1.Cel i zakres ćwiczenia laboratoryjnego
Celem ćwiczenia jest identyfikacja struktur zestawu próbek stopów aluminium oraz miedzi.
W zakres ćwiczenia wchodzi :
przygotowanie mikroskopu optycznego do badań,
obserwacja wytrawionych zgładów próbek pod różnymi powiększeniami,
narysowanie i opisanie obserwowanych mikrostruktur .
2.Opis stanowiska badawczego
mikroskop metalograficzny ,
próbki metalograficzne stopów miedzi,
próbki metalograficzne stopów aluminium.
3.Przebieg realizacji eksperymentu
sprawdzenie prawidłowości połączeń oraz działania mikroskopu optycznego,
wykonanie obserwacji wytypowanych próbek,
wykonanie rysunków badanych struktur wraz z opisem oglądanych próbek.
4.Prezentacja wyników badań.
Miedź jest metalem o bardzo cennych właściwościach , znanym już w starożytności. Ma on barwę czerwonawą, jest metalem bardzo miękkim, o niskiej wytrzymałości na rozciąganie, ale bardzo dobrych właściwościach plastycznych. Odznacza się dużym przewodnictwem cieplnym oraz dużym przewodnictwem elektrycznym. Bardzo ważną właściwością miedzi jest również duża odporność na korozję.
Nazwa : M1E
Właściwości :
-duża czystość (maksymalna zawartość zanieczyszczeń 0,1%),
Zastosowanie :
-blachy, pręty, szyny, drut używany na przewodnik prądu,
-części maszyn i urządzeń elektrycznych,
Powiększenie : x 250
Trawienie : Nital
Mosiądze
Stopy miedzi z cynkiem , zwane mosiądzami, należą do najbardziej rozpowszechnionych stopów miedzi, dzięki swoim dobrym właściwościom użytkowym i technologicznym, jak również i ze względu na niską cenę. Zawartość cynku w praktycznie stosowanych mosiądzach nie przekracza 45 % , gdyż stopy o większej zawartości cynku są bardzo kruche. Stosowane w technice mosiądze ze względu na swoją budowę dzieli się na :
-mosiądze α o jednorodnej strukturze roztworu stałego, zwierające do ok. 39 % Zn,
-mosiądze dwufazowe o strukturze będącej mieszanina kryształów roztworu α i nadstruktury β zawierające 39-45 % Zn.
Ze względu na technologie przeróbki stopy Cu - Zn dzieli się na mosiądze :
przerabiane plastycznie,
odlewnicze.
Nazwa : M59 (CuZn39Pb2)
Właściwości :
-mosiądz odlewniczy,
-struktura drobnoziarnista,
-struktura dwufazowa składająca się z : α , β , Pb ,
-dobra obrabialność,
-wytrzymałość na rozciąganie 200-500 MPa,
-wydłużenie 5-20 %,
Zastosowanie :
-części maszyn, armatury wodnej i parowej pracującej w temperaturze nie przekraczającej 200 oC ,
Powiększenie : x 250
Trawienie : Nital
Nazwa : M67 (CuZn30Al3)
Właściwości :
-mosiądz odlewniczy,
-struktura dwufazowa składająca się z : α , β ,
Zastosowanie :
-części maszyn, armatury wodnej i parowej pracującej w temperaturze nie przekraczającej 200 oC ,
Powiększenie : x 250
Trawienie : Nital
Brązy cynowe
Są najstarszymi stopami metali znanymi w historii. Poza miedzią i cyną mogą zawierać cynk, ołów, fosfor i nikiel. Zakres ich stosowania jest ograniczony ze względu na wysoki koszt cyny, ale są jeszcze używane jako odlewy , a także jako materiał przerobiony plastycznie. Zawartość cyny w technicznie stosowanych brązach nie przekracza zwykle 16 - 20 %. Brązy ze względu na strukturę można podzielić na :
-jednofazowe o strukturze roztworu stałego α zawierające do 10 % Sn,
-dwufazowe o strukturze roztworu α z eutektoidem (α+β) o zawartości powyżej 10 % Sn.
Ze względu na technologie przeróbki stopy Cu - Zn dzieli się na mosiądze :
przerabiane plastycznie,
odlewnicze.
Nazwa : B10 (CuSn10)
Właściwości :
-brąz maszynowy,
-struktura dwufazowa składająca się z : α , E(α + β), Sn
-dobre własności przeciwcierne,
-wysoka udarność w przypadku pracy w warunkach obciążeń dynamicznych,
-wytrzymałość na rozciąganie 200 MPa,
-wydłużenie 3 %,
Zastosowanie :
-części maszyn,
Powiększenie : x 63
Trawienie : Nital
Brązy aluminiowe
Są stopami miedzi i aluminium. Stanowią one jedna najważniejszych grup stopów miedzi i wypierają brązy cynowe, od których są tańsze oraz technologicznie bardziej przydatne. Mają one najlepsze właściwości wytrzymałościowe spośród stopów miedzi oraz znacznie większą odporność na korozję. Szeroko stosowane w technice. Nadają się zarówno na monety, jak i na materiał przerabiany plastycznie. Zawartość aluminium w brązach do 20 %.
Nazwa : BA1044 (CuAl10Ni4Fe4)
Właściwości :
-brąz aluminiowy odlewniczy,
-utwardzany wydzieleniowo,
-struktura dwufazowa składająca się z : α , β ,
-stop lekki,
-zachowuje swoje właściwości mechaniczne zarówno w podwyższonej jak i obniżonej temperaturze,
-dobrze się poleruje,
Zastosowanie :
-monety zdawkowe,
-do wyrobu śrub okrętowych, korpusów i części pomp oraz osprzętu okrętowego,
-armatura i turbiny parowe,
-urządzenia elektryczne, w przemyśle chemicznym i pokrewnym,
Powiększenie : x 125
Trawienie : Nital
Stopy aluminium odlewnicze
Najważniejszą podgrupe stopów odlewniczych stanowią stopy Al.- Si , zawierające niekiedy dodatkowo Cu, Mg, rzadziej Ni, Ti, a nazywane zwykle siluminami. Rozpuszczalność wzajemna Al. i Si jest minimalna, tak , że praktycznie wszystkie stopy składają się z dwóch faz : kryształu roztworu stałego krzemu w aluminium α i kryształu roztworu stałego aluminium w krzemie β. Zgodnie z układem równowagi stopy Al.-Si dzielą się na podeutektyczne, złożone z fazy α i eutektyki α+β , eutektyczne i nadeutektyczne, złożone z eutektyki α+β i fazy β.
Nazwa : AK51(AlSi5Cu1)
Właściwości :
- odporny na obciążenia mechaniczne,
- odporny na korozję
- odporny na działanie słabych kwasów,
Zastosowanie :
- odlewy głowic cylindrów silników spalinowych, części samolotów, wojskowych, oraz cywilnych, aparatury
Powiększenie : x125
Trawienie : Nital
W celu poprawienia własności mechanicznych przeprowadza się modyfikacje stopów w stanie ciekłym, mającą na celu zwiększenie liczby aktywnych zarodków krystalizacji, a tym samym umożliwiającej uzyskanie struktury drobnoziarnistej oraz zmianę kształtu ziarn. W przypadku stopów podeutektycznych i eutektycznych modyfikatorem jest sód wprowadzany bezpośrednio , bądź w postaci soli. W stopach nadeutektycznych modyfikatorem jest fosfor wprowadzany bezpośrednio, bądź jako pięciochlorek fosforu, lub w postaci stopu miedź-fosfor.
Nazwa : AK9 modyfikowane(AlSi9)
Właściwości :
-odporny na duże obciążenia mechaniczne,
- Rm=230 MPa, A5=3%, HB=700 MPa
Zastosowanie :
- silnie obciążone części maszyn o dużej powierzchni,
Powiększenie : x125
Trawienie : Nital
Stopy aluminium do przeróbki plastycznej
Ta grupa stopów aluminium dzieli się na dwie podgrupy:
stopy stosowane bez obróbki cieplnej (Al.-Mg, Al.-Mn, Al.-Mg-Mn),
stopy obrabialne cieplnie (Al.-Cu-Mg, Al.-Cu-Mn, Al.-Cu-Mg-Mn).
Obróbka cieplna stopów polega na ich przesycaniu, czyli wprowadzaniu do roztworu stałego wydzielonych faz międzymetalicznych i uzyskaniu jednorodnego roztworu stałego składników stopowych w Al. i starzeniu, czyli dyspersyjnym wydzieleniu z przesyconego roztworu stałego faz międzymetalicznych.
Nazwa : PA7(AlCu4SiMg)
Właściwości :
-odporny na duże obciążenia dynamiczne,
-odporny na działanie warunków atmosferycznych,
- Rm=210-470 MPa, Re=110-330 MPa, A10=18%
Zastosowanie :
- silnie obciążone elementy konstrukcji lotniczych i pojazdów mechanicznych, elementy konstrukcyjne środków transportowych oraz maszyn, konstrukcyjne elementy budowlane ,
Powiększenie : x125
Trawienie : Nital
5.Wnioski
Obserwacja poszczególnych próbek pozwala nam określić skład strukturalny poszczególnych materiałów , a co za tym idzie poznać ich właściwości technologiczne oraz mechaniczne. Możemy również przekonać się jak poszczególne dodatki stopowe wpływają na czysta miedź i aluminium, nadając im nowe bardzo dobre właściwości , pozwalające na zastosowanie nowo otrzymanego materiału do ściśle określonego celu, w zależności od warunków pracy z jakimi będzie się on spotykał.