1. Wiadomości wstępne.

Miedź jest metalem, który ze względu na swą przewodność elektryczną i cieplną, odporność na korozję i plastyczność ma duże zastosowanie techniczne jako czysty metal. Miedź jako produkt hutniczy występuje w kilku rodzajach, które w zależności od sposobów wytwarzania i rafinowania można podzielić na : miedź beztlenową, katodową, rafinowaną ogniowo, odtlenioną, odlewniczą. Miedź jest odporna na działanie atmosfery, pod jej wpływem pokrywa się produktami korozji, tzw. patyną, która zabezpiecza ją od dalszego działania korozyjnego. W atmosferze przemysłowej miedź jest nieodporna. Gdy miedź jest narażona na jednoczesne działanie podwyższonych temperatur i działanie wodoru, zachodzi tzw. choroba wodorowa. Wodór mający małą średnicę atomową dyfunduje w głąb metalu. Wolny wodór dyfundując w głąb miedzi redukuje tlenek i jako produkt tej reakcji powstaje para wodna. Para wodna ulegając rozprężaniu przy podwyższonej temperaturze, powoduje powstanie pęknięć. Zjawisko to, objawiające się dużą kruchością, ma miejsce podczas obróbki plastycznej na gorąco. Chorobie tej zapobiega stosując miedź pozbawioną wtrąceń tlenkowych lub zastosowanie atmosfery bezwodorowej.

Temperatura topnienia wynosi 1065^oC temperatura wrzenia około 2500^oC temperatura krystalizacji 1083 ,temperatura rekrystalizacji 150-300. Miedź po rekrystalizacji wykazuje charakterystyczną strukturę z bliźniakami. Struktura ta jest typową strukturą wszystkich stopów bogatych w miedź. Własności mechaniczne miedzi zależą od jej czystości. Miedź odlana posiada Rm = 15-20 kG/mm² ,miedź walcowana na gorąco Rm = 22,0 kG/mm², Re = 7,0 kG/mm², HB = 30 kG/mm².

Miedź po zgniocie 60% Rm = 40 kG/mm² ,Re = 37,0 kG/mm² , HB = 108 kG/mm².

Miedź daje się zgrzewać z aluminium lub żelazem podczas obróbki plastycznej na gorąco. Ze względu na dobrą przewodność cieplną miedź jest używana w aparaturze przemysłu chemicznego i spożywczego, elektronicznego na zbiorniki, przewody itp. Miedź jest również wyjściowym materiałem do wielu stopów.

2. Przebieg ćwiczenia.

Po przygotowaniu próbek przez wypolerowanie i wytrawienie oglądamy ich strukturę pod mikroskopem.

a) próbka 5.0

Struktura uwidacznia ziarna oddzielone ciemnymi granicami. Proste linie wewnątrz ziaren - granice bliźniacze, wewnątrz ziaren oraz na granicach wydzielone tlenki miedzi. Próbka wykonana z miedzi rafinowanej ogniowo, wyżarzona. Wyżarzanie powyżej temperatury rekrystalizacji powoduje obniżenie własności mechanicznych a także wzrost wydłużenia.

b) próbka 5.1

W powiększeniu widoczne kryształy roztworu stałego cynku w miedzi. Proste linie wewnątrz ziaren - granice bliźniacze. Wewnątrz ziaren drobne wydzielenia tlenku miedzi oraz związków międzymetalicznych. Próbka wykonana z mosiądzu dwuskładnikowego CuZn80.

Mosiądz jest to stop miedzi z cynkiem. Zastosowanie techniczne mają stopy do zawartości 50% Zn. Własności mechaniczne mosiądzu zależą od zawartości cynku w stopie. Do 16% Zn znacznie rośnie wytrzymałość na rozciąganie i twardość, przy dalszym wzroście składnika stopowego obie własności utrzymują się na tym samym poziomie aż do składu dwufazowego, w którym oprócz fazy a występuje faza b. Od 37% Zn znowu następuje znaczny wzrost wytrzymałości i twardości. Odwrotnie zmieniają się własności plastyczne po przekroczeniu składu dwufazowego. Mosiądze stosuje się na odlewy, jak również w stanie obrobionym plastycznie. Powyższa próbka została odlana przerobiona plastycznie na zimno a następnie wyżarzona. Proces tak przeprowadzonej obróbki cieplnej ma na celu rekrystalizację mosiądzu. Wyroby z mosiądzów obrabiane na zimno, jak blachy, rury, pręty podczas ich wytwarzania muszą ze względów technologicznych posiadać jak najmniejsze ziarna. Po ukształtowaniu zgniotem mosiądze poddawane wyżarzaniu rekrystalizującemu występują w trzech stanach utwardzenia: wyżarzony, półtwardy i sprężysty. W pierwszym stanie mosiądz ma niską wytrzymałość na rozciąganie i granicę plastyczności a wysokie wydłużenie.

c) próbka 5.2

Jasne kryształy roztworu stałego cynku w miedzi. Ciemne kryształy roztworu stałego opartego na bazie fazy międzykrystalicznej CuZn. Próbka odlana z mosiądzu ołowiowego. Dodatek ołowiu w stopie już w małych ilościach znacznie poprawia obrabialność mechaniczną, a do zawartości 0,9% nie wpływa znacznie na wytrzymałość. Rozpuszczalność ołowiu w fazie a wynosi 0,3%, natomiast faza b rozpuszcza ołowiu znacznie mniej. Dlatego w strukturze mosiądzów spotyka się ołów w postaci drobnych, ciemnych wtrąceń w ziarnach b. Wtrącenia ołowiu podczas obróbki mechanicznej wywołują kruchość wióra a przez to ułatwiają obrabialność.

d) próbka 5.3

Ciemne wydzielenia prawie czystego ołowiu na tle roztworu stałego srebra w miedzi. Próbka po odlaniu panewki z brązu ołowiowo-srebrowego. Brązy są to stopy miedzi z innymi składnikami(poza cynkiem i niklem). Najczęściej stosowane są brązy: cynowe, aluminiowe, berylowe, krzemowe, ołowiowe, przy czym nazwa ich pochodzi od głównego dodatku stopowego. Ołów nie rozpuszcza się w miedzi w stanie stałym, w stanie ciekłym jest również ograniczona. Ponieważ przy powolnym chłodzeniu ciekłego brązu ołowiowego może nastąpić rozdział i osobne krzepnięcie ołowiu i miedzi proces wytwarzania brązów ołowiowych musi polegać na szybkim przejściu ze stanu ciekłego w stan stały. W tym celu stosuje się odlewy tzw. kokilowe z oziębianiem wodnym. Brązy ołowiowe mają : Rm = 16 kG\mm² , HB = 25 - 60 16 kG\mm² w zależności od stanu wykonania. Ich zastosowanie jako materiał na panewki jest duże. Współpracują one z powierzchnią wałów utwardzoną w odróżnieniu od innych stopów łożyskowych. Ołów, który w brązach znajduje się w postaci wolnej, podczas pracy panewki rozsmarowywuje się na wale i zastępuje częściowo smar. Brązy ołowiowe można stosować przy dużych naciskach i dużych szybkościach.

---