Numer ćwiczenia: 6		Mikroskopowe badania stopów metali nieżelaznych.	Ocena:
Zespół: 3	Grzegorz Kołkowski		Uwagi:
Data: 30.03.00		MiIM II rok ME

Celem przeprowadzonego ćwiczenia było zapoznanie się ze strukturą i własnościami stopów metali nieżelaznych.

Miedź.

Miedź Cu jest metalem plastycznym (wysoka symetria sieci krystalicznej) o barwie czerwonozłotej. W stanie zimnym daje się kuć i walcować. Miedź jest odporna na wpływy atmosferyczne, trudno się utlenia w suchym powietrzu, a w wilgotnym powoli pokrywa się zielonym nalotem, tzw. patyną (szczelna warstwa zasadowego węglanu miedzi (CuCO₃·Cu(OH)₂) na powierzchni miedzi zabezpieczająca ją przed dalszym utlenianiem). Ze względu na dobrą przewodność elektryczną miedzi (najwyższa po srebrze) używa się ją w przemyśle elektrotechnicznym np. do wyrobu drutu na przewody i kable. Ponadto znalazła zastosowanie w galwanotechnice i galwanoplastyce. Miedź jest podstawowym składnikiem wielu stopów technicznych. Spośród nich najbardziej są rozpowszechnione mosiądze i brązy. Miedź pozyskuje się z rud: chalkozynu (Cu₂S), chalkopirytu (CuFeS₂), kuprytu (Cu₂O) oraz bronitu (Cu₅FeS₄). Miedź surowa pozyskiwana jest z wyżej wymienionych rud, lecz poddaje się ją dalej rafinacji.

Aluminium.

Aluminium Al jest metalem o barwie srebrzystobiałej, odpornym na wpływy atmosferyczne i działanie słabych kwasów. Odznacza się dużą przewodnością elektryczną i cieplną; jest kowalny, ciągliwy i daje się odlewać. Na powietrzu pokrywa się cienką, zwartą i przezroczystą warstwą tlenku Al₂O₃, co również zapobiega jego dalszej korozji. Zastosowanie aluminium w stanie czystym jest ograniczone, głównie ze względu na małą wytrzymałość. Dużo większe zastosowanie mają stopy aluminium, które ze względu na małą gęstość są nazywane stopami lekkimi. Najczęściej stosowanymi dodatkami stopowymi są: miedź, krzem, magnez, mangan, nikiel i cynk. Dodatki stopowe zwiększają przede wszystkim wytrzymałość, odporność na korozję i polepszają obrabialność. W przyrodzie miedź występuje jako boksyt (AlO(OH)) i jako kryolit (Na₃(AlF₆)). Czyste aluminium otrzymuje się na drodze elektrolitycznej.

Stopy:

Miedzi

Aluminium

Mosiądze

Stopy miedzi z cynkiem zawierające 55 - 85% miedzi. Mosiądze specjalne zawierają oprócz miedzi i cynku jeszcze aluminium, nikiel, cynę, ołów, żelazo, krzem, mangan. Stopy zawierające powyżej 45% cynku są kruche i nie mają technicznego znaczenia.

Stopy odlewnicze

Najczęściej zawierają krzem (do 10,5%), magnez, mangan i miedź.

Siluminy (stopy aluminium i krzemu do 89% Al i do 13%Si).

Podeutektyczne(4 - 10% Si)

Wysokie własności wytrzymałościowe, duże wydłużenie. Dodatek magnezu (0,2 - 0,5%) umożliwia obróbkę cieplną.

Eutektyczne (10 - 13% Si)

Mają najlepsze własności odlewnicze - dobrą lejność, niski skurcz, skupiona jama usadowa.

Do przeróbki plastycznej

Z przeznaczeniem na armaturę kotłową, hydrauliczną itp. Mosiądze α są plastyczne przy temperaturze pokojowej. Fazy β lub α+β powyżej 500°C są bardziej plastyczne

Do przeróbki plastycznej na zimno (do 30% Zn)

Nadeutektyczne (17 - 30% Si)

Posiadają mały współczynnik rozszerzalności cieplnej i dobrą odporność na ścieranie (tłoki do silnników spalinowych).

Do przeróbki na zimno i na gorąco (35 - 40% Zn)

Stopy Al-Cu

Mają zawsze strukturę podeutektyczną, składającą się z roztworu stałego α i eutektyki α+CuAl2. Można je poddawać obróbce cieplnej.

Do przeróbki na gorąco (41 - 45% Zn)

Odlewnicze

Wykonuje się z nich części maszyn dla przemysłu komunikacyjnego, lotniczego i okrętowego.

Brązy

Stopy miedzi z cyną (o zawartości cyny do 11%), odporny na działanie wpływów atmosferycznych i słabszych kwasów, daje się dobrze odlewać i obrabiać. W przypadku małej zawartości cyny stosuje się go na wyroby kute

Stopy do przeróbki plastycznej

Stopy nie obrabiane cieplnie

Alumen - AlMn1, jest odporny na korozję oraz bardzo dobrze się spawa

Brązy cynowe

Stopy miedzi z cyną. Występujące fazy: α, β, γ, δ, ε, η i Sn. W stopach technicznych - fazy α i δ. Stosuje się brązy o zawartości cyny do 24%, w stanie wyżarzonym - do 14% Sn (struktura jednofazowa). Wykazują mały skurcz odlewniczy.

Do przeróbki plastycznej (do 10% Sn)

Przerabiane na gorąco (zawartość około 10% Sn) i na zimno (mała zawartość cyny). W temperaturze 700°C - bardzo łatwe walcowanie (jednorodny roztwór α z małą ilością fazy β - obie fazy są plastyczne).

Stopy aluminium z magnezem, np. AlMg5Mn - hydronalium, odporny na korozję pod działaniem słonej wody.

Odlewnicze (powyżej 10% Sn)

Zazwyczaj stosowane brązy cynowe mają do 16% Sn. O wyższej zawartości stosuje się rzadko gdyż są kruche. Brązy wysokocynowe (16 - 22% Sn) stosuje się do odlewania dzwonów i odlewów artystycznych. Brązy cynowe z dodatkiem cynku - spiże, np. CuSn5Zn11.

Maszynowe - brąz CuSn10. Ma dobre własności mechaniczne i przeciwcierne. Dodatek cynku poprawia własności odlewnicze i obniża porowatość.

Stopy obrabiane cieplnie

Stop AlMgSi - Aldrey, posiada zmienną rozpuszczalność związków Mg2Si i Al3Mg2 w fazie α. Obok miedzi stosowany na przewody elektryczne (wysokie przewodnictwo)

Armaturowe - brązy wieloskładnikowe, np. CuSn6Zn6Pb3. Mogą wykazywać mikroporowatości

Stop AlMgSiMn - Antikorodal, odporny na korozję po utwardzeniu wydzielinowym, bardzo dobrze się poleruje.

Łożyskowe - brązy wieloskładnikowe: CuSn10P1, CuSn5Pb25. Dobre własności mechaniczne, odlewnicze, brak mikroporowatości. Dodatek ołowiu - niejednorodność struktury, dodatek fosforu - skłonność do segregacji dendrytycznej.

Stopy zawierające miedź i magnez. Najlepsze własności wytrzymałościowe - Durale lub Duraluminy (Cu - 3,8 - 5,7%; Mg - 0,4 - 1,8%; Mn - 0,8 - 1%; Si - 0,7%; Fe - 0,5%, Al -

Łożyskowe

Stopy używane do wyrabiania panewek łożysk ślizgowych. Mały współczynnik tarcia, mała ścieralność, odporne na korozję, wysoki współczynnik przewodnictwa cieplnego.

Żeliwa - panewki z żeliwa szarego. Łożyska wolnoobrotowe (wysoki współczynnik tarcia)

Brązy - cynowe, fosforowe, ołowiowe (30% Pb) miękkie kryształy czystego ołowiu w osnowie miedziowej - łożyska pracujące w ciężkich warunkach.

Stopy na osnowie cyny lub ołowiu

Materiały spiekane

Lutownicze

Stopy - spoiwa, służące dołączenia metali (temperatura topnienia, <450°C, jest niższa od temperatury topnienia metali łączonych). Stopy cynowo ołowiowe - do łączenia stali, miedzi, mosiądzów, cynku, ołowiu, blach ocynkowanych. Spoiwa brązowe, mosiężne, niklowe, miedziane i srebrne - do łączenia miedzi, stali, żeliwa, mosiądzów, brązu i niklu.

Niskotopliwe

Stopy o niskich temperaturach topnienia (poniżej 100°C), wieloskładnikowe - bizmut, ołów, cyna, kadm. Używane jako spoiwa do łączenia elementów nie nagrzewających się oraz do odlewania.

Newtona (50% Bi, 31% Pb, 19% Sn, 95°C)

Wooda (50% Bi, 25% Pb, 12,5% Sn, 12,5 Cd, 68°C)

Próbka nr 2 - Siluminium modyfikowane

Siluminy, czyli odlewnicze stopy aluminium z krzemem. Aluminium tworzy z krzemem układ eutektyczny o ograniczonej rozpuszczalności krzemu i bardzo małej rozpuszczalności aluminium w krzemie.

Dzięki modyfikatorowi badany stop krzepnie z wydzieleniem roztworu α ubogiego w krzem na tle drobnoziarnistej eutektyki.

Próbka nr 5 - Mosiądz ołowiowy

Podatny do przeróbki plastycznej na gorąco, bardzo dobrze skrawalny. Stosowany często w postaci sprężystych taśm w przemyśle zegarowym.

Stop lany, zawierający 39% Zn i 2% dodatek ołowiu, poprawiający lejność. Na rysunku widoczna jest struktura dendrytyczna roztworu stałego α. Odczynniki: 25g FeCl₃, 25ml HCl, 100ml H₂O

Próbka nr 6 - Mosiądz krzemianowy

Mosiądz ten jest dwufazowy α + β i jest stosowany do celów odlewniczych. Stop ten zawiera dodatek krzemu, który poprawia jego lejność. Stop ten posiada strukturę dendrytyczną. Rdzenie dendrytów bogatsze w miedź są ciemniejsze.

Próbka nr 3 - Miedź hutnicza - tlenowa

Struktura miedzi po rekrystalizacji ma charakterystyczny wygląd, zawiera duże ilości bliźniaków wyżarzenia. Miedź hutnicza może być poddawana rafinacji ogniowej w celu zmniejszenia zawartości domieszek obniżających elektryczną.

Próbka nr 1 - Siluminium niemodyfikowane

Silumin ten ma skład zbliżony do eutektycznego. Ma bardzo dobre własności odlewnicze.

Stop ten nie wykazuje skłonności do pękania na gorąco, cechuje się dobra lejnością i małym skurczem. Jego wadą jest powstawanie gruboziarnistej struktury z pierwotnymi kryształami krzemu , które powodują obniżenie własności mechanicznych stopu.

Próbka nr 7 - Mikrostruktura mosiądzu

Mosiądz ten jest dwufazowy α + β. Roztwór α cechuje się dobrą plastycznością, jego twardość i wytrzymałość wzrasta ze wzrostem zawartości cynku. Faza β ma dużą wytrzymałość ale jest mniej plastyczna. Dwufazowy skład mosiądzu wpływa na zwiększenie twardości i wytrzymałości, kosztem obniżenia plastyczności.

Wnioski.

Stopy metali nieżelaznych dzięki swym własnościom znajdują szerokie spektrum zastosowania w większości dziedzin przemysłu (dobra przewodność elektryczna i cieplna - stopy dla przemysłu elektrotechnicznego; wysoka antykorozyjność - przemysłu spożywczego i armaturowego, wysoka wytrzymałość mechaniczna - stopy łożyskowe; dobra lejność - stopy odlewnicze). Dzięki badaniom mikroskopowym oraz znajomości układów równowag fazowych danego stopu można dokładnie określić jego mikrostrukturę oraz własności.

---