1. Właściwości i zastosowanie czystego aluminium.

ALUMINIUM - techniczny glin

Metal lekki, srebrzystobiały, kowalny. Dobry przewodnik ciepła i elektryczności. Wykazuje dużą odporność na korozję. Na powietrzu pokrywa się cienką warstwą tlenku 〖Al〗_2 0_3 chroniącą przed korozją atmosferyczną, działaniem wody, stężonego kwasu azotowego, licznych kwasów organicznych, a także siarkowodoru. Kwasy redukujące HCl, HF, woda morska, pary i jony rtęci powodują przyspieszenie korozji. Rozpuszczając się w kwasach tworzy sole glinowe, a w mocnych zasadach - hydroksygliniany. Bezpośrednio reaguje z tlenem, fluorowcami, a w temperaturze powyżej 700 °C także z azotem, węglem i siarką. W celu zwiększenia odporności na korozję aluminium może być poddane tzw. anodowaniu, tj. elektrolitycznemu procesowi wytworzenia powłoki tlenkowej, połączonemu z barwieniem powierzchni metalu na różne kolory. Glin zajmuje trzecie miejsce pod względem zawartości w skorupie ziemskiej.

Stosunkowo niskie właściwości mechaniczne czystego aluminium ograniczające jego zastosowanie jako materiału konstrukcyjnego można zwiększyć nawet kilkakrotnie przez wprowadzenie dodatków stopowych oraz obróbkę cieplną stopów.

Zastosowanie:

Aluminium o określonej czystości:

na przewody elektryczne

do produkcji stopów

na urządzenia dla przemysłu spożywczego

do produkcji wyrobów codziennego użytku

na opakowania artykułów spożywczych - folia

w elektronice i elektrotechnice

do budowy specjalnej aparatury chemicznej

do aluminiowania

do odtleniania stali

Aluminium w stanie sproszkowanym do:

wydzielania niektórych metali z ich tlenków

wytwarzania wysokiej temperatury (aluminotermia)

farb ochronnych

wyrobu materiałów wybuchowych i ogni sztucznych

Umacnianie wydzieleniowe aluminium

Jest to obróbka cieplna stopów aluminium składająca się z dwóch etapów: przesycania i starzenia

1) przesycania -> przesycanie polega na nagrzaniu stopu do maksymalnej temperatury rozpuszczalności drugiego składnika (powyżej linii solidus) i szybkim oziębieniu w wodzie. Otrzymujemy metastabilny (czyli stabilny w pewnych określonych warunkach) przesycony roztwór stały.

2) starzenie -> może odbywać się samorzutnie (starzenie naturalne) lub przyśpieszone (starzenie sztuczne) w wyniku podgrzania do temp. niżej od temp. przesycania. W wyniku starzenia wydziala się nadmiar drugiego składnika z roztworu, przez co maleje umocnienie stopu, ale zwiększają się właściwości plastyczne. W stalach takim pierwiastkiem umacniającym może być węgiel lub azot.

2. Duraluminium - właściwości i zastosowanie ?

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 i od PA21 do PA25, według nowych - stopy z serii 2xxx. Najpopularniejszym duraluminium jest [AlCu4 Mg], oznaczone jako PA6, zawierające od 3,8 do 4,8% miedzi, do 1,1% magnezu i do 1,0% manganu.

Zgodnie z układem równo-wagi Al - Cu (rys. 7.1) stop ten ma strukturę roztworu stałego α miedzi w aluminium oraz fazy Θ, która jest fazą międzymetaliczną o wzorze CuAl2. Faza ta wydziela się wtórnie na granicach ziaren roztworu a wskutek zmniejszania się rozpuszczalności miedzi w aluminium od 5,7% w temperaturze 548°C do 0,1 % w temperaturze 20°C. Ze względu na tę minimalną rozpuszczalność miedzi roztwór a ma właściwie takie same właściwości jak czyste aluminium, wydzielenia fazy Θ na granicach ziaren w niewielkim stopniu zwiększają wytrzymałość stopu. Większą wytrzymałość na rozciąganie i twardość uzyskuje się dzięki obróbce cieplnej, która nazywa się utwardzaniem dyspersyjnym.

Zastosowanie: m.in. w lotnictwie do części konstrukcyjnych, niegdyś także do ram naziemnych pojazdów sportowych, itp. Podobnymi stopami, jednak o gorszych właściwościach wytrzymałościowych, są hydronalium i magnal.

3. Siluminy - Właściwości i zastosowanie

Właściwości:

Dobre własności odlewnicze ( nie wykazują skłonności do pękania na gorąco)

•Mały skurcz

•Dużą rzadkopłynność(umożliwia wykonywanie cienkich wyrobów)

•Jako stopy eutektyczne krzepną w stałej temperaturze nie wykazując przy tym skłonności do segregacji

•Dobrą odporność na korozję pod warunkiem, że nie mają nadmiernej ilości zanieczyszczonego, a zwłaszcza żelaza.

•Odporne na działanie wody morskiej, wód mineralnych, a nawet sodu, amoniaku i kwasu azotowego, stężonego i rozcieńczonego

Zastosowanie:

•Siluminy eutektyczne i nadeutektyczne wykazujące wysoką żarowytrzymałośd są stosowane na wysoko obciążone tłoki silników spalinowych.

•Z siluminów podeutektycznych wytwarza się silnie obciążone części dla przemysłu okrętowego i elektrycznego, pracującego w podwyższonej temperaturze i w wodzie morskiej.

•Wieloskładnikowe stopy Al z Si są stosowane m.in. na głowice silników spalinowych oraz inne odlewy w przemyśle samochodowym, gdyż mają mały współczynnik rozszerzalności cieplnej i dobrą odpornośd na ścieranie.

4. Właściwości i zastosowanie miedzi, klasyfikacja stopów miedzi

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 g/cm³. Ma niski poziom właściwości wytrzymałościowych i dobre właściwości plastyczne. Jej orientacyjne właściwości mechaniczne to: granica plastyczności R_e 60 MPa, wytrzymałość na rozciąganie R_m 230 MPa i twardość 30 HB, wydłużenie A₁₀ 50% i przewężenie Z 90%. Umocnić czystą miedź można jedynie w wyniku zgniotu. Po 60-procentowym zgniocie R_e i R_m 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. Miedź 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 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 sto pach z niklem, manganem, złotem, platyną i palladem),

- stopy o strukturze dwu- lub wielofazowej przy większych zawartościach do datku 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 pod-stawowe 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 % krzemu, - brązy berylowe do 2,5 berylu

5. Mosiądze - rodzaje, właściwości i zastosowanie.

Stop miedzi i cynku, zawierający do 40% cynku. Może zawierać dodatki innych metali, takich jak ołów, aluminium, cyna, mangan, żelazo, chrom oraz krzem. Topnieje w temperaturze ok. 1000 °C.

Mosiądz ma kolor żółty (złoty), przy mniejszych zawartościach cynku zbliżający się do naturalnego koloru miedzi. Stop ten jest odporny na korozję, ciągliwy, łatwy do obróbki plastycznej. Posiada dobre właściwości odlewnicze. W niektórych zastosowaniach jego wadą jest stosunkowo duża gęstość (8,4-8,7 g/cm3). Jest on wytrzymalszy od brązu, ponieważ zawiera cynk nadający mu twardość.

Mosiądz dostarczany jest w postaci sztab do odlewania lub prętów, drutów, blach, taśm i rur.

Mosiądze dzieli się ze względu na skład:

- dwuskładnikowe;

- ołowiowe : zawierające dodatki ołowiu, który polepsza skrawalność materiału;

- specjalne : cynowe, aluminiowe, manganowe, niklowe, krzemowe;

- wysokoniklowe : stopy miedzi, cynku i niklu z dodatkiem manganu.

Zastosowanie:

Armatura, osprzęt odporny na wodę morską, śruby okrętowe, amunicja, okucia budowlane, elementy maszyn w przemyśle maszynowym, samochodowym, chemicznym, produkcja instrumentów muzycznych, monety, medale, świeczniki, puchary, elementy ozdobne, sztuczna biżuteria.

6. Brązy - rodzaje, właściwości i zastosowanie

Brązy - stopy miedzi z cyną lub innymi metalami i ewentualnie innymi pierwiastkami, w których zawartość miedzi zawiera się w granicach 80-90% wagowych (stopy miedzi, które nie noszą nazwy "brąz", to mosiądze - stopy miedzi i cynku oraz miedzionikiel - stop miedzi z niklem). Składy brązów specyfikuje Polska Norma PN-xx/H-87050.

Właściwości:

Gęstość: 7,5÷9,3 (g/cm³)

Temperatura topnienia: 940÷1084 (°C)

Współczynnik rozszerzalności liniowej w zakresie 20-100 (°C): 8÷20*10-6

Skurcz odlewniczy: 1,5÷2,5%

Rodzaje:

• Brąz cynowy

• Brąz aluminiowy

• Brąz berylowy

• Brąz krzemowy

• Brąz manganowy

• Brązy odlewnicze:

o brąz cynowy - B10 (CuSn10)

o brąz cynowo-fosforowy - B101 (CuSn10P)

o brąz cynowo-cynkowy - B102 (CuSn10Zn2)

o brąz cynowo-ołowiowy - B1010 (CuSn10Pb10) i B520 (CuSn5Pb20)

o brąz cynowo-cynkowo-ołowiowy B555 (CuSn5Zn5Pb5), B663 (CuSn6ZnPb3) i B476 (CuSn4Zn7Pb6).

o brąz aluminiowo-żelazowy - BA93 (CuAl9Fe3)

o brąz aluminiowo-żelazowo-manganowy - BA1032 (CuAl10Fe3Mn2)

o brąz krzemowo-cynkowo-manganowy - BK331 (CuSi3Zn3Mn).

Zastosowanie:

• 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.

---