Łukasz Szatanik

Sprawozdanie z tematu metali nieżelaznych.

Metale nieżelazne (kolorowe) - ogólna nazwa metali i stopów metali nieżelaznych (nie zawierających żelaza). Do metali kolorowych zalicza się m.in.: miedź, cynk, cynę, ołów, aluminium, a do stopów: mosiądz i brąz. Są to ciała o charakterystycznym połysku, są dobrymi przewodnikami cieplnymi.

Miedź i stopy miedzi

Miedź jest metalem barwy czerwonawej, o gęstości 8,96 g/cm3 i temperaturze topnienia

1083°C. Można ją przerabiać plastycznie na zimno i na gorąco, ale w przypadku przeróbki na

zimno następuje utwardzenie metalu (w wyniku zgniotu), które usuwa się przez wyżarzenie

rekrystalizujące (w temp. 400-600°C). Przeróbkę plastyczną na gorąco przeprowadza się w

temp. 650-800°C. Cennymi własnościami miedzi są wysoka przewodność elektryczna i cieplna

oraz odporność na korozję.

Stopami miedzi nazywa się stopy, w których metalem podstawowym (głównym

składnikiem) jest miedź, z wyjątkiem stopów zawierających złoto lub srebro, które uważa się za

stopy złota lub srebra, jeśli zawartość tych metali wynosi co najmniej 10%.

Ogólnie stopy miedzi, będące obecnie najbardziej rozpowszechnionymi materiałami

konstrukcyjnymi po stopach żelaza i stopach aluminium, dzielą się na:

a) stopy wstępne miedzi,

b) miedź stopową,

c) mosiądze,

d) miedzionikle,

e) brązy,

f) stopy oporowe miedzi.

Mosiądze są stopami miedzi, w których głównym składnikiem stopowym jest cynk w ilości

powyżej 2%. Dzielą się na mosiądze odlewnicze (tabl. 8.1) i do przeróbki plastycznej. Te

ostatnie, zgodnie z PN-92/H-87025, dzielą się na dwuskładnikowe, zawierające 0,4 ÷ 40,5%

149 JW

cynku (gatunki M95, M90, M85, M80, M75, M70, M67, M65, M63 i M60, w symbolu M

oznacza mosiądz, a liczba - nominalną zawartość miedzi w %), i wieloskładnikowe. Mosiądze

wieloskładnikowe dzielą się z kolei na ołowiowe (tabl. 8.2) i bezołowiowe, zwane też

mosiądzami specjalnymi

Stopy aluminium

Stopy aluminium to tworzywa metaliczne otrzymane przez stopienie aluminium z jednym lub większą liczbą metali (bądź z niemetalami), celowo wytworzone dla uzyskania żądanych własności.
Własności czystego aluminium
Aluminium krystalizuje w sieci A1, a więc cechuje się dużą plastycznością. Ma parametr sieci α = 0,40408 nm, temperaturę topnienia 660,4C, temperaturę wrzenia 2060 C. Mała gęstość 2,7 Mg/m3 (3 razy mniejsza niż żelaza) kwalifikuje ten metal do grupymetali lekkich. Dzięki tej własności i stosunkowo bogatemu występowaniu w przyrodzie (ok. 7%) jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym i transporcie. Aluminium cechuje się dobrym 

przewodnictwem cieplnym i elektrycznym (gorszym jednak niż miedź), stąd jego zastosowanie na przewody elektryczne. Może być umacniane przez zgniot.
Do najczęstszych zanieczyszczeń aluminium należą Fe, Si, Cu, Zn, Ti, które obniżają plastyczność i przewodnictwo elektryczne, natomiast zwiększają twardość i wytrzymałość.

Aluminium przerabia się plastycznie - walcuje (blachy, folie) lub wyciska (pręty, rury, drut, kształtowniki). Obróbkę plastyczną można przeprowadzać na zimno lub na gorąco (ok. 450C). Aluminium ma duże powinowactwo do tlenu, stąd jego zastosowanie w aluminotermii oraz do odtleniania stali. Oprócz tego jest szeroko stosowane w przemyśle spożywczym oraz do aluminiowania dyfuzyjnego stali.

Stopy aluminium

Własności wytrzymałościowe czystego aluminium są stosunkowo niskie, dlatego stosuje się stopy, które po odpowiedniej obróbce cieplnej mają wytrzymałość nawet kilkakrotnie większą. Stopy aluminium cechują się korzystnym parametrem konstrukcyjnym, tzn. stosunkiem wytrzymałości do ciężaru właściwego, który jest większy niż dla stali, a oprócz tego ich udarność nie maleje w miarę obniżania temperatury, dzięki czemu w niskich temperaturach mają większą udarność niż stal. Mają jednak niską wytrzymałość zmęczeniową.
Stopy aluminium dzieli się na:
-odlewnicze 
-do obróbki plastycznej.


Do odlewniczych zaliczamy stopy przeważnie wieloskładnikowe o większej zawartości pierwiastków stopowych (5 - 25%), np. z krzemem (silumin); z krzemem i magnezem, z krzemem, miedzią, magnezem i manganem, z krzemem, miedzią, niklem, magnezem i manganem i inne. Cechują się one dobrą lejnością i małym skurczem.

Stopy do przeróbki plastycznej zawierają na ogół mniejsze ilości dodatków stopowych, głównie miedź (do ok. 5%), magnez (do ok. 6%) i mangan (do 1,5%), rzadziej krzem, cynk, nikiel, chrom, tytan. Niektóre stopy aluminium można poddawać utwardzaniu wydzieleniowemu, po którym ich własności wytrzymałościowe nie są gorsze niż wielu stali.
Niektóre stopy aluminium nadają się zarówno do odlewania, jak i przeróbki plastyczne

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.

Wraz ze wzrostem zawartości Si w stopie rośnie wytrzymałość na rozciąganie Rm (rys. 1).

Wykres równowagi układu Al-Si jest bardzo prosty (rys. 2). Od strony Al. Występuje faza α 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. 1. Właściwości

mechaniczne siluminu niemodyfikowanego i modyfikowanego w zależności od udziału krzemu

Rys. 2. Fragment wykresy równowagi Al.-Si z zaznaczonym przesunięciem punktu eutektycznego pod wpływem procesu modyfikacji

Praktycznie aluminium nie rozpuszcza się w krzemie, stąd drugą fazą w układzie jest Si (niekiedy oznaczany jako faza β). Eutektyka złożona (α+Si) zawiera 11,7% krzemu.

Technicznie siluminy zawierają od 9% do 13% Si, gdyż przy tych stężeniach odznaczają się najlepszym i 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 A_l0 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. 3). Taka mikrostruktura odlewu jest niekorzystna również ze względów eksploatacyjnych.

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. 3). 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. 2). Stop nad eutektyczny (rys. 3a) staje się stopem pod eutektycznym (rys. 3). Jego właściwości mechaniczne są wyższe: Rm ok. 180 MPa a wydłużenie A₁₀ 8-12%.