Stopy miedzi
oprac. Krzysztof Krzysztofowicz
Miedz
- Cu
" w postaci rodzimej
" w rudach siarczkowych
np. chalkopiryt CuFeS2
kupryt Cu2O
" Temp topnienia 1084oC
" Duża gęstość 8,9 g/cm3
" Wysokie przewodnictwo cieplne i elektryczne (przewody
elektryczne)
" mała wytrzymałość (Rm=200-250 MPa Re = 35 MPa A5= 35%)
" Wysoka odporność na korozję atmosferyczną) pokrywa się
patyną  zasadowym węglanem miedziowym
" nie jest odporna na działanie amoniaku (może być w atmosferze)
(pokrycia dachów)
" Obróbka plastyczna na zimno zwiększa własności
wytrzymałościowe miedzi. Po zgniocie 60%, Rm około 400 MPa, HB
 110, przy wydłużeniu A5  2%.
Występowanie miedzi
Kraj Wielkość wydobycia Zasoby
Chile 5320 360 000
Peru 1260 120 000
USA 1190 70 000
Chiny 960 63 000
Indonezja 950 38 000
Australia 900 43 000
Rosja 750 30 000
Zambia 655 35 000
Kanada 520 20 000
Polska 440 48 000
Stan na rok 2009 wg MFW, LME, CIA Factbook wyrażone w tys. ton
Klasyfikacja stopów miedzi
" stopy jednoskładnikowe
" stopy wieloskładnikowe
DODATKI STOPOWE:
Podwyższają wytrzymałość
obniżają odporność korozyjną
Podział ze względu na wprowadzone
dodatki
·ð Cu-Zn - mosiÄ…dze
·ð Cu-Xi - brÄ…zy
Podział stopów ze względu
na przeznaczenie
·ð Stopy metalurgiczne (np. zaprawy),
·ð Stopy do przeróbki plastycznej
(jednofazowe),
·ð Stopy odlewnicze (dwufazowe)
MOSI
DZE
Stopy Cu - Zn ( zaw. Cu od 45 do 75% )
Podział na :
·ð mosiÄ…dze zwykÅ‚e,
·ð mosiÄ…dze specjalne
Uwaga !!!
TOMBAK  stop Cu  Zn ( 5-20%),
SPIÅ»- stop Cu-Sn-Zn-Pb ( 85%+5%+5%+5% )
STRUKTURA STOPÓW Cu-Zn
·ð Jednofazowe (faza að lub faza bð`),
·ð Dwufazowe (faza að+bð` lub faza bð`+gð ),
Fazy :
Faza að - roztwór staÅ‚y cynku w miedzi,
Faza bð`- (z przemiany fazy bð) roztwór staÅ‚y fazy
międzymetalicznej CuZn,
Faza gð - roztwór staÅ‚y na bazie fazy miÄ™dzymetalicznej Cu5Zn8
o stężeniu elektronowym 21/13 i złożonej sieci krystalicznej.
Pojawienie siÄ™ tej fazy w stopach Cu-Zn pogarsza wyraz
nie
własności mechaniczne, więc zastosowanie praktyczne mają
stopy do zawartoÅ›ci 45 ÷ 47% cynku, w których faza Å‚ nie
występuje.
WYKRES RÓWNOWAGI Cu-Zn
czerwony, żółty, czerwono-żółty
Miedz
, 1 5%Zn powyżej 37%Zn
Struktury mosiądzów
Fot. 13.1. Dendrytyczna struktura roztworu ą Fot. 13.2. Ujednorodniony roztwór ą
w mosiÄ…dzu. Trawiono FeCl3+HCl, pow. 100x w mosiÄ…dzu. Trawiono FeCl3+HCl, pow. 100x
Struktura mosiądzów
Fot. 13.3. Komórkowa budowa roztworu Ä… Fot. 13.4. Struktura mosiÄ…dzu Ä… + ²' po odlaniu:
z bliz
niakami rekrystalizacji. Trawiono biaÅ‚e igÅ‚y fazy Ä… na tle ciemnej fazy ² . Trawiono
FeCl3+HCl, pow. 400x FeCl3+HCl, pow. 200x
Fot. 13.5. Komórkowa budowa mosiÄ…dzu Fot. 13.6. Struktura mosiÄ…dzu jednofazowego ² .
Ä… + ²'. Trawiono FeCl3+HCl, pow. 200x Trawiono FeCl3+HCl, pow. 200x
Wpływ dodatków stopowych na
właściwości stopów Cu-Zn
·ð Pb  od 1-2 % poprawia obrabialność, obniża
temperaturę topnienia, poprawia lejność i właściwości
ślizgowe,
·ð Sn  stosowana jako dodatek poprawiajÄ…cy odporność
na korozjÄ™, sprzyja segregacji faz twardych, pogarsza
właściwości mechaniczne w podwyższonych
temperaturach,
·ð Al  sprzyja powstawaniu fazy gð, zawęża zakres
krzepnięcia, zapobiega porowatości gazowej,
Wpływ pierwiastków stopowych
·ðNi  podwyższa wytrzymaÅ‚ość w podwyższonych
temperaturach i odporność na korozję,
·ðFe  dziaÅ‚a modyfikujÄ…co na strukturÄ™ (0.6 - 1,5% Fe),
·ðSi  w iloÅ›ci 1,15  1,5 % poprawia lejność,
zmniejsza skurcz, poprawia właściwości
mechaniczne,
·ðMn  poprawia odporność na korozjÄ™
Wytrzymałość Rm w funkcji % Zn w mosiądzu
Rm
HB
%Zn
Do przeróbki
Odlewnicze
plastycznej
að+bð (CuZn)(dwufazowa)
Budowa roztworu að
druga faza AlZn
(jednofazowa)
utwardza stop
MosiÄ…dze  oznaczenia PN
" CuZn43MnPb3Fe " MM47
" CuZn40Mn3Fe " MM55
" CuZn38Mn2Pb2 " MM58
" CuZn38Al2Mn1Fe " MA58
" CuZn39Pb2 " MO59
" CuZn38Pb2 " MO60
" CuZn38Al13 " MA67
" CuZn16Si4 " MK80
Wybrane gatunki mosiądzów do przeróbki plastycznej wg PN-H-
87025:1992
Gatunek Skład chemiczny
%
Orientacyjne własności Główne zastosowanie
[Zn  reszta]
Grupa gatunków Znak/Cecha Cu
Inne
średnio
bardzo podatny na przeróbkę
elementy wykonane różnymi metodami
CuZn10 plastycznÄ… na zimno, odporny na
przeróbki plastycznej, szczególnie przez
M90 korozję naprężeniową, dobry do
MosiÄ…dze lutowania
90 - głębokie tłoczenie
dwuskładni-kowe
bardzo podatny na przeróbkę
taśmy do produkcji chłodnic, elementy
CuZn30 plastycznÄ… na zimno, dobry do
wykonane różnymi metodami przeróbki
M70 lutowania
70 - plastycznej, w tym przez głębokie
tłoczenie
bardzo podatny na przeróbkę
elementy wykonane różnymi metodami
CuZn40 plastycznÄ… na zimno, dobry do
60 - przeróbki plastycznej
M60 lutowania
CuZn36Pb3 bardzo dobrze skrawalny,
elementy wykonywane różnymi
MO61 o bardzo ograniczonej
61 Pb~3 metodami skrawania, w tym na
Mosiądze ołowiowe podatności na przeróbkę
plastycznÄ… na zimno
automatach
CuZn40Pb2 dobrze skrawalny,
elementy wykonane różnymi metodami
MO58 o ograniczonej podatności na
58 Pb~2 skrawania
przeróbkę plastyczną na zimno
CuZn28Sn1 bardzo odporny na korozjÄ™
rury na wymienniki ciepła
MosiÄ…dze wielo- MC70
70 Sn~1
składnikowe
CuZn39Al1Fe1Mn1 odporny na korozjÄ™
bezołowiowe
Al.~1 elementy aparatury, elementy ślizgowe
MA58
(mosiÄ…dze specjalne)
58 Fe~1
Mn~1
CuZn40Mn1,5 odporny na korozjÄ™
elementy aparatury, architektura
MM58 atmosferycznÄ…, dobry do
58 Mn~1,5
lutowania
CuZn31Si1 dobre własności ślizgowe
elementy ślizgowe
MK68
68 Si~1
Wybrane gatunki mosiądzów odlewniczych wg
PN-EN 1982:2010
Skład chemiczny, % Własności mechaniczne
Oznaczenia gatunku [Zn reszta] Sposób minimum Orientacyjna charakterystyka -
stopu wg systemu odlewania1) Rm Re A HB zastosowanie
Cu Inne
europejskiego* N/mm2 %
bardzo dobra lejność,
skrawalność; odporny na korozję
CuZn39Pb1Al-C 58,0 Pb 0,5 - 2,5 GM 350 180 13 90
÷ 63,0 Ni do 1,0 GP (350) (250) (4) (110) Å›cieranie, odporny na niewielkie
obciążenia dynamiczne;
CC754S Sn do 1,0
armatura niskociśnieniowa,
Al do 0,8
obudowy części maszyn,
koszyczki łożysk tocznych
dobra lejność, odporny na
ścieranie oraz bardzo wysokie
CuZn25A15Mn4Fe3 60,0 Al 3,0  7,0 GS 750 450 8 180
obciążenia statyczne
÷ 67,0 Mn 2,5  5,0 GM 750 480 8 180
i dynamiczne; części maszyn i
CC762S Fe 1,5  4,0 GZ 750 480 5 190
urządzeń silnie obciążonych,
Ni do 3,0 GC 750 480 5 190
stosowane
w przemyśle maszynowym,
hutniczym i okrętowym
dobra lejność i skrawalność
odporny na ścieranie, korozję
CuZn16Si4-C 78,0 Si 3,0  5,0 GS 400 230 10 100
wody morskiej; spawalny;
÷ 83,0 Ni do 1,0 GM 500 300 8 130
armatura i części maszyn w
CC761S Pb do 0,8 GP (530) (320) (5) (150)
przemyśle chemicznym,
Al do 0,1 GZ 500 300 8 130
okrętowym, komunikacyjnym
)
GS  do form piaskowych, GM kokilowy, GZ  ośrodkowy, GP ciśnieniowy, GC  ciągły
Zastosowania - przewodność
Elektryczna
Elementy styków 13A
Cieplne
Chłodnica samochodowa
Copper Development
Association
Typowe odlewy
Courtesy of The Enfield Foundry Co Ltd Courtesy of Saunders Valve Co Ltd
Courtesy of J W Singer Ltd Courtesy of Boosey and Hawkes Ltd
Copper Development
Association
Typowe profile wyciskane
Courtesy of Cerro Extruded Metals Ltd
Copper Development
Association
Typowe odkuwki na gorÄ…co
Copper Development
Association
Wyciskanie rury
Courtesy of Dorset Tube Company
Copper Development
Association
Przykłady drutów i rur
Courtesy of Cerro Extruded Materials Courtesy of Dorset Tube Company
Copper Development
Association
Przykłady zastosowań mosiądzów
CuZn4  nity i do głębokiego tłoczenia
- jednofazowy
rury instalacji: ciepłowniczej, wodnej, gazowej
CuZn37 rury, blachy 
najważniejszy stop do przeróbki plastycznej
(na gorąco) pręty skrawane np. na śruby
Odlewy artystyczne i maszynowe
CuZn40Mn3Fe-
mosiądz na śruby okrętowe odlewane  dwufazowy
Części maszyn: np. tuleje, w kontakcie z wodą
odlewane, skrawane
BR
ZY
stopy miedzi z pierwiastkami innymi niż cynk i Ni
A. BrÄ…zy cynowe ( stopy Cu  Sn )
B. BrÄ…zy cynowo-fosforowe(Cu-Sn-P )
C. BrÄ…zy cynowo-cynkowo-(Cu-Sn-Zn)
D. BrÄ…zy berylowe (Cu-Sn-Be)
E. Brązy cynowo  ołowiowe ( Cu-Sn-Pb)
ZawierajÄ…: Sn  (6  11 %), Zn  (1,5- 6,0 %)
Pb- (4-11% ), P  (0,5  1,0 %)
Dodatki stopowe
" Cyna - zwiększa Rm ,HB i polepsza właściwości
ślizgowe i technologiczne (wzrasta lejność, maleje skurcz,
wzrasta odporność na korozję ), obniża A5
" Fosfor - tworzy w przestrzeniach międzydendrytycznych
potrójnÄ… eutektykÄ™ að+ðeð[ðdð]ð+ðCu3P, podwyższa odporność na
korozję w środowisku wody morskiej,zwiększa Rm oraz
obniża A5 i KCV.
Dodatki stopowe
·ð Cynk nie wywoÅ‚uje istotnych zmian w strukturze,
przesuwa granicÄ™ wystÄ™powania faz að oraz að+ð{ðað+ðdð}ð ku
wyższym zawartościom Cu
·ð Ołów  nierozpuszczalny w miedzi w stanie staÅ‚ym,
w postaci drobnych wydzieleń, polepsza właściwości
ślizgowe brązu oraz obrabialność i szczelność odlewów
Struktura
Najczęściej dwufazowa :
faza að oraz faza að+ðeð lub að+ðdð
- Faza að - roztwór staÅ‚y cyny w miedzi (zakres wystÄ™powania do 15,8%Sn a po
wyrzarzaniu ujednoradniajÄ…cym  16-17% Sn)
-faza ´ - roztwór staÅ‚y na bazie fazy elektronowej (o stężeniu 21/13)
- Faza eð - zwiÄ…zek miÄ™dzymetaliczny Cu3Sn.
Struktura cynowych brązów technicznych w temperaturze otoczenia jest
nierównowagowa: do ok. 8% Sn stopy są jednofazowe ą, a powyżej 8% Sn
zawierajÄ… ziarna fazy Ä… i eutektoidu Ä… + ´. Szeroki zakres temperatur miÄ™dzy
likwidusem, a solidusem oraz mała szybkość dyfuzji powoduje silną skłonność
brązów do segregacji dendrytycznej. Ciemniejsze rdzenie dendrytów są bogatsze
w miedz
niż warstwy zewnętrzne. Zjawisko segregacji jest bardzo niekorzystne z
punktu widzenia przeróbki plastycznej, gdyż prowadzi do nierównomiernych
własności plastycznych, a to z kolei powoduje pękanie w czasie odkształcania
brÄ…zu
BrÄ…zy cynowe Cu-Sn
Problem: stop odlany do walcowania
np. na blachÄ™
musi być jednofazowy (plastyczny)
Odlane wlewki sÄ… niejednorodne
Segregacja dendrytyczna
PomiÄ™dzy dendrytami að eutektoid að+ðdð
(twardy, nie nadajÄ…cy siÄ™
do walcowania na zimno
Dendryt
Przestrzenie
Cu
%Sn
að
að+ðdð
międzydendrytyczne
Konsekwencja segregacji dendrytycznej:
Przed obróbką plastyczną konieczne
wyżarzanie ujednorodniające
Wyżarzanie ujednorodniające
Wysoka temperatura (100-200oC poniżej solidus )
-wielogodzinne, kosztowne wyrównywanie
składu
 Właściwości brązów
lepsze niż mosiądzów
1.wytrzymałość,
- mosiÄ…dz dwufazowy max 400 MPa
- brąz Al do 550MPa i więcej po obróbce cieplnej (hartowanie)
2. odporność na korozję,
3. odporność na ścieranie
Wpływ zawartości cyny na
własności mechaniczne
brązów lanych
Stopy Cu-Sn są skłonne do porowatości i segregacji odwrotnej.
Mikroporowatość brązów spowodowana jest skurczem krzepnącego w
ostatniej fazie roztworu ciekłego bogatszego w Sn; jest szczególnie wyraz
na na
granicach dendrytów.
Zjawisko segregacji odwrotnej polega na przenikaniu przez mikropory w
kierunku warstw zewnętrznych odlewu (w kierunku odprowadzania ciepła)
roztworu ciekłego bogatego w Sn. W skrajnych przypadkach krzepnie on na
powierzchni w postaci kulistych zgrubień (pot cynowy).
Brązy cynowe do przeróbki plastycznej
CuSn4 (4% cyny) na śruby,
CuSn8 druty blachy, taśmy, sprężyny
BrÄ…zy cynowe odlewnicze
CuSn20 brÄ…z na dzwony,
o pięknej barwie związanej z wysoką
granicą sprężystości
Oznaczenia  zgodnie z PN
" CuSn10 " B10
" CuSn10P " B101
" CuSn10Zn2 " B102
" CuSn10Pb10 " B1010
" CuSn6Zn6Pb3 " B663
" CuSn5Zn5Pb5 " B555
" CuSn4Zn7Pb6 " B476
" CuSn5Pb20 " B520
Wybrane gatunki brązów odlewniczych wg PN-EN 1982:2010
Własności mechaniczne
Nazwa grupy Oznakowanie Skład Sposób minimum Własności - zastosowanie
stopów wg PN-EN chemiczny odlewania1 Rm RÁ0,2 A HB
1982:2010* % N/mm2 %
Cu 88,0  90,0
GS 250 130 18 70 odporny na duże obciążenia stałe, zmienne i
CuSn10-C Sn 9,0  11,0
GM 270 160 10 80 uderzeniowe, korozjÄ™ temperatury do 280°C, Å›cieranie;
Ni do 2,0
GC 280 170 10 80 lejność i skrawalność dobra; łożyska, napędy, osprzęt
CC480K Pb do 1,0
GZ 280 160 10 80 parowy i wodny, odporny na działanie niektórych
P do 0,2
kwasów
Stopy
własności podobne jak B10; lepsza lejność, skrawalność,
miedz
-
CuSn11P-C Cu 87,0  89,5
GS 250 130 5 60 wyższa wytrzymałość i odporność na ścieranie;
cyna
Sn 10,0  11,5
GM 310 170 2 85 wysokoobciążone, szybkoobrotowe, narażone na korozję
CC481K P 0,5  1,0
GC 350 170 5 85 łożyska, części maszyn oraz armatura chemiczna
GZ 330 170 4 85
CuSn10Pb10-C Cu 78,0  82,0
GS 180 80 8 60 bardzo dobra lejność i skrawalność; odporny na
Sn 9,0  11,0
GM 220 110 3 65 ścieranie; łożyska i części maszyn pracujących przy
CC495K Pb 8,0  11,0
GZ 220 110 6 70 dużych naciskach i szybkościach
Zn, Ni po
GC 220 110 8
Stopy
max 2,0
miedz

lejność i skrawalność bardzo dobra; odporny na korozję i
cyna - ołów
CuSn5Zn5Pb5-C Cu 83,0  87,0
GS 200 90 13 60 Å›cieranie do temperatury 230°C; części maszyn, osprzÄ™t
Sn 4,0  6,0
GM 220 110 6 65 aparatury pojazdów, silników i traktorów narażony na
CC491K Zn 4,0  6,0
GC 250 110 13 65 korozję, ścieranie i ciśnienia do 2,5 MPa
Pb 4,0  6,0
GZ 250 110 13 65
lejność dobra; bardzo odporny na obciążenia statyczne,
CuAl10Fe2-C Cu 83,0 -89,5
GS 500 180 18 100 korozję, ściera-nie i podwyższone temperatury; silnie
Al 8,5  10,5
GM 600 250 20 130 obciążone części maszyn, silników oraz osprzętu
Stop miedz

CC331G Fe 1,5  3,5
GC 550 200 18 130 aparatury narażone na korozję i ścieranie przy

Ni max. 1,5
GZ 550 200 15 130 równoczes-nym obciążeniu mechanicznym; stosowane w
aluminium
Mn max. 1,0
przemyśle komunikacyj-nym, okrętowym, chemicznym
itp.
BR
ZY ALUMINIOWE
A. PROSTE (Cu-Al )
B. ZA
OŻONE ( Cu - Al  Mn  Fe  Ni )
Właściwości brązów
Zależą od budowy fazowej:
Jednofazowa að wysokie wÅ‚asnoÅ›ci plastyczne, maÅ‚a twardość,
dwufazowe (að+gð2) twardsze i mniej plastyczne
að
að+ðgð2
að
að+ðgð2
gð2 faza Cu9Al4
STOPY ODLEWNICZE
Na odlewy stosuje siÄ™ stopy :
-Stopy trójskładnikowe Cu - Al  Fe (2-4%)
-Stopy wieloskładnikowe:
Cu Al Fe (2-4%)-Mn(1-2%) lub Cu-Al-Fe-Mn-Ni
Oznaczenia  zgodnie z PN
" CuAl9Fe3 " BA93
" CuAl10Fe3Mn2 " BA1032
Właściwości mechaniczne CuAl10Fe3Mn2
Stan Rm min., MPa A10 min., % HB min.
surowy 600 12 120
hartowany 950°C, woda 600 2 130
hartowany jw. i odpuszczony 700 2 320
w 300 ÷ 350°C
hartowany jw. i odpuszczony 690 15 215
w 500 ÷ 600°C
BrÄ…zy aluminiowe jako jedyne stopy
miedzi podlegajÄ… ulepszaniu cieplnemu
BrÄ…zy berylowe (Cu-Be)
Fragment wykresu układu
równowagi Cu-Be
BrÄ…zy berylowe
Beryl -metal lekki r=1,85 Mg/m3
Połączenie wytrzymałości i twardości jak
stal ulepszona cieplnie,
odporność na korozję Rm=1250 MPa,
Zastosowanie m.in.
na szczotki silników elektrycznych
Umacnianie przez utwardzanie wydzieleniowe
lub zgniot
Brązy ołowiowe
Struktura brązu ołowiowego: jasne ziarna
Wykres równowagi Cu-Pb
miedzi, ciemne ołowiu. Bez trawienia
Ołów nie rozpuszcza się w miedzi w stanie stałym
Budowa twarda osnowa miedzi z wydzieleniami czystego ołowiu
stop samosmarujący - ołów wytapia się w wysokiej temp. w przypadku
zacierania łożyska (typowy stop CuPb30)
Brązy do obróbki plastycznej  b. krzemowe (Cu-Si)
Skład: Właściwości:
-Si 2,7% -3,5% -wysokie właściwości
-dodatki stopowe: wytrzymałościowe
Mn 1,0% -1,5% -duża odporność na korozję
-łatwo poddający się przeróbce
plastycznej na zimno
Zastosowanie:
-siatki, śruby, szczególnie w
środowisku morskim
-elementy w przemyśle
chemicznym,
-elementy odporne na ścieranie,
-konstrukcje spawane.
UKA
AD RÓWNOWAGI Cu-Si
Oznaczenia zgodne z PN
" CuSi3Zn3Mn " BK331
Miedzionikle
" Miedzioniklami nazywane są stopy miedzi, w których głównym dodatkiem
stopowym jest nikiel w ilości 2-45%Mają one dobre własności
wytrzymałościowe, wysoka plastyczność i odporność na korozję. Stopy o
dużej zawartości niklu mają też dużą elektryczną oporność właściwą.
" Miedzionikle o zaw. 5-10% Ni oraz 1% Fe i 0,5% Mn (dla wzrostu
wytrzymałości) są stosowane na rury skraplaczy w przemyśle okrętowym.
Stopy o zaw. 15-25% Ni  do wyrobu moment ze względu na dużą
odporność na ścieranie.
" Szczególnie znane są dwa stopy o międzynarodowych nazwach; nikielina
(ok. 20% Ni) i konstantan ok. 40% Ni). Zbliżony składem do nikieliny jest
stop CuNi19 o bardzo dobrych własnościach plastycznych i dużej
odporności na korozję, stosowany głównie do platerowania. Konstantan
stosowany jest prawie wyłącznie w elektrotechnice. Ponieważ siła
termoelektryczna konstantanu jest duża i rożnie proporcjonalnie z
temperaturą, używa się go często do budowy termopar.
Wybrane miedzionikle odlewnicze
według PN-EN 1982: 2010
Znak Skład chemiczny, % Sposób Własności
(Numer stopu wg odlewania
Rm RÁ0,2 A HB
europejskiego systemu *
N/mm N/mm %
2 2
numerycznego*)
CuNi10Fe1Mn1-C Cu min 84,5 GS 280 120 20 70
Ni 9,0  11,0
GZ 280 100 25 70
(CC 380H)* Fe 1,0
GC 280 100 25 70
Mn 1,0  1,8
CuNi30Fe1Mn1-C Cu min 64,5 GS 340 120 18 80
Ni 29,0  31,0
GZ 340 120 18 80
(CC 381H)* Fe 0,5  1,5
Mn do 1,2
CuNi30Cr2FeMnSi-C Ni 29,0  32,0 GS 440 250 18 115
Cr 1,5  2,0
(CC 382H)* Cu reszta
Fe 0,5  1,0
Mn 0,5  1,0
Klasyfikacja stopów miedzi wg UNS
" Znaki C10100 do C79900 opisują stopy do przeróbki plastycznej.
" znaki C80000 do C99900 opisujÄ… stopy odlewnicze.
9-41