Stopy%20miedzi%20-%20instrukcja.pdf

Stopy miedzi

Miedź występuje w przyrodzie w postaci rodzimej oraz w rudach siarczkowych. Jest

pierwiastkiem odznaczającym się bardzo dobrą przewodnością elektryczną i cieplną oraz

znaczną plastycznością lecz niewielką wytrzymałością na rozciąganie, którą moŜna

zwiększyć przez obróbkę plastyczną na zimno. Ma barwę róŜowo-czerwoną, temperaturę

topnienia 1083°C. W wilgotnym powietrzu miedź pokrywa się warstewką patyny, która jest

zasadowym węglanem miedzi CuCO 3 ·Cu(OH) 2 , zabezpieczającym w pewnym stopniu

materiał przed dalszą korozją. Atmosfera przemysłowa zawierająca SO 2 lub NH 3 działa na

miedź agresywnie.

Norma PN-92/H-82120 obejmuje dziesięć gatunków miedzi otrzymywanych metodą rafinacji

elektrolitycznej i ogniowej, a róŜniących się stopniem zanieczyszczenia oraz przeznaczeniem.

W zaleŜności od sposobu otrzymywania, miedź moŜe zawierać róŜne ilości zanieczyszczeń.

Miedź hutnicza moŜe zawierać 0,5 ÷ 1%, rafinowana ogniowo 0,1 ÷ 0,5%, a miedź katodowa

oczyszczona przez elektrolizę 0,05% zanieczyszczeń.

Zanieczyszczenia miedzi, takie jak: O, Bi, Pb, S, występujące w postaci wtrąceń (wobec

pomijalnej rozpuszczalności w stanie stałym), powodują kruchość metalu. Natomiast Sb, Fe,

As, P tworzą roztwory stałe i z tego powodu są niewykrywalne metalograficznie. Do bardzo

szkodliwych zanieczyszczeń miedzi naleŜy tlen. Tlen dostaje się do miedzi w procesie

topnienia. Występuje w miedzi w postaci trwałego do temperatury 380°C tlenku miedziowego

CuO, natomiast powyŜej temperatury 380°C trwały jest tlenek miedziawy Cu 2 O.

Struktura miedzi utlenionej zaleŜy od zawartości tlenu. Przy małych zawartościach tlenu (stop

podeutektyczny), na wytrawionym szlifie obserwuje się jasne kryształy miedzi na tle

ciemniejszej eutektyki (Cu + Cu 2 O). Przy większym stopniu utlenienia stop moŜe posiadać

strukturę eutektyczną lub nadeutektyczną. W czasie wyŜarzania miedzi utlenionej w

atmosferze redukującej (np. gaz świetlny) – wodór dyfunduje w głąb miedzi i reaguje z

tlenkiem miedziawym według reakcji:

Cu 2 O + H 2 → 2Cu + H 2 O

Powstająca cząsteczka pary wodnej, ze względu na wysoką temperaturę i duŜą pręŜność,

prowadzi do spadku plastyczności i powstawania mikropęknięć (tzw. choroba wodorowa

miedzi). Dopuszczalna zawartość tlenu w miedzi zaleŜy od jej gatunku i waha się w granicach

od 0,001% dla miedzi próŜniowej do 0,15% dla miedzi odlewniczej.

Ze względu na wspomniane zalety miedzi, jak równieŜ zdolność do tworzenia stopów z

róŜnymi pierwiastkami stwarza moŜliwość szerokiego zastosowania miedzi w przemyśle

zarówno w stanie czystym, jak i stopach.

Miedź beztlenowa znajduje zastosowanie głównie w przemyśle elektrotechnicznym,

elektronicznym i telekomunikacyjnym. Małą wytrzymałość miedzi powiększa się stosując

tzw. miedź przewodową, którą jest stop Cu z 1% dodatkiem Cd (przewody trakcyjne) albo z

0,1% Mg (druty nawojowe, przewody instalacyjne). Na napowietrzne przewody trakcyjne

albo linie wysokiego napięcia stosuje się niekiedy znacznie wytrzymalsze bimetaliczne druty

o rdzeniu stalowym i powłoce z miedzi (wykorzystanie zjawiska naskórkowości).

Miedź w postaci blach lub rur uŜywana jest równieŜ do wyrobu aparatury chemicznej

(wymienniki ciepła, zbiorniki, przewody).

DuŜe ilości miedzi zuŜywa się jako materiał wyjściowy licznych stopów. Do najwaŜniejszych

naleŜą: mosiądze – są to stopy miedzi z cynkiem, brązy – stopy miedzi z takimi

pierwiastkami, jak: Sn, Al, Si, Mn, Be, Pb oraz miedzionikle – stopy miedzi z Ni.

Miedź stosuje się równieŜ jako składnik stopowy w róŜnych stopach technicznych: stopach z

aluminium, łoŜyskowych, w stalach.

Stopy miedzi z cynkiem

Mosiądzami nazywane są stopy miedzi z cynkiem jako głównym składnikiem. Mosiądzami

zwykłymi nazywa się stopy zawierające tylko miedź i do 45% cynku. JeŜeli mosiądze

zawierają oprócz miedzi i cynku inne dodatki stopowe, wówczas nazywane są mosiądzami

wieloskładnikowymi.

Rys. 1. Fragment układu równowagi Cu–Zn

Układ równowagi Cu–Zn (rys. 1) składa się z pięciu przemian perytektycznych zachodzących

w temperaturach 903, 835, 700, 594 i 424°C, jednej przemiany eutektoidalnej w 585°C oraz

przemiany nieporządek → porządek w temperaturach 454 ÷ 468°C.

Na podwójnym układzie Cu–Zn występuje sześć róŜnych faz, z których praktyczne znaczenie mają

dwie:

α – roztwór stały cynku w miedzi o sieci A 1 i wzrastającym parametrze sieci wraz ze

wzrostem zawartości cynku;

β – roztwór stały na bazie fazy międzymetalicznej Cu–Zn.

Praktyczne zastosowanie znalazły stopy, które przy temperaturze otoczenia mają strukturę

roztworu stałego α + β. PowyŜej 45% Zn mosiądze stają się kruche i nie nadają się zarówno

do przeróbki plastycznej, jak i na odlewy.

Z uwagi na budowę strukturalną mosiądze zwykłe dzieli się za trzy grupy:

a) mosiądze jednofazowe α w całym zakresie temperatur, zawierające do 32% Zn;

b) mosiądze przejściowe zawierające 32 ÷ 39% Zn;

c) mosiądze dwufazowe α + β, zawierające 39 ÷ 45% Zn.

Mosi ą dze α, bardzo podatne do przeróbki plastycznej na zimno, są mniej plastyczne przy

temperaturach 300 ÷ 700°C. MoŜna je utwardzać zgniotem

i zmiękczać przez wyŜarzanie.

W stanie odlanym mosiądze α wykazują strukturę dendrytyczną (rys. 2),

a w stanie wyŜarzonym komórkową. Gdy wyŜarzanie nastąpiło po przeróbce plastycznej, w

ziarnach występują bliźniaki rekrystalizacji (rys. 3). Wzrost zawartości cynku w mosiądzach

α powoduje wzrost parametru sieci, podwyŜszenie wytrzymałości i plastyczności.

Rys. 2. Mosiądz α po odlaniu; pow. 100×

Rys. 3. Mosiądz α po wyŜarzaniu i przeróbce plastycznej; pow. 100×

Najlepsze właściwości plastyczne wykazuje mosiądz o zawartości około 30% Zn (mosiądz

łuskowy), stosowany do głębokiego tłoczenia. Tłoczność jest tym lepsza, im bardziej

drobnoziarnista struktura, przy czym im cieńsza ma być np. blacha, tym drobniejsze powinno

być ziarno. Do tej grupy zalicza się mosiądze: M90 (CuZn10), M85 (CuZn15), M80

(CuZn20), M70 (CuZn30), M68 (CuZn32). Liczby przy symbolu M (wg PN – mosiądz),

oznaczają średnią zawartość miedzi w procentach. Mosiądze te stosowane są w przemyśle

motoryzacyjnym, okrętowym, maszynowym oraz do wyrobu ozdób.

Mosi ą dze przej ś ciowe w zaleŜności od obróbki cieplnej mogą mieć budowę jednofazową α

lub dwufazową α + β.

JeŜeli mosiądze tej grupy wyŜarzy się w temperaturze wyŜszej od granicznej rozpuszczalności

Zn w α (rys. 1) i gwałtownie ochłodzi, to uzyskuje się albo samą fazę β (przechłodzoną) lub

mieszaninę α + β. Pojawienie się fazy β w strukturze powoduje wyraźny wzrost właściwości

wytrzymałościowych mosiądzów. Faza β w temperaturze pokojowej posiada wyŜsze

właściwości wytrzymałościowe niŜ faza α, co jest związane z inną budową krystaliczną.

Do grupy mosiądzów przejściowych zaliczyć moŜna mosiądze M63 (CuZn37) i M62

(CuZn38), które mają dobre właściwości plastyczne na zimno

i na gorąco. Stosuje się je między innymi na odkuwki, druty i do głębokiego tłoczenia.

Mosi ą dze dwufazowe α + β są przy temperaturze pokojowej mniej plastyczne ze względu na

występowanie mało plastycznej fazy β΄. Pojawienie się w stopie stosunkowo twardej w

temperaturze otoczenia fazy β΄ powoduje zwiększenie twardości HB, wytrzymałości na

rozciąganie R m i jednoczesne pogorszenie plastyczności. Plastyczność tej fazy zmienia się

jednak wraz ze zmianą temperatury i przy temperaturach powyŜej 500°C jest ona juŜ bardziej

plastyczna od fazy α. Dlatego do przeróbki plastycznej na gorąco najbardziej przydatne są

mosiądze z zawartością cynku powyŜej 32,5%, tak aby przy temperaturze przeróbki

plastycznej ich struktura składała się z faz α + β lub β.

Mosiądze α + β moŜna obrabiać cieplnie, podobnie jak mosiądze przejściowe, jednak z

mniejszym efektem.

Mosiądze są podatne na korozję elektrochemiczną (szczególnie stopy dwufazowe α + β).

Korozja ta powoduje tzw. odcynkowanie stopu, tj. wytrącanie miedzi na powierzchni wyrobu

w postaci gąbczastej powłoki. Odcynkowaniu ulegają mosiądze szczególnie w ośrodkach

utleniających.

Mosiądze α w stanie umocnionym są wraŜliwe na korozję napręŜeniową, zwaną sezonowym

pękaniem, a szczególnie intensywnie w środowisku zawierającym amoniak nawet w

śladowych ilościach. Zabezpieczenie przed sezonowym pękaniem uzyskuje się wykonując

dokładne odpręŜenie wyrobów w temperaturze 250°C, w czasie 4 ÷ 5 godzin.

Większość mosiądzów ulega tym samym czynnikom korodującym co czysta miedź. Zgodnie

z PN/H-87025 wszystkie stopy (mosiądze) dwuskładnikowe przeznaczone są do przeróbki

plastycznej na zimno lub gorąco. Odlewy wykonuje się z mosiądzów specjalnych

(wieloskładnikowych). Z mosiądzów dwufazowych charakterystyczny jest mosiądz M60

(CuZn40).

Do podstawowych właściwości technologicznych mosiądzów naleŜą: ich zdolność do

przeróbki plastycznej oraz względnie dobre parametry odlewnicze, dlatego pod względem

technologicznym stopy miedzi z cynkiem dzieli się na mosiądze: do przeróbki plastycznej i

odlewnicze.

Mosi ą dze do przeróbki plastycznej

Ogólnie, ze względu na przeróbkę plastyczną mosiądze moŜna, w zaleŜności od zawartości cynku,

podzielić na zawierające:

do 30% Zn – do przeróbki plastycznej na zimno;

35 ÷ 40% Zn – do przeróbki plastycznej na zimno i gorąco;

41 ÷ 45% Zn – do przeróbki plastycznej na gorąco.

Zastosowanie

wymienionej

grupy

stopów,

uzaleŜnione

zawartości

Zn,

a tym samym właściwości mechanicznych, jest następujące:

4% Zn

– rurki chłodnicowe, rurki włoskowate, łuski amunicji małokalibrowej;

7% Zn

– rurki do chłodnic samochodowych;

10% Zn

– blachy do platerowania;

15 ÷ 20% Zn – wyroby artystyczne, węŜownice, membrany manometrów, siatki;

30 ÷ 32% Zn – blachy do głębokiego tłoczenia, łuski pocisków, rury skraplaczy pary;

40% Zn – elementy kute i prasowane na gorąco, śruby z wygniatanym gwintem.

W zaleŜności od wymaganych właściwości mechanicznych, rodzaju przeróbki plastycznej,

wyŜarzania rekrystalizacyjnego i stopnia umocnienia – Polska Norma ujmuje dostawę

półwyrobów mosięŜnych w stanie spręŜystym, twardym, półtwardym i wyŜarzonym (tabela

1).

Tabela 1

Charakterystyka stanów mosiądzu CuZn37 i brązu CuSn7

Stan stopu

Wytrzymałość na rozciąganie R m

[MPa]

WydłuŜenie A

[%]

CuZn37

CuSn7

CuZn37

CuSn7

WyŜarzony

285

393

Półtwardy

342

–

Twardy

393

785

SpręŜysty

500

883

Mosi ą dze odlewnicze

Mosiądze odlewnicze, obok miedzi i cynku zawierają dodatki Pb, Mn, Fe, Ni – polepszające

właściwości wytrzymałościowe i odporność na korozję. Mosiądze takie nazywa się równieŜ

mosiądzami specjalnymi lub stopowymi.

Właściwości odlewnicze mosiądzów z powodu bliskiego połoŜenia linii solidusu i likwidusu

są dobre. Właściwość tę polepsza jeszcze dodatek Pb. Lejność mosiądzów rośnie wraz z

zawartością cynku aŜ do około 38% Zn, skurcz odlewniczy maleje stopniowo ze wzrostem

zawartości Zn. Mosiądze te nadają się na odlewy cienkościenne oraz odlewy pod ciśnieniem

w formach piaskowych i kokilowych na części maszyn naraŜone na działanie środowiska

korozyjnego, odpornych na ścieranie, armaturę.

Właściwości mechaniczne i przykłady zastosowania poszczególnych gatunków mosiądzów

odlewniczych oraz do przeróbki plastycznej przedstawiono w tabeli 2.

Tabela 2

Właściwości i zastosowanie wybranych mosiądzów

Gatunek

Właściwości mechaniczne

Przykłady zastosowań

R m

[MPa]

[%]

cecha

znak

MO59

CuZn39Pb2

247

100

armatura, obudowy części maszyn

MK80

CuZn16Si4

292

110

armatura, osprzęt, części maszyn

M85

CuZn15

256

membrany, wyroby artystyczne

M63

CuZn37

354

nity, rury do skraplaczy

Mn65

CuZn39Ni6

292

rurki do manometrów, membrany

Wpływ cyny na struktur ę , wła ś ciwo ś ci i zastosowanie br ą zów cynowych

Brązami nazywa się stopy miedzi z cyną oraz podwójne stopy miedzi z takimi pierwiastkami,

jak: Al, Pb, Si, Mn, Be.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: