WYśSZA SZKOA
A ZARZ
DZANIA OCHRON
PRACY
WYśSZA SZKOA
A ZARZ
DZANIA OCHRON
PRACY
Metale czyste i stopy
Metale czyste i stopy
Metale czyste i stopy
prof. dr hab. inz. ADAM HERNAS
PLAN
PLAN
Podział
Struktura i właściwości
Przykłady zastosowań
Ogólne wiadomości o stopach metali
Czyste metale sÄ… w technice stosowane stosunkowo
rzadko.
WyjÄ…tki to m.in.. Cu, Al., Sn, Zn, Pb, Ti, W
Powszechne zastosowanie znajdujÄ… stopy metali 
w wielu przypadkach wykazujÄ…ce lepsze
właściwości ni\
czyste metale.
Stopy są substancjami dwu- lub wieloskładnikowymi,
makroskopowo wykazującymi własności metaliczne.
Co najmniej jeden z głównych składników stopu jest
metalem, W KTÓRYM ROZPUSZCZONE S
INNE
PIERWIASTKI (metali i niemetali).
Metale charakteryzujÄ… siÄ™ wiÄ…zaniem metalicznym.
Układy wieloskładnikowe zło\
one z więcej ni\

jednego pierwiastka, charakteryzujÄ…ce siÄ™
przewagÄ… wiÄ…zania metalicznego tworzÄ… stopy
metali.
Właściwości metali i ich stopów:
" dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne
" połysk metaliczny, polegający na odbijaniu
promieni świetlnych od wypolerowanej
powierzchni
" plastyczność, czyli zdolność do trwałych
odkształceń pod wpływem przyło\
onych naprÄ™\
eń
Stopy metali są wytwarzane głównie przez
topienie co najmniej dwóch składników i
krystalizację ze stanu ciekłego.
W wyniku tych procesów z cieczy, będącej zwykle
roztworem wszystkich składników, mogą
powstać następujące fazy:
" roztwory stałe
" zwiÄ…zki chemiczne (tlenki, siarczki)
" fazy międzymetaliczne i międzywęzłowe
" mieszaniny faz.
" Metal czysty lub odmiana alotropowa
Faza
" FazÄ… nazywa siÄ™ jednorodnÄ… pod
względem właściwości część układu,
oddzieloną od pozostałej granicą
rozdziału, przy przekroczeniu której
następuje wyraz
na zmiana właściwości.
" Faza, która w strukturze materiału jest
w ilościowej przewadze nazywana jest
osnowÄ….
" Stop zbudowany z jednego rodzaju ziarn
nazywa siÄ™ jednofazowym
" Stop zbudowany z kilku rodzajów faz
nazywa się wielofazowym ( przy dwóch
fazach  dwufazowy).
" METALE I STOPY MAJ
UPORZ
DKOWAN

BUDOW
ATOMOW
(w postaci figur
geometrycznych)
Przykład struktury jednofazowej i
dwufazowej
Roztwory stałe międzywęzłowe
Atomy pierwiastka
rozpuszczonego B sÄ…
usytuowane w sposób
nieuporzÄ…dkowany w
przestrzeniach
międzywęzłowych
sieci metalu
rozpuszczalnika A.
Roztwory stałe
" Roztwór stały stanowi jednorodna faza o
wiÄ…zaniu metalicznym i strukturze
krystalicznej o właściwościach typowo
metalicznych.
" Metal, którego atomy występują w sieci w
przewadze, jest rozpuszczalnikiem.
" Drugi składnik jest nazywany pierwiastkiem
rozpuszczonym.
Schemat odkształcenia sieci w roztworze stałym
ró\
nowęzłowym, spowodowanego przez atom pierwiastka
rozpuszczonego
ekspansja sieci kontrakcja sieci
Przykład zajmowania węzłów
w sieci rozpuszczalnika A zale\
nie
od stÄ™\
enia składnika B.
Fazy międzywęzłowe - węgliki
Fazy międzywęzłowe tworzą się pomiędzy
pierwiastkami przejściowymi, a metaloidami o
małej średnicy atomów: C, B, N, O, H
Tworzone są przez pierwiastki, które mają
niecałkowicie zapełnioną elektronami
podpowłokę d przedostatniej powłoki (n-1)
" Węgliki proste MC  np. NbC, TiC, WC, VC
" Węgliki zło\
one: M2C, M3C, M7C3 M23C6, M6C
(gdzie M= pierwiastki przejściowe, np.. Fe, Cr,
Mo, V, W, Mn, Nb, Ti)
Fazy międzywęzłowe 
azotki i węglikoazotki
" Przykłady azotków: TiN, VN, CrN, MnN,
NbN, ZrN
" ZÅ‚o\
one- Ti2N, V2N, Cr2N
" węglikoazotki  typu MX  istnieje często
nieograniczona wymienność atomów C i N,
" Np.. V(C,N), Ti(C,N), Nb(C,N)
Fazy międzymetaliczne
PowstajÄ… w warunkach, kiedy dwa pierwiastki tworzÄ…
wspólną strukturę krystaliczną odmienną od
struktury ka\
dego ze składników. Tworzą je
pierwiastki metaliczne.np.:
" Fazy elektronowe w stopach Cu-Zn, FeAl, NiAl
" Fazy Lavesa np.. Fe2Nb, Fe2W
" Fazy typu A3B np.. Ni3(Ti,Al.) oraz à (np.. FeCr)
Roztwory stałe ró\
nowęzłowe 
ciągłe lub graniczne
Atomy metalu
rozpuszczonego B
zajmujÄ… przypadkowo
dowolne węzły w
sieci krystalicznej
metalu
rozpuszczalnika A.
Rodzaje roztworów stałych
" Międzywęzłowe i ró\
nowęzłowe
" Ciągłe (o nieograniczonej
rozpuszczalności) i graniczne ( o
ograniczonej rozpuszczalności)
" Podstawowe i wtórne (kiedy
rozpuszczalnikiem jest faza
międzymetaliczna)
Roztwór stały ciągły
W przypadku nieograniczonej rozpuszczalności obydwu
składników w stanie stałym w całym zakresie stę\
eń (od 0 
100%),
roztwór stały jest roztworem stałym ciągłym
Roztwór stały graniczny
Je\
eli stÄ™\
enie
składnika
rozpuszczonego jest
ograniczone w
pewnym zakresie
temperatury i
stÄ™\
enia, roztwór
stały jest nazywany
roztworem stałym
granicznym.
Czynniki decydujące o tworzeniu roztworów
stałych
" elektrowartościowość ujemna,
" typ sieci,
" wielkość atomów,
" względna wartościowość
Reguła wielkości atomów
" Całkowita wzajemna rozpuszczalność w
stanie stałym występuje w przypadku, gdy
stosunek promieni atomowych jest
mniejszy od 1,08,
" gdy stosunek ten jest większy od 1,15,
tworzÄ… siÄ™ roztwory graniczne, o stÄ™\
eniu
metalu rozpuszczonego zwykle
mniejszym od 1%
Podstawowe warunki tworzenia
roztworów stałych
" Roztwory stałe powstają wtedy, gdy niewielka
jest ró\
nica elektrowartościowości składników.
W innym przypadku powstajÄ… fazy
międzymetaliczne np.. FeCr (sigma),
Fe2W(Lavesa)
" Powstawanie roztworów stałych ciągłych jest
mo\
liwe gdy obydwa składniki mają ten sam
typ struktury krystalicznej; w przeciwnych
przypadkach mogą się tworzyć roztwory stałe
graniczne.