SZKOŁA ASPIRANTÓW
PAŃSTWOWEJ STRAŻY POŻARNEJ
W KRAKOWIE
Przedmiot: WYPOSAŻENIE TECHNICZNE
Temat: METALE KOLOROWE
Kraków 1998
MIEDŹ I JEJ STOPY.
Miedź (symbol chem.Cu) jest metalem barwy czerwonej (gęstość 8,9g/cm3=
8900kg/m3, temperatura topnienia 1083oC. Miedź jest metalem plastycznym, tak że nawet w stanie zimnym daje się kuć i walcować na bardzo cienkie blachy.
Po roztopieniu barwa miedzi zmienia się na zielonkawą. Roztopiona miedź jest gęsta, rozpuszcza w sobie gazy i źle wypełnia formy, dlatego też wykonanie z niej dobrych odlewów jest dosyć trudne.
Miedź jest odporna na wpływy atmosferyczne, trudno się utlenia w suchym powietrzu, lecz w wilgotnym pokrywa się zielonym nalotem, zwanym patyną. W wodzie miedź utlenia się łatwo. Sól kuchenna i sole amonowe powodują powolne nadgryzanie miedzi. Miedź łatwo rozpuszcza się w kwasie azotowym, a trudniej w innych kwasach. Charakteryzuje się bardzo dobrą przewodnością cieplną i elektryczną. Jej wytrzymałość na rozciąganie Rm=20-25kG/mm2 , a twardość HD=25-50kG/mm2 .
Rudy miedzi
Miedź występuje czasem w przyrodzie w stanie wolnym, najczęściej jednak w postaci rud.
Najważniejszymi rudami miedzi są:
Chalkopiryt (CuFeS2) o barwie spiżowo-żółtej i metalicznym połysku. Zawiera on 20% miedzi i jest bardzo rozpowszechniony.
Bornit (Cu3FeS3), zawiera on do 62% miedzi.
Chalkozyn (Cu2S) o barwie czarno-szarej. Zawiera on do 75% miedzi.
Malachit - bardzo ładny materiał o szmaragdowej barwie i ładnym rysunku, używany jest do wykładania ścian w kościołach, muzeach oraz na kolumny, płyty do stolików itp.
Rudy bogate spotykane są rzadziej, najbardziej rozpowszechnione są rudy, w których zawartość miedzi nie przekracza 6%, a często wynosi tylko 0,5-1%. Rudy zawierające siarkę poddaje się zwykle wstępnemu prażeniu.
Otrzymywanie miedzi.
Przeróbka rud miedzi metodą hutniczą odbywa się w piecach szybowych i konwektora zbudowanych na tej samej zasadzie Bessemerado stali. W te sposób nie otrzymuje się jednak czystej miedzi, lecz tzw. miedź konwertorową lub czarną, zawierającą dużo domieszek i gazów.
Rafinowanie elektrolityczne
Proces ten polega na tzw. Elektrolizie anodą rozpuszczalną. W wannach elektrolitycznych napełnionych roztworem siarczanu miedzi zawiesza się płyty, tzw. Anody odlane z czarnej miedzi i łączy się je z biegunem dodatnim źródła energii elektrycznej. Do bieguna ujemnego dołącza się arkusze cienkiej blachy z czystej miedzi. Pod wpływem prądu stałego płyty anodowe rozpuszczają się w elektrolicie, a miedź czysta wydziela się na biegunie ujemnym, tj. na cienkich arkuszach blachy miedzianej, tzw. Podkładach, których skutek tego stale grubieją, bo osiada na nich coraz więcej czystej miedzi tzw. Katodowej, czyli elektrolitycznej - jest to najwyższy gatunek miedzi.
Zastosowanie i sposoby obróbki miedzi.
Ze względu na dobrą przewodność elektryczną miedź ma zastosowanie w przemyśle elektromechanicznym, np. do wyrobu drutów na przewodniki, kable, szyny do przewodzenia prądu elektrycznego, do kontaktów, części elektrycznych itp. jest stosowana do niektórych urządzeń warsztatowych np. lutownice zwykłe, oraz w przemyśle artystycznym np. tace wyroby wytłaczane itp. miedź ma obszerne zastosowanie w galwanostegii i galwanoplastyce. W galwanostegii stosuje się ją do miedziowania, czyli galwanicznego pokrywania przedmiotów stalowych, cynowych aluminiowych i w ogóle takich metali, które nie dają się pokryć bezpośrednio innym metalem ochronnym(chromem, niklem).
Miedziowanie więc stanowi najczęściej operację wstępną przed
niklowaniem, chromowaniem itp. Miedziowanie może się również odbywać bez prądu elektrycznego za pomocą zanurzania przedmiotów powlekanych w roztworach siarczanu miedzi. Zarówno przed miedziowaniem galwanicznym, jak i miedziowaniem bez prądu, przedmioty powlekane muszą być starannie oczyszczone mechanicznie i chemicznie. W galwanoplastyce stosuje się miedź do sporządzania odbitek przedmiotów sztuki( np. płaskorzeźb), odbitek liści, owadów, owoców itp. oraz do wykonywania rur miedzianych bez szwu i dużych reflektorów. Na przód sporządza się formę przedmiotu z gipsu, wosku lub
gutaperki, w celu umożliwienia przepływu prądu pokrywa się wewnętrzną powierzchnię grafitu. Gotową formę zawiesza się na drucikach miedzianych w wannie elektrolitycznej. Po przepuszczeniu prądu na grafitowej powierzchni
formy, jako na katodzie, osadza się miedź, tworząc żądaną odbitkę.
Poza tym miedź jest podstawowym składnikiem wielu stopów technicznych, używa się jej w przemyśle wojennym, drukarstwie, do krycia dachów budowli monumentalnych itp. Obróbka plastyczna miedzi może się odbywać na zimno i na gorąco. Obróbka na gorąco( kucie) odbywa się do temp. do 600 st. C. Przegrzanie miedzi powoduje jej gruboziarnistość i kruchość. Miedź utwardzoną wskutek obróbki na zimno zmiękcza się przez wyżarzanie w temp. 500 st. C i
zanurzenie w wodzie.
Łączenie miedzi może się odbywać za pomocą zgrzewania na gorąco pod młotem; w tym wypadku powierzchnie łączone należy posypywać boraksem. Miedź można spawać elektrycznie. Lutowanie odbywa się zaś za pomocą lutów cynowo-ołowiowych lub za pomocą lutów twardych. Na zimno łączy się miedź za pomocą nitowania lub na śruby. Miedź jest łatwo obrabialna zwykłymi narzędziami warsztatowymi. Daje się ciąć, piłować, frezować, toczyć itp. Według Polskich Norm miedź oznacza się symbolem Cu i liczbą, wyrażającą największą zawartość procentową czystego metalu np. Cu 99,5 oznacza miedź zawierającą 99,5% czystej 99,9. Spośród stopów miedzi najbardziej rozpowszechnione są brązy mosiądze.
miedzi. Na stopy odlewnicze stosuje się miedź Cu 99 i Cu 99, 5.
Brązami nazywa się stopy miedzi z cyną, tworzące roztwór stały lub mieszaniny roztworów. Barwa brązu zależy od procentu miedzi. Przy zawartości około 70% miedzi brąz jest ciemnoszary, przy 84% miedzi ciemnożółty. Gęstość wynosi 8,9-8,8 gJcm3, temperatura topnienia 930-1050 st. C.
Wytrzymałość brązu lanego zawiera się w granicach 15-20 kGlmm2
twardość HB=80-180. Brąz jest odporny na wpływy atmosferyczne i działanie słabych kwasów. Po dłuższym działaniu czynników atmosferycznych pokrywa się zielonkawym nalotem, zwanym patyną.
Brąz daje się dobrze odlewać. Kowalne są tylko brązy o niewielkim procesie cyny.
Obrabialność brązu jest dobra. Brąz o małej zawartości cyny stosuje się na wyroby kute, na monety zdawkowe, na drut. Brązu lanego używa się na dzwony armaturę maszynową i hydrauliczną, na wyroby artystyczne i posągi. Osobną grupę stanowią brązy specjalne takie jak np.: fosforowe, krzemowe. Brązy stanowiące stopy miedzi z aluminium nazywają się brązalami, stopy miedzi z cyną i domieszką cynku brązami cynowo-cynkowymi( spiżami).
Brązy fosforowe używane są na panewki, koła zębate, ślimacznice, zawory i stawidła silników parowych. Zasada oznaczania brązów, jednakowa dla wszystkich stopów technicznych metali, jest następująca: Znak stopu składa się z symboli chemicznych pierwiastków wchodzących w skład stopu, wymienionych w kolejności odpowiadającej ilości pierwiastka w stopie,
a więc naprzód symbol tego pierwiastka, którego jest najwięcej, następnie tego, którego jest mniej itd. Cyfra obok symbolu oznacza procentową zawartość składnika..
Mosiądze są to stopy miedzi i cynku o zawartości miedzi
55-85%. Barwa złotożółta lub czerwonożółta, ciężar właściwy 8,3-8,5, temperatura topnienia 890-l000st.C. Wytrzymałość mosiądzu lanego wynosi 15-18 kGlmm2, wydłużenie 35-40%. Mosiądze są odporne na wpływy atmosferyczne, nieodporne na działanie rtęci i jej sól. Są to stopy, które znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle i technice. Mosiądzu lanego używa się na armaturę kotłową i hydrauliczną, a w stanie plastycznie przerobionym- na armaturę elektrotechniczną, na przyrządy i instrumenty geodezyjne, fizyczne, na części zegarków, na okucia meblowe i budowlane itp. Mosiądze o małej zawartości cynku (do 2Uoó) noszą nazwę tombaków. Tombaki stosuje się do wyrobów przemysłu artystycznego, taniej biżuterii itp. Mosiądz specjalnej zawierający około55% miedzi, 42% cynku,1% żelaza i manganu oraz domieszką ołowiu i fosforu, nazywa się metalem Delta. Jest on bardzo wytrzymały i odporny na działanie czynników atmosferycznych i wody
morskiej. Mosiądz pod wpływem walcowania lub tłoczenia utwardza się, jeśli ma być kilkakrotnie przerabiany plastycznie, należy go wyżarzać między poszcze1gólnymi operacjami.
Mosiądz jest obrabiany zwykłymi narzędziami warsztatowymi, a używany do wyrobu części maszyn.
Stopy miedzi, cynku i niklu znane są pod różnymi nazwami, jak melchior, alpaka, nowe srebro i inne. Różnią się tylko one procentową zawartością składników. Spośród nich Polskie Normy uwzględniają tylko stop zwany nowym srebrem, gdyż dość dobrze imituje srebro.
Zawiera on 52-6'7% miedzi,13-35% cynku i 6-30% niklu. Stosowany jest między innymi do produkcji przedmiotów domowego użytku, papierośnice, puderniczki itp.