ALUMINIUM - inna nazwa glin to srebrzystobiały, kowalny, lekki metal o temperaturze topnienia 660,37°C, temperaturze wrzenia 2467°C, gęstość 2,699 g/cm3. Dobry przewodnik ciepła i elektryczności. Pokrywa się ochronną warstewką tlenku (pasywacja), co powoduje jego odporność na czynniki atmosferyczne i kwasy utleniające (np. stężony kwas azotowy). Ma właściwości amfoteryczne, z przewagą zasadowych, roztwarza się w niektórych kwasach (tworzy sole glinowe) i w mocnych zasadach (tworzy hydroksygliniany). Bezpośrednio reaguje z tlenem, fluorowcami, w temperaturze powyżej 700°C - także z azotem, węglem i siarką. W związkach przyjmuje stopień utlenienia III; najważniejsze związki glinu: tlenek Al₂O₃, wodorotlenki (np. Al(OH)₃), siarczan Al₂(SO₄)₃, azotek AlN, ałuny, gliniany, glinokrzemiany. Surowcami do otrzymywania glinu technicznego (zw. aluminium) są gł. boksyt i lateryt. Produkcja odbywa się w 2 etapach: 1) otrzymywanie czystego tlenku glinu, 2) otrzymywanie aluminium przez elektrolizę tlenku rozpuszczonego w stopionym kriolicie. Uzyskane aluminium hutnicze (zanieczyszczenia 0,3-1%) poddaje się oczyszczaniu. Glin ma szerokie zastosowanie. W postaci stopów stanowi lekki materiał konstrukcyjny (gł. w przemyśle lotniczym i samochodowym). Jest używany m.in. do platerowania (aluminiowanie), do wyrobu naczyń kuchennych, przewodów elektrycznych, w postaci folii do produkcji opakowań i kondensatorów elektrycznych, w stanie sproszkowanym do wydzielania niektórych metali z ich tlenków lub wytwarzania wysokiej temperatury (aluminotermia) i odtleniania stali, jako farba ochronna oraz do wyrobu materiałów wybuchowych i ogni sztucznych.

MIEDŹ - (Cu , cuprum,) metal półszlachetny, dość miękki, kowalny, ciągliwy, o budowie krystalicznej i układzie płasko-centrycznym. Temperatura topnienia 1083°C, temperatura wrzenia 2567°C, gęstość 8,96 g/cm3. Spośród pierwiastków czysta miedź jest najlepszym - po srebrze - przewodnikiem ciepła i elektryczności, w temperaturze. pokojowej odporna na działanie suchego tlenu, także wodoru, azotu i węgla. W wilgotnym powietrzu pokrywa się tzw. patyną (zasadowy węglan miedzi CuCO₃Cu(OH)₂ ), która jest jej warstwą ochronna przed dalszą korozją. Nie jest ona odporna na działanie chloru, chlorku amonu, chlorku glinu, chlorku żelaza, fluorku amonu, kwasu siarkowego, siarkowodorów i acetylenu, chlorku sodowego, chlorku wapnia, kwasu solnego, siarczku sodowego i zaprawy murarskiej. Ogrzewana reaguje z tlenem. Roztwarza się w kwasach utleniających, a w obecności tlenu także w kwasach nieutleniających; przyjmuje stopnie utlenienia: gł. II (związki trwałe) oraz I i niekiedy III (związki nietrwałe). Tworzy liczne związki koordynacyjne, wodne roztwory związków miedzi mają barwę niebieską, rozpuszczalne związki miedzi są na ogół trujące, do najważniejszych związków należą: tlenki (krystaliczne ciała stałe, m.in. Cu₂O, czerwony, CuO, czarny), siarczan (CuSO₄, higroskopijny biały proszek), azotan (Cu(NO₃)₂. Rudy miedzi przerabia się metodami pirometalurgicznymi oraz hydrometalurgicznymi. Bardziej uniwersalna (stosowana zarówno w przypadku bogatych, jak i uboższych rud miedzi) metoda pirometalurgiczna polega na wytopie z rud z dodatkiem koksu i topników kamienia miedziowego -stopu siarczków miedzi(I) i żelaza(II); z roztopionego kamienia uzyskuje się w konwertorze miedź surową, którą poddaje się oczyszczaniu, gł. rafinacji elektrolitycznej. Rudy polimetaliczne poddaje się przeróbce w zautomatyzowanych piecach o specjalnej konstrukcji, w których w sposób ciągły przebiegają procesy prażenia, topienia, konwertorowania. Miedź jest stosowana m.in. do wyrobu przewodów elektrycznych (obecnie często zastępowana przez aluminium), obwodów drukowanych i części maszyn elektrycznych, do budowy aparatury dla przemysłu chemicznego i spożywczego (np. chłodnice, aparaty destylacyjne, kolumny rektyfikacyjne, kotły parowe) oraz w technologii materiałów mikro- i optoelektronicznych (wykorzystywanych m.in. w bateriach słonecznych, przekaźnikach elektroakustycznych), a także do krycia dachów. Szerokie zastosowanie mają również stopy miedzi.

MOSIĄDZE - stopy miedzi, w których głównym dodatkiem stopowym jest cynk (2-45%). Rozróżnia się mosiądze odlewnicze (zwykle wieloskładnikowe) i do przeróbki plastycznej, a wśród nich: dwuskładnikowe (3-41% Zn), ołowiowe (32-43%Zn, 0,7-3,7% Pb), specjalne (wieloskładnikowe, nie zawierające ołowiu), wysokoniklowe, tzw. nowe srebro, dawniej alpaka lub argentan (20-29%Zn, 10-22% Ni, 0,05-0,5%Mn). Mosiądze są odporne na korozję i stosowane na części aparatury chemicznej i pomiarowej, wyroby jubilerskie, w przemyśle okrętowym, samochodowym i innych.

BRĄZY - są to stopy miedzi z innymi pierwiastkami niż cynk. Należą do nich przede wszystkim układy Cu-Sn, Cu-Al, Cu-Si, Cu-Mn, Cu-Ni, Cu-Pb, Cu-Be. W większości przypadków brązy zawierają dalsze składniki stopowe jak: Zn, Sn, Pb, Ni, P, Si, Mn, Al., Fe. Przeznaczone zarówno na odlewy, jak i do przeróbki plastycznej, zależnie od gatunku odznaczają się dobrą skrawalnością, odpornością na korozję, ścieranie i działanie podwyższonej temperatury. Stosowane do produkcji części maszyn, wyrobów artystycznych, aparatury chemicznej, rezystorów. SPIŻE - dawna nazwa brązów zawierających 4-11% cyny, 2-7% cynku, 2-6% ołowiu (reszta miedź). Odporne na korozję, o dużej wytrzymałości mechanicznej, stosowane do wyrobu silnie obciążonych (narażonych na ścieranie) części maszyn, dawniej do odlewania dział, dzwonów itp.

Obróbka cieplna stopów Al-Cu

W temperaturze pokojowej w Al rozpuszcza się ok. 0,5 % Cu. W temperaturze eutektycznej 548°C rozpuszczalność Cu w aluminium jest największa i wynosi 5,7%. Stop do zawartości 5,7 % Cu można nagrzać a następnie wygrzać oraz odpowiednio wystudzić, aby wtórne kryształy związku CuAl₂ rozpuściły się i przeszły do roztworu α. Ostudzony roztwór nosi nazwę roztworu przesyconego. Otrzymaliśmy układ niezgodny z wykresem równowagi Al-Cu. W takim przesyconym roztworze zachodzą zmiany w kierunku zgodności z układem równowagi, co powoduje wydzielanie fazy CuAl₂ i zatrzymanie w roztworze tylko 0,5 % Cu.

Obróbka cieplna stopów miedzi z aluminium polega na zabiegach:

Przesycania- polega na zatrzymaniu rozpuszczonego składnika w roztworze stałym przesyconym( temperatura 548°C, 5,7% Cu rozpuszczone w α )i w tym celu stosujemy szybkie chłodzenie; w układzie przesyconym w wyjściowym stadium jest 5,7 % Cu w α( temperatura pokojowa ), zaczynają się procesy wydzieleniowe, które ten nietrwały układ starają się doprowadzić do zgodności z wykresem równowagi.

Starzenia-powoduje znaczne zmiany własności stopu po przesyceniu. Przy starzeniu samorzutnym w temp. ok.20°C stop uzyskuje wysoką wytrzymałość po upływie 3-5 dni a maksymalną po 7 dniach.

Podwyższenie temp. starzenia przyspieszas czas uzyskania lepszych własności wytrzymałościowych lecz własności te są nieco niższe niż w przypadku starzenia samorzutnego. Stan stopu osiągnięty w wyniku starzenia nie jest trwały i podgrzanie stopu do temp.ok.230°C powoduje po kilku minutach zanik wytrzymałości( odpowiadający granicy wyżarzania stopu ). Po okresie 7dni stop poprzez starzenie samorzutnie nabywa ponownie wysokiej wytrzymałości (wytrzymałość uzyskana w wyniku starzenia samorzutnego jest ok. dwa razy większa od wytrzymałości dla stanu wyżarzonego). Zjawisko to może się powtarzać kilka razy i nosi nazwę nawrotu.

Choroba wodorowa miedzi - miedź techniczna zanieczyszczona jest tlenem i podczas wyżarzania w atmosferze zawierającej wodór może dojść do zjawiska powstawania mikropęknięć. Zjawisko to polega na tym, że wodór defunduje przy podwyższonych temperaturach i zachodzi reakcja

Cu₂ + H₂=2Cu + H₂O

Para wodna nie defunduje i nie może się wydostać na zewnątrz. Ciśnienie pary powstaje duże i to jest przyczyną powstawania mikropęknięć materiału.

Wpływ zanieczyszczeń na własności miedzi:

• Tlen - obniża wytrzymałość na rozciąganie, podwyższa przewodność do zawartości 0,12%, przy wyższych zawartościach natomiast obniża podobnie jak zgniot.

• Ołów - obniżą plastyczność, nie rozpuszcza się w miedzi lecz wydziela się na granicach ziaren, miedź staje się krucha na gorąco już przy zawartości 0,190.

• Antymon - obniża własności plastyczne, jest bardzo szkodliwy i z tego powodu nawet w najgorszym gatunku miedzi jego zawartość nie powinna przekraczać 0,2%.

• Arsen - również szkodliwy - mało podnosi wytrzymałość na rozciąganie, obniża własności plastyczne powyżej 0,5%, zwiększa kruchość na gorąco, a powyżej 1% również na zimno, dopuszcza się zawartość arsenu w miedzi do 0,2%.

• Żelazo - podnosi wytrzymałoś, temperaturę rekrystalizacji i udarność, obniża bardzo wydatnie wydłużenie.

• Fosfor - jest najbardziej popularnym odtleniaczem miedzi, pozostałości w ilości większej niż 0,03 - 0,1% są niewskazane, ponieważ powodują kruchość.

• Bizmut - wydziela się na granicy ziarna (nie rozpuszcza się w stałej miedzi), powoduje kruchość na gorąco już przy zawartości 0,01% a na zimno przy 0,05%, jest bardzo trudny do usunięcia, dopuszczalna jego zawartość wynosi 0,005%.

• Siarka - tworzy Cu2S, obniża wytrzymałość na rozerwanie i inne własności wytrzymałościowe, dostaje się przeważnie z gazów spalinowych i do zawartości 0,1% nie jest szkodliwa.

• Nikiel, srebro i złoto są domieszkami, które rozpuszczają się w miedzi i nie są szkodliwe.

Oprócz czystej miedzi produkowane są stopy miedzi z różnymi pierwiastkami.

Sezonowe pękanie mosiądzu - zjawisko to zachodzi w wyrobach mosiężnych, które przeszły obróbkę plastyczną, ale nie zostały poddane wyżarzaniu odprężającemu lub podczas pracy były narażone na naprężenia. Pod wpływem działania naprężeń wewnętrznych i atmosfery szczególnie zawierającej amoniak, po niedługim czasie następują mikropęknięcia ( głównie granicy ziaren). Aby tego uniknąć wyroby po przeróbce plastycznej należy poddać wyżarzaniu odprężającemu w temp. 250°C. Najbardziej podatne na zjawisko są mosiądze z zakresu α+β, ponieważ faza β jest bardziej elektroujemna niż α i ona ulega korozji. Najczęściej temu zjawisku podlegają rurki mosiężne, łuski karabinowe.

Rys. Wykres równowagi Al-Cu

Wykres równowagi Al. - Cu

Rys. Wykres równowagi układu miedź-cynk (Cu-Zn)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Zn%

1100

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

0

Temperatura ⁰C

α+CuAl₂

CuAl₂

L+CuAl₂

α

L

A%

---