MATERIAŁOZNAWSTWO – LABORATORIUM

BADANIE MIKROSKOPOWE METALI

1. Właściwości i zastosowanie czystej miedzi

Właściwości:

• gęstość $8,96\frac{g}{cm^{3}}$

• temp. topnienia 1083 

• miękki metal o bardzo dobrym przewodnictwie cieplnym i elektrycznym

• wysoka odporność na korozję

• można przerabiać plastycznie na zimno i na gorąco

• zawiera 0, 01 − 1, 0% zanieczyszczeń

• na powietrzu pokrywa się patyną

Zastosowanie:
Stosowana do wyrobu przewodów elektrycznych, chłodnic, aparatów chemicznych. Stosowana do krycia dachów zabytkowych budowli oraz do wyrobu dzieł sztuki.
Duża zdolność do tworzenia bardzo cennych stopów, w których występuje jako składnik główny lub stopowy.

1. Na czym polega rafinacja ogniowa

Rafinacja metali, procesy technologiczne mające na celu oczyszczenie surowego metalu lub stopu. Najczęściej przeprowadza się rafinację metali metodą ogniową, polegającą na wprowadzeniu do oczyszczanego materiału odpowiednich dodatków (najczęściej utleniaczy), które w wysokiej temperaturze reagują z domieszkami tworząc związki łatwiejsze do usunięcia (np. w postaci żużla na powierzchni stopionego metalu).
Rafinację metali można przeprowadzać metodą elektrolityczną (rafinacja elektrolityczna), przez destylację w kolumnach rektyfikacyjnych (np. rafinacja cynku), niekiedy dwustopniowo: najpierw metodą ogniową, a następnie elektrolityczną.

1. Stopami jakich metali są mosiądze – definicja.

Mosiądz – stop miedzi i cynku, zawierający do 40% cynku. Może zawierać dodatki innych metali, takich jak ołów, aluminium, cyna, mangan, żelazo, chrom oraz krzem. Topi się w temp. poniżej 1000 C (zależnie od gatunku). Powyżej temperatury 907 C główny składnik stopowy mosiądzu tj. cynk zaczyna parować powodując tworzenie się zgaru.

Mosiądz ma kolor pomarańczowożółty, przy mniejszych zawartościach cynku zbliżający się do naturalnego koloru miedzi. Stop ten jest odporny na korozję, ciągliwy, łatwy do obróbki plastycznej. Posiada dobre właściwości odlewnicze. W niektórych zastosowaniach jego wadą jest stosunkowo duża gęstość ($8,4 - 8,7\frac{g}{\text{cm}}).$

Z mosiądzu wytwarza się armaturę, osprzęt odporny na wodę morską, śruby okrętowe, amunicję, okucia budowlane, w szczególności klamki. Ponadto, elementy maszyn w przemyśle maszynowym, samochodowym, elektrotechnicznym, okrętowym, precyzyjnym, chemicznym. Ważnym zastosowaniem mosiądzu jest produkcja instrumentów muzycznych. Jest on wytrzymalszy od brązu, ponieważ zawiera cynk nadający mu wytrzymałość, a co za tym idzie - twardość. Jest on bardzo przydatny do obróbki pla­stycznej na zimno, np. podczas produkcji łusek amunicji. Ponadto z mosiądzu wytwarza się monety, medale, świeczniki, puchary, kłódki, moździerze, pomniki, elementy ozdobne (klamry, klamki) i wiele innych drobnych części oraz wyrobów jak np. odważniki, okucia, ramy obrazów itp. Mosiądz dostarczany jest w postaci sztab do odlewania lub prętów, drutów, blach, taśm i rur.

1. Podział mosiądzu.

Klasyfikacje i składy mosiądzów podaje Polska Norma PN-xx/H-87025

Ze względu na skład mosiądze dzieli się na:

• Mosiądze dwuskładnikowe – M95 (CuZn₅), M90 (CuZn₁₀), M85 (CuZn₁₅), M80 (CuZn₂₀), M75 (CuZn₂₅), M70 (CuZn₃₀), M68 (CuZn₃₂), M63 (CuZn₃₇), M60 (CuZn₄₀).

• Mosiądze ołowiowe – zawierające dodatki ołowiu. Ołów dodawany jest w celu polepszenia skrawalności materiału. Do mosiądzów ołowiowych należą MO64 (CuZn₃₄Pb₃), MO62 (CuZn₃₆Pb_1.5), MO61 (CuZn₃₆Pb₃), MO58A (CuZn₃₉Pb₂), MO58b (CuZn₄₀Pb₂), MO58 (CuZn₄₀Pb₂) oraz także odlewnicze MO60 (CuZn₃₈Pb_1.5), MO59 (CuZn₃₉Pb₂),.

• Mosiądze specjalne – zawierają dodatki takich pierwiastków jak cyna, aluminium, mangan, żelazo, krzem i/lub nikiel. Należą do nich:

  • Mosiądze cynowe – MC90 (CuZn₁₀Sn), MC70 (CuZn₂₈Sn), MC62 (CuZn₃₈Sn),

  • Mosiądze aluminiowe – MA77 (CuZn₂₀Al₂), MA59 (CuZn₃₆Al₃Ni₂) i także odlewnicze MA58 (CuZn₃₈Al₃Mn₂Fe) i MA67 (CuZn₃₈Al₃)

  • Mosiądze manganowe – MM59 (CuZn₄₀Mn), MM57 (CuZn₄₀FeMnSnAl), MM56 (CuZn₄₀Mn₃Al) oraz odlewnicze MM47 (CuZn₄₃Mn₄Pb₃Fe), MM55 (CuZn₄₀Mn₃Fe), MM58 (CuZn₃₈Mc₂Pb₂),

  • Mosiądz niklowy – MN65 (CuZn₂₉Ni₆).

  • Mosiądz krzemowy – MK80 (CuZn₁₆Si₃) stosowany także jako odlewniczy.

• Mosiądze wysokoniklowe – to stopy miedzi, cynku i niklu z dodatkiem manganu. Ze względu na srebrzysty kolor stop ten popularnie nazywany jest nowym srebrem lub argentanem. Stop ten ma bardzo dobre własności sprężyste i oporność na korozję – MZN18 (CuNi₁₈Zn₂₇), MZ20N18 (CuNi₁₈Zn₂₀), MZN15 (CuNi₁₅Zn₂₁), MZN12 (CuNi₁₂Zn₂₄). Mosiądze wysokoniklowe używane są na części sprężyste, okucia i wyroby jubilerskie. Ponieważ po wypolerowaniu przypominają kolorem srebro, używane są do produkcji cukiernic, pater, kielichów, sztućców i innych przedmiotów ozdobnych

1. Definicja brązu.

Brązy – stopy miedzi z cyną lub innymi metalami i ewentualnie innymi pierwiastkami, w których zawartość miedzi zawiera się w granicach 80-90% wagowych (stopy miedzi, które nie noszą nazwy "brąz", to mosiądze – stopy miedzi i cynku oraz miedzionikiel – stop miedzi z niklem).

Składy brązów specyfikuje Polska Norma PN-xx/H-87050.

1. Rodzaje brązów i maksymalna zawartość głównego składnika chemicznego.

Brązy do obróbki plastycznej

• Brąz cynowy

Zawiera od 1% do 9% cyny: Ma barwę szarą, której intensywność wzrasta wraz z zawartością cyny. Mogą zawierać także inne dodatki stopowe, takie jak cynk (2,7% do 5%), ołów (1,5% do 4,5%) oraz domieszki fosforu (0,1% do 0,3%) z zanieczyszczeniami nie przekraczającymi 0,3%. Symbole brązów cynowych to B2 (CuSn2), B4 (CuSn4), B6 (CuSn6), B43 (CuSn4Zn3), B443 (CuSn4Zn4Pb3), B444 (CuSn4Zn4Pb4). Brązy cynowe używane są na elementy sprężyste, trudno ścieralne, a przy większej zawartości ołowiu na tuleje i panwie łożyskowe, monety, elementy pracujące w wodzie morskiej, armaturę.

• Brąz aluminiowy

Zawiera od 4% do 11% aluminium: Może zawierać także inne dodatki stopowe, takie jak żelazo (2,0% do 5,5%), mangan (1,5% do 4,5%) oraz nikiel (3,5% do 5,5%), z zanieczyszczeniami nie przekraczającymi 1,7%. Symbole brązów aluminiowych to BA5 (CuAl5), BA8 (CuAl8), BA93 (CuAl9Fe3), BA1032 (CuAl10Fe3Mn2), BA1044 (CuAl10Fe4Ni4), BA92 (CuAl9Mn4). Cechują się dobrymi własnościami wytrzymałościowymi. Brązy aluminiowe stosowane są na części do przemysłu chemicznego, elementy pracujące w wodzie morskiej, monety, styki ślizgowe, części łożysk, wały, śruby, sita.

• Brąz berylowy

Zawiera od 1,6% do 2,1% berylu: Może zawierać także inne dodatki stopowe, takie jak nikiel w połączeniu z kobaltem (0,2% do 0,4%) oraz tytan (0,1% do 0,25%), z zanieczyszczeniami nie przekraczającymi 0,5%. Symbole brązów berylowych to BB2 (CuBe2Ni (Co)), BB1T (CuBe1,7NiTi), BB2T (CuBe2NiTi). Brązy berylowe stosowane są na sprężyny, elementy aparatury chemicznej, elementy żaroodporne, np. gniazda zaworów, narzędzia nieiskrzące.

• Brąz krzemowy

BK31 (CuSi3Mn1): Zawiera 2,7% do 3,5 krzemu i 1,0% do 1,5% manganu, przy zanieczyszczeniach nie przekraczających 1,0%. Stosowany jest na siatki, elementy sprężyste, elementy w przemyśle chemicznym, elementy odporne na ścieranie, konstrukcje spawane.

• Brąz manganowy

BM123 (CuMn12Ni3): zawiera 11,5% do 13% manganu i 2,5% do 3,5% niklu przy dopuszczalnych zanieczyszczeniach do 1%. Stosowany na oporniki wysokiej jakości.

Brązy odlewnicze:

• brąz cynowy – B10 (CuSn10)

• brąz cynowo-fosforowy – B101 (CuSn10P)

• brąz cynowo-cynkowy – B102 (CuSn10Zn2)

• brąz cynowo-ołowiowy – B1010 (CuSn10Pb10) i B520 (CuSn5Pb20)

• brąz cynowo-cynkowo-ołowiowy B555 (CuSn5Zn5Pb5), B663 (CuSn6ZnPb3) i B476 (CuSn4Zn7Pb6).

• brąz aluminiowo-żelazowy – BA93 (CuAl9Fe3)

• brąz aluminiowo-żelazowo-manganowy – BA1032 (CuAl10Fe3Mn2)

• brąz krzemowo-cynkowo-manganowy – BK331 (CuSi3Zn3Mn).

Brązy odlewnicze stosuje się do odlewania części i elementów do zastosowań podobnych jak w przypadku brązów do obróbki plastycznej oraz do odlewania pomników.

Inne:

Stopem zaliczanym do brązów jest także spiż. Ponadto brązami nazywa się potocznie lub fachowo szereg innych metali i stopów metali kolorowych, nawet tych o znacznie mniejszym udziale miedzi lub nawet jej całkowitym braku, np. pigmenty metaliczne stosowane w poligrafii.

1. Właściwości i zastosowanie siluminów.

Właściwości:

• dobra lejność

• mały skurcz

• dokładnie wypełniają formę

• tworzą skoncentrowaną jamę usadową

• nie wykazują skłonności do pękania

Zastosowanie:

• wykorzystywane powszechnie na tłoki cylindrów

1. Wymagania, które muszą spełniać stopy łożyskowe.

Stopy łożyskowe – stopy metali wykorzystywane do wylewania panewek łożysk ślizgowych charakteryzujące się zazwyczaj następującymi cechami:

• niewielką rozszerzalnością cieplną w zakresie temperatur pracy łożyska

• dobrą przewodnością termiczną

• odpornością na ścieranie

• małym współczynnikiem tarcia

• zdolnością pochłaniania niewielkich obcych cząsteczek i możliwością dopasowywania się do powierzchni czopa

• odpornością na kwasy znajdujące się w niektórych smarach.

• średnia odpornością na korozję.