udział ma

nikiel.



Monel

- metal plastyczny, nadający się od obróbki plastycznej na zimno i

gorąco, jednocześnie posiadający bardzo dobre własności
wytrzymałościowe i wysoką odporność na korozję. Stosowany na elementy
maszyn pracujących w styczności z agresywnymi substancjami np. łopatki
turbin parowych.



Inwar

- stal specjalna posiadająca w zakresie do 100 °C współczynnik

rozszerzalności liniowej bliski zeru. Stop stosowany do produkcji
odpowiedzialnych przyrządów pomiarowych.



Alumel

- stopy stosowane na termopary.



Nitinol

- stop z pamięcią kształtu. Posiada bardzo szerokie zastosowanie

(m.in. biomedycyna)

Ołów

Pb



Ołów jest pierwiastkiem dosyć pospolitym, choć występujący w

stosunkowo niezbyt dużych ilościach. Zużywa się go przede

wszystkim do produkcji akumulatorów (40% wydobycia).

Wytwarza się z niego też osłony antypromieniotwórcze, powłoki

kabli, amunicję. Głównymi minerałami zawierającymi ołów są:

galena, cerusyt i anglezyt. Ołów metaliczny otrzymuje się głównie

z rud siarczkowych, z których przez prażenie otrzymuje się tlenek

ołowiu, poddawany redukcji koksem. Uzyskany ołów surowy,

rafinuje się elektrolitycznie.

Bardzo duże znaczenie ma odzyskiwanie ołowiu ze złomu. W

niektórych krajach odzyskany ołów wynos nawet 50% zużycia tego

surowca.

Ołów można zastąpić tworzywami sztucznymi – nieekonomicznymi

i nie ekologicznymi, dlatego dużą wagę przykłada się do coraz

lepszych metod wtórnego odzyskiwania tego surowca.

Stopy ołowiu

Stopy ołowiu

- stopy, w których ołów jest

głównym składnikiem stopowym. Najczęściej

stosowanymi są stopy ołowiu z cyną, miedzią i

antymonem. Stopy ołowiu charakteryzują się

dużą lejnością, niską temperaturą topnienia,

znaczną odpornością na korozję szczególnie w

środowiskach agresywnych jak woda morska czy

kwas siarkowy lub solny (wynika to z zupełnej

nierozpuszczalności chlorków i siarczanów

ołowiu). Z uwagi na wysoką toksyczność ołowiu i

jego związków oraz fakt że ołów jest roztwarzany

przez kwasy organiczne (np. octowy) jego

używanie w branży spożywczej jest zabronione

nawet w postaci dodatków stopowych.

Stopy ołowiu c.d.



Stopy ołowiu z domieszką antymonu - stosowane na

powłoki kabli, podkładki i uszczelki oraz do produkcji

śrutu i akumulatorów.



Stopy ołowiu z antymonem - stosowane na aparaturę

chemiczną, anody do galwanizacji. Przy większych

zawartościach antymonu także na elementy pomp

tłoczących kwasy.



Stopy ołowiu z antymonem z domieszką arsenu i berylu-

stosowane na elementy akumulatorów.



Stop ołowiu z antymonem z domieszką kadmu –

stosowany na powłoki kabli.



Stopy ołowiu z antymonem i cyną - stosowane jako stopy

drukarskie.

KONIEC !!!

DZIĘKUJE ZA UWAGE

  