Grupa laboratoryjna w składzie:
Politechnika Gdańska
Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa
Barbara Nowakowska
rok I, semest II, studia inżynierskie, gr 3C
Materiałoznawstwo i techniki wytwarzania
Data laboratorium:
Data oddania sprawozdania:
Prowadzący:
Ocena:
SPRAWOZDANIE nr 6
Laboratorium nr 6. Stopy miedzi
1.1. Cel ćwiczenia
Zapoznanie się z podziałem stopów miedzi, właściwościami, składem chemicznym, oraz budową
strukturalną stopów występujących w okrętownictwie.
1.2. Definicje
Norma PN-92/H-01016 "Stopy miedzi. Klasfikacja" dzieli stopy miedzi na: mosiądze (stopy miedzi z cynkiem), brązy (stopy miedzi z innymi metalami w tym z aluminium) i miedzionikle (stopy miedzi z niklem).
Stopy miedzi to stopy metali, których głównym składnikiem jest miedź. Wyjątkiem są stopy metali szlachetnych.
Mosiądze - zawartość cynku ponad 2%. Dzielą się na odlewnicze i do przeróbki plastycznej (jedno lub wieloskładnikowe). W stanie stałym z cynkiem miedź tworzy sześć faz międzymetalicznych – z tego trzy główne. Faza α - roztwór stały cynku w miedzi. Faza β - roztwór stały na bazie fazy międzymetalicznej CuZn. Faza γ - przy dużej zawartości cynku - roztwór stały na bazie fazy między metalicznej Cu5Zn8. W zależności od ilości cynku mosiądze mają różne własności.
Wpływają na to również inne pierwiastki takie jak krzem, mangan, żelazo.
Brązy - stopy miedzi z różnymi metalami, w których występuje ponad 2 % danego metalu. Brązy noszą nazwę w zależności od głównego składnika (poza miedzią) np. brąz ołowiowy. Brązy cynowe
- znajdują wykorzystanie do zawartości około 20% cyny. Miedź tworzy z cyną następujące fazy: α -
max. 15,8% Sn, w temperaturze eutektoidalnej 520oC, roztwór stały β, mieszanina α + γ, faza γ
(różniąca się rozmieszczeniem atomów), roztwór stały δ, ulegający przemianie w α+ε w temperaturze eutektoidalnej 350oC. Cyna w sposób wyraźny wpływa na własności plastyczne brązów. Brązy aluminiowe - zastosowanie techniczne do 11% zawartości galu. Brązy krzemowe -
maksymalna rozpuszczalność krzemu - w zależności od temperatury - od 3% do 5,3% krzemu.
Miedzionikle - zawartość niklu ponad 2 %. Odporność na ścieranie i korozję.
Zawartość niklu od 2 do 4%. Występują tylko w stanie przerobionym plastycznie. Większa zawartość niklu (5-10%) jest możliwa przy dodatkowym występowaniu żelaza (1%) i manganu (0,5%).
2. Metodyka badań
2.1. Próbki
Przygotowanie próbek do badań można podzielić na cztery etapy: wycinanie, szlifowanie, polerowanie, trawienie.
Próbki najprawdopodobniej pochodzą za skrawków stopów maszynowych. Są pomocą laboratoryjną.
2.2. Mikroskop metalograficzny
Mikroskop świetlny składa się z obiektywu, okularu, oświetlacza, stolika, korpusu.
Obiektyw jest układem optycznym składającym się z kilku soczewek w jednej metalowej obudowie. Jakość obrazu zależy od występowania szeregu wad np. aberracji sferycznej czy chromatycznej.
Apertura numeryczna obiektywu to:
A = n sin (β/2)
A- apertura numeryczna
n – współczynnik załamania światła
β – kąt rozwarcia obiektywu.
Zdolność rozdzielcza obiektywu to:
d = λ / A
d – zdolność rozdzielcza
λ - długość fali.
Okular również jest układem optycznym. Powiększa on obraz utworzony przez obiektyw i przekazuje do obserwatora. W zależności od budowy ma możliwość korygowania niektórych wad
oka ludzkiego. Głównym celem oświetlacza, na co wskazuje sama nazwa, jest dostarczenie odpowiedniego światła, tak by próbki stały się widoczne. Oświetlacz składa się z
silnego punktowego źródła światła. Promienie przechodzą przez przesłony i kondensor, po czym padają na oświetlacz właściwy czyli płytkę, pryzmat lub pierścień, który zmienia ich kierunek.
Powstaje obraz w polu jasnym, lub jego negatyw obraz w ciemnym polu.
2.3. Wady mikroskopu metalograficznego
Aberracja chromatyczna – wada powodująca zniekształcenie obrazu utworzonego przez obiektyw.
Zjawisko różnego załamywania promieni o różnych długościach fal.
Aberracja sferyczna - wada powodująca zniekształcenie obrazu utworzonego przez obiektyw.
Zjawisko polegające na tym, że promienie przechodzące przez różne miejsca soczewki dochodzą do różnych ognisk (promienie bliżej osi są mniej załamywane).
2.4.Oznakowanie stopów
Brązy oznacza się literą B. Kolejna litera oznacza rodzaj brązu: cynowy - brak drugiej litery, aluminiowy - A, berylowy - B, krzemowy - K, manganowy - M. Kolejne liczby oznaczają zawartość poszczególnych metali w procentach (z pominięciem głównego składnika).
Symbole brązów cynowych to B2 (CuSn2), B4 (CuSn4), B6 (CuSn6), B43 (CuSn4Zn3), B443
(CuSn4Zn4Pb3), B444 (CuSn4Zn4Pb4). Symbole brązów aluminiowych to: BA5 (CuAl5), BA8
(CuAl8), BA93 (CuAl9Fe3), BA1032 (CuAl10Fe3Mn2), BA1044 (CuAl10Fe4Ni4), BA92
(CuAl9Mn4). Symbole brązów berylowych to BB2 (CuBe2Ni (Co)), BB1T (CuBe1,7NiTi), BB2T
(CuBe2NiTi). Brąz krzemowy: BK31 (CuSi3Mn1). Brąz manganowy: BM123 (CuMn12Ni3).
Mosiądze oznacza się literą M. Kolejna litera oznacza rodzaj mosiądzu: dwuskładnikowy - brak drugiej litery, ołowiowy - O, aluminiowy - A, cynowy - C, krzemowy - K, manganowy - M, wysokoniklowy-ZN. Kolejne liczby oznaczają zawartość miedzi w procentach.
Np. M95 (CuZn5), M90 (CuZn10), M85 (CuZn15), MO64 (CuZn34Pb3), MO62 (CuZn36Pb1.5),
MA77 (CuZn20Al2), MZN18 (CuNi18Zn27).
Miedzionikle oznacza się literami MN. Kolejna występująca litera oznacza rodzaj niklu. Liczby określają zawartość kolejnych metali (z pominięciem miedzi) w procentach.
Miedzionikle dwuskładnikowe – MN5 (CuNi5), MN19 (CuNi19) i MN25 (CuNi25), miedzionikle
żelazo-manganowe – MNZ51 (CuNi5FeMn) i MNZ101 (CuNi10FeMn), miedzionikle manganowo-
żelazowe – MNM201 (CuNi20MnFe) i MNM301 (CuNi30MnFe), miedzionikle manganowe –
MNM401 (CuNi40Mn) i MNM441 (CuNi44Mn), miedzionikiel aluminiowy – MNA62
(CuNi6Al2), miedzionikiel krzemowo-manganowy – MNK31 (CuNi3SiMn).
3. Wyniki badań i analiza
Wyniki badań opracowano na podstawie skryptu do laboratorium.
Rysunki próbek widziane w powiększeniu znajdują się w Załączniku 1.
3.1. Próbka 1.
Powiększenie:100
Trawienie: TAK
Stop zidentyfikowano jako: M70 rek
Mosiądz dwuskładnikowy, zawartość miedzi około 70% poddany rekrystalizacji i zgniotowi.
Widoczna struktura krystaliczna, wyraźnie widoczne granice ziaren. Widoczne wtrącenia niemetaliczne najprawdopodobniej tlenki.
M70 charakteryzuje się dobrą podatnością pod obróbkę plastyczną na zimno, dobrze lutowany.
Główne zastosowanie w produkcji galanterii metalowej, elementów głęboko tłoczonych, w przemysle elektrycznycm i elektrotechnicznym. Zgniot i rekrystalizacja sprawiają, że jest on jeszcze bardziej wytrzymały.
3.2. Próbka 2.
Powiększenie:100
Trawienie: TAK
Stop zidentyfikowano jako: B10
Brąz cynowy. Zawartość cyny 10 %. Wyraźnie widoczne dranice ziaren. Ziarna przypominają swoim wyglądem rysunki ameby. Typowy brąz maszynowy. Brąz ten ma dobre właściwości mechaniczne oraz przeciwcierne i dlatego często jest stosowany na koła ślimakowe i ślimaki, a dawniej był stosowany na odlewy luf armatnich.
3.3. Próbka 3.
Powiększenie:100
Trawienie: TAK
Stop zidentyfikowano jako: M58
Mosiądz dwuskładnikowy, zawartość miedzi około 58%. Struktura ziaren przypomina ziarenka ryżu
– są to igły fazy α. Wyraźna pasmowość. Taka zawartość miedzi sprawia iż mosiądz ma dobrą podatność na obróbkę plastyczną na zimno, jest dobrze lutowany. Główne zastosowanie może znaleźć w produkcji chłodnic, elementów głęboko tłoczonych, w przemyśle elektrycznym i elektrotechnicznym.
Powiększenie:100
Trawienie: TAK
Stop zidentyfikowano jako: M70 zgn.
Mosiądz dwuskładnikowy, zawartość miedzi około 70% poddany jedynie zgniotowi. Częściowo widoczna struktura krystaliczna, wyraźnie widoczne granice ziaren.
M70 charakteryzuje się dobrą podatnością pod obróbkę plastyczną na zimno, dobrze lutowany.
Główne zastosowanie w produkcji galanterii metalowej, elementów głęboko tłoczonych, w przemysle elektrycznycm i elektrotechnicznym.
3.5. Próbka 5.
Powiększenie:100
Trawienie: TAK
Stop zidentyfikowano jako: BA1032
Brąz aluminiowy. W przybliżeniu zawartość poszczególnych pierwiastków: Cu – 85%, Al – 10%,
Fe – 3%, Mn – 2%. Brąz w tym gatunku charakteryzuje się wysokimi właściwościami wytrzymałościowymi nawet w podwyższonych temperaturach, odporny na ścieranie. Zastosowanie
w elementach aparatury kontrolno pomiarowej, chemicznej.
3.6. Zastosowanie
Zastosowanie stopów miedzi:
Brąz: na odlewy, na stalówki do piór, w postaci sproszkowanej jako farba, do wyrobu części maszyn, na części jak łożyska, panewki, ślizgi i napędy, osprzęt parowy i wodny, armatura chemiczna, przemysł okrętowy i papierniczy, dzwony.
Brąz manganowy: na części precyzyjnych aparatów wymagających wytłumienia drgań.
Mosiądz: wyroby emaliowane, elementy wykonywane różnymi metodami obróbki plastycznej, oraz
skrawania, rury cienkościenne, elementy zamków błyskawicznych, elementy ślizgowe, na wyroby
armatury, osprzęt odporny na wodę morską, śruby okrętowe, okucia budowlane, na elementy maszyn w przemyśle maszynowym, samochodowym, elektrotechnicznym, okrętowym,
precyzyjnym, chemicznym, też na formy odlewnicze.
Miedzionikiel : w elektrotechnice, w produkcji monet.
4. Wnioski.
1. Próbki do badań mikroskopowych muszą być starannie przygotowane, kolejne fazy przygotowania próbek ujawniają coraz to nowe możliwości przyjrzenia się próbce.
2. Z samego wyglądu próbki odczytać można rodzaj stopu z jakiego została wykonana.
Porównując uzyskany obraz z wzorcami znajdującymi się w odpowiednich normach ustalić
można rodzaj stop miedzi.
3. Miedzi stopy o różnej strukturze wewnętrznej i różnym składzie mają różne właściwości.
4. By zwiększyć własności wytrzymałościowe mosiądzów stopu można poddać zgniotowi i
rekrystalizacji.
Literatura:
1. K. Cudny. Metaloznawstwo okrętowe. Gdańsk 2001
2. http://www.aluteam.com.pl