WYDZIAA
INŻYNIERII MATERIAA
OWEJ
POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
LABORATORIUM MATERIAA
OZNAWSTWA
Materiały pomocnicze do ćwiczenia nr 5, pt.:
"WAŻNIEJSZE STOPY MIEDZI I ALUMINIUM
ORAZ SPOSOBY ICH UMACNIANIA (Przykłady)
Opracował dr inż. Andrzej W. Kalinowski
Luty 1994
1. WIADOMOÅšCI WST
PNE
Miedz
jest metalem stosowanym przez człowieka od bardzo dawna. Badania archeologiczne wykazały, że była
ona znana już 3000 lat przed nar. Chr. w starożytnym Egipcie. W pewnych okresach rozwoju materialnego
dominowała jako tworzywo metaliczne wśród ówcześnie znanych zaledwie kilku metali. Od stopów jej z cyną
epoka rozwoju cywilizacyjnego otrzymała nazwę "epoki brązu". Przeciętne właściwości miedzi wyzarzonej
zawiera tabela nr l.
Jednym z najpóz
niej poznanych przez człowieka metali, który zrobił zawrotną karierę jako główny
składnik stopów. konstrukcyjnych jest aluminium (glin). W postaci metalicznej wyodrębniony został w 1825
roku. Na skalę przemysłową aluminium i jego stopy zaczęto stosować dopiero w pierwszym dziesięcioleciu XX
wieku. Prawie 70 lat potrzeba było na wynalezienie opłacalnych metod uzyskiwania metalicznego aluminium.
Właściwości mechaniczne aluminium wyżarzonego o czystości 99, 7%Al podano w tablicy l.
Tablica l
Właściwości mechaniczne i niektóre fizyczne miedzi i aluminium
Właściwości mechaniczne Gęstość przy Temperatura
Odmiany
Rm R02 HB A10 Z topnienia
Metal 20°
°C
°
°
alotropowe
MPa MPa % % g/cm3
°C
Cu 210-240 25-40 30-40 40-60 ok. 60 brak 8,94 1,083
Al. 60-70 20-30 18 35-45 97-99 brak 2,703 660
(99,7%Al)
Z przeglądu zestawionych w tablicy 1 właściwości wytrzymałościowych miedzi i aluminium wynika, że
są one niskie. Dlatego w postaci czystej nie znalazły one zastosowania jako materiały konstrukcyjne. Inne jednak
ich cechy fizyczne, niezwykle cenne, jak dobre przewodnictwo elektryczne, cieplne, odporność na korozję
atmosferyczną (wynikającą z pasywującego działania szczelnie przylegających do powierzchni tlenków)
odporność na działanie wielu kwasów i zasad, spowodowały zastosowanie techniczne:
Cu - w przemyśle elektrotechnicznym, chemicznym, elektronicznym, energetycznym itp.,
Al. - w przemyśle spożywczym, elektrotechnicznym, chemicznym i energetycznym.
Aby wykorzystać i częściowo zachować pożyteczne cechy fizyczne miedzi i aluminium a jednocześnie
podnieść ich właściwości wytrzymałościowe sporządza się na ich podstawie bardzo dużo stopów od których
wymaga się różnych właściwości fizycznych i chemicznych. Duża ich część stanowi grupę materiałów
konstrukcyjnych posiadających niekiedy kilkakrotne większe właściwości wytrzymałościowe niż czyste
aluminium czy miedz
. Dla porządku należy odnotować, że obok umocnienia odkształceniowego (ćw. nr 3)
najstarszą metodą stosowaną do metali w celu podwyższenia ich właściwości wytrzymałościowych jest
nazywane współcześnie umacnianie roztworowe. Istota jego polega na tym, że atomy pierwiastków
rozpuszczonych w sieci metalu podstawowego tworzą roztwory różnowęzłowe lub międzywęzłowe. Różnice
średnic atomów pierwiastków stopów i atomów metalu będącego rozpuszczalnikiem, przypadkowo lub w
sposób uporządkowany (roztwory uporządkowane) ułożone w sieci przestrzennej roztworu, powodują lokalne
odkształcenia sprężyste.
Nie wnikając w szczegóły poglądów na mechanizm umocnienia obcymi atomami w roztworze, można
powiedzieć, że wzrost naprężeń spowodowany odkształceniem sprężystym sieci składnika podstawowego przez
atomy składnika stopowego powoduje wzrost naprężeń niezbędnych dla uruchomienia poślizgu dyslokacji i
utrudnienia pokonania przez dyslokację przeszkód w czasie poślizgu poprzecznego. W sumie powoduje to
wzrost właściwości wytrzymałościowych a przykładem tego jest wzrost granicy plastyczności stopów miedzi
będących roztworami (rys. 1 ).
Występowanie zmiennej rozpuszczalności w stanie stałym w roztworze, daje teoretyczne podstawy
zastosowania metody umocnienia wydzieleniowego, której realizacja polega na obróbce cieplnej złożonej z
dwóch zabiegów: przesycania i starzenia. W pierwszym zabiegu stop wygrzany zostaje w temperaturze t1-nieco
powyżej krzywej zmiennej rozpuszczalności w celu rozpuszczenia jednej z faz równowagowych występujących
w temperaturach poniżej krzywej zmiennej rozpuszczalności (rys. 2).
Rys. 1. Wpływ pierwiastków stopowych na granicę plastyczności miedzi
Rys. 2. Schemat przedstawiający temperatury, z której przesyca się stop o składzie I
Stop przetrzymuje się przez pewien okres czasu w tej temperaturze aby nastąpiło pełne rozpuszczenie
fazy ² i ujednorodnienie skÅ‚adu chemicznego a nastÄ™pnie szybko schÅ‚adza w celu zatrzymania skÅ‚adnika ² w
roztworze Ä….
Stop przesycony znajduje się w stanie metastabilnym. Zyskuje nieco na wzroście właściwości
wytrzymałościowych w stosunku do stopu będącego w stanie wyżarzonym, jednocześnie posiada dość dobre
właściwości plastyczne co z punktu technologicznego ma duże znaczenie, gdyż można go obrabiać plastycznie
(kształtować w elementy użytkowe). Po pewnym czasie stop w sposób naturalny (samoistny) lub podgrzewany
(sztuczny) powraca do stanu równowagi.
Istniejący w roztworze stałym przesyconym nadmiar energii swobodnej jest siłą napędową procesów
stwarzających tendencję do zbliżania się do stanu równowagowego. W początkowym stadium starzenia
wytworzą się stany przedwydzieleniowe polegające na gromadzeniu się atomów przesycających w pewnych
obszarach roztwory stałego.
Powodują one silne odkształcenie sieci a więc utrudniają ruch dyslokacji i w ten sposób wywołują wzrost
wskaz
ników wytrzymałościowych. Starzenie przeprowadza się w taki sposób aby uzyskać stany
przedwydzieleniowe, gdyż wtedy stop osiąga najwyższe wartości Rm, Re (R02) i H.
Nadmierne wydłużenie czasu starzenia sztucznego (stop jest wygrzewany w temperaturach poniżej
krzywej zmiennej rozpuszczalności) powoduje niekorzystny efekt przestarzenia przejawiający się utworzeniem
w mikrostrukturze stopu faz równowagowych (na schemacie - rys. 2, fazy ² i w konsekwencji spadek
wskaz
ników wytrzymałościowych.). Takie obróbki stosuje się do niektórych stopów aluminium (np. durali),
stopów miedzi (np. brązów berylowych).
Kształtowanie mikrostruktury a więc i właściwości stopów odlewniczych niekiedy przeprowadza się już
w procesie krystalizacji pierwotnej stopu. Przez dodawanie do kÄ…pieli metalicznej pewnych, w niewielkich
ilościach składników (modyfikatorów) powoduje się zmiany mikrostruktury. Zaznaczyć jednak należy, że
zmiany te nie są spowodowane zmianami składu chemicznego lecz zmianą przebiegu krystalizacji Takie procesy
przeprowadza się zazwyczaj tuż przed odlaniem stopu i nazywa się je modyfikacją Celem głównym modyfikacji
jest uzyskanie drobnego i o korzystnych kształtach ziarna. Osiąga się ten cel głównie przez wytworzenie w
ciekłym metalu dodatkowych ośrodków krystalizacji (zarodkowanie heterogeniczne) i gromadzeniu się na
powierzchni międzyfazowej ciecz-ciało stałe atomów bądz
cząsteczek modyfikatora, które wpływają na proces
wzrostu, kryształu, stopień przechłodzenia i przesunięcie punktów charakterystycznych w układzie (np.
eutektyki).
Dla niektórych stopów miedzi np. brązów aluminiowych możliwe jest zastosowanie obróbki cieplnej
polegajÄ…cej na hartowaniu i odpuszczaniu, podobnie jak ma to miejsce w stali.
2. STOPY MIEDZI I ALUMINIUM.
Do stopów miedzi jak i aluminium stosuje się różne kryteria podziału, z których najważniejszymi są:
- skład chemiczny, stąd podział na stopy dwu, trzy i wieloskładnikowe,
- budowa fazowa tj. jedno, dwu i wielofazowe,
- zastosowania do określonych technik wytwarzania tj. obróbki plastycznej (na zimno lub na gorąco) i
do odlewania.
Dużą część tych stopów poddawana zostaje różnym obróbkom cieplnym w celu przebudowy mikrostruktury i
osiągnięcia określonych właściwości.
2.1. WAŻNIEJSZE STOPY MIEDZI.
W każdym metalu istnieje pewna grupa pierwiastków trudno usuwalnych pochodzących z rudy bądz

procesów metalurgicznych, które zaliczamy do zanieczyszczeń. Przy czym dopuszczalna ich ilość w dużej
mierze zależy od zastosowania metalu do określonego wyrobu. Np. w odlewach z miedzi czy jej stopów
pracujących w niezbyt trudnych warunkach wiele pierwiastków-zanieczyszczeń nie będzie miało wielkiego
praktycznego znaczenia. Jeżeli jednak miedz
ma służyć do wyrobu przewodów elektrycznych to każdy
znajdujący się w niej inny pierwiastek, nawet w niewielkich ilościach powodować będzie obniżenie
przewodności elektrycznej (rys. 3).
Rys. 3. Wpływ zanieczyszczeń na przewodność elektryczną miedzi wg Addkis a
Do szczególnie niepożądanych zanieczyszczeń miedzi obniżających jej właściwości wytrzymałościowe
jak i technologiczne należą: bizmut, ołów i tlen.
Bizmut i ołów praktycznie nie rozpuszczają się w miedzi i w procesie krystalizacji krzepną jako ostatnie
lokalizując się na granicach ziarn miedzi w formie małych wydzieleń. Z uwagi na niskie temperatury topnienia
(Bi - 271,3°C; Pb - 327,4°C) wywoÅ‚ujÄ… kruchość miedzi "na gorÄ…co" co uniemożliwia jej obróbkÄ™ plastycznÄ…
(następuje pękanie). Ujemny wpływ tych zanieczyszczeń ujawnia się już przy bardzo małych stężeniach stąd
dopuszczalna zawartość w miedzi bizmutu wynosi 0,002% a ołowiu 0,005%.
Tlen wiąże się z miedzią, tworząc tlenek miedziawy Cu2O, który z miedzią tworzy eutektykę krzepnącą w
temperaturze 1066°C i zawierajÄ…cÄ… 0,39% tlenu. Nie powoduje ona kruchoÅ›ci na gorÄ…co, ale obniża wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci
plastyczne. W przypadku wyżarzania miedzi (np. rekrystalizującego) w środowisku zawierającym wodór,
dyfunduje on w głąb miedzi i redukuje napotkane tlenki. W wyniku reakcji:
Cu2O+H2 Ò! 2Cu+H2O,
tworzą się cząstki pary wodnej, które w podwyższonej temperaturze powodują pęknięcia wewnętrzne miedzi.
Takie zjawisko nazwano  chorobÄ… wodorowÄ… . Miedz
dotknięta nią jest krucha - traci właściwości plastyczne
oraz wytrzymałościowe i nie nadaje się do obróbki plastycznej.
Z uwagi na szerokie zastosowanie miedzi i stawiane jej wymagania co do właściwości
wytrzymałościowych, stosuje się do niej obróbkę plastyczną na zimno lub wprowadza różne składniki stopowe
w ilości nie przekraczającej zwykle 2% (PN-63/H-87053). Miedz
taką nazywa się w zależności od składnika.
miedziÄ… arsenowÄ…, miedziÄ… kadmowÄ… itd. (tablica 2).
Tablica 2
Rodzaje miedzi w zależności od składnika stopowego o zawartości poniżej 2% (PN-63/H-87053)
Lp. Rodzaj miedzi Znak Cecha Pierwiastek Zawartość Ilość Główne
stopowy pierwiastka zanieczyszczeń zastosowania
stopowego
% %
1 Miedz
arsenowa CuAs MR As 0,5 - 0,8 0,3 Aparatura
chemiczna
2 Miedz
cynkowa CuZn2 MZ2 Zn 1,8  3,2 0,1 Aparatura
chemiczna
3 Miedz
cynowa CuSn1 MC1 Sn 0,95  1,25 0,1 Aparatura
chemiczna
4 Miedz
kadmowo- CuCdSi MDK Cd, Si 0,2  0,3 0,1 Aparatura
krzemowa 0,05  0,01 chemiczna
5 Miedz
kadmowa CuCd1 MD1 Cd 0,9  1,2 0,1 Aparatura
chemiczna
6 Miedz
chromowa CuCr MH Cr 0,4 - 1,2 0,3 Aparatura
chemiczna
7 Miedz
srebrowa CuAg MS Ag 0,025  0,25 0,1 Luty
8 Miedz
srebrowa CuAg1 MS1 Ag 0,5  1,0 0,1 Luty
9 Miedz
srebrowa CuAg2 MS2 Ag 1,85  2,15 0,1 Druty
wspornikowe do
lamp
elektronowych
10 Miedz
tellurowa CuTe ME Te 0,3  1,1 0,1 Dysze do
palników
gazowych, radary,
urzÄ…dzenia tele i
radiotechniczne
Stopy miedzi zawierają zwykle od 2% do 50% składników stopowych i dzielą się na trzy zasadnicze
grupy: mosiądze, brązy i miedzionikle. Dalsze ich podziały opierają się, jak wcześniej napisano, na budowie
fazowej i zwiÄ…zanym z niÄ… przeznaczeniu do odpowiedniej technologii wytwarzania (formowania plastycznego,
odlewania).
2.1.1. MOSI
DZE.
Mosiądze są to stopy miedzi, w których głównym składnikiem stopowym jest cynk. Praktyczne znaczenie
mają stopy zawierające od 2% do 45% Zn. Większa bowiem zawartość cynku powoduje tworzenie się twardych
faz międzymetalicznych i zwiększa kruchość stopów tak, że stają się one praktycznie mało przydatne.
Rys. 4. Mikrostruktura mosiÄ…dzu: a  jednofazowego w stanie wyżarzonym (Ä…), b  dwufazowego (Ä… + ² ) w
stanie odlanym.
Rys 5. Fragment wykresu równowagi faz układu Cu-Zn
Jak wynika z wykresu układu (rys. 5) stopy do zawartości 38% cynku posiadają budowę jednofazową ą
stanowiącą roztwór stały cynku w miedzi (rys. 4a).
Właściwości mechaniczne mosiądzów jednofazowych wzrastają z zawartością cynku (umocnienie
roztworowe, rys. 6).
Rys. 6. Właściwości mechaniczne mosiądzu w zależności od zawartości cynku i mikrostuktury
Ponieważ są one plastyczne to dalszy wzrost właściwości wytrzymałościowych można osiągnąć przez
umocnienie odkształceniowe.
Rys. 7. Zmiana właściwości mechanicznych mosiądzu CuZn30 w zależności od stopnia odkształcenia na zimno
Stopy Cu-Zn zawierajÄ…ce wiÄ™cej jak 38% Zn majÄ… budowÄ™ dwufazowÄ… (Ä…+²') Faza ²' jest roztworem staÅ‚ym
uporzÄ…dkowanym na bazie zwiÄ…zku elektronowego CuZn Nie wykazuje ona cech plastycznych i jest krucha.
Powyżej temperatury 454°C-468°C ( w zależnoÅ›ci od zawartoÅ›ci Zn, linia przerywana na wykresie, rys.4) ulega
przemianie porzÄ…dek-nieporzÄ…dek (²' Ò! ²). W stanie nieuporzÄ…dkowanym ² jest plastyczna, dlatego mosiÄ…dze
dwufazowe obrabia siÄ™ plastycznie na gorÄ…co.
Jak wynika z wykresu układu (rys. 6) największe wydłużenie (A) osiąga mosiądz zawierający ok. 30% Zn
a wytrzymaÅ‚ość Rm przy 45% Zn. Z chwilÄ… pojawienia siÄ™ fazy ²' wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci plastyczne dość szybko malejÄ…,
zaś wytrzymałość Rm dopiero powyżej 45% Zn. Na podstawie właściwości mechanicznych uwarunkowanych
zawartością cynku, pod względem technologicznym mosiądze dzieli się na. jednofazowe (poniżej 36% Zn) do
obróbki plastycznej na zimno i mosiÄ…dze dwufazowe (Ä…+²') do obróbki plastycznej tylko na gorÄ…co. Te ostatnie
stanowią również grupę mosiądzów odlewniczych.
Prócz dobrych właściwości mechanicznych, które zadecydowały o szerokim zastosowaniu mosiądzów,
wskazują one dobrą odporność na korozję atmosferyczną przy czym odporniejsze są pod tym względem
mosiądze jednofazowe. Mosiądze wykazują jednak pewną wrażliwość na korozję naprężeni ową (sezonowe
pękanie) wywołaną współdziałaniem naprężeń własnych i niektórych gazów (np. amoniaku) znajdujących się w
środowisku. Zastosowanie techniczne mosiądzów zarówno jedno jak i dwufazowych jest bardzo rozległe, trudne
do wyliczenia.
Np. w zależności od zawartości Zn wykonuje się z nich takie elementy jak rurki chłodnicze, łuski do amunicji,
blachy do głębokiego tłoczenia, blachy do platerowania, elementy sprężyste, elementy maszyn kute i prasowane
na gorÄ…co i wiele innych.
W wyniku obróbek plastycznych na zimno i cieplnych (wyżarzanie rekrystalizujące) uzyskuje się
mosiądze "miękkie" (łatwo dające się odkształcać) lub umocnione (mało plastyczne). Zależnie od tych cech
wyróżnia się stany: wyżarzony, półtwardy, twardy i sprężysty Wartości wskaz
ników mechanicznych tych
stanów podano w tablicy 3.
Tablica 3
Wartości Rm i A mosiądzu CuZn37 w różnych stanach
Wytrzymałość na rozciąganie Rm Wydłużenie A
Stan
MPa %
Wyżerzony 290 45
Półtwardy 350 25
Twardy 400 15
Sprężysty 520 5
Mosiądze odlewnicze o zawartości zwykle 38-42% Zn mają budowę dwufazową, po odlaniu
dendrytyczną (rys. 5b), a po obróbce plastycznej na gorąco budowę komórkową.
Charakteryzują się one dobrą lejnością tj. dobrym wypełnianiem form (cecha ta związana jest z małą
lepkością ciekłego metalu). W zależności od warunków krystalizacji odlewy z tego samego stopu mogą
uzyskiwać różną wielkość ziarna co wpływa na właściwości mechaniczne stopu np.: odlewy wykonane w
formach piaskowych (wolniejsze odbieranie ciepła) będą miały większe ziarno od odlewów kokilowych
(metalowych-chłodzenie szybsze). Ze względu na znaczną odporność korozyjną największe zastosowanie
mosiądzów odlewniczych znajduje w produkcji armatury sanitarnej, gazowej, hydraulicznej nisko i
wysokociśnieniowej .
Znaczącą grupę stopów Cu-Zn stanowią mosiądze wieloskładnikowe, do których wprowadza się takie
pierwiastki jak Pb, Fe, F, P, Mn, Sn, Al, Ni, Si i inne. WchodzÄ… one prócz Pb, Fe, i P do roztworów staÅ‚ych Ä… i ²'
powodując ich umocnienie. Obok tego zmniejszają rozpuszczalność Zn w Cu ( Fe i Mn ) lub powiększają zakres
rozpuszczalności cynku (Sn, Al, Si). Wpływają także modyfikująco na przebieg krystalizacji.
Poszczególna ich rola jest następująca:
Pb - polepsza skrawalność (powoduje łamliwość wióra), do zawartości 1% nie wpływa na właściwości
mechaniczne; w odlewach powoduje  uszczelnienie rzadzizn i porów materiału,
P - z miedzią tworzy Cu3P, który utwardza stop i zwiększa odporność na ścieranie, ilość jego zwykle nie
przekracza 0,5%,
Fe - występuje w mikrostrukturze jako odrębna faza o zmiennej rozpuszczalności w miedzi w stanie
stałym co umożliwia zastosowanie do stopu utwardzania wydzieleniowego; udział w stopie Fe nie
przekracza 1%.
Mn, Ni - podwyższa właściwości mechaniczne, a mangan dodatkowo jeszcze wpływa modyfikująco.
Zawartość każdego z tych pierwiastków waha się w granicach 2%.
Sn i Al. - zwiększają odporność na korozję atmosferyczną i w wodzie morskiej, podwyższają również Rm
i twardość. Przeciętna zawartość cyny w stopach wynosi 1% a aluminium 3%.
Stosowanie w wielu przemysłach i wyrobach mosiądzów wieloskładnikowych spowodowane jest
zastępowaniem niemi drogich (z uwagi na cynę) brązów cynowych. Np. mosiądze cynowe (CuZn28Sn1),
aluminiowe (CuZn2lAl2), manganowe (CuZn40Mn) stosuje się w przemyśle okrętowym na rury chłodnic, na
odlewy armatury i części maszyn czy śruby okrętowe (CuZn50Mn3Fe). Dzięki dobrym właściwościom
sprężystym mosiądz niklowy (CuZn29Ni6) używany jest na rury i membrany manometrów.
Typowymi mosiądzami wieloskładnikowymi, odlewniczymi są: CuZn43Mn4Pb3Fe stosowany na części
maszyn, łożyska ślizgowe i armaturę w budownictwie okrętowym oraz CuZn50Mn3Fe na słabo obciążone duże
części maszyn i silników.
2.1.2. B R
Z Y
Nazwa brÄ…z w zasadzie obejmuje stopy miedzi ze wszystkimi pierwiastkami poza cynkiem i niklem jako
głównymi składnikami.
Techniczne zastosowanie mają następujące stopy:
-brÄ…z cynowy do ok. 15% Sn,
-brÄ…z aluminiowy do 11% Al,
-brązy ołowiowe do 35% Pb,
-brÄ…zy manganowe do 5% Mn,
-brÄ…zy krzemowe do 4% Si,
-brÄ…zy berylowe do 2,5% Be.
Oprócz wymienionych brązów dwuskładnikowych istnieje, podobnie jak w mosiądzach, duża grupa brązów
wieloskładnikowych o zróżnicowanych właściwościach mechanicznych, fizycznych i chemicznych.
2.1.2.1. BrÄ…zy cynowe.
Brązy cynowe są dwu i wieloskładnikowe. Z nazwy wynika, że głównym składnikiem stopowym jest
cyna. Z uwagi na jej koszt i uzyskanie określonych właściwości do brązów cynowych wprowadza się jeszcze
cynk, ołów, fosfor i inne pierwiastki. Fragment układu równowagi Cu-Sn stopów praktycznie stosowanych
pokazano na rys. 8.
Przy małych zawartościach (<6%) cyny występuje faza ą będąca roztworem stałym cyny w miedzi.
Rozpuszczalność cyny w miedzi w temperaturze 520°C wynosi 15,8% i dość szybko maleje. Ze wzglÄ™du na
małą szybkość dyfuzji cyny w miedzi w rzeczywistych warunkach technicznych nie uzyskuje się stanu
równowagi. Mikrostruktury otrzymane w takich warunkach przedstawiajÄ… wykresy, na których poniżej 520°C
rozpuszczalność cyny w miedzi nie ulega zmianie co przedstawia linia przerywana na wykresie (rys. 8).
Rys. 8. Fragment wykresu układu równowagi Cu-Sn
Duża rozpiętość między linią solidus i likwidus sprzyja skłonności brązów cynowych do segregacji: obok
niejednorodnej fazy ą pojawiają się fazy występujące przy wyższych stężeniach cyny.
W ukÅ‚adzie, w warunkach równowagi zachodzi szereg przemian: faza ² (roztwór na bazie fazy
elektronowej, CuSn o stężeniu elektronowym 3/2) w temperaturze 586°C eutektoidalnie rozpada siÄ™ na
mieszaninÄ™ (Ä… + Å‚), faza Å‚ w temperaturze 520°C również ulega rozpadowi eutektoidalnemu na mieszaninÄ™ (Ä… +
´), a z kolei ´ (roztwór na bazie fazy elektronowej, Cu31Sn8,21/13) w temperaturze 350°C także eutektoidalnie
rozpada siÄ™ na mieszaninÄ™ (Ä… + µ). Praktycznie ten ostatni rozpad jednak nie zachodzi z powodu powolnej
dyfuzji cyny w miedzi. Chcąc uzyskać stan równowagi należałoby przez bardzo długi okres czasu wygrzewać
stop w temperaturach bliskich 350°C. Tak wiÄ™c w brÄ…zach cynowych, przydatnych technicznie, w temperaturze
normalnej w mikrostrukturze skÅ‚adnikiem eutektoidu jest faza ´.
W odlewach z brązów cynowych wskutek segregacji wywołanej warunkami krystalizacji występują
struktury nierównowagi. Np. w odlewach piaskowych eutektoid pojawia się już powyżej 8% Sn, a w kokilowych
już od 5% Sn. Powstałe segregacje można usunąć stosując długotrwałe wyżarzania ujednoradniające w
temperaturze 700 - 750°C. Podczas tego wyżarzania eutektoid (Ä… + ´) ulega rozpuszczeniu i tworzy siÄ™ w miarÄ™
jednorodna faza Ä….
Stopy o budowie jednofazowej wykazują dość dobre właściwości plastyczne i mogą być poddawane obróbce
plastycznej, po której uzyskają budowę komórkową (ziarno równoosiowe) z licznymi bliz
niakami. Obecność
eutektoidu w stopie powoduje wyraz
ne obniżenie właściwości plastycznych, gdyż faza b jest twarda i krucha.
Wpływ cyny na właściwości mechaniczne brązów cynowych ilustruje rys. 9.
Rys. 9. Wpływ zawartości cyny na właściwości mechaniczne brązu w stanie lanym
Brązy do obróbki plastycznej na zimno Zawierają do 8% Sn. Najczęściej stosowanym z tej grupy brązami
są: CuSn4, CuSn7 i CuSn8. Po obróbce plastycznej brązy te wykazują dobre właściwości mechaniczne (rys. 10)
i stosowane są w formie blach, prętów, drutów, rurek na różne elementy przyrządów pomiarowych,
precyzyjnych, siatki, sprężyny, membrany itp. Charakteryzują się również bardzo dobrą odpornością na korozję
w warunkach atmosferycznych jak i w wodzie morskiej Nie są wrażliwe na korozję naprężeniową.
Rys. 10. Zmiana właściwości mechanicznych brązu CuSn7P w zależności od stopnia odkształcenia na zimno
Brązy zawierające powyżej 8% Sn (zwykle ok. 10%) stosowane są na odlewy części maszyn silnie
obciążone i pracujące na ścieranie (koła zębate, ślimacznice, wirniki pomp, panewki itp.). Dodatek ok 1%
fosforu do brązu (brąz fosforowy Cu10SnP) powoduje wzrost twardości, odporności na ścieranie i poprawia
właściwości ślizgowe, dzięki pojawieniu się w mikrostrukturze nowej fazy - Cu3P. Typową mikrostrukturę tego
brązu pokazano na rys. 11. Fosfor w obu rodzajach brązów (do obróbki plastycznej i odlewniczych) stosowany
jest również jako odtleniacz.
Jako dodatki stopowe do brązów wieloskładnikowych wprowadza się cynk (substytut drogiej cyny), ołów
i inne jeszcze pierwiastki. Do 8% cynk rozpuszcza się w fazie ą, polepsza lejność i podnosi właściwości
wytrzymaÅ‚oÅ›ciowe, ale dwukrotnie mniej jak cyna. Ołów nie rozpuszcza siÄ™ w Ä… ani też ´, stanowi w
mikrostrukturze oddzielną fazę. Polepsza właściwości ślizgowe i skrawalność oraz zabezpiecza przed
mikroporowatością odlewu. Typowym przedstawicielami brązów odlewniczych wieloskładnikowych są:
CuSnlOZn3, CuSn6Zn6Pb3.
Rys. 11. Mikrostruktura brÄ…zu CuSn10P w stanie lanym.
2.1.2.2. BrÄ…zy aluminiowe.
Techniczne zastosowanie mają brązy do zawartości 11% Al. Maksymalna rozpuszczalność aluminium w
miedzi w temperaturze 565°C (eutektoidalnej) wynosi 9,4% i do temperatury normalnej nie ulega zmianie
(rys. 12). W tym zakresie stężeń tworzy się stały roztwór aluminium w. miedzi, którego właściwości
wytrzymałościowe rosną wraz ze wzrostem zawartości Al (rys. 12). W stopach zawierających więcej jak
9,4% Al i w temperaturach wyższych od 565°C pojawia siÄ™ faza ², która jest roztworem staÅ‚ym na bazie
fazy elektronowej Cu3Al o stężeniu elektronowym 3/2.
Rys. 12. Fragment wykresu układu Cu-Al.
W temperaturze 565°C faza ta ulega eutektoidalnemu rozpadowi na mieszaninÄ™ (Ä… + Å‚z) Faza Å‚ z jest
roztworem na bazie kolejnej fazy elektronowej (Cu9Al4) o stężeniu elektronowym 21/13.
Eutektoidalny rozpad fazy ² można zahamować przez szybkie chÅ‚odzenie co powoduje bezdyfuzyjnÄ…
przemianÄ™ (²Ò!²'), w wyniku której uzyskuje siÄ™ iglastÄ… strukturÄ™ (rys. 14). Ma ona typowe cechy przemiany
martenzytycznej. W odróżnieniu od przemiany martenzytycznej w stalach jest ona odwracalna tzn. w warunkach
szybkiego nagrzewania ²'Ò!² (Uwaga: w literaturze dotyczÄ…cej brÄ…zów aluminiowych przez ²' oznacza siÄ™ fazÄ™
martenzytycznÄ…, a przez ²1 fazÄ™ uporzÄ…dkowanÄ…, bowiem i w brÄ…zach aluminiowych powyżej 11% Al zachodzi
przemiana nieporzÄ…dek-porzÄ…dek: ² Ò! ²1).
Rys. 13. Zmiany właściwości mechanicznych brązów aluminiowych w stanie lanym w zależności od zawartości
aluminium
Rys. 14. Mikrostruktura brązu aluminiowego CuAl10Fe3Mn2: a  wyżarzonego, b - zahartowanego
Przemianę martenzytyczną zachodzącą w brązach wykorzystuje się w celu podwyższenia ich właściwości
wytrzymaÅ‚oÅ›ciowych. Np. brÄ…z CuAl10Fe3Mn hartuje siÄ™ z temperatury 950°C i odpuszcza 400°C-500°C w
ciągu 2-4 godzin. Po takich zabiegach Rm wynosi 700 MPa , twardość 250 HB a Alo ok. 10%. Wartości te
zbliżone są do wartości uzyskiwanych w stalach.
Jednofazowe brązy zawierające do 8% Al można również umacniać odkształceniowo uzyskując znaczne
efekty wzrostu właściwości wytrzymałościowych (rys. 15).
Rys. 15. Zmiana właściwości mechanicznych brązu aluminiowego, jednofazowego o zawartości 8% Al. W
zależności od stopnia odkształcenia na zimno
Wieloskładnikowe brązy aluminiowe zawierające od 9% do 11% Al, <5%Fe, <6% Ni, <4%Mn
stosowane są jako stopy odlewnicze i do obróbki plastycznej na gorąco. Do grupy tej należą często stosowane
brązy CuAl10Fe3Mn2 i CuA110Ni4Fe4, które poddaje się również hartowaniu i odpuszczaniu (ulepszaniu
cieplnemu).
Brązy aluminiowe wykazują dobre właściwości mechaniczne w normalnych i podwyższonych
temperaturach, są odporne na ścieranie. Wykazują dobrą odporność na korozję atmosferyczną i w wodzie
morskiej, którą zawdzięczają tworzącej się na powierzchni szczelnej warstewce Al2O3.
Brązy aluminiowe stosuje się do wyrobu elementów narażonych na ścieranie, tulejki łożysk, koła zębate,
wirniki pomp, śruby napędowe do statków, części przyrządów pomiarowych itp. Są one stopami
konkurencyjnymi do brązów cynowych.
2.1.2.3. BrÄ…zy krzemowe.
Znacznie praktyczne mają stopy do zawartości 3-4% Si. Jak wynika z wycinka wykresu układu
równowagi Cu-Si (rys. 16) maksymalna rozpuszczalność krzemu w miedzi w temperaturze 842°C wynosi 5,3%.
Wraz z obniżeniem temperatury rozpuszczalność Si maleje do ok. 3% w temperaturze normalnej. W
temperaturze 555°C wtórny roztwór Ç ulega rozpadowi eutektoidalnemu na mieszaninÄ™ (Ä… + Å‚). Faza Å‚ jest
roztworem na bazie zwiÄ…zku Cu3Si.
Składnikami stopowymi tych brązów są: Mn, Fe, Zn i Ni. Do roztworu a wchodzi Mn, Ni i Zn silnie
zmniejszając rozpuszczalność krzemu. Żelazo natomiast tworzy fazy międzymetaliczne FeSi lub Fe3Si
powodując. wzrost właściwości wytrzymałościowych. Mangan zwiększa odporność na korozję a Zn lejność.
Rys. 16. Fragment wykresu równowagi faz układu Cu-Si
Stop CuSi3Mn1 przeznaczony jest do obróbki plastycznej na zimno. po której uzyskuje wysokie
właściwości wytrzymałościowe (rys. 17). Stop ten stosowany jest na sprężyny, części aparatury chemicznej,
części maszyn pracujących na ścieranie. Do stopów odlewniczych należy brąz CuSi3Zn3Mn używany do
wyrobu kół zębatych, panewek łożysk ślizgowych, części pomp itp. Z uwagi na słabe iskrzenie przy uderzeniu,
brązy krzemowe stosowane są do wytwarzania elementów aparatury dla przemysłów petrochemicznego i
gazowniczego.
2.1.2.4. BrÄ…zy berylowe.
W praktyce stosowane są brązy berylowe do zawartości 2,5% Be. Innymi składnikami wprowadzanymi w
niewielkich ilościach są: Ni, Ti i czasami Co. Składniki te powodują podwyższenie właściwości mechanicznych,
rozdrobnienie i stabilizację ziarna (Ti). W układzie istnieje zmienna rozpuszczalność berylu w miedzi co daje
podstawy do stosowania utwardzania dyspersyjnego (rys. 18). W temperaturze 575°C faza ² ulega rozpadowi
eutektoidalnemu na mieszaninÄ™ (Ä… + Å‚).
Wzrost właściwości wytrzymałościowych sprężystych w brązach najczęściej stosowanych-CuBe2Ni i
CuBe2NiT, uzyskuje się po zastosowaniu obróbki plastycznej na zimno lub utwardzania dyspersyjnego (czasami
te obróbki Å‚Ä…czy siÄ™ ze sobÄ…). BrÄ…zy te przesyca siÄ™ z temperatury 800°C-820°C a nastÄ™pnie starzy w
temperaturze 300°C-350°C w czasie 2 godzin. W stanie przesyconym brÄ…zy berylowe wykazujÄ… dobre
właściwości plastyczne i można je odkształcać na zimno. Po starzeniu Rm osiąga wartość ok. 1200 MPa tj.
wzrost ponad 2-3 krotnie w odniesieniu do stanu przesyconego. Podobnie rośnie również twardość (od 130 HB
do 320 HB).
Głównie brązy berylowe stosuje się do wyrobu sprężyn, membran, elementów sprężystych, aparatury
precyzyjnej, elektrycznej itp. Cechuje ten rodzaj brązów dobra przewodność elektryczna i brak iskrzenia przy
uderzeniach stąd zastosowanie w przemysłach produkujących łatwopalne i wybuchowe substancje. Są też one
odporne na korozję. Beryl jest drogim składnikiem tych stopów i pamiętać należy, że jest silnie toksyczny.
Rys. 17. Zmiana właściwości mechanicznych brązu CuSi3Mn1 w zależności od stopnia odkształcenia na zimno
Rys. 18. Fragment wykresu równowagi faz układu Cu-Be
2.1.2.5. Brązy ołowiowe.
Brązy ołowiowe zawierają do 35% Pb. Wskutek praktycznie braku wzajemnej rozpuszczalności w stanie
stałym mikrostruktura ich złożona jest z mieszaniny ziarn miedzi i ołowiu. Stopy te są stosunkowo miękkie
dlatego w celu ich umocnienia do niektórych gatunków wprowadza się cynę (do 10%). Charakteryzują się one
dobrymi własnościami ślizgowymi stąd głównie stosuje się je do wyrobu łożysk ślizgowych współpracujących z
utwardzonymi czopami wałów przy dużych prędkościach obwodowych i naciskach. Praktycznie stosowanymi
stopami sÄ… CuPb30, CuPb35 i CuPb10Su10.
2.2. WAŻNIEJSZE STOPY ALUMINIUM.
Aluminium charakteryzuje się dużą plastycznością (tablica 1), dobrą zgrzewalnością, dobrą
przewodnością elektryczną stanowiącą 65% przewodności miedzi i małą gęstością. Aluminium odporne jest na
działanie korozji atmosferycznej (pokrywa się szczelną, pasywującą warstewką Al2O3 ), wody, dwutlenku
siarki, wielu kwasów organicznych i związków azotowych. Wrażliwe jest natomiast na działanie zasad, a więc
wody morskiej, wodorotlenków sodu i wapnia oraz związków rtęci. Stopy Al na ogół wykazują wrażliwość
na korozję, dlatego niektóre z nich pokrywa się warstewką czystego aluminium (plateruje). Dla zwiększenia
odporności korozyjnej aluminium i jego stopów, poddaje się je anodowemu utlenianiu (tzw. eloksalacji).
Wytworzona warstewka tlenkowa o grubości od 0,001 do 0,15 mm w zależności od stanu początkowego
powierzchni może być matowa lub błyszcząca. Po dodaniu w czasie procesu, barwników osiąga się efekt
dekoracyjny co ma estetyczne znaczenie dla produkcji aparatury pomiarowej, elektronicznej, przyrządów
precyzyjnych itp.
W zależności od procesu otrzymywania, wyróżnić można aluminium hutnicze (produkowane w kilku
gatunkach  A00, A0, A1, A2) zawierające od 0,2% do 1 % zanieczyszczeń i aluminium rafinowane (również
kilka gatunków-ARO, AR1, AR2) posiadające od 0,005% do 0,05% zanieczyszczeń. Najczęściej
zanieczyszczeniami Al są: Fe, Si, Cu, Zn, Ti, które obniżają przewodność elektryczną, właściwości plastyczne i
odporność korozyjną. Jak jednak wcześniej wspomniano, pojęcie "zanieczyszczenie" z punktu technicznego
należy traktować względnie i odnosić do zasadniczej cechy bądz
cech materiału na których zależy nam w
pierwszej kolejności. Np. wymienione zanieczyszczenia aluminium pogarszają pewne właściwości fizyczne
(przewodność elektryczną), technologiczne (plastyczność), ale podwyższają właściwości wytrzymałościowe i w
pewnych rodzajach stopów aluminium stają się składnikami stopowymi.
Niska wytrzymałość Rm aluminium nie kwalifikuje go do materiałów konstrukcyjnych, natomiast stopy
sporządzane na jego bazie zajmują drugie miejsce po stopach żelaza stosowanych w maszynach, pojazdach,
aparaturze, konstrukcjach itp. Zaznaczyć trzeba, że w czystym Al można osiągnąć wyższe właściwości
wytrzymałościowe w wyniku umocnienia odkształceniowego. W zależności od stopnia tego umocnienia
wyróżnia się stany: półtwardy i twardy. Wartości Rm osiągnięte w tych stanach dla aluminium o czystości
99,5% Al wynoszÄ…:
-wyżarzony 70-100 MPa,
-półtwardy 100-120 MPa,
-twardy 130-180 MPa.
Stopy aluminium o największym technicznym znaczeniu zawierają Cu, Si, Mg i Mn. Obok
wymienionych głównych składników wprowadza się do nich jeszcze niewielkie ilości takich pierwiastków jak:
Fe, Ni, Ti, Zn i Cr. Składniki stopowe tworzą z aluminium roztwory stałe (większość z nich wykazuje zmienną
rozpuszczalność ze zmianą temperatury) i fazy międzymetaliczne jak Al2Cu, Al3Fe, Al5FeSi itd. oraz fazy
utworzone przez składniki stopowe np. Mg2Si (w układzie Al-Mg-Si).
Skład chemiczny stopu określa jego techniczne zastosowanie tj. do obróbki plastycznej lub odlewania.
Ponieważ aluminium i większa część jego składników stopowych nie posiada odmian alotropowych to wykresy
równowagi faz są stosunkowo proste i od strony Al podobne jak na rys. 19.
Na podstawie tego rysunku można zilustrować tzw. Podział  technologiczny stopów Al., tj. zastosowania do
określanych technik wytwarzania w zależności od zawartości składnika stopowego (B).
Rys. 19. Schemat podziału stopów aluminium w zależności od zawartości składnika stopowego: a1  stopy do
obróbki plastycznej, a2  stopy do obróbki plastycznej i utwardzania wydzieleniowego, b  stopy odlewnicze.
(B)  oznacza, że skÅ‚adnik B może tworzyć z Al. Roztwór ² - B(Al) lub fazÄ™ miÄ™dzymetalicznÄ…, np. Al2B
Zakres a przedstawia składy chemiczne stopów przeznaczonych do obróbki plastycznej, przy czym można
podzielić go jeszcze na dwie części: a1 - stopy o właściwościach wytrzymałościowych niewiele większych od
czystego aluminium, które w miarę potrzeby umacnia się odkształceniowo i a2 - stopy, które z uwagi na zmienną
rozpuszczalność składnika B w stanie stałym, poddaje się utwardzaniu wydzieleniowemu. Zakres b reprezentuje
składy stopów odlewniczych, w których zazwyczaj udział składnika stopowego jest taki, że zawartość eutektyki
w mikrostrukturze nie przekracza 15% lub 20%.
2.2.1. STOPY DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ UTWARDZANE WYDZIELENIOWO
(durale).
Typowymi przedstawicielami stopów Al przeznaczonych do obróbki plastycznej i utwardzania
wydzieleniowego są stopy, których głównym składnikiem stopowym jest Cu, potocznie zwane duralami.
Z fragmentu wykresu układu Al-Cu (rys. 20)wynika, że maksymalna zawartość Cu w Al w temperaturze
eutektycznej (548°C) wynosi 5,7% i dość szybko maleje do 0,1% w temperaturze normalnej.
Rys. 20. Fragment wykresu równowagi Al-Cu
Mikrostruktura stopów o zawartości miedzi powyżej 0,1%, w stanie równowagi złożona jest z roztworu stałego a
i fazy miÄ™dzymetalicznej Al2Cu oznaczanej także literÄ… ¸.
Stopy techniczne zawierają zwykle od 2% do 4% miedzi (prócz tego Mg, Ni, Zn, Ti i inne, których
zawartość z wyjątkiem Zn na ogół nie przekracza 2%). Poddaje się je utwardzaniu wydzieleniowemu, które
polega jak wcześniej wspomniano, na przesycaniu i starzeniu.
Po nagrzaniu i wygrzaniu stopu nieco powyżej 500°C i szybkim chÅ‚odzeniu (przeważnie w wodzie) stop
uzyskuje strukturÄ™ jednofazowÄ… przesyconego roztworu Ä…. Ten metastabilny stan nadaje mu niewielki wzrost
wytrzymałości Rm (rys. 21) i twardości. Stop podatny jest w tym stanie na odkształcenia plastyczne.
Po pewnym czasie w temperaturze normalnej lub podwyższonej następuje powracanie stopu do stanu
równowagi. Zjawiska zachodzące w roztworze podczas starzenia naturalnego (w temp. normalnej) i sztucznego
(w temp. podwyższonej) prześledzić można na przykładzie stopów Al-Cu, które pod tym względem najbardziej
zostały przebadane.
Rys. 21. Zmiana wytrzymałości Rm stopu Al.-4%Cu podczas starzenia naturalnego
W temperaturze normalnej i odpowiednio długim czasie (4 - 7 dni) w roztworze przesyconym a utworzą się
sprzężone z siecią roztworu skupiska atomów Cu w kształcie dysków o grubości rzędu 1nm i średnicy do 10nm,
nazwane strefami GP I (Guinier-Prestona). Proces w warunkach normalnych zakończy się wytworzeniem tych
stref. Roztwór stały znajduje się w stanie przed-wydzieleniowym, nadal jeszcze metastabilnym i dość trwałym.
Wytworzone strefy powodują odkształcenia sprężyste sieci co wywołuje powstanie pól naprężeń, które stają się
(upraszczając wyjaśnienie zjawiska) przeszkodami trudnymi do pokonania przez dyslokacje. Wytrzymałość Rm
i twardość osiąga w tym stanie najwyższe wartości. W stosunku do stanu wyżarzonego (rys. 21 i 22) Rm rośnie
prawie dwukrotnie.
Rys. 22. Wpływ temperatury i czasu starzenia na wytrzymałość Rm stopu AlCu4Mg1
W temperaturze powyżej 100°C tworzÄ… siÄ™ również skupiska atomów Cu w ksztaÅ‚cie dysków o jednak
większych wymiarach: grubości do 10nm i średnicy do 150nm. Posiadają one struktury tetragonalną i nadal są
sprzężone z siecią ą. Skupiska te nazwano GP II.
Powyżej 200°C tworzy siÄ™ faza metastabilna, oznaczona ¸' o strukturze regularnej
półsprzężonej z siecią macierzystą o składzie stechiometrycznym zbliżonym do Al3.6Cu2. Na
koniec dÅ‚ugotrwaÅ‚e wygrzewanie prowadzi do przemiany ¸' w samoistnÄ… równowagowÄ…
fazÄ™ ¸ (Al2Cu). Dalsze wygrzewanie stopu powoduje koagulacjÄ™ i koalescencjÄ™ wydzieleÅ„ ¸.
Stadia zmian jakie zachodzą w przesyconym stopie w wyniku starzenia można
zapisać symbolami:
Ä… [(Cu)] GP I GP II ¸ (Al3.6Cu2) ¸(Al2Cu)
Konsekwencją tych zmian i przemian jest różny stan umocnienia stopu (rys. 22). Pierwsze trzy stadia
zmian zachodzą nie przez przemiany jednej fazy w drugą lecz przez zanik poprzednich skupisk (małych stref
GPI) i utworzenie się nowych (dużych stref GP II). O takim przebiegu zmian, przekonuje nas zjawisko nawrotu
właściwości. Polega ono na tym, że stop starzony naturalnie lub w niezbyt wysokich temperaturach, wygrzany w
ciÄ…gu 2-3 min w temperaturze 200°C-250°C odzyskuje wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci plastyczne (rys. 23). Zjawisko to ma
znaczenie techniczne, gdyż po takim krótkotrwałym nagrzewaniu stop można formować, zagniatać łby nitów itp.
Rys. 23. Schemat zmiany wytrzymałości Rm stopu Al-4%Cu na skutek starzenia i nawrotu wywołanej
krótkotrwaÅ‚ym nagrzewaniem do temperatury 230°C
2.2.2. STOPY ODLEWNICZE (siluminy) I ICH MODYFIKACJA.
Obecnie wytwarza się wiele aluminiowych stopów odlewniczych. Do najważniejszych należą
dwuskładnikowe: Al-Si, Al-Mg, Al-Cu i wieloskładnikowe np. Al-Zn-Mg.
Stopy z krzemem zwane siluminami mają szerokie zastosowanie. Wykonuje się z nich głowice, tłoki,
obudowy silników spalinowych i elektrycznych, korpusy pomp i wiele jeszcze innych elementów.
Wraz ze wzrostem zawartości Si w stopie rośnie wytrzymałość na rozciąganie Rm (rys. 24).
Wykres równowagi układu Al-Si jest bardzo prosty (rys. 25). Od strony Al. Występuje faza ą będąca
roztworem staÅ‚ym Si w Al. W temperaturze eutektycznej (577°C) rozpuszczalność krzemu w aluminium wynosi
1,65% i maleje wraz z obniżeniem temperatury. W temperaturze 200°C wynosi już ona tylko 0,05%.
Rys. 24. Właściwości mechaniczne siluminu niemodyfikowanego i modyfikowanego w zależności od
udziału krzemu
Rys. 25. Fragment wykresy równowagi Al.-Si z zaznaczonym przesunięciem punktu eutektycznego pod
wpływem procesu modyfikacji
Praktycznie aluminium nie rozpuszcza się w krzemie, stąd drugą fazą w układzie jest Si (niekiedy oznaczany
jako faza ²). Eutektyka zÅ‚ożona (Ä…+Si) zawiera 11,7% krzemu.
Technicznie siluminy zawierają od 9% do 13% Si, gdyż przy tych stężeniach odznaczają się najlepszym i
właściwościami wytrzymałościowymi, odlewniczymi, małym skurczem (ok. 1%), małą skłonnością do pęknięć,
małym współczynnikiem rozszerzalności cieplnej i są dość odporne na korozję.
Ogólnie właściwości mechaniczne tych stopów są stosunkowo niskie: Rm wynosi ok. 120 Mpa, a
wydłużenie Al0 ok. 3%. Spowodowane jest to nietypową dla stopów eutektycznych skłonnością do
gruboziarnistości. W stopie AlSi11, w którym górna granica zawartości krzemu wynosi 13% mogą występować
ziarna krzemu na tle gruboiglastej eutektyki (rys. 26a). Taka mikrostruktura odlewu jest niekorzystna również ze
względów eksploatacyjnych.
Rys. 26. Mikrostruktura siluminu AlSi11; a  niemodyfikowanego, b - modyfikowanego
W celu przebudowy tej niekorzystnej mikrostruktury stop przed odlaniem poddaje siÄ™ modyfikacji.
Polega ona na dodaniu do kąpieli niewielkiej ilości mieszaniny soli sodu (NaCl, NaF). W tym celu w ostatnich
latach stosuje się również stront i antymon. (8). W wyniku procesów jakie zachodzą w czasie krystalizacji stopu
uzyskuje się mikrostrukturę rozdrobnioną (rys. 26b). Ogólnie uważa się, że sód gromadząc się na powierzchni
międzyfazowej krzem-ciecz utrudnia krystalizację krzemu w wyniku czego punkt eutektyczny przesunięty
zostaje w kierunku większych zawartości krzemu i większych przechłodzeń (linia przerywana na rys. 25). Stop
nad eutektyczny (rys. 26a) staje się stopem pod eutektycznym (rys. 26b). Jego właściwości mechaniczne są
wyższe: Rm ok. 180 MPa a wydłużenie A10 8-12%.
3. PYTANIA KONTROLNE.
l. Właściwości aluminium i główne jego zastosowania.
2. Właściwości miedzi i jej główne zastosowania.
3. Dokonać głównego podziału stopów aluminium biorąc pod uwagę: skład chemiczny, budowę fazową i
zastosowanie techniczne.
4. Dokonać podziału stopów miedzi biorąc pod uwagę: skład chemiczny, budowę fazową i zastosowanie
techniczne.
5. Jak wpływa ołów i bizmut na własności miedzi?
6. Co to jest choroba wodorowa miedzi?
7. W jakim celu przeprowadza siÄ™ modyfikacjÄ™ siluminu?
8. Jakie zmiany zachodzÄ… w mikrostrukturze siluminu w wyniku jego modyfikacji?
9. Co to są mosiądze i jak się je dzieli w zależności od struktury i składu chemicznego?
10. Jaką obróbkę należy zastosować aby zwiększyć wartość Rm (granicy wytrzymałości na rozciąganie) i H
(twardość) mosiądzu M70 (jednofazowego)?
11. Co to jest brÄ…z fosforowy?
12. Co to jest za stop, który nazywamy duraluminium?
13. Czym głównie charakteryzują się brązy berylowe?
14. Z jakich zabiegów składa się obróbka cieplna nazywana utwardzaniem wydzieleniowym?
15. Co dzieje siÄ™ w strukturze duralu podczas zabiegu przesycania?
16. Co to sÄ… strefy G-P?
17. Jakie zjawiska zachodzÄ… w strukturze duralu podczas jego starzenia?
18. W jaki sposób można umocnić stopy z zakresu Al (rys. 19)?
19. Jakie warunki musi spełniać stop aby można było umocnić go wydzieleniowo ?
20. Jaki czynnik powoduje umocnienie stopu podczas procesu starzenia ?
21. Jaka jest różnica między hartowaniem stali a przesycaniem duralu lub brązu berylowego ?
22. Na czym polega zjawisko nawrotu występujące w duralach ?
23. Jaka jest różnica miÄ™dzy strefÄ… G-P a fazÄ… równowagowÄ… ¸ w ukÅ‚adzie Al-Cu ?
24. Wymienić nazwy głównych grup brązów.
4. LEKTURA.
1. K. Wesołowski   Metaloznawstwo i obróbka cieplna Wyd. WNT 1972 Warszawa
2. R. Haimann   Metaloznawstwo Wyd. Politechnika Wrocławska 1974
3. St. Prowans   Struktura stopów Wyd. PWN 1991 Warszawa
4. L. Dobrzański   Metaloznawstwo i obróbka cieplna stopów metali Wyd. Politechnika Śląska, Gliwice 1995.
5. K. Przybyłowicz-  Metaloznawstwo WNT Warszawa 1996.
6. Praca zbiorowa w składzie międzynarodowym koordynowana przez. L Jeni%0ńeka, H. Gonera, M. Ormana, A.
Domony'ego-  Aluminium Wyd. WNT 1967
7. St. Prowans   Materiałoznawstwo Wyd. PWN Warszawa-Poznań 1977
8. Z. Poniewierski-  Krystalizacja, struktura i właściwości siluminów WNT Warszawa 1989