WYDZIAA
INŻYNIERII MATERIAA
OWEJ
POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ
LABORATORIUM MATERIAA
OZNAWSTWA
Materiały pomocnicze do ćwiczenia
"WAŻNIEJSZE STOPY MIEDZI I ALUMINIUM
ORAZ SPOSOBY ICH UMACNIANIA (Przykłady)"
Opracował dr inż. Andrzej W. Kalinowski
1.WIADOMOŚCI 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
wyżarzonej 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%A1 podano w
tablicy l.
Tablica 1. Właściwości mechaniczne i niektóre fizyczne miedzi i aluminium. (5,6)
Metal Właściwości mechaniczne Odmiany Gęstość Temp.
alotropowe w 20�C topnienia
Rm R02 HB A10 Z
MPa MPa % % g/cm3 �C
Cu 210-240 25-40 30-40 40-60 ok. 60 brak 8,94 1083
Al. (99.7%)
60-70 20-30 18 35-45 97-99 brak 2,703 660
1
 Z przeglądu zestawionych w tablicy l 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 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. l).
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).
2
Rys 1. Wpływ pierwiastków stopowych na granicę plastyczności miedzi. (3)
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 � i ujednorodnienie składu chemicznego a następnie szybko schładza w
celu zatrzymania składnika B w roztworze a�.
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.
3
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 �, 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 kąpieli
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 polegającej 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.
4
Duża część tych stopów poddawana zostaje różnym obróbkom cieplnym w celu
przebudowy mikrostruktury i osiągnięcia określonych właściwości.
2. l. WAŻNIEJSZE STOPY MIEDZI.
W każdym metalu istnieje pewna grupa pierwiastków trudnousuwalnych
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 (5).
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) wywołują
kruchość miedzi "na gorąco , co uniemożliwia jej obróbkę plastyczną (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%.
5
Tlen wiąże się z miedzią, tworząc tlenek miedziawy Cu2O, który z miedzią tworzy
eutektykę krzepnącą w temperaturze 1066�C i zawierającą 0,39% tlenu. Nie powoduje ona
kruchości na gorąco, ale obniża właściwości 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=>2Cu+H2O, tworzą się cząstki
pary wodnej, które w podwyższonej temperaturze powodują pęknięcia wewnętrzne miedzi.
Takie zjawisko nazwano "choroba wodorowa". 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%. Miedz
taką
nazywa się w zależności od składnika: miedzią arsenową, miedzią kadmową itd. (tablica
2).
Tablica 2.Rodzaje miedzi w zależności od składnika stopowego o zawartości poniżej 2%.
Lp Zawartość Ilość
Rodzaj miedzi Znak Cecha Pierwiastek pierwiastka zanieczy- Główne zastosowania
stopowy stopowego szczeń.
% %
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 -11-
3 miedz
cynowa CuSul MC1 Sn 0,95-1,25 0,1 -II-
4 miedz
CuCdSi MDK Cd, 0,2-0;3 0,1 -II-
kadmowo-krzemowa Si 0,05-0,01
5 miedz
kadmowa CuCdl MD1 Cd 0,9-1,2 0,1 -II-
6 miedz
chromowa CuCr MH Cr 0,4-1,2 0,3 -II-
7 miedz
srebrowa CuAg MS Ag 0,025-0,25 0,1 luty
8 miedz
srebrowa CuAgl MS1 Ag 0,5-1,0 0,1 -II-
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,
urządzenia tele i
radiotechniczne
6
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 związanym z nią 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. Fragment wykresu równowagi faz układu Cu-Zn. (4)
Jak wynika z wykresu układu (rys. 4) stopy do zawartości 38% cynku posiadają
budowę jednofazową a� stanowiącą roztwór stały cynku w miedzi (rys. 5a).
7
Rys. 5. Mikrostruktura mosiądzu: a-jednofazowego w stanie wyżarzonym
(a�), b-dwufazowego (ą+� ) w stanie odlanym.
Właściwości mechaniczne mosiądzów jednofazowych wzrastają z zawartością
cynku (umocnienie roztworowe, rys. 6).
Rys .6. Właściwości mechaniczne mosiądzu w zależności od zawartości cynku
i mikrostruktury (4)
Ponieważ są one plastyczne to dalszy wzrost właściwości wytrzymałościowych
można osiągnąć przez umocnienie odkształceniowe (obróbkę plastyczną na zimno rys. 7)
8
l
Rys. 7. Zmiana właściwości mechanicznych mosiądzu CuZn30 w zależności od
stopnia odkształcenia na zimno. (5).
Stopy Cu-Zn zawierające więcej jak 38% Zn mają budowę dwufazową (ą+�'). Faza �'jest
roztworem stałym uporządkowanym na bazie związku elektronowego CuZn. Nie wykazuje
ona cech plastycznych i jest krucha. Powyżej temperatury 454�C-468�C (w zależności od
zawartości Zn, linia przerywana na wykresie, rys.4) ulega przemianie porządek-
nieporządek (�' �). W stanie nieuporządkowanym � jest plastyczna, dlatego mosiądze
dwufazowe obrabia się plastycznie na gorąco.
Jak wynika z wykresu układu (rys. 6) największe wydłużenie (A) osiąga mosiądz
zawierający ok. 30% Zn a wytrzymałość Rm przy 45% Zn. Z chwilą pojawienia się fazy �'
właściwości plastyczne dość szybko maleją, 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 mosiądze dwufazowe (ą+�') do obróbki plastycznej tylko na
gorąco. 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 naprężeniową (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.
9
 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 gorąco 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.
Stan Wytrzymałość na rozciąganie Wydłużenie A
Rm
MPa %
Wyżarzony 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. Wchodzą one
prócz Pb, Fe, i P do roztworów stałych ą i �' 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.
10
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 - podwyższają 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 (CuZn21A12), 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. BR
ZY
Nazwa brąz w zasadzie obejmuje stopy miedzi ze wszystkimi pierwiastkami poza
cynkiem i niklem jako głównymi składnikami.
Techniczne zastosowanie mają następujące stopy:
-brąz cynowy do ok. 15% Sn,
-brąz aluminiowy do 11% Al,
-brązy ołowiowe do 35% Pb,
-brązy manganowe do 5% Mn,
-brązy krzemowe do 4% Si,
-brązy berylowe do 2,5% Be.
11
Oprócz wymienionych brązów dwuskładnikowych istnieje, podobnie jak w mosiądzach,
duża grupa brązów wieloskładnikowych o zróżnicowanych właściwościach
mechanicznych, fizycznych i chemicznych.
2. l .2. l. Brązy 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 względu na małą szybkość dyfuzji cyny w miedzi w rzeczywistych
warunkach technicznych nie uzyskuje się stanu równowagi. Mikrostruktury otrzymane w
takich warunkach przedstawiają 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. (5)
12
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 układzie, w warunkach równowagi zachodzi szereg przemian: faza b� (roztwór
na bazie fazy elektronowej, CuSn o stężeniu elektronowym 3/2) w temperaturze 586�C
eutektoidalnie rozpada się na mieszaninę (ą + ł), faza ł w temperaturze 520�C również
ulega rozpadowi eutektoidalnemu na mieszaninę (ą+�), a z kolei � (roztwór na bazie fazy
elektronowej, Cu31Sn8,21/13) w temperaturze 350�C także eutektoidalnie rozpada się na
mieszaninę (ą+�). 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 350ć%C. Tak więc w brązach
cynowych, przydatnych technicznie, w temperaturze normalnej w mikrostrukturze
składnikiem 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 ujednorodniające w temperaturze 700-750�C.
Podczas tego wyżarzania eutektoid (ą+�) ulega rozpuszczeniu i tworzy się w miarę
jednorodna faza ą.
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 � 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.(5)
13
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 własności mechanicznych brązu CuSn7P w zależności od stopnia
odkształcenia na zimno (5).
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 wytrzymałościowe, ale dwukrotnie mniej
jak cyna. Ołów nie rozpuszcza się w a ani też �, stanowi w mikrostrukturze oddzielną fazę.
Polepsza właściwości ślizgowe i skrawalność oraz zabezpiecza przed mikroporowatością
odlewu. Typowym przedstawicielami brązów odlewniczych wieloskładnikowych są:
CuSnl0Zn3, CuSn6Zn6Pb3.
14
Rys. 11. Mikrostruktura brązu CuSn10P w stanie lanym.
2. l .2.2. BR
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 się faza �, która jest roztworem stałym na
bazie fazy elektronowej Cu3Al o stężeniu elektronowym 3/2.
Rys. 12. Fragment wykresu układu Cu-Al. (7)
15
Rys. 13. Zmiany właściwości mechanicznych brązów aluminiowych w stanie
lanym w zależności od zawartości aluminium (5).
W temperaturze 565�C faza ta ulega eutektoidalnemu rozpadowi na mieszaninę (ą+łz). Faza łz
jest roztworem na bazie kolejnej fazy elektronowej (Cu9Al4) o stężeniu elektronowym 21/13.
Eutektoidalny rozpad fazy p można zahamować przez szybkie chłodzenie co powoduje
bezdyfuzyjną przemianę (� �') w wyniku której uzyskuje się iglastą strukturę (rys. 14). Ma
ona typowe cechy przemiany martenzytycznej. W odróżnieniu od przemiany martenzytycznej w
stalach jest ona odwracalna tzn. w warunkach szybkiego nagrzewania �'  �.
(Uwaga: w literaturze dotyczącej brązów aluminiowych przez �' oznacza się fazę
martenzytyczną, a przez �1 fazę uporządkowaną, bowiem i w brązach aluminiowych powyżej
11% Al zachodzi przemiana nieporządek-porządek: �  �1).
Rys. 14. Mikrostruktura brązu aluminiowego CuAl10Fe3Mn2: a-wyżarzonego,
b-zahartowanego.
16
Przemianę martenzytyczną zachodzącą w brązach wykorzystuje się w celu
podwyższenia ich właściwości wytrzymałościowych. Np. brąz CuAl10FeBMn hartuje się 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 A10 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. (5)
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 CuAl10Ni4Fe4, 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 A12O3.
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.
17
2. l .2.3. Brązy 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 �
ulega rozpadowi eutektoidalnemu na mieszaninę (ą + �). Faza ł jest roztworem na bazie
związku 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. (7).
Stop CuSi3Mnl 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.
18
Rys. 17. Zmiana właściwości mechanicznych brązu CuSi3Mnl w zależności
od stopnia odkształcenia na zimno. (5)
2.1.2.4. Brązy 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 b� ulega
rozpadowi eutektoidalnemu na mieszaninę (ą+ł)
Rys. 18. Fragment wykresu równowagi faz układu Cu-Be (7)
19
Wzrost właściwości wytrzymałościowych i sprężystych w brązach najczęściej
stosowanych-CuBe2Ni i CuBe2NiT, uzyskuje się po zastosowaniu obróbki plastycznej na
zimno lub utwardzania dyspersyjnego (czasami te obróbki łączy się ze sobą). Brązy te
przesyca się z temperatury 800�C-820�C a następnie starzy w temperaturze 300�C-350�C
w czasie 2 godzin. W stanie przesyconym brązy berylowe wykazują 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.
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 są CuPb30, CuPb35 i
CuPb10Su10
2.2. WAŻNIEJSZE STOPY ALUMINIUM.
Aluminium charakteryzuje się dużą plastycznością (tablica l), 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).
20
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, Al, A2) zawierające od 0,2% do 1%
zanieczyszczeń i aluminium rafinowane (również kilka gatunków-AR0, ARl, 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. Przykładowo, 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 wynoszą:
-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, A15FeSi 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.
21
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 składnik B może tworzyć z Al roztwór �-B(AI) lub fazę
międzymetaliczną 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 odkształceniowe 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%.
22
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 (2).
Mikrostruktura stopów o zawartości miedzi powyżej 0,1%, w stanie równowagi złożona
jest z roztworu stałego a� i fazy międzymetalicznej Al2Cu oznaczanej także literą q�.
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 chłodzeniu
(przeważnie w wodzie) stop uzyskuje strukturę jednofazową przesyconego roztworu a�.
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.
23
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 GPI (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 tworzą się również skupiska atomów Cu w
kształcie dysków o jednak większych wymiarach: grubości do 10nm i średnicy do 150nm.
Posiadają one struktury tetragonalną i nadal są sprzężone z siecią a�. Skupiska te nazwano
GPII.
24
 Powyżej 200�C tworzy się faza metastabilna, oznaczona �' o strukturze regularnej
półsprzężonej z siecią macierzystą o składzie stechiometrycznym zbliżonym do A136Cu2.
Na koniec, długotrwałe wygrzewanie prowadzi do przemiany �' w samoistną
równowagową fazę � (Al2Cu). Dalsze wygrzewanie stopu powoduje koagulację i
koalescencję wydzieleń �. Stadia zmian, jakie zachodzą w przesyconym stopie w wyniku
starzenia można zapisać symbolami:
ą[(Cu)]->GPI->GPII->�'(Al36Cu2)->�(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
GPII). O takim przebiegu zmian, przekonuje nas zjawisko nawrotu właściwości. Polega
ono na tym, że stop starzony naturalnie lub w niezbyt wysokich temperaturach, wygrzany
w ciągu 2-3 min w temperaturze 200�C-250�C odzyskuje właściwości 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 krótkotrwałym 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.
25
Wraz ze wzrostem zawartości Si w stopie rośnie wytrzymałość na rozciąganie Rm
(rys. 24).
Rys. 24. Właściwości mechaniczne siluminu niemodyfikowanego i
modyfikowanego w zależności od udziału krzemu.(7)
Wykres równowagi układu Al-Si jest bardzo prosty (rys. 25). Od strony Al
występuje faza a� będąca roztworem stałym 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. 25. Fragment wykresu równowagi Al-Si z zaznaczonym przesunięciem punktu
eutektycznego pod wpływem procesu modyfikacji.
26
Praktycznie aluminium nie rozpuszcza się w krzemie, stąd drugą fazą w układzie jest Si
(niekiedy oznaczany jako faza �). Eutektyka złożona (ą+Si) zawiera 11,7% krzemu.
Technicznie siluminy zawierają od 9% do 13% Si, gdyż przy tych stężeniach
odznaczają się najlepszymi 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 Aio 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
się 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 nadeutektyczny (rys. 26a) staje się stopem
podeutektycznym (rys. 26b). Jego właściwości mechaniczne są wyższe: Rm ok. 180 MPa a
wydłużenie A10 8-12%.
27
3. PYTANI A KONTROLNE.
1. 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 się modyfikację siluminu ?
8. Jakie zmiany zachodzą 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 brąz 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 się w strukturze duralu podczas zabiegu przesycania ?
16. Co to są strefy G-P ?
17. Jakie zjawiska zachodzą w strukturze duralu podczas jego starzenia ?
18. W jaki sposób można umocnić stopy z zakresu a1 (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 między strefą G-P a fazą równowagową � w układzie Al-Cu ?
24. Wymienić nazwy głównych grup brązów.
28
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. Jeniceka, 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
29