Nr Grupy: VI / IM II	Nazwisko i Imię: Przemysław Ziółkowski	Data zajęć: 08.10.2002
Nr Zesp. Lab.: 12	Temat ćwiczeń: Badania mikroskopowe stopów metali nieżelaznych	Ocena:
Prowadzący: mgr inż. M. Witkowska

I. KONSPEKT

Miedź

Miedź jest metalem o charak­terystycznej barwie różowo-złocistej. Miedź rozpuszcza się łatwo w kwasie azotowym, w innych kwasach trudniej. Sól kuchenna i sole amonowe nagryzają miedź powoli. Związki miedzi tworzące się łatwo pod wpływem słabych nawet kwasów organicznych są trujące (grynsz-pan), i dlatego wszystkie naczynia miedziane muszą być wewnątrz pobielone cyną i w miarę zużycia pobielanie musi być powtarzane. Na wilgotnym po­wietrzu miedź pokrywa się zieloną patyną, np. na starych dachach miedzianych. Jest to zasadowy węglan miedzi, który chroni metal przed dalszą korozją.

Miedź jest kowalna na zimno i gorąco. W wyniku przeróbki plastycznej na zimno następuje zgniot objawiający się utwar­dzeniem, które usuwa się przez wyżarzanie rekrystalizujące w temperaturze 400-600°C. Przeróbka na gorąco powinna się odbywać w temp. 650-800°C.

Miedź można lutować (zależnie od przeznaczenia przedmiotu lutowanego) za­równo lutem twardym, mosiężnym, jak i miękkim, ołowiowo-cynowym.

Na odlewy miedź nadaje się słabo ze względu na gęstopłynność i duży skurcz odlewniczy.

Zastosowanie: w elektrotechnice - dzięki wysokiej przewodności elektrycznej; w przemyśle maszynowym i instalacyjnym wyzyskuje się wy­soką przewodność cieplną miedzi i jej odporność na korozję. Stosuje się przeważnie pod postacią blach, rur, prętów i drutu.

Miedź w handlu znajduje się pod po­stacią katod (otrzymywana elektrolitycz­nie) albo przetapiana pod postacią wlew­ków, używanych do przeróbki plastycz­nej i gąsek przeznaczonych do przetapia­nia.

Własności fizyczne i mechaniczne miedzi:

Gęstość, g/cm^3	8,96
Temperatura topnienia, C	1083
Ciepło właściwe w 20 C, cal/(g K)	0,092
Współczynnik rozszerzalności liniowej w zakresie od 0-100 C	17 10-6
Elektr. Oporność właściwa w 20 C	0,0172
Przewodność elektryczna w 20 C	58
Skurcz odlewniczy, %	ok. 2
Wytrzymałość na rozciąganie Rm,	21-24
Wydłużenie A, %	38-50
Twardość Brinella HB	35-50

Stopy miedzi

Brązem nazywa się stop miedzi z cyną (zawartość cyny 6-20%).

Brąz specjalny jest to brąz zawierający oprócz miedzi i cyny inne składniki dodatkowe lub stop miedzi z innymi skład­nikami niż cyna i cynk.

Rozróżnia się następujące brązy specjalne: krzemowe, niklowo-krzemowe, manganowe, aluminiowe (brązale) ołowiowe, berylowe.

Spiż (nazwa obecnie nie używana) jest to stop miedzi, cyny i cynku o zawartości 4-11% cyny, 2-7% cynku i 2-6% ołowiu (w celu polepszeniu obrabiamośd). Zamiast nazwy spiż przyjęta jest obecnie nazwa brąz cynowo-cynkowy lub cynowe-cynkowo-olowiowy).

Mosiądz jest to stop podwójny miedzi z cynkiem o zawartości miedzi 55—85%..

Tombak jest to stop miedzi z cynkiem .o zawartości miedzi ponad 72%. Barwą tombak przypomina złoto i dlatego sto­suje się do wyrobu galanterii i przedmio­tów artystycznych.

Mosiądz specjalny jest to mosiądz za­wierający oprócz miedzi i cynku inne składniki dodatkowe, jak: aluminium, nikiel, żelazo, cynę, ołów, krzem i mangan. Składniki te dodaje się w celu polepszenia cech wytrzymałościowych, albo też odpor­ności na korozję.

Aluminium

Metal o barwie srebrno-białej, jest jednym z najbardziej odpornych na korozję metali w warunkach życia codziennego. Większość kwasów organicznych jak: octowy, jabłkowy, cy­trynowy, mlekowy, winny, nawet stężone, nie działają na aluminium; odporne jen również wobec stężonego kwasu azoto­wego. Działa natomiast na aluminium: kwas solny, siarkowy oraz bardzo ener­gicznie - ługi potasowy i sodowy oraz soda amoniakalna; na gorąco, choć w niniej­szym stopniu - kwas octowy i cytrynowy.

Pod wpływem czynników atmosferycz­nych aluminium pokrywa się cienką war­stewką tlenku, chroniącą je przed dalszym utlenianiem.

Aluminium daje się dobrze kuć, walco­wać i przeciągać aż do najcieńszych wy­miarów (folie aluminiowe). Utwardzenie w wyniku obróbki plastycznej usuwa się przez wyżarzanie rekrystalizujące w temp. 350-500°C.

Własności odlewnicze ma gorsze (duży skurcz i zdolność rozpuszczania gazów). Lutuje się za pomocą specjalnych lu­towi aluminiowych, zawierających 70-95% Al i topiących się w temperaturze 540-620°C.

Zastosowanie: w stanie czystym w przemyśle chemicznym i spożywczym na zbiorniki, przewody, armaturę, na naczynia kuchenne, do wyrobu folii i opakowań, pod postacią proszku do farby srebrnej itd.; w przemyśle elektrotechnicznym, ze względu na dobrą przewodność elektryczną, na przewody zwłaszcza wysokiego napięcia, gdzie wyzyskuje się również małą gęstość aluminium (przewodność w stosunku do miedzi wynosi 60 % przy trzykrotnie mniejszej gęstości). Aluminium używa się w bar­dzo dużych ilościach na stopy aluminium bardzo rozpowszechnione w przemyśle lotniczym, samochodowym, wagonowym itd., ze względu na ich niski ciężar i dobre własności wytrzymałościowe.

W hutnictwie i odlewnictwie aluminium używa się powszechnie jako środka odtleniającego. Aluminium jest dostarczone w postaci gąsek dla celów odlewniczych albo w płytach do walcowania. Oprócz tego alumi­nium dostarczane bywa w postaci pół­fabrykatów: blach, drutu, prętów i kształ­towników.

Własności fizyczne i mechaniczne aluminium:

Gęstość, g/cm^3	2,7
Temperatura topnienia, C	660
Ciepło właściwe w 20 C, cal/(g K)	0,215
Współczynnik rozszerzalności liniowej w zakresie od 0-100 C	24 10^-6
Elektr. Oporność właściwa w 20 C	0,0265
Przewodność elektryczna w 20 C	37,7
Skurcz odlewniczy, %	1,7
Wytrzymałość na rozciąganie aluminium lanego Rm,	9-12
Wytrzymałość na rozciąganie aluminium walcowanego Rm,	10-14
Wydłużenie A aluminium lanego, %	25-11
Wydłużenie A aluminium walcowanego, %	8-4
Twardość Brinella HB aluminium lanego	24-32
Twardość Brinella HB aluminium walcowanego	30-40

Stopy aluminium

Stopy aluminium noszą nazwę stopów lekkich ze względu na małą gestor i tej właściwości zawdzięczaj duże rozpowszechnienie. Barwę mają srebrzysto-białą. Jako składniki stopowe mogą w nich występować: miedź, cynk, krzem, magnez, mangan, nikiel, rzadziej żelazo i antymon, dodatki te mają na celu pod? wyższenie własności mechanicznych i chemicznych stopu. Odporność na korozję stopów aluminium jest jednak mniejsza niż czystego aluminium. Odporność na działanie czynników atmosferycznych, podobnie jak w przypadku aluminium, polega ona na utworzeniu na powierzchni cienkiej warstewki tlenków chroniącej przed dalszym utlenianiem. Odporność tą zwiększa się jeszcze stosując odpowiednie zabiegi chemiczne lub elekrtochemiczne i powlekanie lakierem.

Pod względem technologicznym dzieli się stopy aluminium na odlewnicze i do przeróbki plastycznej.

Spośród stopów odlewniczych najwięcej rozpowszechnione są tzw. siluminy o zawartości 4,0-13,5% Si. W sto­sunku do niektórych siluminów stosuje się tzw. modyfikowanie polegające na wpro­wadzeniu do stopu bezpośrednio przed odlewaniem niewielkich ilości tzw. mo­dyfikatorów (np. 2/3 NaF+1/3 NaCI). Celem modyfikowania jest takie pokiero­wanie krystalizacją, aby powstała odpo­wiednia, drobnokrystaliczna struktura.

Spośród stopów do przeróbki plastycz­nej daje się wyodrębnić kilka charakte­rystycznych grup. Stopy typu duraluminium); są to stopy wieloskładnikowe (Al, Cu, Mg, Mn, Si, Fe). Miedź, magnez i mangan są wprowadzane celowo, zaś krzem (do 0,5%) i żelazo (do 0,5%) dostają się do stopu w wyniku stosowania niezbyt czystego aluminium. Wszystkie stopy tego typu podlegają znacznemu umocnieniu w wyniku przesycania i samorzutnego starzenia.

Stopy łożyskowe

Stopy łożyskowe są to stopy służące do wylewania panewek łożyskowych, muszą one mieć:

1) własności mechaniczne wystarcza­jące do pracy w podwyższonej tempera­turze łożyska,

2) odpowiednie własności powierzch­niowe, jak mały współczynnik tarcia, odporność na ścieranie, zdolność. dosto­sowania się do powierzchni wału, zdolność pochłaniania drobnych obcych cząsteczek,

3) odporność na kwasy znajdujące się w smarach.

Rozróżnia się kilka typów tych stopów:

a) stopy cynowe

b) stopy ołowiowo - cynowe

c) stopy na osnowie ołowianej

d) brązy cynowe

e) brązy ołowiowe

Stopy lutownicze i niskotopliwe

Każdy metal, nawet wyglądający zu­pełnie czysto, jest pokryty warstwą tlenku, która zwiększa się dodatkowo przez na­grzanie.

Aby rozpuścić tlenki i ochronić po­wierzchnię rozgrzaną przed utlenianiem stosuje się topniki. Topnik powinien topić się łatwiej niż lut i mieć dostateczną płynność, aby przenikać dobrze w złącza; roztopiony lut przenika za topnikiem.

Dla lutów miękkich rozróżnia się topniki:

l) chemicznie czynne (korodu­jące), które rozpuszczają tlenki, jak chlo­rek cynku lub chlorek cynku z chlorkiem amonu;

2) chemicznie bierne, jak żywica (kalafonia), łój itd.

Chlorek cynku otrzymuje się przez rozpuszczenie cynku w kwasie solnym; wydziela się przy tym dużo ciepła i wodór (ostrożnie z ogniem, gdyż wodór w pewne) proporcji z powietrzem daje mieszanina wybuchową) - jest to tzw. kwas solny przegotowany.

Stosuje się również mieszaniny np.:

chlorku cynku - 14%, chlorku amonu - 1%, wody - 8%, wazeliny - 77%.

Do cynku używa się jako topnika sa­mego kwasu solnego. Po wykonaniu lutowania topnik po­winien być dokładnie wypłukany, aby uniknąć następnie korozji. Do połączeń elektrotechnicznych, gdzie wymywanie topnika jest trudne lub nie­możliwe, powinno się stosować tylko topniki chemicznie bierne, a więc kala­fonię lub roztwór kalafonii w benzynie albo alkoholu. Dla lutów twardych mosiężnych lub srebrnych jako topnik stosuje się boraks albo mieszaninę boraksu i kwasu bornego (temp. topn. ok. 750°C). Znane są również topniki zawierające fluorek potasu; odzna­czają się one niską temperaturą topnienia, bardzo dobrze rozpuszczają tlenki metali i dają się wymywać wodą.

Metale szlachetne

Do metali szlachetnych zalicza się złoto, srebro i platynę.

1. Złoto

a) Własności i zastosowanie czy­stego złota. Złoto jest metalem o cha­rakterystycznej żółtej barwie; po wypole­rowaniu odznacza się silnym połyskiem. Gęstość złota - 19,32 g/cm³. Tempera­tura topn. 1063°C. Złoto jest najbardziej ciągliwe i kowalne ze wszystkich metali; wyklepywaniem można uzyskać folie o gru­bości 0,0001 mm, przeświecające zielono; 0,05 g złota można przeciągnąć na drut długości 160 m.

Złoto jest odporne na wpływy atmosfe­ryczne i prawie wszystkie kwasy; roz­puszcza się jedynie w mieszaninie kwasów azotowego i solnego (woda królewska) lub azotowego i siarkowego.

Czyste złoto jest miękkie (HB za­ledwie 18,5 daN/mm² (kG/mm²), łatwo się ściera i odkształca, dlatego bywa używane zazwyczaj pod postacią stopów.

Pozłacaniem nazywa się powlekanie zło­tem innych metali; pozłacanie może być tzw. ogniowe za pomocą amalgamatu złota (złota rozpuszczonego w rtęci, którą następnie usuwa się przez odparowanie w ogniu) — obecnie nie stosowane — i galwaniczne, tj. pod działaniem prądu, w kąpieli zawierającej sole złota. Złocenie galwaniczne stosuje się obecnie w coraz większym stopniu, zwłaszcza w przemyśle elektronicznym na styki ze względu na odporność na utlenianie i małą oporność przejścia.

b) Stopy złota stosowane w prze­myśle i jubilerstwie mają na celu zwięk­szenie wytrzymałości i twardości złota oraz obniżenie ceny; są to zazwyczaj stopy z miedzią, srebrem i niklem. Kolor złota zależy od wzajemnego stosunku składni­ków, głównie miedzi i srebra.

Stopy złota podlegają kontroli państwo­wej, która polega na urzędowym spraw­dzaniu i wybijaniu na wyrobach złotych próby oznaczającej minimalną gwaranto­waną zawartość złota i cechy rozpoznaw­czej wytwórcy. Powszechnie stosowaną jest obecnie próba tysięczna, oznaczająca w tysiącznych częściach zawartość czystego złota. Stosowana dawniej próba koralowa oznaczała czyste złoto jako 24-karatowe;

18-karatowe złoto oznacza więc próbę 18/24 = 0,750, czyli 750.

I próba - 960 (złoto tzw. dukatowe — około 23-karatowe),

II próba - 750 (złoto 18-karatowe),

III próba ~ 583 (złoto 14-karatowe).

2. Srebro

a) Własności i zastosowanie czy­stego srebra. Srebro ma charaktery­styczną barwę białą z połyskiem metalicz­nym, tzw. srebrną; poleruje się bardzo dobrze i odznacza się silnym połyskiem. Gęstość 10,49 g/cm³; temp. topnienia - 960,8°C. Srebro jest najlepszym z metali przewodnikiem ciepła i elektryczności - elektryczna oporność właściwa w 20°C wynosi 0,0159
mm²/m, przewodność elektryczna przy 20°C - 62,89 m/(
mm²). Srebro jest bardzo ciągliwe i kowalne; wyklepywaniem można uzyskać folie do 0,00025 mm grubości, prześwieca­jące niebiesko, a z 0,05 g srebra — przeciągnąć 100 m drutu.

Z powodu swej miękkości (HB = 25 daN/mm² (kG/mm²)) czyste srebro nie ma prawie zastosowania. Do celów jubilerskich, do wyrobu monet i na przed­mioty domowego użytku używa się stopów srebra głównie z miedzią.

b) Stopy srebra są kontrolowane przez państwo. W Polsce istnieją trzy legalne stopy srebra - I, II i III próby, zawierające odpowiednio 940 - 875 - 800 części srebra na 1000 części stopu.

Bardzo duże zastosowanie znajduje srebro do srebrzenia, tj. galwanicznego pokrywania innych metali.

3. Platyna

Platyna jest metalem o barwie srebrzy­stej; gęstość 21,45 g/cm³; temp. topnie­nia - 1773°C. Odznacza się największa z metali szlachetnych odpornością na działanie kwasów i rozpuszcza się tylko w wodzie królewskiej. Platyna jest ciągliwa - nadaje się do wyrobu drutu (dół średnicy 0,01 mm) i blachy. W temperami turze białego żaru jest spawalna.

Dzięki odporności na wpływy chemiczne i wysoka temperaturę topnienia znajduje znaczne zastosowanie w laboratoriach i przemyśle chemicznym (do wyrobu tygli, siatek, igieł itp.) Stop platyny z 10% rodu jest używany na termoogniwa. Z taśm platynowych wykonuje się opory grzejne do pieców laboratoryjnych na wysokie temperatury.

II. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze stopami metali nieżelaznych stosowanymi jako materiały konstrukcyjne, ich mikrostrukturą i własnościami jak również stosowaną obróbką cieplną tych stopów i jej wpływem na strukturę i własności.

III. PRZEBIEG ĆWICZENIA

Dokonujemy obserwacji mikroskopowych zgładów metalograficznych wybranych stopów metali nieżelaznych. W trakcie obserwacji zgładów metalograficznych dokonujemy identyfikacji stopów, ich składników strukturalnych i korzystając z wykresów równowagi określamy przybliżony skład chemiczny stopów. Po przeanalizowaniu badanych struktur ich obrazy widoczne pod mikroskopem przerysowujemy rysunki obrazujące widziane zgłady. Następnie opisujemy wykonane rysunki.

1

---