Sprawozdanie z ćwiczenia
Metale nieżelazne i ich stopy
Jakub Skowron
WIMiR
grupa 15
zespół 3
Stopy metali nieżelaznych nie są tak popularnym tworzywem ja stopy żelaza ,pomimo to jednak są równie niezbędne i potrzebne dla rozwoju wielu dziedzin.
Stopy metali nieżelaznych teoretycznie, nie wiele różnią się od stopów żelaza.
Podlegają one tym samym zjawiskom takim jak: krystalizacja, dyfuzja, przemiany fazowe, termodynamika, itp. Obydwa rodzaje stopów podlegają tym samym metodom badawczym. Mamy dwa rodzaje oznaczania stopów metali nieżelaznych. Pierwsza za pomocą znaków druga za pomocą cech.
W znakach na początku stosujemy symbol chemiczny pierwiastka, a po nim symbole dodatków stopowych. W cechach natomiast stop oznaczamy przez umowny znak literowy pierwiastka
np.:
A- Aluminium M- mosiądz
A-beryl N- nikiel
B- brąz O- ołów
B- cyna Z- cynk
G- magnez P- fosfor
K- krzem P- stop do obróbki plastycznej
M- miedź, mangan
Aluminium i jego stopy- Aluminium cechuje się dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym cechuje się dużą plastycznością.
Jednak właściwości wytrzymałościowe czystego aluminium nie są zdawalające, dlatego stosuje się stopy. Stopy aluminium dzielimy na odlewnicze i do przeróbki plastycznej. Stopy odlewnicze odlewane są w formach piaskowych kokilach lub jako odlewy ciśnieniowe.
Siluminy są to stopy odlewnicze aluminium z krzemem. Oba te pierwiastki tworzą ze sobą układ eutektyczny, z ograniczoną rozpuszczalnością krzemu i bardzo małą rozpuszczalnością aluminium w krzemie.
Poza siluminami w stopach odlewniczych występują stopy aluminium z magnezem cechujące się dobrymi własnościami wytrzymałościowymi i plastycznymi oraz stopy aluminium z miedzią. Te ostatnie są typowymi stopami nadającymi się do obróbki cieplnej.
Stop Al.-Cu również tworzy układ eutektyczny.
Do obróbki plastycznej nadają się stopy taki jak Al.-Cu, Al.-Mg, Al.-Mn, oraz inne stopy wieloskładnikowe. Magnez wpływa korzystnie na odporność korozyjną oraz obniżenie ciężaru. Pod spodem zamieszczone zostały układy równowagi Al-Mn i Al.-Mg.
Wiele stopów aluminium stosuje się do pracy w podwyższonych temperaturach np.
W przemyśle lotniczym i rakietowym, na elementy silników spalinowych takich jak tłoki czy Głowice.
Magnez i jego stopy- Stopy magnezu cechują się dobrą wytrzymałością i bardzo małą gęstością. Jako dodatki stopowe stosuje się tutaj: aluminium, cynk, mangan, krzem, cer, cyrkon i metale ziem rzadkich.
Aluminium jest składnikiem większości stopów magnezu. Układ Mg-Al od strony magnezu, jest eutektyczny.
Kolejnym najpopularniej stosowanym składnikiem stopu jest cynk.
Układ Mg-Zn również jest eutektyczny.
Stopy magnezu tak jak stopy aluminium dzielimy na odlewnicze i do obróbki plastycznej. Odlewy natomiast dzieli się na piaskowe, kokilowe lub wtryskowe.
Stopy magnezu są wrażliwe na korozję naprężeniową.
Tytan i jego stopy- Tytan podobnie jak aluminium i magnez jest metalem lekkich. Głównymi dodatkami do stopów tytanu są: Al., Sn, Mo, V, Mn, Fe , Cr. Wszystkie pierwiastki rozpuszczając się w tytanie zwiększają jego wytrzymałość, w tym najbardziej Fe, Cr, i Al.
Niektóre stopy tytanu uzyskują własności mechaniczne dorównujące ulepszonym stalom z tym ,że stopy tytanu są lekkie. Stopy tytanu stosuje się głównie do budowy samolotów i rakiet, poza tym elementów sprężarek
I turbin. Stopy tytanu cechują się również dużą twardością I odpornością na ścieranie.
Miedź i jej stopy- Miedz ma bardzo dobrą przewodność elektryczną. Dlatego w czystej formie znalazła zastosowanie głównie w elektrotechnice.
W formie hutniczej zawiera jednak wiele szkodliwych zanieczyszczeń np. O, Bi, Pb, Sb, Fe, As ,S, P.
Stopy miedzi stosuje się jako tworzywo konstrukcyjne. Główne pierwiastki stopowe to: Cynk, cyna, aluminium, beryl, krzem, nikiel, mangan, ołów.
Stopy miedzi z cynkiem nazywamy mosiądzami natomiast z cyną lub innymi metalami brązami. Stopy miedzi z niklem noszą nazwę miedzioniklów.
Mosiądze dzielimy na jedno fazowe i dwu fazowe. Dwufazowy skład mosiądzów wpływa na zwiększenie ich twardości kosztem plastyczności.
Mosiądze należą do stopów o dobrej odporności na korozję atmosferyczną, za to łatwo ulegają korozji naprężeniowej. Mosiądze dzielą się również na odlewnicze i do obróbki plastycznej. Do obydwu rodzajów dodawane są dodatki stopowe .
Układ Cu-Zn:
Brązy cynowe dzielimy na odlewnicze i do obróbki plastycznej.
Brązy cynowe cechują się dobrymi własnościami mechanicznymi i odpornością na korozję. Głównie stosuje się je do panewek, łożysk ślizgowych , ślimaków, siatek, sprężyn, przemysłu chemicznego oraz papierniczego.
Brązy aluminiowe cechują się dobrymi własnościami wytrzymałościowymi. Aluminium bowiem podwyższa twardość i wytrzymałość miedzi. Kolejnym plusem jest odporność na korozję. Stopy te mają jednak duży skurcz. Stosuje się je na łożyska, elementy napędu, armaturę parową i chemiczną, itp.
Brązy ołowiowe na ogół występują łącznie ze składnikami takimi jak: Sn, Zn, Ni, Mn. Brązy ołowiowe wykazują skłonność do segregacji grawitacyjnej.
Główne zastosowanie brązów ołowiowych to panewki łożysk ślizgowych przy małych naciskach i dużych prędkościach.
Brązy krzemowe są na ogół substytutami brązów cynowych, ze względu na ich mniejsze koszty. Wadą tych stopów jest duży skurcz natomiast zaletą dobre własności wytrzymałościowe i odporność na korozję.
Brązy berylowe mają wysoką wytrzymałość, są odporne na zmęczenie i ścieranie, oraz posiadają własności antykorozyjne. Poza tym cechuje je dobra przewodność elektryczna. Stosuje się je do szczotek silników elektrycznych oraz do trakcji. Podstawową przeszkodą w szerokim zastosowaniu jest wysoka cena i toksyczność.
Brązy manganowe nadają się do obróbki plastycznej, mają dość dobre własności wytrzymałościowe.
Miedzionikle są to stopy miedzi w których głównym dodatkiem stopowym jest nikiel. Są one oparte na ikładzie Cu-Ni. Ze stopu CuNi25 wyrabia się monety.
Nikiel i jego stopy-Nikiel jest metalem cięższym od żelaza, ale cechuje go duża odporność na korozję. Stopy niklu z miedzią mają wysokie własności wytrzymałościowe i antykorozyjne są stosowane na łopatki turbin parowych, oraz elementy aparatury chemicznej. Stopy z miedzią i cynkiem mają zastosowanie w wyrobach galanteryjnych, przedmiotów ozdobnych i sztućców. Stopy z chromem są żaroodporne. Stosuje się je do wyrobu łopatek turbin gazowych.
Kobalt i jego stopy- Kobalt ma własności zbliżone do niklu. Kobalt stosowany jest do stopów na magnesy trwałe, do satelitów oraz do nadstopów.
Cynk jego stopy- cynk jest pierwiastkiem ciężkim, niskotopliwym, jest odporny na korozję atmosferyczną. Stopy cynku dzielą się na odlewnicze i do obróbki plastycznej. Stopy cynku stosuje się szeroko w postaci odlewów ciśnieniowych mp. Obudowy różnych urządzeń i aparatów.
Stopy cyny i ołowiu- stopy cyny i ołowiu mają zastosowanie jako stopy łożyskowe, lutowia, niskotopliwe, drukarskie.
Wolfram i molibden- metale te są trudno topliwe i ciężkie. Wadą wolframu i molibdenu jest duża skłonność do utleniania. Z wolframu wytwarza się włókna lamp żarowych, elementy grzewcze pieców, anody lamp rentgenowskich i do zbrojenia kompozytów. Molibden jest stosowany na włókna żarówek i jako dodatek stopowy do stali.
Metale szlachetne- Zaliczamy do nich srebro, złoto, platynę oraz platynowce. Złoto i srebro posiadają zastosowanie w jubilerstwie natomiast pozostałe w technice. Metale szlachetne wykazują odporność na powietrze i wilgoć. Nie utleniają się. Au i Pt dodatkowo są odporne na działanie wszystkich kwasów.
Mikroskopowe obserwacje w laboratorium:
Do obserwacji struktury materiału podczas badań w laboratorium otrzymano sześć próbek. Były to próbki siluminu niemodyfikowanego(1), siluminu modyfikowanego(2), miedzi utlenionej(3), mosiądzu po wyżarzaniu(4), brązu po odlaniu metodą ciągłą(10), oraz mosiądzu po odlaniu(7). Powiększenie pod mikroskopem wynosiło dla próbek 2 i 3 - 80 razy, dla próbek 4 i 7 - 100 razy, dla próbek 1 i 10 - 500 razy. Zaobserwowane struktury naszkicowane I opisane znajdują się na dołączonej kartce.