1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze stopami metali nieżelaznych stosowanymi jako materiały konstrukcyjne, ich mikrostrukturą i właściwościami.

2. Przebieg ćwiczenia:

Ćwiczenie polega na obserwacji mikrostruktur wybranych stopów metali nieżelaznych. Podczas ćwiczenia należy, obserwując próbki, dokonać identyfikacji stopów i ich składników strukturalnych. Po przeanalizowaniu badanych struktur, ich obrazy widoczne pod mikroskopem, należy przerysować, a wykonane rysunki opisać.

1. Struktura siluminu niemodyfikowanego AlSi11

Powiększenie x

Si

Eutektyka (α + Si)

Własności mechaniczne: . R_m = 110 MPa, A10 = 0,1%

2. Struktura siluminu modyfikowanego AlSi11 (Modyfikacja siluminów jest procesem prowadzonym dla poprawy ich własności. Siluminy mają gruboziarnistą strukturę eutektyki. Jest to powodem obniżonych własności wytrzymałościowych tych stopów, gdyż grube kryształy eutektytki i wydzielenia krzemu mogą być zarodkami mikropęknięć. Drobnoziarnista strukturę uzyskuje się poprzez wprowadzenie do ciekłego stopu modyfikatora, najczęściej są to: fluorek sodu, stront lub antymon.)

Powiększenie x

Iglaste kryształy α na tle eutektyki (α + Si)

Eutektyka

Własności mechaniczne: R_m = 250 MPa, A10 = 7 %

Zastosowanie siluminów: odlewy części maszyn, w tym również w przemyśle okrętowym, do budowy aparatury chemicznej oraz wyrobów galanteryjnych. Największe zastosowanie stopy te mają jednak w przemyśle motoryzacyjnym, gdyż są podstawowym materiałem na elementy silników spalinowych (tłoki, głowice)

3. Struktura mosiądzu jednofazowego CuZn10

Powiększenie x

Faza α

Własności: Mosiądze jednofazowe zawierają do 36% cynku. Zbudowane są tylko z jednej fazy α. Jest to grupa mosiądzów o bardzo dobrych własnościach plastycznych. Z tego względu przerabia się je plastycznie na zimno.

Zastosowanie: Przemysł motoryzacyjny, okrętowy i maszynowy w formie blach, rur, taśm, odkuwek, prętów i różnego rodzaju kształtowników. Znajdują one również zastosowanie na rury do wymienników ciepła w kotłach.

3. Wstęp teoretyczny:

Charakterystyka aluminium i miedzi oraz ich stopów:

ALUMINIUM

Krystalizuje w sieci A1, cechuje się dużą plastycznością. Mała gęstość 2,7 g/cm³ kwalifikuje ten metal do grupy metali lekkich. Dzięki tej własności i stosunkowo bogatemu występowaniu w przyrodzie jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym i transporcie. Aluminium cechuje się dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym, stąd jego zastosowanie na przewody elektryczne. Na powietrzu pokrywa się cienką warstwą Al₂O₃, która chroni je przed dalszym utlenianiem. Aluminium przerabia się plastycznie - walcuje (blachy, folie) lub wyciska (pręty, rury, drut, kształtowniki). Obróbkę plastyczną można przeprowadzać na zimno lub na gorąco (ok. 450°C). Aluminium ma duże powinowactwo do tlenu, stąd jego zastosowanie do odtleniania stali. Oprócz tego jest szeroko stosowane w przemyśle spożywczym oraz do aluminiowania dyfuzyjnego stali.

Własności wytrzymałościowe czystego aluminium są stosunkowo niskie, dlatego stosuje się stopy, które po odpowiedniej obróbce cieplnej mają wytrzymałość nawet kilkakrotnie większą.

MIEDŹ

Jest metalem barwy ceglastoczerwonej, o gęstości 8,96 g/cm³ i temperaturze topnienia 1083°C. Miedź metaliczna po wytopie i oczyszczeniu jest czerwono-brązowym, miękkim metalem o bardzo dobrym przewodnictwie cieplnym i elektrycznym. Jest dość odporna chemicznie, zalicza się do metali półszlachetnych. Na powietrzu ulega procesowi pasywacji, pokrywając się charakterystyczną zieloną patyną. Miedź można przerabiać plastycznie na zimno i na gorąco, ale w przypadku przeróbki na zimno następuje utwardzenie metalu, które usuwa się przez wyżarzenie rekrystalizujące (w temp. 400-600°C). Miedź masowo wykorzystywana jako surowiec do produkcji przewodów elektrycznych i powszechnie w elektronice, a także w budownictwie (pokrycie dachów, elementy instalacji), dodawana do wielu stopów, zarówno do stali jaki i do stopów aluminium. Jest też dodawana do srebra i złota poprawiając znacznie ich własności mechaniczne.

Stopy aluminium

Stopy tego pierwiastka, po odpowiedniej obróbce cieplnej mają wytrzymałość nawet kilkakrotnie większą niż aluminium. Stopy aluminium dzielimy na: odlewnicze, przeważnie wieloskładnikowe o większej zawartości pierwiastków stopowych (5 - 25%), np. z krzemem (silumin), z krzemem i magnezem, z krzemem, miedzią, magnezem i manganem, z krzemem, miedzią, niklem, magnezem i manganem i inne. Stopy do przeróbki plastycznej zawierają na ogół mniejsze ilości dodatków stopowych, głównie miedź (do ok. 5%), magnez (do ok. 6%) i mangan (do 1,5%), rzadziej krzem, cynk, nikiel, chrom, tytan. Niektóre stopy aluminium można poddawać utwardzaniu wydzieleniowemu, po którym ich własności wytrzymałościowe nie są gorsze niż wielu stali.

Stopy miedzi

Miedź z cyną, cynkiem molibdenem i innymi elementami przejściowymi tworzy cały zestaw stopów zwanych ogólnie brązami. Najbardziej znane z nich to: udający złoto tombak i posiadający bardzo dobre własności mechaniczne oraz znaczną odporność na korozję mosiądz. Stopy miedzi stosuje się do wyrobu kosztownej armatury, elementów precyzyjnych urządzeń mechanicznych i w jubilerstwie. Miedzionikle są przerabianymi plastycznie stopami miedzi, w których głównym składnikiem stopowym jest nikiel w ilości powyżej 2%. Mosiądze to stopy miedzi z cynkiem (10-45%), zawierające często dodatki innych metali.
Mosiądze są na ogół łatwe do obróbki i odporne na korozję. Mosiądz otrzymuje się przez stapianie składników, a także przez elektrolityczne nakładanie powłok mosiężnych. Zastosowanie do wyrobu blach, drutów, rur, śrub, części maszyn i przyrządów.

4. Wnioski:

Opracowanie ogromnej ilości stopów, w składzie których nie znajdziemy żelaza wywarło ogromny wpływ na rozwój technologii ostatnich lat. Dzięki lekkim stopom aluminium możliwe było zaprojektowanie znacznie bardziej zaawansowanych maszyn, pojazdów a przede wszystkim samolotów. Odpowiednio przygotowane stopy miedzi przeznaczone na łożyska ślizgowe wydatnie wydłużają okres międzyprzeglądowy pracy maszyn w przemyśle. Powyższa prezentacja materiałów nieżelaznych pozwoliła nam na zapoznanie się z ogromnymi możliwościami zastosowań i właściwości tych stopów.

1

---