STOPY MIEDZI

Czysta miedź jest metalem dosyć drogim, ciężkim o małej wytrzymałości i twardości. Jej gęstość jest większa od gęstości żelaza. Miedź nie ma odmian alotropowych i jest nie odporna na działanie amoniaku.

Dzięki dobrej plastyczności miedź można obrabiać plastycznie na gorąco i na zimno
(obróbkę plastyczną na zimno stosuje się w celu polepszenia własności mechanicznych).

Duże zastosowanie miedzi wynika z jej dobrej przewodności cieplnej i elektrycznej, dobrej odporności na korozję (szczególnie w wodzie morskiej), dobrej plastyczności, a także ze względu na swój dekoracyjny kolor.

Przewodność elektryczna i właściwości plastyczne szczególnie zależą od czystości miedzi. Przewodność najbardziej zmniejszają zanieczyszczenia fosforem i krzemem, a plastyczność zanieczyszczenia bizmutem, ołowiem i tlenem. Bizmut i ołów nie rozpuszczają się w miedzi oraz tworzą łatwo topliwe eutektyki, co powoduje kruchość na gorąco. Utlenienie miedzi powoduje utratę plastyczności po wyżarzaniu powyżej temp. 500ºC w atmosferze zawierającej wodór. Zjawisko to nosi nazwę choroby wodorowej miedzi.

Gatunki miedzi o mniejszej czystości mają lepsze właściwości wytrzymałościowe. Rozdrobnienie ziaren poprzez odkształcenie plastyczne powoduje znaczne polepszenie tych właściwości.

STOPY MIEDZI

1. Niskostopowe stopy miedzi

   1. Miedź stopowa – dobra przewodność cieplna i elektryczna; może być umacniana roztworowo (dodając srebro) lub wydzieleniowo (dodając chrom)

   2. Brązy specjalne – dobre właściwości wytrzymałościowe i odporność na ścieranie przy dużej odporności na korozję; W grupie brązów specjalnych najlepszymi właściwościami mechanicznymi wyróżniają się brązy berylowe. Charakteryzują się bardzo dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi i sprężystymi oraz dużą odpornością na ścieranie i korozję. Wadą jest wysoka cena berylu.

2. Stopy miedzi z cynkiem (Mosiądze)

1. Mosiądze dwuskładnikowe

   • mosiądze zawierające od 2 – 37% Zn mają strukturę jednofazową. Mosiądze te charakteryzują się bardzo dobrą plastycznością, lepszą wytrzymałością na rozciąganie i twardością od czystej miedzi. Charakterystyczne dla nich jest zwiększenie wydłużenia w miarę zwiększania zawartości cynku. Z tego względu mosiądze te można poddawać obróbce plastycznej na gorąco i na zimno. Obróbka plastyczna na zimno powoduje znaczne umocnienie materiału.

   • mosiądze zawierające do 45% Zn mają strukturę dwufazową. Pojawienie się fazy β΄ powoduje zwiększenie wytrzymałości
     (w odniesieniu do mosiądzów jednofazowych), zmniejszenie ciągliwości i plastyczności oraz gorsza podatność do obróbki plastycznej na zimno.

Wszystkie mosiądze jedno- i dwufazowe obrobione plastycznie na zimno muszą być poddane wyżarzaniu odprężającemu, aby zapobiec korozji naprężeniowej zwanej pękaniem sezonowym.

Odprężenie powoduje relaksację naprężeń nie zmniejszając umocnienia.

1. Mosiądze ołowiowe – mosiądze dwufazowe z dodatkiem ołowiu, którego głównym zadaniem jest polepszenie skrawalności. Kształtowane są przez obróbkę plastyczną na gorąco. Obecność ołowiu pogarsza właściwości wytrzymałościowe, ale zapewnia dalszą dobrą odporność na korozję atmosferyczną. Podatne są na korozję naprężeniową oraz na odcynkowanie.

Odcynkowanie – zachodzi w środowisku wodnym zawierającym chlor i polega na rozpuszczeniu warstw powierzchniowych (cynk i miedź przechodzą do wody).

1. Mosiądze wieloskładnikowe – są to stopy, których właściwości można jeszcze polepszyć poprzez wprowadzanie dalszych dodatków stopowych takich jak: krzem, aluminium, mangan (polepszają odporność na ścieranie), cyna, nikiel (zwiększenie odporności na odcynkowanie). Mosiądze wieloskładnikowe charakteryzują się dobrą wytrzymałością, twardością i cechami zależnymi od danego dodatku stopowego.

1. Brązy cynowe

Są to stopy miedzi z cyną o zawartości co najmniej 2% cyny.

1. Jednofazowe – stopy zawierające do 5% cyny.

2. Dwufazowe – powyżej 5% cyny.

Roztwór α ma zróżnicowaną zawartość miedzi i cyny oraz zróżnicowaną długość ramion dendrytów (faza α występuje w postaci dendrytów). Zjawisko to nosi nazwę segregacji dendrytycznej. Brązy cynowe mają również dużą skłonność do segregacji odwrotnej wlewka. (Przyczyną tego zjawiska jest duża przewodność cieplna miedzi i mała dyfuzja cyny w miedzi). Obydwa zjawiska są niekorzystne i eliminuje się je poprzez wyżarzanie ujednorodniające.

Właściwości zależą od zawartości cyny; im więcej tym lepsze są właściwości wytrzymałościowe, sprężyste oraz lepsza jest odporność na korozję ( podobna jak w przypadku czystej miedzi)

1. Brązy aluminiowe

Stopy miedzi z co najmniej 2% aluminium. Są konkurencyjne do brązów cynowych z tym, że mają mniejszą skłonność do segregacji, lepsze właściwości odlewnicze oraz lepsza odporność na korozję.

1. Jednofazowe – zawierające do 8% Al. Mają dobre własności plastyczne i można je obrabiać plastycznie na zimno jak i na gorąco.

2. Dwufazowe – w strukturze stopu pojawia się eutektoid bardzo zmniejszający plastyczność stopu i dlatego można je tylko obrabiać na gorąco. Ponieważ brązy te mają skłonność do powstawania grubopłytkowego eutektoidu dodaje się często żelazo, mangan, nikiel, które rozdrabniają eutektoid, polepszając właściwości wytrzymałościowe i plastyczne brązu.

   5. Miedzionikle

Stopy miedzi z niklem o zawartości niklu powyżej 5% są stopami odlewniczymi i przeznaczonymi do obróbki plastycznej. Są to stopy jednofazowe. Mają skłonności do segregacji dendrytycznej. Im więcej niklu w stopie tym lepsze są jego właściwości wytrzymałościowe, większa odporność korozyjna i gorsza przewodność elektryczna.

5. Stopy miedzi z niklem i cynkiem (mosiądze wysokoniklowe)