Materiały metalowe
Stopy Miedzi Cu
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Spis treści
Miedz

Miedz
stopowa
Stopy Cu-Sn
Stopy Cu-Al
Stopy Cu-Si
Stopy Cu-Mn
Stopy Cu-Be
Stopy Cu-Ni
Stopy Cu-Zn
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Miedz

Miedz
ma liczbę atomową równą 29 a jej masa atomowa
wynosi 63,5463. Cu nie wykazuje odmian alotropowych i
krystalizuje w sieci ściennie centrowanej układu regularnego
A1 o parametrze sieci równym 0,3617 nm. Temperatura
topienia tego metalu wynosi 10830C a jego gęstość w 200C
wynosi 8,93 g/cm3.
Własności miedzi : bardzo dużą przewodność elektryczną i
duża przewodność cieplna. Dzięki dużej przewodności
cieplnej miedz
daje się lutować i spawać.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Budowa krystaliczna miedzi (sieć A1)
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Ważną własnością miedzi jest jej duża odporność na korozję.
Miedz
dzięki pokrywaniu się zasadowym węglanem
miedziowym tzw. patynÄ… jest odporna na korozjÄ™
atmosferyczną i działanie wody. Na miedz
silnie działają
także: chlor, chlorek amonu, chlorek glinu, chlorek żelaza,
fluorek amonu, kwas siarkowy (w wyższych temperaturach),
siarkowodór oraz acetylen, chlorek sodowy, chlorowodór,
wapno bielÄ…ce i zaprawa murarska. Utleniona miedz
po
wyżarzeniu jej w temperaturze 5000C lub wyższej w
atmosferze redukującej, zawierającej wodór, traci zdolność
do obróbki plastycznej. Zjawisko to nosi nazwę choroby
wodorowej miedzi.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Czysta miedz
jest dość miękka i charakteryzuje się dużą
plastycznością. Jedynym sposobem na umocnienie miedzi
jest przeróbka plastyczna na zimno. W miarę wzrostu zgniotu
wszystkie własności wytrzymałościowe wzrastają zaś
własności plastyczne maleją.
Pierwiastki występujące w miedzi, traktowane jako
zanieczyszczenia, wywierają duży wpływ na własności
wytrzymałościowe. Niekorzystnie na własności plastyczne
wpływają: antymon, arsen, fosfor. Fosfor wpływa także
negatywnie na własności wytrzymałościowe. Nieznaczne
podwyższenie własności wytrzymałościowych powoduje
żelazo oraz arsen w stężeniu nie większym niż 0,2%.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Własności mechaniczne czystej miedzi.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Własności mechaniczne
miedzi w zależności od
stopnia zgniotu.
Rm  wytrzymałość na
rozciÄ…ganie,
Re  granica plastyczności,
Z  przewężenie,
A  wydłużenie całkowite,
A  wydłużenie równomierne,
A   wydłużenie
przewężeniowe,
HB  twardość Brinella.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Zastosowanie Miedzi Cu:
-elektrotechnika (produkcja kabli i przewodów)
- przemysł chemiczny i energetyczny (wyrobu chłodnic,
aparatów chemicznych oraz wymienników ciepła)
- budownictwo (pokrywanie dachów oraz produkcja rur
wykorzystywanych do wykonywania instalacji ciepłej i zimnej
wody, centralnego ogrzewania oraz instalacji sanitarnych)
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Kabel wykonany z miedzi
Radiatory wykonane z miedzi
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Miedziane blachy pokryciowe
Rurki miedziane wykorzystywane w budownictwie
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Miedz
stopowa
Stopy o zawartości niewielkich ilości (do 2% wag.)
pierwiastków stopowych takich jak srebro, arsen, fosfor, cyna,
chrom, nikiel, mangan, kadm, cyrkon, tellur, krzem noszÄ…
nazwÄ™ miedzi stopowej. Miedz
stopowa posiada znacznie
wyższe własności mechaniczne niż czysta miedz
.
W praktyce stosowane jest nazewnictwo wywodzÄ…ce siÄ™ z
zastosowanego pierwiastka stopowego, i tak wyróżnia się:
miedz
srebrowÄ…, arsenowÄ…, fosforowÄ…, cynowÄ…, chromowÄ…,
niklowÄ…, manganowÄ…, kadmowÄ…, krzemowo-manganowÄ…,
cyrkonowÄ… i tellurowÄ….
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy miedzi, w zależności od tego, czy oprócz głównego
dodatku stopowego posiadajÄ… jeszcze inne pierwiastki
stopowe, podzielić można na:
" stopy dwuskładnikowe (proste),
" stopy wieloskładnikowe (złożone).
Stopy miedzi z poszczególnymi dodatkami (wyłączając cynk i
nikiel jako główne pierwiastki stopowe) występującymi w
stężeniu co najmniej 2% tradycyjnie noszą nazwę brązów.
Stopy miedzi i cynku nazywane sÄ… tradycyjnie mosiÄ…dzami.
Spiżami nazywane są stopy miedzi z cyną i cynkiem, zaś
miedzioniklami nazywane są stopy miedzi, w których
głównych pierwiastkiem stopowym jest nikiel.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
W obecnie stosowanych normach nie są używane tradycyjne
nazwy stopów, podawane są jedynie określenia związane ze
składem chemicznym stopów np. stopy miedzi z cyną lub
stopy miedzi z berylem.
Stopy miedzi można podzielić także na:
- stopy do przeróbki plastycznej, o bardziej złożonym składzie
chemicznym i ograniczonej zawartości domieszek,
- stopy odlewnicze, o podobnym składzie lecz przeważnie z
większą dopuszczalną zawartością domieszek.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Wyróżniamy następujące grupy stopów Cu:
- z cynkiem
-- z cynkiem i ołowiem
-- z cynkiem i niklem
-- z niklem
-- z cynÄ…
-- z aluminium
-- z innymi pierwiastkami stopowymi, których łączne stężenie
przekracza 5%
-- niskostopwe - stężenie pierwiastków stopowych mniejsze
niż 5%
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy Cu-Sn (brÄ…zy cynowe)
Brązy cynowe wykazują dobrą odporność na korozję w
środowisku atmosfery przemysłowej i wody morskiej. Struktura
cynowych brązów technicznych w temperaturze otoczenia jest
nierównowagowa. Do zawartości cyny około 4% stopy
wykazują strukturę jednofazową ą a powyżej tej zawartości w
strukturze stopów wystÄ™pujÄ… ziarna fazy ´ oraz eutektoidu
Ä… + ´. Struktura brÄ…zów cynowych zależy w dużej mierze od
szybkości chłodzenia. Duża różnica pomiędzy temperaturą
likwidusu a temperaturą solidusu jest powodem występowania
mikrosegregacji dendrytycznej cyny, gdzie rdzeń dendrytu
jest bogatszy w miedz
niż strefa zewnętrzna. Zjawisko to jest
bardzo niekorzystne z punktu widzenia obróbki plastycznej.
Prowadzi ono do nierównomiernych własności plastycznych,
co powoduje pękanie brązu podczas odkształcania.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ równowagi Cu-Sn
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Mikrosegregacja dendrytyczna stopów Cu-Sn, narastające
dendryty fazy Ä… oraz eutektoid Ä… + ´ w przestrzeniach
międzydendrytycznych (szary kolor).
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Własności fizyczne, takie jak przewodność cieplna i
elektryczna maleją wraz ze zwiększaniem zawartości cyny.
Maksymalne wydłużenie posiadają stopy o zawartości cyny w
przybliżeniu równej granicznej rozpuszczalności. Natomiast
wytrzymałość stopów rośnie do zawartości cyny około 25% a
następnie maleje. Własności wytrzymałościowe zależą od
szybkości chłodzenia. Zwiększenie zawartości cyny w brązach
odlewanych do form piaskowych zwiększa wytrzymałość i
twardość stopów zaś zmniejsza ich wydłużenie. W brązach
odlewanych do form metalowych wpływ cyny na własności
wytrzymałościowe jest zmienny. Wzrost zawartości cyny
zwiększa także lejność, obniża skurcz oraz rozpuszczalność
wodoru.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład chemiczny stopów Cu-Sn, do przeróbki plastycznej
Skład chemiczny wieloskładnikowych stopów Cu-Sn, do przeróbki
plastycznej.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Mikrostruktura stopu CuSn10-C w stanie lanym; widoczne
dendryty fazy ą oraz w przestrzeniach międzydendrytycznych
eutektoid Ä… + ´ (zielone wtrÄ…cenia)
(Zdjęcia pochodzą z serwisu www.copper.org)
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy Cu-Al (brÄ…zy aluminiowe)
Stopy miedzi z aluminium dzielÄ… siÄ™ na stopy proste, oraz na
stopy złożone, które zawierają oddzielnie lub łącznie takie
pierwiastki jak: Fe, Mn, Ni.
Stopy o niższych zawartościach Al cechują się strukturą
jednofazową a stopy o większej zawartości Al posiadają
strukturÄ™ dwufazowÄ….
Zastosowanie techniczne mają stopy o zawartości Al do 11%.
Poważną wadą stopów miedzi z aluminium jest ich duża
skłonność do gruboziarnistości przy powolnym stygnięciu,
zjawisko to nasila się szczególnie w przypadku stopów z dużą
zawartością aluminium. Struktura gruboziarnista znacząco
wpływa na obniżenie własności mechanicznych.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
W celu zmniejszenia rozrostu ziarn stosuje siÄ™ szybkie
chłodzenie odlewu, wprowadzanie do stopu składników
wpływających na rozdrobnienie struktury, a także jeśli to
możliwe stosuje się odlewanie do kokili metalowej zamiast
odlewania do form piaskowych.
Stopy miedzi z aluminium odznaczajÄ… siÄ™ dobrymi
własnościami wytrzymałościowymi. Dodatek aluminium
podwyższa twardość i wytrzymałość miedzi. Przy zawartości
10% Al stop posiada dwukrotnie większe własności
wytrzymałościowe niż czysta miedz
. Stopy zawierajÄ…ce do
8% Al mają dobre własności plastyczne i możliwa jest ich
obróbka plastyczna na zimno i gorąco. Stopy o zawartości do
10% Al obrabia siÄ™ plastycznie na gorÄ…co po ogrzaniu stopu
do temperatury wystÄ™powania fazy ².
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ równowagi Cu-Al
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Wpływ Al na własności stopów Cu-Al
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład chemiczny stopów Cu-Al, do obróbki plastycznej
Skład chemiczny odlewniczych stopów Cu-Al
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy posiadające zawartość Al od 8,6 do 11,8% mogą być
poddawane obróbce cieplnej składającej się z hartowania i
odpuszczania. Obróbkę cieplną umożliwia występowanie w
tych stopach przemiany martenzytycznej. Przemiana
martenzytyczna zachodzÄ…ca w stopach miedzi z aluminium,
w przeciwieństwie do przemiany martenzytycznej występującej
w stalach, jest odwracalna. Obróbka cieplna stosowana jest
głównie do stopów wieloskładnikowych, znacznie rzadziej do
stopów dwuskładnikowych. Stężenie aluminium w brązach
wpływa na temperaturę rozpoczęcia i zakończenia przemiany
martenzytycznej. Wraz ze wzrostem stężenia aluminium
temperatura Ms oraz temperatura Mf maleją. Obróbka cieplna
powoduje znaczne polepszenie własności wytrzymałościowych
stopów.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Wpływ stężenia aluminium na temperaturę Ms i Mf w stopach Cu-Al
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Mikrostruktura stopu CuAl8Fe3 wyciskanego i ciÄ…gnionego na
zimno 10%; widoczna faza bogata w żelazo (niebieskie pola)
(Zdjęcia pochodzą z serwisu www.copper.org)
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy Cu-Si (brÄ…zy krzemowe)
Stopy miedzi z krzemem zwane brÄ…zami krzemowymi
zawierają od 3 do 4% krzemu. Brązy krzemowe można
podzielić na proste, dwuskładnikowe oraz na złożone,
wieloskładnikowe. Stopy podwójne nie znalazły zastosowania w
technice ze względu na niskie własności mechaniczne. Szersze
zastosowanie znalazły wieloskładnikowe stopy miedzi z
krzemem z dodatkiem takich pierwiastków jak mangan, żelazo,
cynk oraz nikiel. Stopy Cu-Si mogą zastępować stopy Cu-Sn,
co pozwala na redukcję zużycia bardzo drogiej cyny. Dodatek
krzemu powoduje wzrost twardości i wytrzymałości, oraz
obniżenie plastyczności stopu. Ponadto krzem działa w miedzi
jako silny odtleniacz, przez co polepsza własności odlewnicze,
a uzyskane odlewy posiadają gładką i czystą powierzchnię.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ równowagi Cu-Si
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład chemiczny stopów Cu-Si, do obróbki plastycznej
Stopy Cu-Si charakteryzują się dobrymi własnościami
mechanicznymi w temperaturze pokojowej i w temperaturze
podwyższonej do około 3000C, a także dużą wytrzymałością
zmęczeniową i dobrymi własnościami ślizgowymi, a także duża
odpornością na korozję oraz dobrą lejnością i skrawalnością.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy Cu-Mn (brÄ…zy manganowe)
Stopy miedzi z manganem, zwane brÄ…zami manganowymi, sÄ…
to stopy zawierające najczęściej 5-6% Mn lub 12-15% Mn.
Stopy te do zawartości 30% Mn można obrabiać plastycznie
na gorąco, a stopy o mniejszej zawartości Mn 5-6% można
także obrabiać plastycznie na zimno.
Dodatek Mn powoduje wzrost wytrzymałości na rozciąganie i
zmniejszenie wydłużenia. Odlewy o zawartości Mn do 20%
maja strukturę roztworu stałego ł, a powyżej tej zawartości
stopy posiadają strukturę ł + ą. Roztwór ł jest roztworem
dość plastycznym i miękkim, natomiast roztwór ą jest nieco
twardszy. Dodatek manganu powoduje znaczne obniżenie
przewodności elektrycznej. Ze względu na duży skurcz
odlewniczy oraz małą lejność wykonywanie odlewów z tego
typu stopów jest utrudnione.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ równowagi Cu-Mn
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Najpopularniejszymi stopami Cu-Mn sÄ…:
- Stop zwany Manganinem, stop miedzi z manganem i niklem
wyróżniający się małą siłą termoelektryczną względem miedzi
i bardzo małym współczynnikiem cieplnym oporu.
- Stop Izabelin, stop miedzi z manganem i aluminium. Stop
ten jest ognioodporny i charakteryzuje się stałymi
własnościami mechanicznymi do temperatury 3000C.
- Stop Heuslera, stop o zawartości Mn powyżej 20% i Al
powyżej 9%, który posiada silne własności ferromagnetyczne.
- Stop Isima, stop miedzi z manganem i krzemem,
posiadający wysokie własności wytrzymałościowe zarówno w
stanie lanym jak i w stanie walcowanym.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy Cu-Be (brÄ…zy berylowe)
Stopy miedzi z berylem zwane brÄ…zami berylowymi zawierajÄ…
około 2,1% berylu i są przeznaczone głównie do obróbki
plastycznej. Oprócz berylu stopy te mogą zawierać także
dodatki niklu, kobaltu oraz cynku tworząc wieloskładnikowe
stopy miedzi z berylem. Stopy te łączą zalety miedzi, a więc
łatwą obrabialność, odporność na korozję, na wysokie
temperatury i na ścieranie, a także wysokie przewodnictwo
cieplne i elektryczne, z zaletami stali, czyli wytrzymałością i
twardością. Techniczne zastosowanie mają stopy miedzi z
berylem o zawartości berylu do 2,5%. Stopy te posiadają
także dobrą lejność i niewielki skurcz odlewniczy wynoszący
1,2-1,5%.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ równowagi Cu-Be
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Zmienna rozpuszczalność berylu w miedzi umożliwia
stosowanie obróbki cieplnej. Na proces obróbki cieplnej
składa się przesycanie i starzenie stopów. W wyniku
utwardzania wydzieleniowego stopy Cu-Be posiadajÄ… budowÄ™
dwufazową, składającą się z roztworu stałego ą oraz fazy ł,
gdzie fazą utwardzającą jest faza ł. Przesycanie stopów
miedzi z berylem przeprowadza siÄ™ w temperaturze od 720 do
7600C. Po przesycaniu uzyskuje siÄ™ strukturÄ™ jednorodnÄ…
złożoną z roztworu ą. Starzenie w temperaturze 300  3500C
powoduje wydzielenie umacniajÄ…cej fazy Å‚. Czas starzenia
zależy od temperatury tego procesu. Możliwe jest także
umacnianie zgniotowe przez obróbkę plastyczną. Bardzo
ważną własnością stopów Cu-Be jest brak iskrzenia przy
tarciu i przy uderzeniu. Wadą tych stopów jest ich bardzo
wysoka cena oraz toksyczność związków i par berylu
wydzielajÄ…cych siÄ™ podczas topienia i szlifowania.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład chemiczny stopów Cu-Be, do obróbki plastycznej
Stop Cu-Be może być poddany krótkotrwałemu ogrzaniu do
temperatury około 3000C, bez znacznego zmniejszenia
własności wytrzymałościowych. Spowodowane jest to
wydzielaniem w stopach faz umacniających, które
najintensywniej zachodzi w temperaturach 3000C. W przypadku
dłuższego ogrzewania w strukturze stopów dochodzi do
koagulacji faz umacniających i pogorszenia własności
wytrzymałościowych
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy Cu-Ni (miedzionikle)
Stopy miedzi z niklem zwane także miedzioniklami są to stopy
w których głównym pierwiastkiem stopowym jest nikiel.
Zawartość niklu w tych stopach dochodzi maksymalnie do
40%, zawierają także 1-2% Si, Al, Fe lub Mn. Stopy miedzi z
niklem posiadają dobre własności wytrzymałościowe, wysoką
plastyczność i odporność na korozję. Miedzionikle posiadają
niekorzystne własności odlewnicze. Ich temperatura
odlewania sięga 15000C, ponadto stopy te wykazują dużą
skłonność do absorbowania gazów, szczególnie H2 oraz
związków C i S, a także do rozpuszczania dużych ilości O2.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Można wyróżnić dwie grupy miedzionikli:
- odporne na korozjÄ™ (CuNi30Mn1Fe  zwany melchiorem,
CuNi6Al2  zwany kunialem, CuNi3si1Mn, CuNi19  zwany
nikielinÄ…),
- oporowe (CuNi44Mn1  zwany konstantanem).
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład chemiczny stopów Cu-Ni, do obróbki plastycznej
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Mikrostruktura stopu CuNi10Fe1Mn wyżarzanego
(Zdjęcia pochodzą z serwisu www.copper.org)
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy Cu-Zn (mosiÄ…dze)
Mosiądze są to stopy miedzi w których głównym pierwiastkiem
stopowym jest cynk. MosiÄ…dze zawierajÄ…ce 5 do 20% Zn sÄ…
nazywane tombakami. Ze względu na bardzo szeroki zakres
własności mechanicznych oraz niskie koszty i łatwość
wytwarzania stopy te stanowią bardzo liczną grupę stopów
miedzi stosowanych w technice.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Układ równowagi Cu-Zn
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
W zależności od przyjętego kryterium stopy Cu-Zn możemy
podzielić:
- ze względu na ilość składników wyróżniamy stopy
dwuskładnikowe i wieloskładnikowe,
- ze względu na strukturę stopów wyróżniamy stopy
jednofazowe ( od 2 do 39% Zn) oraz dwufazowe ( od 39 do
45% Zn),
- ze względu na sposób wytwarzania gotowych wyrobów
wyróżniamy stopy odlewnicze oraz stopy do przeróbki
plastycznej.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Znaczenie techniczne znalazły stopy o strukturze roztworu
staÅ‚ego Ä… lub Ä… + ² , czyli stopy o zawartoÅ›ci cynku do okoÅ‚o
45%. Powyżej tej zawartoÅ›ci wystÄ™puje faza ² , która
powoduje kruchość stopów, co w znaczny sposób ogranicza
możliwość stosowania takich stopów na odlewy i do przeróbki
plastycznej. Stopy zawierajÄ…ce do 39% Zn posiadajÄ… strukturÄ™
jednofazową ą i dzięki temu posiadają dobrą plastyczność w
temperaturze pokojowej oraz nieco gorszÄ… w zakresie
temperatur 300-7000C. Z tego powodu stopy o strukturze
jednofazowej obrabiane sÄ… plastycznie na zimno. Stopy
zawierajÄ…ce od 39 do 45% Zn majÄ… strukturÄ™ dwufazowÄ…
Ä… + ² . Faza ² ma dużą wytrzymaÅ‚ość lecz posiada o wiele
mniejszą plastyczność niż faza ą. Dlatego mosiądze o
strukturze dwufazowej obrabia siÄ™ zwykle na gorÄ…co w
temperaturze, w której wykazujÄ… one strukturÄ™ jednofazowÄ… ².
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład chemiczny dwuskładnikowych stopów Cu-Zn, do
obróbki plastycznej
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy Cu-Zn charakteryzują się dobrą odpornością na
korozję, która maleje wraz ze zwiększaniem zawartości cynku.
Najgroz
niejszymi rodzajami korozji, którym ulegają mosiądze
są odcynkowanie i pękanie sezonowe.
Odcynkowanie zachodzi w stopach jedno oraz dwufazowych
zawierających powyżej 20% Zn, które są narażone na
działanie chloru lub elektrolitu zawierającego chlor. W
środowisku takim dochodzi do przejścia miedzi i cynku do
roztworu ciekłego, z którego wytrąca się częściowo miedz
w
postaci gÄ…bczastej, co dodatkowo wzmaga korozjÄ™.
Odcynkowanie nie powoduje zmian kształtu korodującego
przedmiotu ale powoduje znaczne obniżenie własności
wytrzymałościowych stopu. W celu wyeliminowania
odcynkowania należy dodać do stopu kilka setnych procent
arsenu, antymonu lub fosforu.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Pękanie sezonowe jest to międzykrystaliczna korozja
naprężeniowa występująca zarówno w stopach
jednofazowych jak i w dwufazowych, poddanych obróbce
plastycznej na zimno i działaniu ośrodka zawierającego
amoniak. Skłonność stopów do pękania sezonowego może
zostać ograniczona poprzez zastosowanie wyżarzania
odprężającego przedmiotów w temperaturze 200-3000C.
Podatność mosiądzów na pękanie sezonowe można zbadać
za pomocą próby amoniakalnej i próby rtęciowej.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Schemat odcynkowania
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Schemat pękania sezonowego
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy Cu-Ni-Zn (mosiÄ…dze wysokoniklowe 
nowe srebra)
Nikiel powoduje zwiększenie wydłużenia, udarności,
wytrzymałości w podwyższonych temperaturach oraz
twardości, zmniejsza także skłonność stopu do
odcynkowania. Nikiel utrwala mikrostrukturÄ™ jednofazowÄ… Ä….
Stopy zawierające nikiel posiadają dużą odporność na
korozję wody morskiej i kwasów. W przypadku mosiądzów
niklowych wykonywanie odlewów jest utrudnione ze względu
na skłonność tych stopów do powstawania wad skurczowych,
porowatości oraz zażużleń. Mosiądze wysokoniklowe
posiadają bardzo dobre własności wytrzymałościowe a także
dobrą podatność na obróbkę plastyczna na zimno i na
gorÄ…co.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład chemiczny mosiądzów wieloskładnikowych do
obróbki plastycznej
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Skład chemiczny wieloskładnikowych mosiądzów
odlewniczych
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Zastosowanie stopów miedzi
Stopy miedzi z cyną znalazły zastosowanie głównie w
przemyśle chemicznym, papierniczym i okrętowym na
elementy sprężyste, na elementy aparatury kontrolno
pomiarowej, siatki, sprężyny, tulejki, łożyska ślizgowe,
ślimacznice i ślimaki a także na diafragmy, zaciski
bezpieczników i armaturę parową, wodną oraz do wyrobu
części maszyn narażonych na korozję niektórych kwasów, ze
stopów tych wytwarzane są także rurki Bourdona stosowane
w manometrach. W przeszłości stopy te stosowane były do
wytwarzania broni i przedmiotów domowego użytku.
Wieloskładnikowe stopy Cu-Sn stosowane są głównie na
panewki łożyskowe i sprężyny.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Membrany wykonane ze stopu Cu-Sn
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy miedzi z aluminium stosuje siÄ™ na elementy maszyn
narażonych jednocześnie na duże obciążenia mechaniczne,
ścieranie, korozję i podwyższoną temperaturę. Ze stopów tych
wykonywane są panewki, łożyska ślizgowe, koła zębate, oraz
dna sitowe, armatura parowa i chemiczna.
Stopy miedzi z krzemem stosowane sÄ… na elementy
aparatury w przemysłach maszynowym, chemicznym,
chłodniczym w tym na siatki, sprężyny, łożyska, elementy
samochodowe oraz panewki, wirniki pomp, koła cierne i
przekładnie ślimakowe.
Stopy miedzi z manganem znalazły zastosowanie na części
maszyn i urządzeń pracujących w podwyższonych
temperaturach. Stop o nazwie Manganin używany jest do
wyrobu oporników wzorcowych, a stop Isima stosowny jest do
wyrobu Å‚opatek turbin.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Panewki wykonane z brÄ…zu
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy miedzi z berylem znalazły zastosowanie do wyrobu
sprężyn, części pomp, narzędzi chirurgicznych a także na
szczotki silników elektrycznych, przewody trakcji elektrycznej,
elektrody i przewody spawalnicze, formy szklarskie, wkładki
do kokili i form ciśnieniowych. Brązy berylowe nadają się
także do produkcji wysoko obciążonych części, które muszą
być niemagnetyczne, a ze względu na brak iskrzenia przy
uderzeniu i tarciu stosowane są do wytwarzania narzędzi dla
górnictwa i przemysłu chemicznego.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Sprężyny wykonane Odlew artystyczny
ze stopu Cu-Be wykonany z brÄ…zu
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Stopy miedzi z niklem stosowane sÄ… do odlewania armatury
i części dla przemysłu okrętowego. Stop CuNi25 znalazł
zastosowanie do wyrobu monet. Ponadto stopy Cu-Ni stosuje
się do wytwarzania płytek kondensatorów, sprężyn, śrub,
nitów, tabliczek znamionowych a także części zegarków i
aparatów fotograficznych. Ze względu na duży opór
elektryczny stopy te wykorzystuje siÄ™ na elementy oporowe
Stop CuNi10 stosuje się do pokrywania kadłubów statków.
Popularne stopy CuNi20Fe20 i CuNi21Co29 stosowane sÄ… do
wyrobu magnesów trwałych, zaś nowe srebra, czyli stopy
Cu-Ni-Zn stosowane są głównie jako luty. Szczególnie znane
sÄ… stopy o nazwie Nikielina i Konstantan. NikielinÄ™ stosuje siÄ™
do platerowania oraz do wyrobów wytłaczanych i ciągnionych.
Konstantan używa się do produkcji termopar.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Moneta  część Termopara wykonana
zewnętrzna wykonana ze stopu ze stopu konstantan
Cu75Ni25,
część wewnętrzna wykonana
ze stopu CuZn20Ni5
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Jednofazowe stopy Cu-Zn stosowane są do wyrobu części
współpracujących w ruchu obrotowym, a także na
kształtowniki i armaturę w przemyśle budowlanym. Tego typu
mosiądze bardzo często stosowane są do wyrobów
artystycznych. Ponadto z mosiądzów jednofazowych
wytwarzane są części stosowane w przemyśle
komunikacyjnym, maszynowym, okrętowym i chemicznym, a
także rurki kapilarne i chłodnicowe, wężownice, instrumenty
muzyczne oraz elementy otrzymywane przez głębokie
tłoczenie.
Dwufazowe stopy Cu-Zn stosowane sÄ… do produkcji
elementów ślizgowych a także w przemyśle okrętowym. Stopy
te nadają się do wykonywania nieskomplikowanych i dużych
odlewów części maszyn i pojazdów, a także do produkcji śrub
okrętowych.
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007
Materiały metalowe
Wyroby artystyczne wykonane z mosiÄ…dzu
Struktura, własności
i zastosowanie stopów miedzi
© Copyright by L.A. DobrzaÅ„ski, IMIiB, Gliwice 2007