STALE O SPECJALNYCH WŁAŚCIWOŚCIACH CHEMICZNYCH I FIZYCZNYCH
(odporne na korozję - nierdzewność i kwasoodporność)

Stal niestopowa i niskostopowa nieosłonięta powłokami ochronnymi ulega korozji.

KOROZJA - niszczenie materiałów pod wpływem oddziaływania środowiska.

Rodzaje korozji:

1. Międzykrystaliczna

2. Naprężeniowa

3. Wżerowa

4. Szczelinowa

5. Kontaktowa

6. Selektywna

Produktami korozji są uwodnione tlenki żelaza zwane potocznie rdzą.

Podstawowym dodatkiem stopowym chroniącym przed korozją jest chrom.

Stopy żelaza z węglem, zawierające co najmniej 10,5% Cr, są znane jako stale nierdzewne.

Stale odporne na korozję (według struktury) dzieli się na:

1. stale nierdzewne:

• Ferrytyczną

• Martenzytyczną

2. stale kwasoodporne:

• Austenityczną

• Ferrytyczno - austenityczną

STAL FERRYTYCZNA odporna na korozję

Stal ferrytyczna zawiera minimalnie od 10,5 do 30% Cr i poniżej 0,1% C.

Stal ta ma dobrą odporność na korozję ogólną, wżerową i naprężeniową oraz wykazuje dużą podatność na odkształcenia plastyczne. Wadą jej jest skłonność do gruboziarnistości.

STAL MARTENZYTYCZNA odporna na korozję

Stal martenzytyczna zawiera minimalnie od 12 - 19 % Cr i do 1,2% C (dużo więcej niż stal ferrytyczna).

Zachodzi pełna przemiana α→γ.

Nie odpuszcza się jej po hartowaniu w zakresie temp. 400 - 600 ºC - pogorszenie właściwości mechanicznych.

Duża twardość, wytrzymałość, odporność na korozję.

STAL AUSTENITYCZNA odporna na korozję

Stal austenityczna zawiera minimalnie od 17 - 25% Cr, do 0,15% C oraz niezbędną do zapewnienia struktury austenitycznej ilość Niklu (możliwe najmniej 8-10% Ni) lub Manganu.

Stal ma dobre właściwości plastyczne (duża podatność do obróbki plastycznej na zimno i gorąco), duża ciągliwość, wytrzymałość i udarność oraz można ją znacznie umocnić poprzez odkształcanie plastyczne na zimno. Stal jest odporna na działanie wielu kwasów. Dodatek Molibdenu znacznie polepsza odporność stali na działanie wielu środowisk (kwas siarkowy, woda morska). Stal austenityczna jest podatna na korozję międzykrystaliczną, naprężeniową i wżerową.

STAL FERRYTYCZNO - AUSTENITYCZNA (DUPLEX) odporna na korozję

Stal duplex zawiera minimalnie od 22 - 26 % Cr, do 0,03% C oraz od 3,5 - 8% Ni.

Do zalet tej stali zalicza się: większą granicę plastyczności oraz większą odporność na korozję naprężeniową i wżerową od stali austenitycznych. Wykazuje również duża odporność na korozję ogólną, spawalność oraz odporność na ścieranie. Wadą jest podatność na korozję międzykrystaliczną oraz kruchość.

ALUMINIUM I STOPY ALUMINIUM

Czyste Aluminium jest metalem plastycznym o małej wytrzymałości na rozciąganie i małej twardości, lekkim, średnio topliwym o dobrej przewodności cieplnej i elektrycznej oraz bardzo plastycznym i odpornym na korozję (duże powinowactwo do tlenu). Czyste aluminium można umacniać tylko odkształceniowo.

Głównymi zanieczyszczeniami jest: żelazo i krzem. Zanieczyszczenie (te domieszki) polepszają własności mechaniczne, ale pogarszają plastyczność i zmniejszają przewodność elektryczną.

STOPY ALUMINIUM

Stopy aluminium dzielimy na:

1. Stopy odlewnicze

2. Stopy do obróbki plastycznej

STOPY ODLEWNICZE

Stopy odlewnicze mają w swej strukturze eutektykę, która powoduje pogorszenie właściwości plastycznych, a przy dużych ilościach eutektyki może nawet ona uniemożliwić obróbkę plastyczną.

1. Stopy aluminium z krzemem (Siluminy) - stopy z eutektyką

Siluminy są to najczęściej stosowane stopy na odlewy, ponieważ mają dobre właściwości odlewnicze i można je stosować na odlewy o skomplikowanych kształtach. Efekt umocnienia zapewniają twarde kryształy Si, które zapewniają dobrą odporność na ścieranie.
Siluminy cechuje niska temp. odlewania, dobra lejność, mały skurcz i mała skłonność do pęknięć na gorąco. Ich własności mechaniczne są niewielkie. Wadą siluminów jest gruboziarnista struktura. W celu polepszenia właściwości mechanicznych i plastycznych stosuje się modyfikowanie sodem (powoduje powstanie bardzo drobnej eutektyki).

2. Stopy aluminium z miedzią

Stopy te są podatne na umocnienie wydzieleniowe i są obrabiane cieplnie. Wadą jest skłonność do pękania na gorąco oraz porowatość skurczowa.

3. Stopy aluminium z magnezem

Magnez najsilniej ze wszystkich dodatków stopowych umacnia roztworowo. Po dodaniu Si mogą być umacniane wydzieleniowo. Stopy te mają największą odporność na korozję spośród stopów Al, mają małą gęstość i są dobrze obrabialne.

4. Stopy aluminium z cynkiem

Umocnienie wydzieleniowe umożliwiają dodatki Mg i Cu. Wadą stopów jest mała wytrzymałość w podwyższonych temp.

STOPY DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

1. Stopy nieobrabiane cieplnie (nieumacniane wydzieleniowo)

Stopy należące do tej grupy zachowują dobre własności plastyczne oraz dobrą odporność na korozję, a wytrzymałość mają niewiele większą od czystego aluminium. Nie są podatne na obróbkę cieplną.

1. Aluminium niestopowe - czyste aluminium (właściwości wyżej)

2. Stopy Aluminium z manganem

Charakteryzuje się bardzo dobrą odpornością korozyjną (lepszą niż czyste Al) szczególnie w agresywnych ośrodkach korozyjnych. Wykazują skłonności do gruboziarnistości.

3. Stopy Aluminium z magnezem

Charakteryzują się największą ze stopów nieobrabianych cieplnie wytrzymałością i twardością (silne umocnienie roztworowe) nie zmniejszając zbytnio plastyczności. Dodatkowo może być umacniane odkształceniowo. Mają dobrą odporność korozyjną i spawalność.

2. Stopy obrabiane cieplnie (umacniane wydzieleniowo)

Stopy te są jednorodnymi roztworami stałymi (z wyjątkiem Al-Si)

1. Stopy aluminium z miedzią (durale miedziowe)

Najbardziej popularne stopy Al. umacniane wydzieleniowo. Atomy miedzi powodują w duralach wzrost wytrzymałości i twardości oraz zmniejszenie plastyczności (naprężenia własne utrudniają ruch dyslokacji co powoduje wcześniejsze właściwości). Durale posiadają wysokie parametry wytrzymałościowe po obróbce cieplnej. Mają średnią odporność korozyjną.

2. Stopy aluminium z krzemem

Ze względu na dużą zawartość krzemu występuje w strukturze mieszanina eutektyczna. Umocnienie wydzieleniowe zapewnia dodatek Mg.

3. Stopy aluminium z magnezem i krzemem

Są to stopy o średniej wytrzymałości, dobrej spawalności i dobrej odporności korozyjnej.

4. Stopy aluminium z cynkiem

Stopy te muszą zawierać dodatek Mg, żeby były umacniane wydzieleniowo. Są to stopy o największej wytrzymałości spośród stopów Al. Są spawalne i mają dobrą odporność korozyjną, ale mają małą odporność na działanie podwyższonej temp.

Umacnianie wydzieleniowe - obróbka cieplna składająca się z dwóch operacji:

1. przesycanie roztworu stałego α przez szybkie oziębianie z temp. 500-580°C,

2. starzenie przesyconej α w celu wydzielenia faz o dużej dyspersji - umocnienie wydzieleniowe,

• starzenie samorzutne (naturalne) w temperaturze pokojowej,

• starzenie sztuczne (przyśpieszone) w wyniku wygrzewania w 100-180°C,

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.

2. 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).

3. 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.
   

3. 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)

4. 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.

1. 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.

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

---