WBM, sem. 3
Sprawozdanie z przebiegu ćwiczenia nr 8
Miedź i jej stopy
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest poznanie struktury i właściwości miedzi oraz jej stopów: mosiądzów i brązów.
Otrzymywanie miedzi
Miedź nie występuje w przyrodzie w czystej postaci. Występuje ona w skorupie ziemskiej w postaci siarczków (najczęściej chalkopiryt i chalkozyn) i tlenków. Miedź hutnicza zawiera 0,5..1% zanieczyszczeń, a katodowa (oczyszczona elektrolitycznie) ok. 0,05%. Największą uzyskiwaną czystością jest 99,97% (tzw. miedź beztlenowa), lecz miedź o tej czystości ma niewielkie zastosowanie ze względu na trudność łączenia z innymi materiałami i wysoki koszt uzyskania.
Właściwości i zastosowanie
Miedź jest metalem o charakterystycznej różowozłocistej barwie. Jest odporna na gorącą wodę, roztwory alkaliczne (z wyjątkiem NH3) i kwas solny. Słabo natomiast znosi działanie wody morskiej, wielu kwasów, zasad i soli; rozpuszcza się w krasie siarkowym i azotowym. Pod działaniem wilgotnego powietrza (np. atmosferycznego) miedź, brązy i mosiądze pokrywają się patyną, która z upływem czasu zmienia się w ciemnozieloną tzw. patynę szlachetną (można to zaobserwować na miedzianych pokryciach dachowych lub brązowych pomnikach). Jest to mieszanina różnych związków miedzi tworząca nieprzenikliwą warstwę chroniącą metal przed dalszą korozją. Miedź można obrabiać plastycznie na zimno (400..650°C) i na gorąco (650..800°C). Miedź posiada niskie własności wytrzymałościowe. W celu polepszenia jej lub poprawienia innych własności stosujemy dodatki stopowe. Można ją lutować, natomiast nie nadaje się ona na odlewy, gdyż jest gęstopłynna i ma duży skurcz odlewniczy. Do najważniejszych dziedzin zastosowania miedzi należą:
elektrotechnika - przewody elektryczne (wysoka przewodność elektryczna);
przemysł chemiczny - aparatura (wysoka przewodność cieplna i odporność na korozję);
budownictwo- pokrycia dachowe, rynny, rury instalacji cieplnych i gazowych;
galwanotechnika - pokrywy miedziowe na stali i znalu.
Posiada bardzo dobrą przewodność cieplną i elektryczną, oraz dużą plastyczność. Z powodu swoich właściwości jest traktowana, obok żelaza i kobaltu, jako surowiec strategiczny.
Duże ilości miedzi stosuje się jako składniki stopów. Wyróżniamy tu mosiądze - stopy miedzi z cynkiem i brązy - stopy z takimi metalami jak Sn, Al, Si, Mn, Be, Pb. Zarówno mosiądze, jak i brązy dzielimy na przeznaczone do obróbki plastycznej (obie obserwowane próbki) i odlewnicze.
Mosiądze
Zastosowanie mają stopy Cu-Zn o zawartości mniejszej niż 48% Zn (większa ilość powoduje dużą kruchość). Stopy do 38% Zn mają budowę jednofazową. Własności mechaniczne zależą od zawartości cynku. Optymalne własności mechaniczne mają stopy o zawartości ok. 30% Zn - największe wydłużanie przy dobrej wytrzymałości i twardości. Własności mechaniczne znacznie pogarszają się w temperaturach powyżej 200°C, natomiast w temperaturach ujemnych są lepsze niż w temperaturze pokojowej.
Brązy
Najstarszymi historycznie stopami miedzi są brązy cynowe (do 20% Sn, stop jednofazowy do 15,8%). Największą wytrzymałością charakteryzują się stopy bliskie granicy rozpuszczalności. Są mniej wrażliwe na temperaturę od mosiądzów i mogą pracować do 250°C. Są odporne na korozję i ścieranie. Brązy odlewnicze zawierają do 10% Sn. Cechują się one dwiema charakterystycznymi wadami. Skurcz krzepnącego roztworu powoduje mikropęknięcia, zwłaszcza na granicach dendrytów, a ponadto przez mikropory na powierzchnię odlewu przenika roztwór ciekły bogaty w Sn, który krzepnie w postaci kulistych zgrubień (pot cynowy). Warstwa powierzchniowa odlewu jest bardzo krucha. Stosuje się je głównie na części mocno obciążone i narażone na ścieranie. Brązy aluminiowe są konkurencyjne wobec brązów cynowych ze względu na porównywalne własności i niższą cenę. Dodatkowo przemiana martrenzytyczna tych pierwszych umożliwia ich ulepszanie cieplne.
Badanie mikroskopowe
W czasie ćwiczeń porównywaliśmy uprzednio przygotowane próbki miedzi rafinowanej ogniowo (99% czystości), mosiądzu MO58 (58% Cu) i brązu aluminiowego BA1044 (10% Al, 4% Fe, 4% Ni)
MO58 -podatny na obróbkę na gorąco; stosowany na części przeznaczone do obróbki skrawaniem, blachy, taśmy, pręty, druty;
BA1044 -wysokie właściwości mechaniczne, wysoka odporność korozyjna i erozyjna; stosowany na części narażone na ścieranie, wały, części urządzeń hydraulicznych, gniazda zaworów, koła zębate;
Wszystkie próbki obserwowaliśmy pod powiększeniem 625 razy.
Strona 1 z 2