MIEDŹ JEJ WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIE KOROZJA.

Miedź jest metalem krystalizującym w układzie regularnym ściennie centrowa­nym (typu Al) o tempe­raturze topnienia 1083'C i o gęstości większej od żelaza, wynoszącej 8,9 Mg/m3. Ma niski poziom właściwości wytrzymałościowych i dobre właściwości plastyczne. Jej orientacyjne właściwości me­chaniczne to: granica pla­styczności Re 60 MPa, wytrzymałość na rozciąganie Rm 230 MPa i twar­dość 30 HB, wydłużenie A10 50% i przewężenie Z 90%. Umocnić czystą miedź można jedynie w wyniku zgniotu. Po 60-proceniowym zgniocie Re i Rm, wzrastają do około 400 MPa, a twardość do ponad 100 HB. Natomiast właściwości plastyczne po zgniocie ulegają pogorszeniu, Na pogorszenie właściwości plastycznych ma także wpływ zanieczysz­czenie innymi pierwiastkami, takimi jak anty­mon, arsen, bizmut, fosfor, ołów i tlen. Miedź ma największą po srebrze przewodność elektryczną oraz bardzo dobrą przewodność cieplną. Przewodność elektryczna zależy od czystości miedzi. Najsil­niej zmniejszają ją zanieczyszczenia fosforem, krzemem i żelazem. Do zalet miedzi należy również jej dobra odporność na korozję. Jest ona prawie całkowicie odporna na działanie wody mor­skiej, gorsza jest jej odporność na zwykłą wodę, zawierającą dwutlenek węgla i tlen. W wyniku dzia­łania wilgotnego powietrza na powierzchni miedzi tworzy się warstwa patyny, która jest zasadowym węglanem miedzi i chroni ją w pewnym stopniu przed dalszą korozją. Miedz nie jest natomiast od­porna na działanie atmosfery przemysłowej zawierającej dwutlenek siarki, gdyż tworząca się warstwa zasadowego siarczanu miedzi nie chroni przed korozją.

Zastosowanie miedzi technicznie czystej zależy od ilości zawartych w niej zanie­czyszczeń. W normie produkowane w Polsce gatunki miedzi dzieli się zależnie od czystości oraz sposobu wytwarzania: od najczystszej 99,99% do 99,0%. Miedź o największej czystości ze względu na jej bardzo dobrą prze­wodność elektryczną stosuje się w elektronice, a o nieco gorszej czystości, około 99,9%, na prze­wody elek­trotechniczne. Z gatunków o mniejszej czystości wykonuje się w przemyśle che­micznym i energetyce cieplnej części skraplaczy, wymienników cieplnych, chłodnic, a także pokrycia dachów zabytkowych budowli, urządzenia pracujące w obniżonej temperaturze.

Miedź bardzo często jest wykorzystywana jako dodatek stopowy do niektórych stali, staliw i żeliw oraz do stopów aluminium, cynku, stopów łożyskowych i do sto­pów złota i srebra. Jest również składnikiem wielu materiałów spiekanych. Jednak najszersze zastosowanie znalazła miedź jako składnik podstawowy stopów technicz­nych.

Stopy miedzi

Stopy miedzi są po stalach i stopach lekkich najczęściej stosowanymi stopami technicznymi. Więk­szość tych stopów można podzielić ze względu na strukturę na dwie grupy:- stopy o jednofazowej strukturze roztworu stałego na bazie miedzi (w przypad­ku mniejszych za­wartości dodatku stopo­wego) lub ciągłego roztworu stałego (w sto­pach z niklem, manganem, zlotem, platyną i palladem), - stopy o strukturze dwu- lub wielofazowej przy większych zawartościach do­datku stopowego.

Stopy o strukturze roztworu stałego mają dobre właściwości plastyczne i dzięki temu mogą być obra­biane plastycznie na zimno, natomiast stopy dwu- i wielofazowe są stosowane w stanie lanym, a rza­dziej obrabiane plastycznie na gorąco.

Najważniejsze stopy miedzi to mosiądze i brązy zawierające następujące pod­stawowe dodatki sto­powe: mosiądze do 45% cynku, brązy cynowe do 11% cyny, brązy aluminiowe do 10% aluminium,

brązy niklowe (zwane miedzioniklami) do 40% niklu, brązy ołowiowe do 35% ołowiu, brązy manga­nowe do 14% manganu, brązy krzemowe do 4% krzemu, brązy berylowe do 2,5% berylu.

Mosiądze

Mosiądze są najbardziej rozpowszechnionymi stopami miedzi. Cynk, który jest tańszy od miedzi, ob­niża cenę stopu. Mosiądze zawierają od kilku do 45% cynku oraz mogą zawierać dodatek jednego lub kilku pierwiastków w ilości od 0,5 do 5%; ołowiu, manganu, aluminium, żelaza, krzemu i niklu. Zgodnie z wykresem równowagi ze względu na strukturę mosiądze można podzielić na dwie grupy:

mosiądze o strukturze α zawierające do 38% cynku oraz o strukturze α + β` zawie­rające od 38 do 45% cynku.

Faza α jest roztworem cynku w miedzi o sieci regularnej ściennie centrowanej (A1). Rozpuszczal­ność cynku w roztworze a zwiększa się od 32% w temperaturze 902°C do 38% w 400°C. W związku z tym mosiądze o zawartości 32 - 38% Zn (czyli o strukturze α) bezpośrednio po zakrzepnięciu mają strukturę dwufazową α+β i podczas chłodzenia faza β całkowicie rozpuszcza się w roztworze α. Faza β jest roztworem stałym na bazie fazy międzymetalicznej CuZn i krystalizuje w ukła­dzie regularnym przestrzennie centrowanym (A2). Ułożenie atomów cynku i miedzi jest nieuporządkowane, tzn. atomy każdego z tych pierwiastków mogą zajmować dowolne położenie w sieci krystalicznej. Podczas chło­dzenia, w temperaturze około 450°C, faza β ulega uporządkowaniu, tworząc fazę β', która jest upo­rządkowanym roztworem stałym. Uporządkowanie polega na zajmowaniu przez atom cynku cen­tral­nego położenia w sieci krystalicznej. Przemiana nieporządek —» porządek zawsze prowadzi do po­lepszenia właściwości wytrzymałościowych i pogorszenia plastycznych. Faza β, mająca mniejszą twardość niż faza α w tej samej temperaturze, pod­czas chłodzenia przemienia się w twardą i kruchą fazę β'. Ze względu na dużą kru­chość nie stosuje się mosiądzów o jednofazowej strukturze β'. Mo­siądze, podobnie jak miedź, mają dobrą odporność na korozję, szczególnie w wodzie morskiej. Ele­menty mosiężne można łatwo łączyć za pomocą lutowania miękkiego (lutami cynowymi), twardego (lutami srebrnymi) oraz spawania gazowe­go.

Mosiądze do obróbki plastycznej na zimno

Mosiądze przeznaczone do obróbki plastycznej na zimno zawierają od 4% do 38% cynku i mają strukturę roztworu stałego α. Wraz ze wzrostem za­wartości cynku w mosiądzu wzrasta jego twardość od 40 HB (4% Zn) do 56 HB (20% Zn). Dalszy wzrost zawartości cynku do 38% nie wpływa już na zmianę twar­dości. Podobnie dzieje się z granicą plastyczności Re (wzrost odpowiednio od 70 MPa do 100 MPa) i wytrzymałością na rozciąganie Rm (wzrost od 230 do 320 MPa). Natomiast wydłuże­nie A zmienia się w inny sposób. Początkowo ze wzrostem udziału cynku zmniejsza się, a następnie (od 16% Zn) wzrasta i uzyskuje maksimum przy zawartości 32% cynku. Wydłużenie A10 osiąga wówczas wartość 67%, większą niż dla czystej miedzi. Z tego względu mosiądze o tej zawartości cynku mają najlep­szą tłoczność. Obróbka plastyczna na zimno powoduje umocnienie materiału, tzn. polepszają się właściwości wytrzymałościowe, a pogarszają plastyczne. I tak np. dla mosiądzu o za­wartości 37% cynku wraz ze wzrostem stopnia zgniotu od 0 do 80% twardość wzrasta z 56 HB do 180 HB, granica plastyczności Re, ze 100 MPa do 700 MPa i wytrzymałość na rozciąganie Rm z 320 MPa do 750 MPa, a wydłużenie A 10 zmniej­sza się z 63% do 5%. Umocnienie jest spowodowane wzrostem gęstości dyslokacji zachodzącym podczas odkształcenia materiału. Gdy dyslokacji jest dużo, blokują się wzajemnie i utrudniają przemieszczanie się, a tym samym powodują wzrost naprę­żenia koniecznego do odkształcenia materiału. Mosiądze oznacza się w dwojaki sposób: znakiem lub cechą. Znak mo­siądzu tworzy się za pomocą symboli chemicznych. Pierwszym symbolem jest sym­bol chemiczny metalu zasadni­czego, czyli w przypadku mosiądzów jest to miedź. Następnie podaje się w kolejności malejącej zawartości symbole poszczególnych składników sto­powych wraz z ich procentowym udziałem. Na przykład, mosiądz o znaku CuZn40Mn1,5 zawiera oprócz 40% cynku dodatkowo 1,5% manga­nu. W przypadku mosiądzów o większej ilości dodatków stopowych znak taki jest niewygodny w użyciu i dlate­go oprócz znaku gatunek mosiądzu oznacza się za pomocą cechy. Składa się ona z litery M i liczby oznaczającej procentową zawartość miedzi. Jeśli mosiądz jest sto­pem wieloskładniko­wym, pomiędzy literę M i liczbę wstawia się symbol

najważniejszego po cynku składnika. I tak, mosiądz o znaku CuZn40Mn1,5 ma cechę MM58. W normie PN-92/H-87025 rozróżnia się 23 gatunki mosiądzów do obróbki plastycznej, z których 14 jest przeznaczonych do obróbki plastycznej na zimno. Wśród nich jest 10 mosiądzów dwuskładniko­wych, tzn. składających się tylko z miedzi i cynku. Pozostałe zawierają dodatkowo takie składniki stopowe, jak ołów, mangan, żelazo, aluminium, cyna, krzem i nikiel. Ołów poprawia skrawalność, lecz przy za­wartościach większych niż 2% pogarsza właściwości tak plastyczne, jak i wytrzy­mało­ściowe. Mangan oraz aluminium i żelazo, z którymi mangan zazwyczaj jest do­dawany, zwiększają granicę plastyczności i wydłużenie. Żelazo dodatkowo wpływa na rozdrobnienie ziarna. Nikiel nato­miast zwiększa wydłużenie, udarność i wytrzy­małość w podwyższonej temperaturze.

Mosiądze do obróbki plastycznej na zimno są wyrabiane w postaci taśm, pła­skowników, blach, dru­tów, prętów lub rur. Z tych półwyrobów mosiężnych o za­wartości cynku do 1-5% (np. M95, M90, M85) wykonuje się rurki włoskowate, rurki chłodnic, wężownice, membrany manometrowe, łuski amunicji małokalibrowej; z mosiądzów średniocynkowych (15 - 30% Zn), takich jak MA77 czy M70, rury do skraplaczy, wyroby otrzymywane przez precyzyjne głębokie tłoczenie, np.: łuski ar­matnie, wyroby artystyczne. Mosiądze o zawartościach cynku 30-38% stosuje się na części obrabiane pla­stycznie, które następnie są poddawane skrawaniu, np. części zegarów, nity, nakrętki do szprych rowerowych, a także rury do chłodnic samocho­dowych. Mo­siądze do obróbki plastycznej na gorąco

Mosiądzów o większej zawartości cynku niż 38% nie można obrabiać plastycznie na zimno. Mają one strukturę dwufazową α+β. Ze względu na obecność kruchej fazy β` twardość wzrasta do około 80 HB, wytrzymałość na rozciąganie Rm do 500 MPa, natomiast granica plastyczności tylko nie­znacznie się zwiększa, a właściwości plastyczne drastycznie maleją: wydłużenie spada poniżej 20%. Natomiast po podgrzaniu do temperatury powyżej 454°C (tem­peratura przemiany porządek -> niepo­rządek) zamiast fazy β' pojawia się faza β, której twardość jest mniejsza niż fazy α. Mosiądz o takiej strukturze bardzo łatwo obrabia się plastycznie. Mosiądzami przeznaczonymi do obróbki plastycznej na gorąco są np. M60, M058, MA58. Są one dostarczane w postaci takich samych półwyrobów jak mo­siądze do przeróbki plastycznej na zimno. Wykonuje się z nich za pomocą obróbki plastycznej różne odkuwki precyzyjne, np. śruby z wygniatanym gwintem, a także części obrabiane skrawaniem po obróbce plastycznej. Z mosiądzu MA58 wykonuje się części odporne na ścieranie lub silnie obcią­żone statycznie.

Mosiądze odlewnicze

Mosiądze odlewnicze mają, podobnie jak mosiądze przeznaczone do obróbki pla­stycznej na gorąco, strukturę dwufazową α+β'. Różni się ona jednak kształtem zia­ren ze względu na krzepnięcie dendry­tyczne po odlaniu. Dendryty są to kryształy o najczęściej wydłużonym lub przestrzennie rozbudowa­nym kształcie; kry­stalizują w cieczy, krzepnąc jako pierwsza faza stała. Bardzo często ich skład od­biega od równowagowego i prowadzi do segregacji chemicznej, co pogarsza właści­wości odlewu. Wytrzymałość na rozciąganie mosiądzów odlewniczych jest nieco mniejsza niż mosiądzów o struk­turze α+β` przerobionych plastycznie i mieści się w granicach 300 - 500 MPa przy wydłużeniu A10 w granicach 5 - 20% i twardości 70 - 120 HB.

Wszystkie mosiądze odlewnicze są stopami wieloskładnikowymi. Oprócz cynku zawierają również ołów, mangan, aluminium, żelazo i krzem. Zawartość tych dodat­ków jest większa niż w mosiądzach do obróbki plastycznej. W przypadku zbyt dużej zawartości dodatku stopowego oprócz faz α+β' możliwe jest pojawienie się dodat­kowej fazy, której obecność negatywnie wpływa na właściwości stopu. System oznaczania gatunków jest identyczny we wszystkich grupach mosiądzów i np.: mo­siądz odlewniczy MM47jest mosiądzem manganowo-ołowiowo-żelazowym o znaku

CuZn43Mn4Pb3Fe. Mosiądze odznaczają się dobrą lejnością, osiągającą maksimum dla zawar­tości 38% Zn. Dobra lejność oznacza, że płynny metal dobrze wypełnia małe przekroje formy. Od­lewy z mosiądzów stosuje się na wiele części maszyn, np.: obudowy, czę­ści trące w budowie silni­ków i maszyn narażone na ścieranie, łożyska ślizgowe. Dzięki temu, że odlewy są zwarte, nie zawie­rają porów, z mosiądzów można wykonywać na armaturę hydrauliczną i gazową, a dzięki odporno­ści korozyjnej znajdują zastosowanie w przemyśle okrętowym.

OBRÓBKA CIEPLNA MOSIĄDZÓW.

Mosiądze poddaje się następującym zabiegom obróbki cieplnej: wyżarzaniu ujednoradniającemu, rekrystalizującemu i odprężającemu.

Najczęściej stosuje się wyżarzanie rekrystalizujące. Poddaje się mu mosiądze o strukturze α obra­biane plastycznie na zimno. Celem tego wyżarzania jest usunięcie umocnienia spowodowanego zgniotem i umożliwienie ewentualnej dalszej obróbki plastycznej. Temperatura wyżarzania zależy od gatunku mosiądzu i stopnia zgniotu i wynosi od 450°C (dla dużego stopnia zgniotu) do 650°C. Czas i temperatura wy­żarzania muszą być tak dobrane, by nie nastąpił rozrost ziaren pogarszający podat­ność mosiądzu na dalszą obróbkę plastyczną. Rozrost ziaren szczególnie łatwo za­chodzi w przy­padku małego stopnia zgniotu.

Mosiądze poddane obróbce plastycznej na zimno i nierekrystalizowane powinno się wyżarzać od­prężająco. Celem tego wyżarzania jest zmniejszenie w materiale na­prężeń wewnętrznych, które mogą być przyczyną korozji naprężeniowej. Wyżarza­nie prowadzi się w temperaturze 200 - 300°C, zależnie od gatunku i stopnia zgniotu w czasie do kilkunastu godzin. Warunki wyżarzania muszą być tak dobrane, by nie zaszła rekrystalizacja materiału, co prowadziłoby do niepożądanego zmniejsze­nia umocnienia.

Naprężenia wewnętrzne mogą się czasem pojawić także w odlewach i wtedy również stosuje się wyżarzanie odprężające.

Korozja mosiądzów

Mosiądze wykazują dodrą odporność na korozję atmosferyczną oraz w środowisku wody morskiej i wodociągowej, ulegają natomiast korozji naprężeniowej i odcynkowaniu.

Korozja naprężeniowa, zwana pękaniem sezonowym, polega na nagłym pękaniu, bez widocznego powodu, zazwyczaj wzdłuż granic ziaren. Przyczyną tej korozji jest działanie dwóch czynników: na­prężeń w materiale oraz korozyjnego środowiska. Naprężenia mogą występować po obróbce pla­stycznej na zimno jako naprężenia własne lub wskutek działania sil zewnętrznych podczas pracy elementu. Najbardziej niebezpiecznym środowiskiem jest amoniak lub jego pary.

Odcynkowanie jest rodzajem korozji elektrochemicznej. Gdy mosiądz znajdzie się w elektrolicie (zawierającym szczególnie chlor), jego oba składniki - miedź i cynk -przechodzą do roztworu, z któ­rego następnie wydziela się miedź w postaci gąbcza­stej. Po wytrąceniu miedzi korozja ulega przy­spieszeniu, nie jest ona jednak widocz­na, gdyż nie następuje zmiana kształtu przedmiotu. W wyniku korozji właściwości wytrzymałościowe gwałtownie się pogarszają. Korozji podlegają głównie mosią­dze dwufazowe, w których rozpuszczeniu ulega faza β`; z jednofazowych tylko zawie­rające więcej niż 20% cynku. Odcynkowanie może zachodzić również miejscowo i korozja ta przyjmuje postać wżerową. Odporność mosiądzów na korozję zwiększają takie pierwiastki, jak aluminium, arsen, nikiel i cyna.

Brązy cynowe

Stopy miedzi z cyną nazywa się brązami cynowymi. Są to najstarsze stopy sto­sowane przez czło­wieka i do dzisiaj nie straciły znaczenia. Ich cena jest wyższa niż mosiądzów ze względu na cenę cyny, która jest droższa od cynku i miedzi. Dla ob­niżenia kosztu brązu część cyny zastępuje się cza­sem cynkiem. Stopy takie nazywa­no dawniej spiżami, a obecnie brązami cynowo-cynkowymi.

Brązy cynowe zawierają od 1 do 11% cyny, mogą także występować dodatki ta­kich pierwiastków, jak cynk, ołów, mangan i fosfor w ilości od dziesiętnych do kilku procent. Ze względu na strukturę można je podzielić na dwie grupy: brązy o strukturze roztworu stałego α, zawierające do 7% cyny, oraz o strukturze α + eutektoid (α + δ), zawierające powyżej 7% cyny. Roztwór α jest roztworem sta­łym cyny w miedzi. Eutektoid jest mieszaniną roztworu α i fazy δ. Faza δ jest roztwo­rem stałym na bazie fazy międzymetalicznej o wzorze Cu31Sn8. Faza δ ma twardość dużo większą (około 300 HB) niż roztwór α (70 - 110 HB). Według wykresu rów­nowagi eutektoid ten nie powinien występować, lecz z powodu niejednorodności składu chemicznego po odlaniu występuje on już przy mniejszych za­wartościach cy­ny.

Brązy cynowe do obróbki plastycznej na zimno

Brązy cynowe do obróbki plastycznej na zimno mają strukturę roztworu stałego α i zawierają od 2 do 8% cyny. Ze wzrostem zawartości cyny od 2 do 8% twardość brązów się zwiększa od 60 HB do 100 HB. Podobnie się zmienia granica plastyczności i wytrzymałość na rozciąganie: Re wzrasta od 100 do 160 MPa, a Rm od 300 do 400 MPa. Wzrasta też wydłużenie A10 z 50% do ponad 70%, co jest zja­wiskiem nietypowym.

W wyniku zgniotu na zimno brązy silnie się umacniają. Ich granica plastyczności oraz wytrzyma­łość na rozciąganie wzrastają po 60-procentowym odkształceniu do około 750 MPa, a twardość do 150 HB. Wydłużenie, przewężenie i udarność gwał­townie się zmniejszają już po 20-procentowym zgniocie i np.: wydłużenie A10 osiąga wartość zaledwie 10%.

System oznaczania brązów jest po­dobny do oznaczeń mosiądzów. Znak brązu tworzy się iden­tycznie: na po­czątku występuje symbol chemiczny metalu zasadniczego, następnie sym­bole dodat­ków stopowych w kolejności malejącej zawartości wraz z liczbą mówiącą o średniej zawartości tego pierwiastka. Cecha brązu cynowego składa się z litery B oznaczającej brąz oraz liczby wskazującej na procentową zawartość cyny. W przypadku brązów zawierających także ołów i cynk kolej­ne liczby oznaczają zawartość tych pierwiastków. Zgodnie z tymi oznacze­niami brąz cynowy CuSn4Pb4Zn3 ma cechę B443.

Według normy PN-92/H-87050 brązami cynowymi przeznaczonymi do obróbki plastycznej na zimno są, oprócz wymienionego wcześniej brązu wieloskładnikowego B443, brązy dwuskładnikowe CuSn2 (B2), CuSn4 (B4), CuSn6 (B6) i CuSn8 (B8). Wszystkie one są produkowane w postaci blach, pasów, taśm, rur, drutów i prętów. Wytwarza się z nich rurki i sprężyny manometryczne, membrany, sita, śruby, giętkie węże, połączenia wtykowe, elementy przyrządów kontrolnych i pomiarowych oraz części dla przemysłu chemicznego i precyzyjnego. Brąz B443 dodatkowo ma więk­szą odporność na ścieranie i z tego względu stosuje się go na elementy ślizgowe. Brązy nadają się do łączenia przez lutowanie i spawanie.

Odlewnicze brązy cynowe

Odlewnicze brązy cynowe mają strukturę składającą się z roztworu stałego α i eutektoidu (α + δ). Zawierają one 9 - 11% cyny. Obecność eutektoidu zawierającego twardą rażę δ zwiększa jego kru­chość, co uniemożliwia obróbkę pla­styczną na zimno tych brązów.

Brązy cynowe są dobrym materiałem odlewniczym. Mają mały skurcz odlewni­czy (poniżej 1%) i dobrą lejność. Pewną wadą tych brązów jest to, że odlewy nie mają ścisłej budowy, zawierają rzadzi­zny i pory skurczowe rozsiane w całej objęto­ści stopu. Inną wadą jest skłonność do silnej segregacji dendrytycznej, a także do se­gregacji strefowej polegającej na tym, że zawartość cyny w strefie ze­wnętrznej wlewka jest większa niż w jego części środkowej. W brązach może też wystąpić se­grega­cja ciężarowa związana z różnicą gęstości miedzi i cyny (gęstość miedzi 8,9 Mg/m³, cyny 7,3 Mg/m³).

Wytrzymałość brązów odlewniczych bezpośrednio po odlaniu jest mniejsza niż brązów do ob­róbki plastycznej mimo większej zawartości dodatków stopowych. Wyższy poziom właściwości wy­trzymałościowych uzyskuje się po obróbce cieplnej.

Wśród brązów odlewniczych zawartych w PN-91/H-87026 tylko jeden jest brą­zem dwuskładniko­wym. Jest to brąz B10 (CuSn1O) zawierający 10% cyny. W skład pozostałych brązów oprócz cyny wchodzą takie dodatki stopowe, jak ołów, cynk, nikiel lub fosfor. Fosfor i ołów polepszają w dużym stopniu odporność na ścieranie, sam ołów polepsza dodatkowo lejność brązów, ale pogarsza nieco właściwości wytrzymałościowe.

Brązy odlewnicze stosuje się na części maszyn narażone na ścieranie, np. na pa­newki, napędy, łożyska, ślimacznice, pierścienie uszczelniające, a także na części narażone na korozję stosowane w przemyśle chemicznym, papierniczym i okręto­wym. Dodatkowo brązy te są odporne na działanie podwyższonej temperatury około 200 - 300°C.

Obróbka cieplna brązów cynowych

Brązy cynowe są poddawane wyżarzaniu rekrystalizującemu i ujednoradniającemu.

Wyżarzanie rekrystalizujące stosuje się - podobnie jak w przypadku mosiądzów - do stopów o strukturze a przerobionych plastycznie na zimno. Celem tego wyża­rzania jest odzyskanie pogorszo­nych wskutek zgniotu właściwości plastycznych, co umożliwi dalszą obróbkę plastyczną. Wyżarzanie to prowadzi się w temperaturze od 500°C do 650°C w zależności od składu chemicznego i stopnia zgniotu w czasie około l h.

Wyżarzaniu ujednoradniającemu poddaje się przede wszystkim brązy odlewni­cze, a prowadzi się je w temperaturze 650 - 750°C w czasie od kilku do kilkunastu godzin. Wyżarzanie to ma na celu wy­równanie składu chemicznego i struktury w całym przekroju materiału, niejednorodnego z powodu silnej segregacji chemicznej odlewów. Niektóre z brązów (np. brązy aluminiowe) można obrabiać cieplnie w sposób typowy dla stali, tzn. można przeprowadzać hartowanie i odpuszczanie. Tempe­ratura hartowania waha się w pobliżu 700°C, odpuszczanie prowadzi się w około 300°C. Po takiej obróbce cieplnej właściwości wytrzymałościowe wyraźnie wzrastają.

Metale lekkie

Do lekkich zalicza się metale o małej gęstości, parokrotnie mniejszej niż gęstość żelaza. Należą do nich aluminium, beryl, magnez i lit. Największe zastosowanie znalazły stopy na bazie aluminium i magnezu.

Aluminium, jego właściwości i zastosowanie

Aluminium jest metalem krystalizującym w układzie regularnym ściennie centrowanym (typu A1) o dosyć niskiej temperaturze topnienia, wynoszącej 660°C. Gęstość aluminium jest trzykrotnie mniej­szą niż żelaza i wynosi 2,7 Mg/m³. Właściwości wytrzymałościowe czystego aluminium są niewielkie, ale ma ono dobre właściwości plastyczne: granica plastyczności Re osiąga około 35 MPa, wytrzy­małość na, rozciąganie Rm około 110 MPa, twardość do 25 HB, wydłużenie A10 około 45% i' prze­wężenie Z około 95%. W wyniku 50-procentowego zgniotu na zimno granica plastyczności i wytrzy­małość na rozciąganie wzrastają odpowiednio do 130 i 150 MPa, wydłużenie natomiast zmniejsza się do 10%. Przewodność elektryczna i ciepl­na aluminium jest duża, jednak około dwukrotnie gorsza niż miedzi. Aluminium ulega samorzutnej pasywacji polegającej na tworzeniu się na po­wierzchni cienkiej, lecz bardzo szczelnej i silnie przylegającej do metalu warstwy tlenku Al2O3. Warstwa ta, nierozpusz­czalna w wodzie, nie przepuszcza atomów tle­nu i chroni metal przed dalszym utlenianiem. Szybkość tworzenia się tej warstewki jest tak duża, że praktycznie powierzchnia aluminium nigdy nie jest meta­liczna.

Oprócz odporności na utlenianie aluminium jest też odporne na działanie stężo­nego kwasu azoto­wego i suchych gazów, takich jak amoniak, chlor, dwutlenek wę­gla i dwutlenek siarki. Nieodporne jest natomiast na działanie wodorotlenków sodu, potasu i wapnia oraz kwasów beztlenowych (flu­orowodorowego i solnego). Zastosowanie aluminium zależy od jego czystości. W normie PN-79/H-82I60 rozróżnia się 8 gatunków aluminium o różnej czystości. Najczystsze gatunki uzy­skane dzięki rafinacji o czystości 99,99 i 99.95% (oznaczane ARI i AR2) - sto­suje się do budowy specjalnej apa­ratury chemicznej, na wyroby elektrotechniczne i elektroniczne. Aluminium hutnicze o czystości 99.8 i 99,7 (cechaA00 i A0) wyko­rzystuje się do produkcji folii na części aparatury chemicznej oraz do pla­terowania. Wyroby ogólnego przeznaczenia produkuje się z aluminium o najmniejszej czystości 99,9 i 99% (cecha Al i A2). Ze specjalnych gatunków A0E i A1E o czystości 99,7 i 99,5% wykonuje się przewody elektryczne. 0znaczenie gatunków aluminium według normy PN-EN-573 jest zgodne z ozna­czeniami stosowanymi w Unii Europejskiej i składa się z liter EN AW i czterech cyfr. Litera A oznacza podstawowy składnik, którym jest aluminium, W oznacza materiał do przeróbki plastycznej. Pierwszą cyfrą Jest l, oznacza ona czyste alumi­nium, tzn. minimum 99,00% Al. dwie ostatnie okre­ślają czystość i odpowiadają pierwszym dwóm cyfrom po przecinku. Jeśli w oznaczeniu na drugim miejscu jest zero, oznacza to, że granice zawartości poszczególnych zanieczyszczeń są typowe, a występujące tam cyfry od I do 9 wskazują na szczególną kontrolę jednego lub więcej pojedynczych zanieczyszczeń. Dodatkowo dopuszcza się oznaczenie czysto­ści w nawiasach kwadratowych, np. aluminium o największej czystości oznacza się EN AW - 1199 [Al 99,99], a o najmniejszej EN AW - 1070 [Al 99.7]. Jeśli w alu­minium występuje niewielki dodatek jakiegoś pierwiastka, to jego symbol chemiczny umieszcza się w nawiasie: EN AW - 1100 [Al 99,OCu].

Magnez, jego właściwości i zastosowanie

Magnez jest metalem lżejszym od aluminium. Jego gęstość wynosi 1.74 Mg/m³. Krystalizuje w układzie heksagonalnym zwartym. Temperatura topnienia i właści­wości wytrzymałościowe magnezu są prawie identyczne z temperaturą topnienia i właściwościami aluminium, magnez ma jednak dużo gorsze właściwości plastyczne (np. wydłużenie A 10 tylko 7%).

Magnez odznacza się dużą aktywnością chemiczną. W wilgotnym powietrzu i w wielu roztworach wodnych pokrywa się warstewką porowatego wodorotlenku, która ze względu na brak szczelności nie chroni metalu przed dalszą korozją. Ma­gnez nagrzany do wysokiej temperatury gwałtownie łączy się z tlenem i tworzy tle­nek MgO. Nie jest też odporny na działanie kwasów i wielu związków che­micznych.

Zastosowanie czystego magnezu jest niewielkie, jedynie w przemyśle chemicznym. Głównie jest wykorzystywany do wyrobu stopów o osnowie magnezowej lub Jako dodatek stopowy do stopów aluminium, miedzi, niklu i innych. W normie PN-79/H-82161 rozróżnia się dwa gatunki magnezu: o czystości 99.9% i 99,95%

Stopy aluminium do obróbki plastycznej

Głównym dodatkiem stopowym stopów aluminium przeznaczonych do obróbki plastycznej na zimno i na gorąco są miedź, magnez mangan, cynk lub od niedawna także lit. Dodatkowo w mniej­szych ilościach mogą występować nikiel, żelazo, chrom, tytan i krzem. Wszystkie te dodatki zwięk­szają właściwości wytrzymało­ściowe stopów, głównie przez tworzenie w strukturze roztworu stałego twardych wydzieleń faz międzymetalicznych. Większość z tych dodatków, takich jak miedź, krzem, magnez, cynk i mangan, rozpuszcza się w aluminium, tworząc ograniczony roztwór stały. W roztwo­rze takim wraz ze spadkiem temperatury znacznie zmniejsza się rozpuszczalność danego pier­wiastka, często od kilku procent w podwyższonej temperaturze do setnych części procentu w tempe­raturze pokojowej, a pierwiastek ten wydziela się w postaci fazy międzymetaliczne.

Stopy aluminium do obróbki plastycznej są szeroko wykorzystywane na elementy konstrukcji lot­niczych, samochodowych, okrętowych, elementy budowlane, w urzą­dzeniach przemysłu chemicz­nego i spożywczego, na przewody elektryczne.

Duraluminium

Duraluminium lub dural są handlowymi nazwami stopów aluminium z miedzią. Nazwa pochodzi od francuskiego słowa dur, które znaczy twardy. Duraluminium jest zatem „twardym aluminium". Poza miedzią, której zawartość w zależności od gatunku wynosi 2 - 4,9%, w duraluminium występuje też magnez (0,3 - 1,8%) i mangan (0,4- 1,1%). Według dotychczasowych oznaczeń były to stopy od PA6 do PA8 iodPA21 do PA25, według nowych - stopy z serii 2xxx.

---