Stop metali, PWR, Chemia Materiałów Inżynieria Materiałowa


Stop metali - mieszanina metali lub metalu z pierwiastkami niemetalicznymi, o właściwościach metalu. Stopy uzyskuje się przez stopienie składników a następnie schłodzenie. Stop najczęściej posiada odmienne właściwości od jego elementów składowych, w niektórych przypadkach nawet niewielkie dodatki wpływają znacznie na właściwości stopu.

Podział stopów ze względu na główny składnik :

Podział stopów ze względu na zastosowanie

Stopy aluminium - tworzywa metaliczne otrzymane przez stopienie aluminium z jednym lub większą liczbą metali (bądź z niemetalami), celowo wytworzone dla uzyskania żądanych własności.

Do najczęstszych zanieczyszczeń aluminium należą Fe, Si, Cu, Zn, Ti, które obniżają plastyczność i przewodnictwo elektryczne, natomiast zwiększają twardość i wytrzymałość.

Aluminium przerabia się plastycznie - walcuje (blachy, folie) lub wyciska (pręty, rury, drut, kształtowniki). Aluminium ma duże powinowactwo do tlenu, stąd jego zastosowanie w aluminotermii oraz do odtleniania stali. Oprócz tego jest szeroko stosowane w przemyśle spożywczym oraz do aluminiowania dyfuzyjnego stali.

Stopy aluminium; Własności wytrzymałościowe czystego aluminium są stosunkowo niskie, dlatego stosuje się stopy, które po odpowiedniej obróbce cieplnej mają wytrzymałość nawet kilkakrotnie większą. Stopy aluminium cechują się korzystnym parametrem konstrukcyjnym, tzn. stosunkiem wytrzymałości do ciężaru właściwego, który jest większy niż dla stali, a oprócz tego ich udarność nie maleje w miarę obniżania temperatury, dzięki czemu w niskich temperaturach mają większą udarność niż stal. Mają jednak niską wytrzymałość zmęczeniową.

Stopy aluminium dzieli się na: odlewnicze; do obróbki plastycznej;

Do odlewniczych zaliczamy stopy 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. Cechują się one dobrą lejnością i małym skurczem.

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.

Najnowszy stop, dzięki któremu można spawać aluminium, to alumilut (temperatura topnienia 380 °C). Niektóre stopy aluminium nadają się zarówno do odlewania, jak i przeróbki plastycznej.

Duraluminium (skrótowo: dural) to ogólna nazwa stopów metali, zawierających głównie aluminium oraz dodatki stopowe; Durale bezcynkowe; Dural cynkowy; Oporność na korozję ;Durale mają niewielką odporność korozyjną. W celu poprawienia odporności korozyjnej blachy z durali bezcynkowych plateruje się czystym aluminium lub stopem Al+Zn w przypadku duralu cynkowego; Odkuwki, pręty, rury i kształtki zabezpiecza się przed korozją innymi metodami.

Magnale to ogólna nazwa stopów metali zawierających głównie aluminium, któremu towarzyszy domieszka magnezu w ilości od 3 do 30%. Dodatkowo stopy te mogą zawierać niewielką domieszkę miedzi. Magnale są stopami o gęstości niższej od aluminium, za to o wyższej odporności na korozję; Zastosowanie: części silników, konstrukcje lotnicze.Stopem glinu, podobnym do magnalu, jest duraluminium, posiadające nieco wyższą gęstość oraz znacznie większą wytrzymałość mechaniczną.

Silumin, alpaks - typowy stop odlewniczy - stop aluminium z dodatkiem krzemu, oraz innymi (o mniejszym udziale procentowym) dodatkami takimi jak miedź, magnez, mangan i nikiel, odporny na korozję, o dobrej lejności, małym skurczu i małą skłonnością do pękania, popularny w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym.

Siluminy maja bardzo dobre właściwości odlewnicze, tzn. dobrą lejność, mały skurcz, dokładnie wypełniają formę, tworzą skoncentrowaną jamę usadową i nie wykazują skłonności do pękania. Dodatki stopowe, takie jak magnez i miedz zwiększają wytrzymałość, nikiel poprawia odporność korozyjną stopu. W celu poprawy właściwości mechanicznych siluminu, bardzo często stosuję się zabieg utwardzania dyspersyjnego, polegający na wyżarzaniu i starzeniu stopu.

Stopy magnezu, stopy magnezowe - bardzo lekkie stopy metali zawierające magnez oraz inne lekkie metale. Przykładem takiego stopu jest stop litowo-magnezowo-srebrowy, którego gęstość jest mniejsza od wody (pływa po niej), a jednocześnie posiada dużą odporność mechaniczną.

Stopy magnezu używane są w obręczach kół, wspornikach, elementach konstrukcyjnych sportowych samochodów. Ich zaletami są bardzo mała waga oraz duża wytrzymałość mechaniczna, wadami skomplikowana technologia produkcji (konieczność pracy w atmosferze beztlenowej - magnez spala się przed osiągnięciem temperatury topnienia) i w konsekwencji wysoka cena oraz mała odporność na wysokie temperatury - możliwości pracy kończą się w okolicy 160-300°C z powodu niskich temperatur topnienia magnezu i litu.

Brązy - stopy miedzi z innymi metalami i ewentualnie innymi pierwiastkami, w których zawartość miedzi zawiera się w granicach 80-90% wagowych.Brązy posiadają dobre własności wytrzymałościowe, są łatwo obrabialne. Brązy wysokostopowe poddają się także hartowaniu. Posiadają dobre właściwości przeciwcierne, są odporne na wysoką temperaturę i korozję. Zastosowanie brązów jest ograniczone ze względu na ich wysoką cenę.Brązy dzieli się na brązy do obróbki plastycznej, dostarczane w formie wyrobów hutniczych - blach, pasów, taśm, prętów, drutów i rur oraz brązy odlewnicze, dostarczane w postaci sztab lub kęsów.

Pośród brązów do obróbki plastycznej wyróżnia się: Brąz cynowy Brąz aluminiowy Brąz berylowy Brąz krzemowy Brąz manganowy

Brązy odlewnicze stosuje się do odlewania części i elementów do zastosowań podobnych jak w przypadku brązów do obróbki plastycznej oraz do odlewania pomników. Stopem zaliczanym czasami do brązów jest także spiż. Ponadto brązami nazywa się potocznie lub fachowo szereg innych metali i stopów metali kolorowych, nawet tych o znacznie mniejszym udziale miedzi lub nawet jej całkowitym braku, np. pigmenty metaliczne stosowane w poligrafii.

Fosfobrąz lub fosforobrąz to stop miedzi, cyny oraz czerwonego fosforu. Jest bardzo odporny na ścieranie i zgniatanie. Wykorzystywany jest do produkcji panewek. Najszersze zastosowanie - na wysokoobciążone, szybkoobrotowe, źle smarowane i narażone na korozję łożyska ślizgowe.

Miedzionikle - stopy miedzi i niklu, które mogą zawierać także takie dodatki stopowe jak krzem, żelazo, aluminium lub mangan. Miedzionikle charakteryzują się dobrą wytrzymałością, żaroodpornością i odpornością na korozję. Miedzionikle posiadają dobre własności oporowe. Miedzionikle dostarczane są jako wyroby po obróbce plastycznej w postaci blach, drutów, prętów, taśm i rur.

Miedzionikle dzielą się na:

Miedź stopowa - stop miedzi z innym metalem, którego udział nie przekracza 2,0%. Są to najczęściej arsen, chrom, cyna, kadm, mangan, srebro, tellur, cyrkon i siarka.

Mosiądz - stop miedzi i cynku zawierający do 40% tego metalu. Mosiądze mogą zawierać także dodatki takich metali jak ołów, aluminium, cyna, mangan, żelazo i chrom oraz krzem. Mosiądz ma kolor żółty (złoty), lecz przy mniejszych zawartościach cynku zbliża się do naturalnego koloru miedzi. Stop ten jest odporny na korozję, ciągliwy, łatwy do obróbki plastycznej. Posiada dobre właściwości odlewnicze.Mosiądze stosuje się na wyroby armatury, osprzęt odporny na wodę morską, śruby okrętowe, amunicja, okucia budowlane, np. klamki. Na elementy maszyn w przemyśle maszynowym, samochodowym, elektrotechnicznym, okrętowym, precyzyjnym, chemicznym. Ważnym zastosowaniem mosiądzu jest produkcja instrumentów muzycznych. Jest on wytrzymalszy od brązu, ponieważ zawiera cynk nadający mu twardość. Jest on bardzo przydatny do obróbki pla­stycznej na zimno, np. podczas produkcji łusek amunicji. Mosiądz dostarczany jest w postaci sztab do odlewania lub prętów, drutów, blach, taśm i rur.

Korozja mosiądzu W normalnych warunkach eksploatacji mosiądz wykazuje dobrą odporność na korozję atmosferyczną i w wodzie. Jednak w miękkiej, zawierającej chlor wodzie mosiądz podlega procesowi odcynkowania. Mosiądz jest także narażony na mechanizm korozji zwany sezonowym pękaniem.

Spiż to stop miedzi z cyną, cynkiem i ołowiem, czasem zaliczany do brązów. Zawiera więcej cyny (11%) niż brąz cynowy (do 9%). Zawartości cynku i ołowiu są odpowiednio w granicach 2-7% i 2-6%. Jest odporny na korozję i ścieranie. Znany już w starożytności, stosowany był do wyrobu broni siecznej, podobnie jak inne stopy miedzi, z uwagi na to, że jest twardszy niż żelazo. W średniowieczu odlewano z niego dzwony (stąd nazwa dzwon spiżowy) zaś w czasach późniejszych armaty.

Tombak (z sanskrytu), mosiądz czerwony, to stop miedzi z cynkiem, zawierający powyżej 80% miedzi. Cechuje się żółtą barwą przypominającą złoto. Jest stosowany głównie jako imitacja złota do wyrobów artystycznych i jubilerskich oraz instrumentów muzycznych, a także na wężownice, rurki manometryczne i platerowanie. Jest mało wartościowy, ale w celu uniknięcia pomylenia go ze złotem na biżuterii z tombaku wybija się znak probierczy;

Stopy niklu - stopy metali, w których dominujący lub znaczny udział ma nikiel.

Stop Monela

Inwar jest stopem żelaza (64%) i niklu (36%) z niewielkim dodatkiem węgla i chromu. Z powodu bardzo małego współczynnika rozszerzalności cieplnej jest stosowany m. in. do wytwarzania precyzyjnych przymiarów (stosowane w geodezji: druty inwarowe i inwarowe łaty do niwelacji precyzyjnej), w mechanizmach precyzyjnych (zegarach, zaworach silnikowych) oraz w termometrach bimetalowych.

Konstantan - stop miedzi 55% i niklu 45%, charakteryzujący się stałą rezystywnością (znikomą zależnością oporu od temperatury). Używany jako drut oporowy w niskich temperaturach , jako jeden z drutów termopar typu E i typu T; do wyrobu tensometrów drutowych.

Nikielina to nazwa określająca grupę stopów składających się z powyżej 50% wagowych miedzi, 20-40% niklu i dodatku manganu lub cynku.Zastosowania: druty oporowe i oporniki regulacyjne;

Hipernik (hiper- + nikiel) - stop niklu z żelazem, odznaczający się dużą przenikalnością magnetyczną, stosowany m.in. do wyrobu wzmacniaczy elektroakustycznych

Nowe srebro - zgodnie z Polską Normą jest to "mosiądz wysokoniklowy" Jest to srebrzystobiały stop zawierający 40-70% miedzi, 10-20% niklu i 5-40% cynku. swojej nazwie nie zawiera on srebra. Służy do wyrobu ozdób, sztućców, sprzętu medycznego, instrumentów muzycznych, drutów oporowych;

Chromonikielina - oporowy stop niklu (80%) i chromu (20%), często z dodatkiem żelaza, odporny na korozję, maksymalna temperatura pracy 1100ºC. Stosowany do wyrobu oporników i elementów grzejnych pieców.

Manganin - stop miedzi z manganem i niklem. Charakteryzuje się bardzo małym współczynnikiem cieplnym oporu elektrycznego. Stosowany do produkcji oporników wzorcowych i precyzyjnych.

Melchior - stop miedzi (80%) i niklu (20%), barwy srebrzystobiałej, odporny na korozję.Melchior zaliczany jest do stopów określanych, ze względu na swój wygląd, jako nowe srebro. Zgodnie z Polską Normą zaliczany jest do mosiądzów wysokoniklowych.Zastosowanie: bicie monet, naczynia metalowe, produkcja amunicji (płaszcze pocisków z rdzeniem ołowianym zwiększające ich prędkość).

Miedzionikle - stopy miedzi i niklu, które mogą zawierać także takie dodatki stopowe jak krzem, żelazo, aluminium lub mangan. Miedzionikle charakteryzują się dobrą wytrzymałością, żaroodpornością i odpornością na korozję. Miedzionikle posiadają dobre własności oporowe. Miedzionikle dostarczane są jako wyroby po obróbce plastycznej w postaci blach, drutów, prętów, taśm i rur. Miedzionikle dzielą się na:

Stopy ołowiu - stopy, w których ołów jest głównym składnikiem stopowym. Najczęściej stosowanymi są stopy ołowiu z cyną, miedzią i antymonem. Stopy ołowiu charakteryzują się dużą lejnością, niską temperaturą topnienia, znaczną odpornością na korozję.

Amalgamaty to ogólna nazwa stopów metali, w których jednym z podstawowych składników jest rtęć. Amalgamaty tworzy się poprzez rozpuszczenie innych metali w rtęci w warunkach otoczenia, stąd stopy te można również uważać za roztwory, przy czym mogą to być roztwory o ciekłym lub stałym stanie skupienia. Większość metali tworzy amalgamaty. Nierozpuszczalne w rtęci jest żelazo, stąd może być wykorzystywane na naczynia do przechowywania amalgamatów. Po ogrzaniu rtęć wyparowuje całkowicie z amalgamatów, wykorzystywana jest więc np. do ekstrakcji srebra lub złota z rudy.

W dentystyce wykorzystywany jest amalgamat stomatologiczny. Natomiast amalgamat sodu po połączeniu z wodą jest stosowany jako środek redukujący, wydzielający wodór atomowy. Amalgamat talu stosowany jest w termometrach do pomiaru niskich temperatur, ponieważ krzepnie w temperaturze -58 °C (czysta rtęć przy -39°C).

Stal - stop żelaza z węglem plastycznie obrobiony i plastycznie obrabialny o zawartości węgla nieprzekraczającej 2,11% co odpowiada granicznej rozpuszczalności węgla w żelazie (dla stali stopowych zawartość węgla może być dużo wyższa). Węgiel w stali najczęściej występuje w postaci perlitu płytkowego. Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla cementyt występuje w postaci kulkowej w otoczeniu ziaren ferrytu. Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne składniki.

Stal otrzymuje się z surówki w procesie świeżenia - stary proces, w nowoczesnych instalacjach hutniczych dominują piece konwertorowe, łukowe, próżniowe, pozwalające na uzyskanie wysokiej jakości stali.

Stal dostarczana jest w postaci różnorodnych wyrobów hutniczych - wlewki, pręty okrągłe, kwadratowe, sześciokątne, rury okrągłe, profile zamknięte i otwarte (płaskowniki, kątowniki, ceowniki, teowniki, dwuteowniki), blachy.

Im większa zawartość węgla, a w konsekwencji udział twardego i kruchego cementytu, tym większa twardość stali, węgiel w stalach niskostopowych wpływa na twardość poprzez wpływ na hartowność stali, im większa zawartość węgla tym dłuższy czas jest potrzebny do przemiany perlitycznej - co w konsekwencji prowadzi do przemiany bainitycznej i martenzytycznej. W stalach stopowych wpływ węgla na twardość jest również spowodowany tendencją niektórych metali, głównie chromu, do tworzenia związków z węglem - głównie węglików o bardzo wysokiej twardości.

Stal dzieli się:

Stal znalazła zastosowanie w różnych dziedzinach techniki. W budownictwie stanowi jeden z kilku podstawowych materiałów konstrukcyjnych.

Najczęściej używane w tej dziedzinie gospodarki gatunki stali to stale niskostopowe i ogólnego przeznaczenia (nazywane także stalami niestopowymi). Przykłady zastosowania stali:

Właściwości mechaniczne i technologiczne stali ; Są to parametry charakteryzujące przydatność stali w gospodarce. Ich wielkość uzależniona jest od składu stopu i obróbki.

Staliwo, to stop żelaza z węglem w postaci lanej (czyli odlana w formy odlewnicze), nie poddana obróbce plastycznej. W odmianach użytkowych zawartość węgla nie przekracza 1,5%, suma typowych domieszek również nie przekracza 1%. Właściwości mechaniczne staliwa są nieco niższe niż własności stali o takim samym składzie po obróbce plastycznej. Wynika to z charakterystycznych dla odlewów: gruboziarnistości i pustek międzykrystalicznych. Staliwo ma natomiast znacznie lepsze właściwości mechaniczne od żeliwa, w szczególności - jest plastycznie obrabialne, a odmiany o zawartości węgla poniżej 0,25% są również dobrze spawalne. Ze względu na skład chemiczny rozróżnia się staliwa:

Ze względu na własności fizyczne i związane z nimi możliwości praktycznego zastosowania, wyróżnia się staliwa:

Żeliwo - stop odlewniczy żelaza z węglem, krzemem, manganem, fosforem, siarką i innymi składnikami zawierającymi od 2% do 3,6% węgla w postaci cementytu lub grafitu. Występowanie konkretnej fazy węgla zależy od szybkości chłodzenia. Chłodzenie powolne sprzyja wydzielaniu się grafitu. Także i dodatki stopowe odgrywają tu pewną rolę. Krzem powoduje skłonność do wydzielania się grafitu, a mangan przeciwnie, stabilizuje cementyt. Żeliwo otrzymuje się przez przetapianie surówki z dodatkami złomu stalowego lub żeliwnego w piecach zwanych żeliwniakami. Tak powstały materiał stosuje się do wykonywania odlewów.. Odlew poddaje się także procesowi sezonowania, którego celem jest zmniejszenie wewnętrznych naprężeń, które mogą doprowadzić do odkształceń lub uszkodzeń wyrobu. Żeliwo dzięki wysokiej zawartości węgla posiada wysoką odporność na korozję.

Żeliwa dzieli się na następujące kategorie:

Przykłady zastosowania żeliwa:

Stop Devardy stop metali w którego skład wchodzi: miedź - 50%, glin - 45%, cynk - 5%; Właściwości: odporny na korozję, twardy, stosunkowo łatwy do obróbki

Stop drukarski:- stop ołowiu z dodatkiem cyny i antymonu (Sb) stosowany w różnych proporcjach składników do odlewania czcionek i innych elementów składu zecerskiego.

Stop drukarski służył do produkowania przeważającej większości elementów składu zecerskiego, jedynie czcionki w dużych stopniach pisma (tzw. czcionki afiszowe) wykonywano z twardych gatunków drewna, a później także z tworzywa sztucznego, a linie (szczególnie te cienkie), jako elementy wąskie i długie, a przez to niewytrzymałe mechanicznie, wykonywano z mosiądzu.

Stop łożyskowy gdy mowa o konkretnym, w sensie ogólnym częściej stopy łożyskowe - to stopy metali wykorzystywane do wylewania panewek łożysk ślizgowych charakteryzujące się zazwyczaj następującymi cechami:

Rodzaje stopów łożyskowych: Najczęściej są to stopy cynowe, stopy cynowo-ołowiowe, stopy bezcynowe na osnowie ołowiowej, brązy cynowe, brązy ołowiowe, stopy aluminium. Dokładny ich skład określają normy. Do najważniejszych stopów łożyskowych należą: stopy cynowe i stopy cynowo-ołowiowe;

Do budowy łożysk ślizgowych, obecnie powszechnie wykorzystuje się intermetale. Posiadają one lepsze właściwości w stosunku do dawniej stosowanych łożysk na osnowie ołowiu (babity) itp. Ważną rolę pełni w nich tzw. przegroda niklowa zapobiegająca migracji poszczególnych składników intermetalu do innych jego segmentów.

Stop Lichtenberga:

właściwości: stop niskotopliwy

zastosowanie: wytop figurek do gier strategicznych

Stop Lipowitza

właściwości: stop niskotopliwy, eutektyk

zastosowanie: lutowia, samoczynne bezpieczniki ppoż.

Stop Newtona - stop niskotopliwy (eutektyk) :Głównym składnikiem obniżającym temperaturę topnienia jest tutaj bizmut. Zastosowania: dentystyka, modelarstwo.

Stop Rosego - stop niskotopliwy (eutektyk) :Głównym składnikiem obniżającym temperaturę topnienia jest tutaj bizmut.

Stop Wooda - stop niskotopliwy; srebrnobiały, drobnoziarnisty, składający się z bizmutu, kadmu, ołowiu i cyny. Stop ten jest stosowany:

Zmiana proporcji poszczególnych metali w stopie ma znaczny wpływ na jego temperaturę topnienia.

Stopy lutownicze to stopy metali wykorzystywane podczas lutowania. Najczęściej są to stopy cyny i stopy ołowiu


Wyszukiwarka