WYDZIAŁ METALURGII I INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ AGH
Zespół: 5	Temat: Badanie mikroskopowe stopów metali nieżelaznych	Data: 03-04-2000
Uwagi:	Nazwisko i imię: Martyna Krzysztof	Ocena:

Cel ćwiczenia: Zapoznanie się strukturami mikroskopowymi stopów metali nieżelaznych.

1.Wiadomości wstępne

Metaloznawstwo stopów żelaza i metali nieżelaznych opiera się na wspólnych podstawach teoretycznych. Oba rodzaje stopów podlegają: krystalizacji, rekrystalizacji, dyfuzji, przemianom fazowym, itd.

Oznakowanie stopów metali nieżelaznych przeprowadza się za pomocą znaków lub cech. W znakach stosuje się symbole chemiczne pierwiastków; na początku składnik osnowy, następnie symbol pierwiastka stopowego. Jeśli ilość przekracza 1,5% następuje liczba wskazująca jego zawartość. Cecha jest to umowny znak literowy lub literowo -liczbowy określający gatunek stopu np. AK 20 określa stop Al.Si21CuNi.

Aluminium i jego stopy.

Al. krystalizuje w sieci A₁ ,ma dużą plastyczność temperatura topnienia 660^oC ,

gęstość 2,7
.

Stopy aluminium dzielimy na:

--odlewnicze

--do obróbki cieplnej

Do stopów odlewniczych zaliczamy:

---Siluminy---jest to aluminium z krzemem ,tworzy on układ eutektyczny z ograniczoną rozpuszczalnością krzemu (1,65%) i bardzo małą rozpuszczalnością aluminium w krzemie. Eutektyka występuje w stopie o zawartości 12,6%. Stopy te modyfikujemy sodem ( stopy podeutektyczne ) oraz fosforem (stopy nadeutektyczne). Mogą one zawierać dodatki : Cu, Mg, M. Tworzą one eutektyki ω- np.CuAl₂ .

Stopy do obróbki plastycznej- zawierają: magnez, mangan, lub miedź, magnez i mangan. Stopy z miedzią obrabia się utwardzaniem wydzielinowym. Eutektyka zawiera 33% Cu i składa się z roztworu ω i fazy międzymetalicznej CuAl₂ ( Θ ).

Najlepszymi własnościami wytrzymałościowymi charakteryzują się durale. Składają się z : 4% Cu, 1% Mg, 1%Mn. Obrabia się je cieplnie poprzez starzenie i przesycanie. Stosujemy również stopy do pracy w podwyższonej temperaturze. Zawierają one : CU, Mg, Ni, Ti, Fe, Cr, Zr.

Magnez i jego stopy.

Magnez krystalizuje w sieci A3. Temperatura topnienia: 650^°C, gęstości 1,25 g / cm³. Jest łatwo utlenialny.

Jako datki stopowe używa się: aluminium, cynk, mangan, krzem, cer, cyrkon i MZR. Stop Mg-Zr tworzy eutektykę o zawartości 32% Al. Składa się z roztworu α o zawartości 12,7%Al. i wtórnego roztworu stałego γ o zawartości 40% Al. Stopy magnezu dzielimy na :

• odlewnicze,

• do przeróbki plastycznej,

Miedź i jej stopy.

Krystalizuje w sieci A1, nie ma odmian alotropowych, temperatura topnienia wynosi 1083^°C, gęstość 8,9

g / cm³. Jako pierwiastki stopowe stosujemy: cynk, cynę, aluminium, beryl, krzem, nikiel, mangan, ołów. Stop Cu-Zn nazywamy mosiądzem. Mosiądze obrabia się plastycznie na zimno (przez zgniot ), plastycznie na gorąco

(wyciskanie, walcowanie, ciągnienie). Stopy odlewnicze zawierają dodatki: Pb, Mn, Al., Fe, i Si.

Stop Cu-Sn jest to brąz cynowy. Dzielimy je na:

--odlewnicze,

--do przeróbki plastycznej.

Stopy odlewnicze cechują się małym skurczem, nie występują jamy wsadowe ( zawiera rzadzizny ). Zawartość

Sn wynosi ok. 10%. Dodatek fosforu odtlenia stop, utwardza go, obniża plastyczność.

Do przeróbki plastycznej stosuje się brązy o niższej zawartości Sn (4÷6 ). Przed obróbka plastyczną poddaje się je wyżarzaniu ujednorodniającemu. Obrabia się je plastycznie na zimno oraz na gorąco.

Występują jeszcze brązy:

• aluminiowe ( 5÷10% Al. )

• ołowiowe ( ok. 30% Pb )

• krzemowe

• berylowe ( ok. 2% Be )

• manganowe ( 5÷10 % Mn )

Cynk i jego stopy.

Cynk jest pierwiastkiem ciężkim ( gęstość 7,1 g / cm³ ), temperatura topnienia 419^°C. Krystalizuje w sieci A3. Najbardziej rozpowszechnione są stopy cynku z aluminium tzw. Znale. Oprócz Al. znale zawierają również ok. 5 % Cu i 0,05 % Mg. Stopy te dzielimy na:

--odlewnicze,

--do przeróbki plastycznej.

Znale używamy do wytworzenia : kompozytów, obudowy różnych urządzeń, gaźniki, itp.

Stopy, które składają się z miękkiej osnowy w której znajdują się twarde kryształy, które dają odporność na ścieranie i spełniają rolę cząstek nośnych nazywamy stopami łożyskowymi. Jeżeli rolę osnowy pełni cyna, a jako dodatek występuje miedź oraz antymon to stopy te nazywamy babbitami. Rolę cząsteczek nośnych pełnią kryształy Sn₃Sb₂ oraz Cu₆Sn₅. Stopy te mają dobre właściwości odlewnicze i niezbyt wysoką temperaturę topnienia.

2.Wykonanie ćwiczenia

Próbka nr 1-silumin niemodyfikowany

AlSi11 - stop aluminium z krzemem o zawartości 11% krzemu, badana próbka jest stopem niemodyfikowanym.

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

Siluminy o składzie zbliżonym do eutektycznego charakteryzują się dobrą lejnością, małym skurczem i nie wykazują skłonności do pękania na gorąco. Wadą jest powstawanie gruboziarnistej struktury z pierwotnymi kryształami krzemu, co wiąże się z obniżeniem własności mechanicznych. Aby zapobiec temu stosuje się modyfikacje polegającą na dodaniu modyfikatorów lub przyśpieszeniu chłodzenia. Modyfikatorem może być np. sód. Ilość modyfikatora to około 0,1%. Dodatek sodu powoduje obniżenie temperatury przemiany eutektycznej i w konsekwencji Rm rośnie z około 110 do 250 Mpa, As z około 1% do 8%.

Modyfikatorem może być także fosfor, lecz w znacznie mniejszej ilości (0,01% masy stopu).

Badając zgład naszej próbki możemy zaobserwować ciemne wydzielenia pałeczek krzemu na tle jasnej osnowy(α) kryształów stałego krzemu(1,65%) w aluminium.

Mikrostruktura siluminu niemodyfikowanego (AlSi11), pow150x.

Próbka nr 2 - Silumin modyfikowany

Siluminy podeutektyczne i eutektyczne modyfikuje się sodem najczęściej w postaci NaF zmieszanego z z NaCl i KCl, rzadziej sodem metalicznym który silnie odtlenia stop. Ogólna ilość modyfikatora nie przekracza 0,1% . Dodatek sodu powoduje obniżenie temperatury przemiany przemiany eutektycznej oraz przesunięcie punktu eutektycznego w prawo ku wyższej zawartości krzemu (ok.13%). Dzięki temu stopy które normalnie są nadeutektyczne, krzepną jako podeutektyczne z dendrytycznymi wydzieleniami roztworu α (ubogiego w Si) na tle drobnoziarnistej eutektyki. Na zgładzie jasne pola to roztwór stały(α) krzemu w aluminium, natomiast osnowę stanowi eutektyka (α+Si)

Mikrostruktura siluminu modyfikowanego,pow100x.

Próbka nr 10 - brąz cynowa CuSn80.Jest to brąz do obróbki plastycznej z którego wykonuje się np. Blachy, druty.Jest on odporny na korozje i ma wysoką wytrzymałość.Stosuje się go na siatki, przyrządy pomiarowe, sprężyny

Mikrostruktura Brązu cynowego CuSn80.

Próbka nr 4 -

Do oddzielnej grupy materiałów łożyskowych należą warstwy ślizgowe napiekane na taśmę stalową - łożyska bimetalowe, pracujące w warunkach tarcia płynnego. Warstwy ślizgowe wytwarza się najczęściej z brązu ołowiowego (10-14% Pb z ewentualnym dodatkiem 4-10% Sn).Taśmę stalową przed napiekaniem brązu pokrywa się galwanicznie warstwą miedzi. Po spieczeniu luźno zasypanej warstwy proszku stosuje się walcowanie a następnie spiekanie.

i znów ponowne walcowanie. Taśmy z napieczoną warstwą ślizgową tnie się następnie i wygina wytwarzając półpanewki łożysk ślizgowych, stosowane w silnikach spalinowych.

Na zgładzie badanej próbki taśma składa się z ferrytu, natomiast nad nią napieczona jest warstwa brązu.

Mikrofotografia taśmy bimetalowej, pow80x

Próbka nr 5 - spiek Fe-Cu

Znaczny udział w produkcji spieków stanowią spiekane stale węglowe lub stopowe. Stale stopowe wytwarza się jako spieki Fe-Cu lub Fe-Cu-C, o zawartości miedzi do kilku procent. Spieki Fe-Ni cechuje wyższa wytrzymałość, a ponadto w odróżnieniu od spieków Fe-Cu dość dobra ciągliwość. Korzystne jest wytwarzanie spieków z proszków stopowych zawierających dodatki niklu, miedzi, molibdenu, gdyż cechują się dobrymi własnościami wytrzymałościowymi. Spiekane stale nadają się do obróbki cieplnej i cieplno chemicznej, najkorzystniejsze jest węgloazotowanie. Badany zgład na tle osnowy ferrytycznej zawiera kuliste wydzielenia miedzi.

Mikrostruktura spieku Fe-Cu, pow80x

Próbka nr 6 -brąz odlewany B10(dwufazowy)

Stopy o zawartości Sn<ok.8% są jednofazowe α, a o wyższych zawartościach- dwufazowe α+eutektoid(α+δ). Eutektoid lokuje się w odlewach na granicach dendrytów roztworu stałego. Twarde cząstki fazy δ stanowią elementy nośne, podczas gdy faza α spełnia rolę plastycznej osnowy. Brązy odlewnicze cechują się małym skurczem (<1%), nie występuje w nich jama usadowa, co powoduje, że odlewy z brązu są mało zwarte (zawierają rzadzizny i pory). Zawartość cyny w brązach odlewniczych wynosi zwykle ok. 10%, przy czym mogą również zawierać dodatek fosforu (do1,2%) oraz cynku i ołowiu. Badany zgład zawiera wydzielenia eutektoidu na granicach dendrytów roztworu stalegoα.

Mikrostruktura brązu odlewniczegoB10 pow100x

Wnioski:

Metaloznawstwo stopów żelaza i metali nieżelaznych opiera się na tych samych podstawach teoretycznych; oba rodzaje stopów podlegają tym samym prawom: krystalizacji, dyfuzji, przemian fazowych, termodynamiki. Specyfikacja stopów metali nieżelaznych polega na ich bardzo dużej ilości i bardzo zróżnicowanych własnościach. Są one interpretowane na podstawie układów równowagi. Na ćwiczeniu przeprowadzonym dnia 03-04-2000 nauczyłem się identyfikować stopy metali nieżelaznych, a także ich spieki na podstawie badań mikroskopowych.

---