Stopy aluminium (Al. - RSC A1 Temp top 660 st) Stosunkowo niewielkie własności wytrzymałościowe aluminium można zwiększyć - nawet kilkakrotnie - przez wprowadzenie pierwiastków stopowych oraz obróbkę cieplną stopów. W porównaniu ze stalmi stopy aluminiowe charakteryzują się znacznie mniejszą masą, a w niskiej temperaturze - większą udarnością. Najogólniej - ze względu na sposób wytwarzania - stopy aluminium dzieli się na: odlewnicze i do obróbki plastycznej. Niektóre z tych stopów mogą być stosowane zarówno jako odlewnicze jak i przeznaczone do obróbki plastycznej. Odlewnicze stopy aluminium są przeważnie stopami wieloskładnikowymi o dużym stężeniu - od 5 do 25% - pierwiastków stopowych, głównie Cu, Si, Mg i Ni lub ich różnych zestawień. Charakteryzują się dobrą lejnością i często małym skurczem odlewniczym. Stopy do obróbki plastycznej zawierają znacznie mniej, bo ok. 5%, pierwiastków stopowych, zwykle Cu, Mg, Mn, niekiedy także Si, Zn, Ni, Cr, Ti lub Li. Niektóre z tych stopów są stosowane w stanie zgniecionym lub po wyżarzaniu rekrystalizującym, a część jest poddawana obróbce cieplnej polegającej na utwardzaniu wydzielinowym. Do najczęściej stosowanych składników stopowych w stopach Al należą: Cu, Si, Mg, Mn, Zn. Większość dodatków stopowych tworzy kruche fazy międzymetaliczne bądź z aluminium, bądź też z innymi składnikami stopu. Praktycznie rzecz biorąc wszystkie stopy aluminium w stanie odlanym mają miękką i plastyczną osnowę, którą stanowią kryształy roztworu stałego dodatków stopowych w aluminium. Na ich granicy występują utwardzające dodatki stopowe w formie eutektyki lub wolnych faz między metalicznych. Z uwagi na przeróbkę stopy Al możemy podzielić na: a) stopy odlewnicze, które mogą być stosowane tylko w stanie odlanym, b) stopy do przeróbki plastycznej, która mogą być stosowane tylko w stanie przerabianym plastycznie Stopy aluminium z krzemem - Al tworzy z Si układ z eutektyką, występujący przy stężeniu 12,6% Si i dwoma roztworami stałymi granicznymi o rozpuszczalności składników zmniejszającej się wraz z obniżaniem temperatury. (Si w Al) wykazuje sieć regularną typu A1. Aluminium w temperaturzeαRoztwór eutektycznej rozpuszcza się w Si w b. niewielkim stężeniu - ok. 0,07%, a w temperaturze pokojowej nie wykazuje niemal zupełnie rozpuszczalności w Si. Podstawową grupę stopów Al z Si stanowią stopy odlewnicze zwane siluminami o stężeniu 4-30% Si. Si, jako podstawowy skł tych stopów, zapewnia dobrą rzadkopłynność oraz lejność i mały skurcz odlewniczy. Siluminy mogą być również stopami wieloskładnikowymi. Zawierają wówczas dodatki Cu, Mg i Mn, zwiększające wytrzymałość. Dodatek Cu oraz Mg umożliwia utwardzanie wydzielinowe stopów wieloskładnikowych Al z Si, w wyniku wydzielania faz CuAl2 lub Mg2Si. Dodatek Cu pogarsza jednak odporność na korozję, która z kolei poprawia dodatek ok. 1% Ni. Dodatek 0,5% Mn przeciwdziała ujemnemu wpływowi domieszek Fe tworzących wydzielenia Fe2Si2Al9 oraz Fe3Si2Al12 znacznie zmniejszające ciągliwość stopu. Siluminy eutektyczne i nadeutektyczne wykazujące znaczną żarowytrzymałość są stosowane na wysoko obciążone tłoki silników spalinowych. Z siluminów podeutektycznych wytwarza się silnie obciążone części dla przemysłu okrętowego i elektrycznego, pracujące w podwyższonej temperaturze i w wodzie morskiej. Wieloskładnikowe stopy Al z Si są stosowane m.in. na głowice silników spalinowych oraz inne odlewy w przemyśle maszynowym. Stopy Al z niewielkim dodatkiem - ok. 1% Si - są przeznaczone do obróbki plastycznej, na średnio obciążone elementy konstrukcji lotniczych i pojazdów mechanicznych oraz elementy głębokotłoczne i kute o złożonych kształtach. Lekkie stopy odlewnicze odlewa się do form piaskowych, kokil lub pod ciśnieniem. Ich wytrzymałość na rozciąganie jest stosunkowo niewielka i waha się w granicach 120 - 330 [MPa] przy wydłużeniu A5 = 10 - 15% przy czym odlewy kokilowe mają nieco wyższe właściwości mechaniczne niż odlewy z piasku. Do najbardziej znanych stopów odlewniczych aluminium należą siluminy (AlSi) Zawierają zwykle 11 - 14% Si to znaczy, że ich skład jest zbliżony do składy eutektyki w układzie Al.-Si. Siluminy mają bardzo dobre właściwości odlewnicze. Mają one mały skurcz odlewniczy i małą skłonność do pęknięć na gorąco. Ich właściwości mechaniczne są stosunkowo dobre przy małej plastyczności. Z tych względów wypierają one
coraz bardziej inne stopy odlewnicze aluminium. Po zakrzepnięciu struktura siluminów jako stopów w zasadzie nadeutektycznych składa się z dużych o ostrych granicach kryształów krzemu na tle gruboziarnistej eutektyki. W celu rozdrobnienia ziarna i podwyższenia właściwości mechanicznych poddaje się stop modyfikacji. Polega ona na tym, że do ciekłego stopu przed odlaniem wprowadza się modyfikator w postaci sodu w ilości 0,1% lub soli sodowych. Na skutek tego silumin w zasadzie nadeutektyczny staje się stopem podeutektycznym o strukturze kryształów roztworu stałego na tle drobnoziarnistej eutektyki (a + Si). W razie wyższych wymagań wytrzymałościowych stosuje się siluminy podeutektyczne z dodatkiem Cu, Mn, i Mg. Magnez tworzy z krzemem związek Mg2 Si, co umożliwia obróbkę cieplną takiego siluminu na drodze utwardzania dyspersyjnego. Struktura ich zależy od szybkości krzepnięcia. Z odlewniczych stopów lekkich należy również wymienić stopy Al - Mg o zawartości 5 i 10% Mg (AlMg10 i AlMg5Si) odznaczają się dobrymi właściwościami mechanicznymi. Są one odporne na korozję w wodzie morskiej. Lekkie stopy Al przerabiane plastycznie Wśród stopów aluminium przerabianych plastycznie należy wyróżnić: a) stopy o niższej wytrzymałości nie przerabiane cieplnie, b) stopy o wyższej wytrzymałości w stanie obrobionym cieplnie. Do pierwszej grupy stopów należą stopy aluminiowe z manganem oraz magnezem. Spośród stopów aluminium z manganem należy wymienić stop AlMn zaw. ok. 1% Mn, zwany alumen o wytrzymałości Rm = 90 - 160 [MPa]. Ma on dużą odporność na korozję i używany jest do urządzeń transportowych przemysłu chemicznego i spożywczego. Do drugiej grupy stopów należą stopy AlMg2, AlMg3, AlMg5, które noszą nazwę hydronalium. Ich obróbka cieplna polega na przesycaniu i starzeniu. Są one stosowane na wyroby średnio obciążone, elementy konstrukcyjne okrętów, samolotów i pojazdów mechanicznych. Do stopów o wyższej wytrzymałości należą stopy duraluminium. Zawierają one trzy zasadnicze dodatki stopowe: 3 - 5,5 % Cu, 0,5 - 2% Mg, 1%Mn. Wymienione dodatki stopowe tworzą różnego rodzaju fazy międzymetaliczne podwójne, jak np. CuAl2, Mg2Si lub potrójne np. Al2CuMg. Fazy te występujące w stanie równowagi podczas nagrzewania ulegają rozpuszczeniu w Al. Przez szybkie chłodzenie roztwór staje się przesycony, z którego fazy te wydzielają się podczas przeprowadzonego procesu starzenia. W wyniku tego Rm takiego stopu może sięgać 420 [MPa] Wadą duraluminium jest jego mała odporność na korozję.Stopy magnezu Poprzez stopienia magnezu z niektórymi składnikami otrzymuje się tworzywo o znacznie wyższych w porównaniu z czystym metalem właściwościach wytrzymałościowych, a nawet odpornych na korozję. Zasadniczymi dodatkami w stopach magnezu są Al, Mn i Zn. Aluminium podwyższa właściwości mechaniczne stopów magnezu. Podobny wpływ jak aluminium ma cynk, przy czym najlepsze właściwości ma stop o zawartości 5% Zn. Mangan także podwyższa właściwości mechaniczne magnezu i zwiększa równocześnie jego odporność na korozję. Rozpuszczalność wymienionych składników w magnezie zmniejsza się z obniżeniem temperatury co umożliwia obróbkę stopów magnezu na drodze utwardzania dyspersyjnego. Ze względu na mały ciężar właściwy stopy magnezu zarówno te odlewnicze i do obróbki plastycznej są stosowane wszędzie tam gdzie istotny jest bardzo mały ciężar właściwy konstrukcji a więc w budowie samochodów samolotów, taboru kolejowego. Stopy odlewnicze magnezu Stopy odlewnicze magnezu zawierają aluminium cynk i mangan, przy czym przy zawartości Al. powyżej 6% stopy te mogą być utwardzalne dyspersyjnie. Stopy magnezu przerabialne plastycznie Stopy magnezu przerabialne plastycznie należą zwykle do stopów czteroskładnikowych, zawierających Al., Zn, Mn. Zawartość Al w tych stopach jest mniejsza niż w stopach odlewniczych i wynosi maksymalnie ok. 9%. Zależnie od rodzaju stopu przeróbkę plastyczną przeprowadza się za pomocą prasowania w temperaturze 250 - 4200C lub walcowania w temperaturze 280 - 3500C, przy czym podgrzewa się nie tylko materiał ale także i narzędzia służące do jego odkształcenia, aby zapobiec powstawaniu pęknięć. Stopy te także wykazują dobrą podatność do obróbki skrawaniem. Właściwości mechaniczne stopów magnezu przerabialnych plastycznie są następujące: wytrzymałość na rozciąganie Rm = 200 - 320 [MPa], wydłużenie A5 = 12% Twardość Hb = 40 - 55. Właśc te są prawie niezmienne do 1000C
Cu - Cu jest odporna na korozję atm, gdyż w wilgotnym powietrzu pokrywa się patyną (zasadowym węglanem Cu), która stanowi naturalną, idealnie szczelną, izolację od środowiska korozyjnego. Jednak w zanieczyszczonych siarką atmosferach przemysłowych jej odporność korozyjna zanika, gdyż w obecności dwutlenku siarki zamiast patyny tworzy się zasadowy siarczan Cu, który nie posiada zdolności izolujących. Bi i Pb prawie nie rozpuszczają się w Cu i tworzą z nią niskotopliwe eutektyki rozmieszczone na granicach uprzednio wydzielonych kryształów Cu. Dlatego przy ponownym nagrzaniu stopu do temperatur wyższych od temperatur topnienia tych eutektyk materiał staje się kruchy. Jest to kruchość na gorąco, która może wystąpić już przy zawartości 0,001% Bi lub 0,01% Pb. Fosfor tworzy z Cu roztwory stałe. Maksymalna jego rozpuszczalność w Cu wynosi 1,75 % przy temperaturze 714°C i maleje ze spadkiem temperatury. Fosfor obniża jej przewodność cieplną i przewodnictwo elektryczne. Dostaje się do Cu, gdyż jest używany jako wstępny odtleniacz. Jego dopuszczalna zawartość wynosi 0,002 % dla Cu próżniowej i 0,02 % dla Cu odlewniczej. Siarka nie rozpuszcza się w Cu w stanie stałym, ale występuje w postaci Cu2S, który to związek tworzy z Cuą eutektykę o temperaturze topnienia 1067°C przy zawartości 0,77 % S. Znacznie obniża plastyczność Cu podczas przeróbki plastycznej zarówno na zimno jak i na gorąco. Nie jest wyraźnie szkodliwa, jeżeli jej zawartość nie przekracza 0,1 %. Arsen i antymon wykazują dość znaczną rozpuszczalność w Cu w stanie stałym. Na skutek dużej różnicy temperatur między liniami likwidus i solidus w układach Cu-Sb i Cu-As powodują segregacją dendrytyczną, szczególnie silną przy szybkim chłodzeniu od stanu ciekłego. Oba pierwiastki tworzą z Cuą niskotopliwe eutektyki i mogą być przyczyną kruchości na gorąco. Natomiast występując w roztworze stałym bardzo silnie obniżają własności plastyczne Cu, nawet gdy ich zawartość w tym roztworze jest niewielka. Stopy Cu - Mosiądze - Mosiądze dwuskładnikowe jako stopy Cu i Zn - ze względu na skład fazowy dzieli się na: 1) jednofazowe - o strukturze β+α i stężeniu od 2 do 39% Zn, 2) dwufazowe - o strukturze mieszaniny αroztworu i stężeniu od 39 do 45% Zn. Mosiądze jednofazowe cechuje b. duża plastyczność, co umożliwia stosowanie ich na wyroby głęboko tłoczone i obrabiane plastycznie na zimno. Duża plastyczność w podwyższonej temperaturze umożliwia ich obróbkę plastyczną na gorąco. Dodatek Zn do 30% zwiększa plastyczność oraz wytrzymałość mosiądzu. Wytrzymałość mosiądzów zawierających ok. 30 do 45% Zn zwiększa się przy znacznym zmniejszeniu plastyczności. Mosiądze w znacznym stopniu umacniają się w wyniku zgniotu. W zależności od stopnia gniotu mogą być dostarczane w różnym stanie. Przy większych stopniach gniotu jest stosowane międzyoperacyjne C. Mosiądze°wyżarzanie rekrystalizujące mosiądzów w temperaturze 500-580 charakteryzują się dobrą odpornością na korozję, szczególnie atmosferyczną i w wodzie morskiej. Odporność mosiądzów na korozję zwiększa się wraz ze wzrostem stężenia Cu. Najczęściej spotykanymi rodzajami korozji mosiądzów jest odcynkowanie oraz korozja naprężeniowa, zwana pękaniem sezonowym mosiądzów. Odcynkowanie zachodzi w mosiądzach dwufazowych o stężeniu Zn przekraczającym 20% zanurzonych w elektrolitach zawierających Cl. W elektrolitach takich Cu oraz Zn przechodza do roztworu, z którego Cu wytrąca się w postaci gąbczastej, co wzmaga korozję. Odcynkowanie nie powoduje zmian kształtu korodującego przedmiotu, lecz wpływa na znaczne obniżenie własności wytrzymałościowych mosiądzu. Pękanie sezonowe jest międzykrystaliczną korozją naprężeniową mosiądzów jedno- lub dwufazowych, obrobionych plastycznie na zimno i poddanych działaniu ośrodka zawierającego amoniak. Temu rodzajowi korozji można zapobiegać przez wyżarzanie C. Własności mosiądzów dwuskładnikowych są°odprężające w temperaturze 200-300 polepszane przez wprowadzenie dalszych dodatków stopowych. Należą do nich Si, Al, Sn, Pb, Fe, Mn, Ni i As, dodawane pojedynczo lub w różnych zestawieniach, zwykle o łącznym stężeniu nieprzekraczającym 4%. Dodatki te z wyjątkiem niklu rozpuszczają się w roztworze stałym i zmieniają strukturę mosiądzu podobnie jak cynk. Dodawane pierwiastki stopowe powodują zwiększenie wytrzymałości i odporności mosiądzów na korozję. Wieloskładnikowe mosiądze odlewnicze zwykle cechuje dobra odporność na korozję i ścieranie oraz dobre własności wytrzymałościowe przy obciążeniach statycznych. Stosuje się je głównie na armaturę, osprzęt, łożyska, śruby okrętowe i elementy maszyn.
Brązy cynowe - Techniczne stopy Cu z Sn mają zazwyczaj strukturę sprzyjaα. Duży zakres temperatury krystalizacji brązów o strukturze αroztworu jednak ich skłonności do segregacji. Z tego powodu w stopach chłodzonych w warunkach rzeczywistych, nawet przy niewielkim stężeniu Sn, oprócz tworzą się fazy, które w warunkach równowagi występująαniejednorodnej fazy przy większym stężeniu Sn. Segregacja może być w pewnym stopniu usunięta przez C.°długotrwałe wyżarzanie ujednorodniające w ciągu 24 h w temperaturze 700-750 Brązy cynowe wykazują dobrą odporność na korozję, szczególnie w środowisku atmosfery przemysłowej i wody morskiej. Odporność ta ulega polepszeniu wraz ze zwiększeniem stężenia Sn, lecz do wartości nie większej od zapewniającej wystąpienie struktury dwufazowej, decydującej o ułatwieniu korozji. Brązy cynowe cechuje duża plastyczność i z tego względuαo strukturze jednorodnego roztworu ,αmogą być obrabiane na zimno, podobnie jak stopy o niejednorodnej strukturze zawierające więcej niż 4% Sn. W praktyce do obróbki plastycznej przeznaczone są brązy cynowe zawierające do 8% Sn, choć obrabia się je źle, przy dużej skłonności do pęknięć. W stanie obrobionym plastycznie na zimno brązy cynowe charakteryzują się dużymi własnościami mechanicznymi, co ułatwia stosowanie ich w przemyśle chemicznym, papierniczym i okrętowym, m.in. na elementy aparatury kontrolno-pomiarowej, siatki, sprężyny, tulejki, łożyska ślizgowe. W celu polepszenia niektórych własności oraz zaoszczędzenia Sn są produkowane brązy cynowe wieloskładnikowe zawierające oprócz Sn dodatki Zn lub Pb. Dodatek Zn przeciwdziała segregacji brązów cynowych przez zmniejszenie zakresu temperatury , sprzyjając ujednorodnieniu ich własności mechanicznych iαkrystalizacji fazy zwiększeniu własności wytrzymałościowych. Cynk jest dobrym odtleniaczem i poprawia lejność tych stopów. Ołów, nie tworzący roztworów, polepsza skrawalność brązu cynowego, zmniejsza współczynnik tarcia i korzystnie wpływa na szczelność odlewów, jednak przy większym stężeniu powoduje pogorszenie własności mechanicznych. Stosuje się stopy do zawartości 24% cyny. Brązy cynowe w stanie wyrzażonym do około 10 % mają strukturę jednofazową.W stanie lanym powyżej 5% Sn, pojawia się druga faza w postaci eutektoidu(α+δ), co jest spowodowane skłonnością tych stopów do segregacji dendrytycznej na skutek dużej odległości pomiędzy liniami liwidus i solidus na układzie równowagi fazowej. Obecność kruchej fazy δ uniemożliwia przeróbkę plastyczną na zimno. Brązy aluminiowe 1-fazowe brązy aluminiowe zawierają do 8% Al i ze względu na duża plastyczność mogą być obrabiane plastycznie na zimno i na gorąco. Brązy o składzie eutektoidalnym można odkształcać plastycznie wyłącznie na gorąco w temperaturze, . Brązy aluminiowe wykazują dobrąβw której istnieje struktura jednofazowa odporność na korozję w środowisku wody morskiej i kwasów utleniających, dzięki pasywacji i tworzeniu się warstewki Al2O3 na ich powierzchni. Charakteryzują się dużymi własnościami mechanicznymi w temperaturze pokojowej i podwyższonej oraz wysoką odpornością na ścieranie. Własności mechaniczne brązów aluminiowych zwiększają dodatki stopowe, głównie Fe, Mn, Ni. Pierwiastki Fe i Ni powodują podwyższenie własności wytrzymałościowych i odporności na ścieranie w wyniku działania modyfikującego i sprzyjania drobnoziarnistości stopów. Mn rozpuszcza Cu w stężeniu do ok. 10%, powodując znaczne zwiększenieαsię w roztworze odporności tych stopów na korozję i ścieranie oraz własności mech. Brązy , aαkrzemowe Techniczne stopy Cu z Si wykazują strukturę jednofazową roztworu stężenie Si w brązach krzemowych dwuskładnikowych nie przekracza 3-4%. Jednofazowa struktura zapewnia brązom krzemowym duże własności plastyczne, przy czym Si powoduje zwiększenie ich odporności na korozję. Praktyczne zastosowanie znalazły głównie brązy krzemowe wieloskładnikowe zawierające dodatki Mn, Fe, Zn, Ni, niekiedy także Co i Cr. Pierwiastki Mn, Zn i Ni, występujące w roztworze, , przy czym Mn i Ni zwiększająαsilnie zmniejszają rozpuszczalność Si w fazie wytrzymałość i odporność na korozję, natomiast Zn polepsza lejność. Własności mechaniczne najbardziej poprawia Fe. Pierwiastek ten prawie wcale nie rozpuszcza , wchodząc w skład faz międzymetalicznych. Z tego względu Feαsię w roztworze jest wprowadzane wyłącznie do brązów krzemowych odlewniczych. Brązy krzemowe charakteryzują się dużymi własnościami mechanicznymi w temp pok i podwyższonej C, dużą wytrzymałością zmęczeniową i dobrymi własnościami ślizgowymi.°do ok. 300 Cechuje je ponadto duża odporność na korozję, dobra lejność i skrawalność.
Brązy berylowe Stosowane są stopy o zawartości 2,0 - 2,5 % berylu. Dodatki niklu i kobaltu pozwalają obniżyć cenę materiału, podnosząc przy tym własności mechaniczne. Brązy berylowe przeznaczone są wyłącznie do przeróbki plastycznej i to zarówno na zimno jak i na gorąco. Charakteryzują się bardzo dobrymi własnościami wytrzymałościowymi i wysoką odpornością na korozję, a także brakiem iskry przy uderzeniu. Stąd ich zastosowaniem są odpowiedzialne sprężyny pracujące w warunkach korozyjnych do temperatury 300°C, membrany, bijaki, itp. Zmienna rozpuszczalność berylu w Cu umożliwia dla tych stopów utwardzanie wydzieleniowe poprzez przesycanie w wodzie z temperatury 800°C i starzenie przy temperaturze 250-300°C. Po takiej obróbce i późniejszym utwardzeniu zgniotem można uzyskać Rm=1400MPa i A=2%. Brązy manganowe Charakteryzują się bardzo niskim współczynnikiem przewodności elektrycznej i cieplnej oraz odpornością na korozję w wodzie morskiej i odpornością na utlenianie w wysokich temperaturach, stosowane głównie na elementy oporowe. Brązy ołowiowe Praktyczne znaczenie mająstopy Cu zawierające do około 35% Pb, a więc z zakresu podmonotektycznego. Do brązów tych stosuje się dodatki: cyny do 11%, niklu do 4%, cynku do 3% czaem niewielkie ilości manganu, fosforu i arsenu. Dodatki mają na celu podwyższenie twardości fazy α oraz zmniejszenie segregacji. Z uwagi na swoją strukturę brązy te są bardzo dobrymi stopami łożyskowymi. Faza α stanowi kryształy nośne, będące r-rem dodatków stopowych na bazie Cu. Faza ta jest stosunkowo twardaw porównaniu z miękką osnową, którą jest faza β. Brązów ołowiowych nie obrabia się cieplnie, stosuje się je do wylewania łożysk pracujących przy dużych prędkościach. Cuonikle Jest to kolejna grupa stopów Cu o dużym znaczeniu użytkowym. Przeznaczone są one do przeróbki plastycznej. W zależności od zawartości niklu znajdują zastosowanie wykorzystujące ich odmienne własności. Dla przykładu warto wymienić stopy: --CuNi25, charakteryzujący się bardzo dobrą odpornością na ścieranie i korozję, stosowany do wyrobu monet,--CuNi44Mn1, wykazujący wysoką oporność właściwą, stosowany na oporniki do urządzeń pomiarowych,--CuNi9Sn2, posiadający dobre własności sprężyste i dużą podatność do przeróbki plastycznej na zimno, stosowany na połączenia wtykowe, przełączniki i elementy sprężynujące. Stopy łożyskowe posiadają wielofazową strukturę złożoną z miękkiej i plastycznej osnowy w której zawarte są twarde kryształy dające odporność na ścieranie i spełniające rolę cząstek nośnych. Stopy łożyskowe winny się charakteryzować następującymi własnościami :dobrą smarownością, niewrażliwością na zacieranie się w czasie pracy ,dobrym przewodnictwem cieplnym ,zdolnością do odkształcenia się ,odpowiednią wytrzymałością na zmęczenia. Podział stopów łożyskowych: stopy na osnowie cynowej(babity cynowe), Pb, Cd, Cu, Al. Zn, wielowarstwowe, spieki. Stopy o osnowie Sn. zawierają zwykle 80-90% Sn z dodatkiem antymonu i Cu. Mikrostruktura stopu składa się z twardych kryształów Sn3Sb2 i iglastych kryształów Cu3Sn rozmieszczonych równomiernie w miękkiej osnowie fazy bogatej w cynę. Babity te posiadają dobrą smarowność, plastyczność i odporność na korozję, do wad można zaliczyć małą wytrzymałość zmęczeniową i spadek własności wytrzymałościowych ze wzrostem temperatury. Stopy o osnowie ołowiowej zawierają oprócz Pb(70-85%) dodatki Sb(6-17), Sn(5-17) i Cu(do 2%).Budowę strukturalną tych stopów rozpatrujemy w oparciu o układ Pb-Sb-Sn. Dodatek As i Cd powoduje wzrost twardości, zaś Ni wzrost wytrzymałości w podwyższonych temperaturach. Cu przeciwdziała segregacji grawitacyjnej. Stopy o osnowie kadmowej zawierają 97-98% Cd, około !% Ni,1% Ag i 0,5% Cu. Odznaczają się wysoką odpronościa na korozję, na ścieranie i na działanie wysokich temperatur. Posiadają bardzo dobrą przyczepność do panewki. Stopy o osnowie Cuowej czyli brązy posiadają bardzo dobre własności łożyskowe, niejednorodność struktury zapewnia zjawisko mikrosegregacji, do ważniejszych stopów należą brązy cynowe, ołowiowe, fosforowe, krzemowe. Stopy o osnowie aluminiowej odznaczają się dobrą odpornościa na korozję, dużym współczynnikiem rozszerzalności cieplnej. Stopy o osnowie cynkowej zawierają Pb i Sn, szeroko rozpowszechnione są stopy cynku z dodatkiem 2-8% Al. i 3-5% Cu, posiadają słabą przyczepność do panewki i są wrażliwe na zacieranie. Mogą pracować przy niskich temperaturach i małych obrotach.
C. Otrzym metodą ogniową°Pb δ = 11,54 g/cm3, Tt=327 i rafinacji elektrolit, niskie wł mech; wytrz na rocz.: 11-20 MPa, Re=5MPa, HB = 2.5-3, A=21-7-%, przewężenie: 100%. Zanieczyszczenia:Ag,As,Cu,Fe,Sn,Bi(najb szkodliwy, czyni Pb nieprzydatnym). Pb - RSC (A1), TR poniżej temp pokojowej, dlatego Pb przerabiany plast w temp pokojowej. Rozpuszczalnikiem jest HNO3, H2SO4 nie działa na Pb (akumulatory). +Fe, +Ni, +Cu: odp na korozję rośnie; rozcieńczony HCl nie działa, stężony trochę; rury Pb mogą być używane w utwardza Pb, przemysł→wodociągach, kanalizacji (Pb nie rozpuszcza się); Pb+Sb chem., Pb jako mat konstr-słaby (folia Pb-pakowanie, do elektrolizy Zn-dobra odp na H2SO4, na powłoki kablowe).
C.°Zn i jego stopy δ = 7,13 g/cm3, Tt=419 Otrzymyw: elektrolit. Zanieczyszcz: Sn, Pb (najgorsze, ogr do 2%, oddzielamy segr graw), Sb, Fe, Cu, As; Pb (obniża odp na kor), Fe (nie rozp w Zn, pow kruchość, pon 0,1% wzrasta TR Zn), Cd (0,2-0,3% - kruchość Zn), Cu (gdy dużo - kruchość), As, Sb (obniż odp na kor), As (pękanie przy hart), Sn (kruchość na gorąco). Własn mech zależą od stanu: odlewany Zn (wytrz na rocz.: 30-40 MPa, A mało), po przer plast ok. 120-150 MPa, A=50% (plastyczny), duże znaczenie na wł ma heksagonalna struktura, TR zależy od domieszek (czyst Zn - bliska temp otoczenia). Zn odp na dział suchej atm, dobra odp na kwasy i zasady, odp na kor , woda morska atakuje Zn, Zn jest alergogenny (nie można przech↑ gdy domieszki ↓ C, anizotropia wł mech (pękanie bocznych pow°żywności). P plast Zn w 100-150 blach). Zastosowanie: powłoki ochronne (ogniowo, elektrolit.), dyfuzyjna C, z proszku z Zn, natryskowa (pistolet z Zn), zastosowanie w°380-400 budownictwie (blachy na dachy YO),wyroby drukarskie.
Stopy z Al (Znale): zas . 1-10% Al, optymalnie koło 4% Al, stopy te↓ rozp ↓skł: Al (rozp w Zn 1,4%) T dają się odlewać, dobre wł, aby zapobiec kruchości dodajemy Mg (0,02-0,08%). Pb, Sn - szczególnie niebezp (powodują korozję). Cu zmniejsza kor napr, poprawia wł stopu. ZnCu: Cu do 6%, więcej Cu może powodować „puchnięcie stopu” - zmianę obj, spadek plast i wzrost tw. Wzrost wym w kier poprzecznym, w kier wzdłużnym spadek wym.
Znale: 1.Odlewnicze: odlewanie ciśn, wytrz na roz: 250-330MPa, A=1-2%, wł tym większe im więcej Cu; -odlewnicze zwykłe (6-10%Al, 1-2%Cu), dobra lejność, obrabialność (typowe st łożysk), gdy zależy nam na opt wł wytrz; stop 6%Al 1%Cu: odl met ciągłą; 2. P p: Rm = 300MPa, A=30%. Podczas starzenia - skl do kor, Znale stosowane są jako stopy zastępcze (mosiądz), tanie, obrabialne, spawalne, do lutowania. Poleruje się, chromuje, nikluje. Zastosowanie: odlewy, przemysł maszynowy, ramy, kółka; odporne na dział wys temp (turbiny), odp chem (gazy, pary). Spoiwa Służą do spajania, na bazie wszyst met łatwotopliwych (spawanie, lutowanie: lutujemy Sn na lutowie). Spajanie - tylko spoiwo jest w stanie ciekłym (mat spawany w st sałym). Spoiwa: a). twarde (Tt>C); b).°600 C); c).łatwotopliwe (Tt°miękkie (Tt 180-350<C); Twarde: CuZn z dod°100 C.°Sn,Ag,Cd,P (obniżają Tt), najcz stos stop: 38-50Cu, 40-50Zn 5Ag, Tt 600-700 Twarde: spotykane w post drutów, granulek, wiórów, dobre wł mech, odp na kor. Lutujemy nimi stopy nież Cu, CuZn, brązy, stale. Żeby podnieść wł wytrz +7-10%Ni. Spoiwo między mat, dodajemy topniki (kalafonia, boraks); Miękkie: są C, przy 61,9%Sn),°to przeważnie stopy na bazie Sn (układ Pb-Sn, eutektyka na 183 , przyczepność↑, wł wytrz ↓ tym Tt ↑stos w przem spoż bo Sn nie truje. Im Sn . Norma polska przewiduje dwa rodzaje: A: nie zaw Sb, spawać można przy↑stopu pom palnika, np. Pb Sn 18; B: od 2-2,5%Sb; Inne stopy lut: np. Pb-Cd, eutektyka C, zast ogr za wg na toksyczność par Cd, nie można w przem spoż. Spoiwa°249 C, używa się spoiwa tylko okołoeutektyczne, b. duże wł przyczepne°Cd-Zn, eut 265 i twardość. Lutowanie twarde - lutowanie na mosiądz; Łatwotopliwe: to stopy wieloskł, oparte na niskotop metalach (Bi, Pb, Sn, Cd, In - dekoracyjne); Stopy (blisko)eutektyczne: Bi - podczas krzepnięcia nie kurczy tylko rozszerza. Stopy o zaw Bi<49% kurczą się a Bi>55% rozszerzają się, aby zach wym Bi 50-55%. Zast: jako spoiwa do:gaśnic, aparaty alarmowe (przeciw poż), odlewnictwo precyzyjne
Babbity cynowe Stopy łożyskowe o osnowie cynowej, zaw 80-90% Sn (+Sb, Cu), twarde kryształy Sn3Sb2 (bog w Sb) i iglaste Cu3Sn, równom w eutektyce bogatej w Sn. Kryształy Cu3Sn - wys Tt, wydz z roztw ciekłego, tworzą igły prost do siebie, uniemożliwiają ruch do góry lekkich Sn3Sb2, które krzepną później (nie ma segr graw). Babbity cynowe posiadają dobrą smarowność, . Są drogie (zaw dużo↑ gdy T ↓plast i odp na kor, mała wytrz zmęcz i wł wytrz Sn) i dlatego zastępowane przez stopy o osnowie Pb. Przykł: Ł89 - taśmy bimetalowe na panewki łożysk ślizg; Ł83 - łożyska o dużym nat i szybkości; Ł16 - łożyska średnie nat i duże prędkości obwodowe, Ł10As, Ł6
Metale rzadkie W - T top =3370C; b odporny na utlenianie; b dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne; stosowany na anody; brązy cynowe + 2% W - b odporne na korozję; b twardy stop V - T top= 1710C; wyst w stopach z Fe,rozpuszcza się w HNO3 Mo - T top= 2620C dosyć plastyczny; wysokie przewodnictwo cieplne; ze wzrostem temp spadek własności mechanicznych ale duża odporność na korozje Ti - T top = 1670C; wyst w skorupie ziemskie; metal rzadki; domieszki, które wpływają szkodliwie na Ti: N, C - wpływają na na własności fizyczne, chemiczne i wzrost kruchości; zaliczany do metali lekkich; jest materiałem oporowym; wykorzystywany do celów elektrotechnicznych; własności Ti zależą od czystości
Cechy metali: budowa krystaliczna, przewodność ciepla i elekt, wiązanie metaliczne, metaliczny połysk(zdolność do odbijania promieni światła),plastyczność(zdolność do przyjmowania trwałego odkształcenia) WIĄZANIE METALICZNE-dotyczy całej grupy atomów-elektrony walencyjne tworzą chmurę krążacą wokół jonów;wiązanie bezkierunkowe.BUDOWA KRYSTALICZNA-wynika z typu wiązania,odnosi się tylko do stanu stałego i ciekłego.Wartość właściwości jest związana z położeniem pierw.w układzie okresowym, natomiast plastyczność z budową krystaliczną. UKŁAD REGULARNY[a=b=c, ],A2 - RPC- 2 at.na komórkę,n=68% K,W,V,Na;A1-RSC-4 at.na komórkę,n=78%-Ag,Au,Pt,Al.,Cu.UKŁAD HEKSAGONALNY [a=b c, ] A3-2 at.na komórkę, stosunekc/a mówi o symetryczności układu,Cd,Zn,Mg.INNE UKŁADY: A4- o sieci diamentu n=34% Si,Ge. PODZIAŁY METALI: LEKKIE-δ=4,54g/cm lub mniej Li,Na,K,Mg,Ca,Al.-granicą jest gęstość Ti=δ=4,54; CIĘŻKIE-gęstość pow. 4,54g/cm-V,Zn,Sn,Pb,Ag,Cu,Ni,W;ŁATWOTOPLIWE-temp. poniżej 1500oC;TRUDNOTOPLIWE-temp. powyżej 1500oC-W,V,Cr,Pt,Ti;SZLACHETNE-Ib,VIIIa-Cu,An,Ag,Pt,Pd itd.(podział ze wzg.na odporność korozyjną);NIESZLACHETNE;RZADKIE-(podział ze wzg.na występowanie w przyrodzie);TECHNICZNE-(rozpowszechnione w przyrodzie z szerokim zastosowaniem);METALE GRUPY.ŻELAZO-Fe,Cr,Mn;METALE NIEŻELAZNE-90 pierwiastków- TECHNICZNE:ciężkie, lekkie, młode(od niedawna stosowane),szlachetne; RZADKIE:rudnotopliwe,rozproszone,lekkie,m.ziem rzadkich,radioaktywne. WŁAŚCIWOŚCI STOPÓW METALICZNYCH:stop metaliczny-połącznenie metalu z metalem lub metalu z niemetalem.Jego właściwości zależą od:-od własności poszczególnych skłądników,-od sposobu przygotowania stopu,-od zastosowanych obróbek i przeróbki plastycznej. PRZYGOTOWANIE STOPÓW:1)mieszanie stopionych metali,np. brązy krzemowe,2)mieszanie jednego metalu w stanie stałym z metalem w stanie ciekłym,np.topimy metal trudnotopliwy i dodajemy łatwotopliwy lub odwrotnie,3)metoda stopów wstępnych (mieszanie metali w stanie stałym)-stosowana gdy metale różnią się właściwościami chem.i fizycz,np.Cu-Ni(tworzą r-r stały ciągły):do Cu dodajemy dużo Ni (15-20%), nikiel polrywa się trudnotopliwym NiO2,intesywnie mieszając układ część niklu z NiO2 przejdzie do r-ru. Dostajemy stop o zawartości niższej Ni.W drugim tyglu topimy otrzymany stop i dodajemy Ni.Metoda często stosowana;4)metoda proszkowa-umieszcza się proszki,nie przekraczając temp.top.prasuje się,spieka.Na drodze dyfuzji następuje połączenie się składników.Uzyskuje się stopy o ich indywidualnych właściwościach,materiał porowaty.Pory wypełnia się smarem lub innym lepiszczem,np.grafitem;5)metody wykorzystujące oddziaływanie stanów skupienia skłądników na siebie,np.-ogniowe-Cu+ZnCO3+węgiel drzewny→ZnO+CO2→rozkład węglanu→ZnO+C→ZnCO,Zn+Cu stop;-mokre;-elektrolityczne-np.powłoka mosiężna na stali.
NIEJEDNORODNOŚĆ STOPU: a)w stanie równowagi,b)w stanie nierównowagi:1) SEGREGACJA-różnicowanie składu stopu,np.chemiczne,krystalograficznie-mikro i makroniejednorodności;mikrosegregacja-zmiany zachodzą na odległościach mniejszych niż 0,1;makrosegregacja-na wlewku???;SEGREGACJA A) krystaliczna-różne wielkości kryształów,ziarn,w zależności od procesu krzepnięcia kryształów,(jama usadowa,warstwa kryształów zmrożonych na styku z formą odlewniczą,wewnątrz wlewka kryształy prostopadłe do ścian wlewka-zorientowane wzdłuż<110>tworzą się dendryty,B-chemiczna-metale mogą ze sobą oddziaływać:1)rozpuszczanie się w sobie bez ograniczeń w stanie stałym,2)rozpuszczać się w sobie bez ograniczeń w stanie stałym-r-r ciągły,3)w pewnej ilości rozpuszczać się w sobie w st.stałym-r-r graniczny,4)w ogóle się w sobie nie rozpuszczać-mieszanina,NIEJEDNORODNOŚĆ CHEM:a)o budowie r-rów stałych,Może nastapić segregacja dendrytyczna-niema wyraźnej granicy między dendrytami,struktura niejednorodna.Występuje tylko dla stopów o budowie r-r stałych.Stopięn segregacji zależy od:odległości likwidusa od solidusa (im większy tym większy stopień segregacji,-od szybkości chłodzenia(im wolniej tym mniejsza segregacja-czas na dyfuzję).Strukturę tę usuwamy poprzez wyżarzanie ujednorodniające-homogenizacja-podgrzanie do temp. poniżej temp top. A powyżej solidusu i wytrzymanie.MAKROSEGREGACJA-zew.warstwy odlewu bogate w składnik trudno topliwy,wewnętrzne-w trudno topliwy.Zależy od pręd.krzepnięcia.Im szybciej krzepnie tym stopień segregacji rośnie ale tylko dla pewnej wartości granicznej.Jest to zjawisko niekorzystne,usuwamy poprzez skrawanie warstw zewnetrznych.SEGREGACJA ODWROTNA-CuSn1012-segregacja odwrotna do makrosegregacji spowodowana różnicą przewodności ciepl.b)o budowie mieszanin-segregacja grawitacyjna-by jej uniknąć możemy:-zwiększyć szybkość chłodzenia,-dodać składnika trudno topliwego,np.do do PbSn dodajemy Cu-tworzące się podczas krystalizacji igły hamujące segregacjęc)spowodowana wtrąceniami-np. duże powinowactwo do tlenu.Wtrącenia szkodliwe: niemetaliczne małe i duże(>100μm).C-zwartości (pęcherze,pory,gazy)-spowodowana pustymi miejscami w metalu.Przyczyny segregacji zwart:-gazy uwięzione w metalu-porowatość gazowa,-skurcz przy krzępnięciu-gazy mogą rozpuszczać się w metalu:-fizycznie,-chemicznie(wchodzą w reakcję).Im wyższa temp↑tym więcej gazu się rozpuszcza.Rozpuszczalność gazu zależy od temp.R=k1*t,ciśnienia R=k2*p1/2,GAZY:H2-najbardziej niebezpieczny,zajmuje miejsca w metalu powoduje kruchość i porowatość-dostaje się fizycznie do metalu przez:-w piecu płomiennym z płomieni,-gdy wsad jest wilgotny(zH2O),-z atmosfery,-z procesu elektrolitycznego,-z topników.By pozbyć się wodoru utlenia się stop np. Stop Honorca-Cu30%,Ni70%zawiera CO2-w stopie tym C poprawia własn.wytrzymałościowe.Związek odtleniający musi być łątwo usuwałny,np.gazy obojetne:N,Al; SO2-dostaje się w sposób chemiczny:SO2+4Cu→Cu2S+2CuO;porowatość skurczowa-tworzy się dla stopów o budowie r-rów stałych i mieszanin.Porowatość eutektyczna-stopy z tą porowatością na dają się do odlewania.Porowatość dendrytyczna-skłonność do niej jest tym większa im większa jest odległość solidusa od likwidusa,powoduje kruchość na gorąco→materiał do przeróbki plastycznej.∑mikroporowatość eutektyczna>∑mikroporowatość dendrytyczna; W CZYSTYCH metalach: segregacja krystaliczna;W STOPACH:wszystkie rodzaje segregacji; Jaka segregacja zaszła i na jakim stopniu dowiadujemy się podczas analiz termicznych. Zmiany struktur dokonujemy podczas procesów obróbki cieplnej i obr.plastycznej; W procesie krystalizacji-(przejście cieczy do stanu stałego)ważne jest:a)szybkość chłodzenia(szybka to małe kryształy).b)skład chemiczny,c)kształt wlewka-okrągły płaski,krystalizator:tuleja bez dna,d)metoda odlewania-półciągły,ciągły,pionowy, poziomy,e)zanieczyszczeń,nierówności; Wielkość kryształów zależy od:-liczby zarodków,-szybkości krystalizacji. W procesie tym najlepiej otrzymać kryształy drobne.Mamy wtedy lepsze własności wytrzymałościowe-więcej granic,lepsze przemieszczenie się dyslokacji.Niekorzystna jest segregacja czyli struktura słupkowa,likwiduje się ją poprzez proces zgniatania.
ODKSZTAŁCENIE;OBRÓBKA CIEPLNA-proces którego celem jest powrót do stanu równowagi.Przeróbka plastyczna na zimno powoduje:-zmianę kształtu struktury,-rozdrobnienie ziarn,-ukierunkowanie ziarn,-umocnienie materiału,-ułożenie pewnych płaszczyzn ziarn równolegle do płaszczyzny przeróbki,-teksturę(przyczyna anizotropi-uprzywilejowanie kierunków).OBRÓBKI CIEPLNE:1)Wyżarzanie rektrystalizujące-przywraca strukturę sprzed umocnienia.Stosuję się tylko do materiałów po odkształceniu (zgniot,przeróbka plast.na zimno)→poniżej temp rekryst.Cel:usunięcie skutków zmian.2)wyżarzanie ujednoroniające-do materiałów po odlewaniu wyrównuje właściwości materiału,doprowadzenie do stanu rónowagi.Cel:uzyskanie jednorodnej struktury,podwyższenie odporności na korozję.3)ulepszanie cieplneb-nagrzewanie powyżej temp.przemiany alotropowej(zmiana struktury) i gwałtowne chłodzenie. Występuje przemiana martenzytyczna-bezdyfuzyjna-martenzyt bardzo twardy-należy poddać procesowi odpuszczania).4)Umocnienie wydzieleniowe-nagrzanie,wytrzymanie,chłodzenie-przemiana dyfuzyjna wykorzystująca zmienną rozpuszczalność składników.W skutek przechłodzenia otrzymujemy stop przesycony.Chce on powrócić do stanu równowagi-proces starzenia:wydzielenie faz w postaci dyspersyjnych(drobnych)cząsteczek.Czasami po tym zabiegu stosuje się:WOCM,POCM,NOCM.5)Wyżarzanie odprężające-nagrzanie powyżej temperatury rekrystalizacji.CEL:zapobieganie pękaniu,zanik korozji naprężeniowej,np.Cu30Zn-im więcej Zn tym własności wytrzymałościowe i plastyczność wzrasta.Dzięki tej obróbce możemy produkować łuski do pocisków metodą głębokiego tłoczenia bo stop jest odporny na pękanie(korozję naprężeniową).6)Wyżarzanie zmiękczające-dla stopów Al. 320-400oC-koagulacja składników strukturalnych-zmniejszenie twardości i podwyższenie plastyczności..
REKRYSTALIZACJA-temp.ekrystalizacji=0,4-0,6T.top.Zależy od:-czystości metalu-Tr↑zanieczyszczenia↑,-zgniotu-Tr↓zgniot↑,-czasu.Podczas procesu zachodzi:1)ZDROWIENIE-zanik naprężeń wew,brak zmian własności meteriału,2)POWSTAWANIE NOWYCH,NIEODKSZTAŁCONYCH ZIARN-zmieniają się właściwości,3)ROZROST ZIARN-ziarna wieksze pożerają mniejsze,4)REKRYSTALIZACJA WTÓRNA.ULEPSZANIE CIEPLNE-CEL:zwiększenie twardości i wytrzymałości.Struktura odpuszczona:bainityczna.UMOCNIENIE WYDZIELENIOWE-dyspersyjne umocnienie cząstkami drugiej fazy.Polega na:nagrzaniu powyżej linii solvus, wytrzymanie i gwałtowne schłodzenie.Otrzymujemy r-r stały przesycony.Stopień przesycenia↑ zależy od stopnia przechłodzenia↑. Otrzymujemy strukturę nierównowagową-ruchy dyfuzyjne-z r-ru przesyconego będą się wydzielać cząstki fazy nadmiarowej. Wydzielenia te będą na granicach faz i po granicach ziarn.Umocnienie jest tym większe im cząstki drobniejsze. STREFY GP-koherentne z osnową,nadmiar atomów przesyconych iwakansów,starzenie może przebiegać w każdej temp. podgrzewając szybciej dojdziemy do stanu równowagi→130orozpuszczają się→PŁYTKI Ө``-cześciowo koherentne powodują deformację sieci,wzrastają naprężenia,wzrost wytrzymałości→JEDNOWARSTWOWE Ө`-utrata koherentności,zaburzenia sieci(Al2Cu -sieć tetragonalna) → Ө faza równowagowa. STARZENIE SZTUCZNE-nie wszystkie etapy wydzieleń muszą wystąpić.PRZY STARZ.NORMALNYM -4 etapy,uzyskujemy najwyższe własności.Im więcej składnika stopowego tym efekt starzenia większy.Obróbkę tę nie stosuje się praktycznie do stopów o budowie mieszanin (obróbka cieplna dla odlewów).PRÓBA RTĘCIOWA-sprawdza czy materiał musi być poddany poddany wyżarzaniu odprężającemu.Polega na zabarwieniu wyrobu po zgniocie,amalgamatem rtęciowym lub amoniakiem.Po 30 sek.obserwuje się czy na jego powierzchni wystąpiły rysy,w miejscu wysokich naprężeń.Jeśli tak to materiał musi być poddany wyżarzaniu.