Do metali nieżelaznych stosowanych w budowie maszyn i urządzeń technicznych zalicza się: miedź, nikiel, cynk, cynę, ołów, aluminium, magnez i chrom

Transkrypt

1

2 Do metali nieżelaznych stosowanych w budowie maszyn i urządzeń technicznych zalicza się: miedź, nikiel, cynk, cynę, ołów, aluminium, magnez i chrom (tabela 12). Stopy metali nieżelaznych charakteryzują się bardzo zróżnicowanymi właściwościami, dlatego mimo wyższej ceny od stopów żelaza znajdują one szerokie zastosowanie. Materiały na elementy konstrukcyjne stosowane w urządzeniach i systemach mechatronicznych wzbogacają listę podaną w tabeli 12 o srebro, złoto i ich stopy (tabela13).

3 Stopy miedzi i ich zastosowanie 10/20/2013 4:30:24 PM 3

4 Charakterystyka miedzi - Krystalizuje w układzie regularnym o sieci ściennie centrowanej typu A1 - Nie posiada odmian alotropowych - Temperatura topnienia wynosi 1083 C - Ciężar właściwy miedzi: 8,9g/cm 3 10/20/2013 4:30:24 PM 4

5 Własności miedzi - wysoka przewodność elektryczna - dobre przewodnictwo cieplne - duża plastyczność - zdolność do tworzenia stopów Można ją przerabiać plastycznie na zimno i na gorąco, ale w przypadku przeróbki na zimno następuje utwardzenie metalu (w wyniku zgniotu), które usuwa się przez wyżarzenie rekrystalizujące (w temp C). Przeróbkę plastyczną na gorąco przeprowadza się w temp C. Na powietrzu pokrywa się warstwą patyny chroniącą przed dalszą korozją. 10/20/2013 4:30:24 PM 5

6 Otrzymywanie miedzi Miedź w postaci metalicznej uzyskuje się z rud miedzi najczęściej z chalkopirytu w procesie pirometalurgicznym lub hydrometalurgicznym, następnie jest oczyszczana na drodze rafinacji (99,8%) lub elektrolitycznie (99,99%). 10/20/2013 4:30:24 PM 6

7 Zanieczyszczenia miedzi Zanieczyszczenie tlenem: Choroba wodorowa tlen dostaje się do miedzi podczas topienia. Ze względu na małą rozpuszczalność tlenu w miedzi występuje on w postaci tlenku miedziawego Cu 2 O lub tlenku miedziowego CuO. Wyżarzanie miedzi zawierającej tlen w środowisku redukującym zawierającym wodór powoduje jej kruchość czyli tzw. chorobę wodorową 10/20/2013 4:30:24 PM 7

8 Zanieczyszczenia miedzi Zanieczyszczenia bizmutem i ołowiem Oba te pierwiastki tworzą nietopliwe eutektyki rozłożone na granicy ziarn powodując kruchość miedzi na gorąco Wszystkie domieszki i zanieczyszczenia powodują obniżenie przewodności elektrycznej! 10/20/2013 4:30:24 PM 8

9 Stopy miedzi Techniczne stopy miedzi z innymi pierwiastkami można podzielić na trzy grupy: - mosiądze - brązy - miedzionikle 10/20/2013 4:30:24 PM 9

10 Mosiądze Mosiądze to stopy miedzi z cynkiem. Właściwości: - duża plastyczność - dobra odporność na korozję - wzrost zawartości cynku powoduje wzrost własności mechanicznych oraz zmianę zabarwienia (od czerwonego do żółtego) 10/20/2013 4:30:24 PM 10

11 Mosiądze Podział ze względu na strukturę: - jednofazowa α - przejściowa - dwufazowa α + β 10/20/2013 4:30:24 PM 11

12 Mosiądze jednofazowe Zawierają do 32% cynku, zbudowane z ziaren fazy α. Charakteryzujące się bardzo dobrymi własnościami plastycznymi. Można przerabiać je plastycznie na zimno. Cynk zwiększa wytrzymałość i plastyczność stopu. Mikrostruktura mosiądzu jednofazowego (30%Zn) 10/20/2013 4:30:24 PM 12

13 Mosiądze przejściowe Mosiądze przejściowe zawierające 32-39% cynku. W zależności od szybkości ich chłodzenia mogą one mieć budowę jednofazową α lub dwufazową α + β. Obecność fazy β powoduje wzrost wytrzymałości. Mosiądze przejściowe przeznaczone są do przeróbki plastycznej na zimno i na gorąco. 10/20/2013 4:30:24 PM 13

14 Mosiądze dwufazowe Mosiądze dwufazowe zawierające 39-45% cynku, zbudowane z kryształów fazy α i β. Stosuje się je przeważnie jako stopy odlewnicze. Są one obrabiane plastycznie tylko na gorąco, ich zaletą jest możliwość obrabiania przez skrawanie. Mikrostruktura mosiądzu dwufazowego (40%Zn) po przeróbce plastycznej na gorąco 10/20/2013 4:30:24 PM 14

15 Wykres równowagi układu Cu-Zn 10/20/2013 4:30:24 PM 15

16 Mosiądze stopowe Mosiądze stopowe to stopy miedzi z cynkiem oraz: Ołowiem - w ilości od 1% do 3,5%, dodatek tego pierwiastka powoduje polepszenie lejności, skrawalności natomiast obniża wytrzymałość w podwyższonych temp. Powodując kruchość przy obróbce plastycznej na gorąco. Aluminium - w ilości od 0,5% do 3,5%, ziększa odporność na korozję, podwyższa własności wytrzymałościowe. Żelazem - w ilości od 0,5% do 1,5%, powoduje rozdrobnienie struktury przez to zwiększa własności wytrzymałościowe umożliwiając obróbkę cieplną (utwardzania dyspersyjne). 10/20/2013 4:30:24 PM 16

17 Mosiądze stopowe Krzemem - w ilości 2,5% do 4%, wpływa korzystnie na lejność, zwiększa własności wytrzymałościowe i twardość Cyną - w ilości od 0,25% do 1,4% zwiększa twardość, zmniejsza własności plastyczne oraz tendencję do odcynkowania mosiądzów Niklem - w ilości od 2% do 6,5% zwiększa własności wytrzymałościowe i plastyczne oraz odporność na odcynkowanie 10/20/2013 4:30:24 PM 17

18 Mosiądze wysokoniklowe Nazywane nowymi srebrami, zawierają 11%- 19% niklu oraz 20%-27% cynku. Cechami charakterystycznymi są: - srebrzyste zabarwienie - małe przewodnictwo cieplne - duża oporność elektryczna - bardzo dobra plastyczność - duża odporności na działanie atmosfery 10/20/2013 4:30:24 PM 18

19 Składniki szkodliwe - bizmut - antymon - kadm - siarka - selen - tellur Nie rozpuszczają się w stopie powodując kruchość 10/20/2013 4:30:24 PM 19

20 Korozja Mosiądze są szczególnie wrażliwe na korozje naprężeniową. Wyroby mosiężne które przeszły obróbkę plastyczną pękają często pod wpływem niewielkich ilości par wilgotnego amoniaku, chociaż nie są narażone na żadne działanie sił. Zjawisko to nazywa się sezonowym pękaniem mosiądzów. Pęknięcia przebiegają międzykrystalicznie po granicach ziaren α lub α i β. Aby zabezpieczyć mosiądz przed pękaniem sezonowym należy wyroby po obróbce plastycznej poddać wyżarzaniu odprężającemu. 10/20/2013 4:30:24 PM 20

21 Korozja Odcynkowanie - zachodzi w obecności niektórych elektrolitów zawierających jony chloru. Cynk i miedź przechodzą wtedy do roztworu z którego z powrotem wydziela się miedź w postaci gąbczastej - wtedy korozja się nasila i prowadzi do pęknięć. 10/20/2013 4:30:24 PM 21

22 Brązy Brązy to stopy miedzi z innymi metalami z wyjątkiem cynku i niklu. W zależności od głównego składnika stopowego rozróżnia się brązy: - cynowe - aluminiowe - berylowe - manganowe - krzemowe - ołowiowe 10/20/2013 4:30:24 PM 22

23 Brązy cynowe Cyna w zasadniczy sposób wpływa na własności brązu, jej zawartość w brązach nie przekracza na ogół 20%. Dodatek do ok. 8% Sn powoduje wzrost wytrzymałości i plastyczności. Przy wyższych wartościach wydłużenie gwałtownie maleje. Spadek wytrzymałości następuje dopiero przy zawartości powyżej 25% Sn. 10/20/2013 4:30:24 PM 23

24 Brązy cynowe Brązy cynowe można podzielić na odlewnicze oraz do obróbki plastycznej. Stopy odlewnicze cechują się: - małym skurczem (<1%) - brakiem jamy usadowej - występowaniem porów i rzadzizn Zawartość cyny w stopach odlewniczych wynosi ok.10%. 10/20/2013 4:30:24 PM 24

25 Brązy cynowe Do obróbki plastycznej stosuje się brązy o zawartości cyny około 4-6%. Wymagają one wyżarzania ujednorodniającego w temp.720 C-750 C. Natomiast brązy o mniejszej zawartości cyny przerabia się plastycznie na zimno. 10/20/2013 4:30:24 PM 25

26 Brązy aluminiowe Zawierają od 5-11% aluminium. Ich wadami są: - duży skurcz (ok. 2%) - skłonność do tworzenia dużych kryształów w odlewach - skłonność do pochłaniania gazów i tworzenia wtrąceń tlenkowych przy odlewaniu 10/20/2013 4:30:24 PM 26

27 Porównanie Brązy aluminiowe w porównaniu do brązów cynowych charakteryzują się: - lepszymi własnościami wytrzymałościowymi - lepszymi własnościami plastycznymi - większą odpornością chemiczną - większą żaroodpornością - lepszą rzadkopłynnością - mniejszą skłonnością do segregacji 10/20/2013 4:30:24 PM 27

28 Brązy berylowe Zawierają ok. 2% Be. Są przeznaczone do obróbki plastycznej. Oprócz wysokiej wytrzymałości są odporne na zmęczenie, ścieranie, na działanie temp. do 250 o C, mają również własności antykorozyjne. Przy tarciu i uderzeniu nie iskrzą się, co zadecydowało o ich zastosowaniu na części maszyn w prochowniach i wytwórniach materiałów wybuchowych. Ich dobra przewodność elektryczna i odporność na ścieranie spowodowały, że stosuje się je na szczotki silników elektrycznych lub przewody trakcji elektrycznej. 10/20/2013 4:30:24 PM 28

29 Brązy manganowe Zawierają 5-6 lub 12-15% Mn, nadają się do obróbki plastycznej. Niżej stopowe można przerabiać na zimno i tym samym umacniać przez zgniot. Mają dość dobre własności wytrzymałościowe utrzymujące się do temp. ok. 300 o C. Stopy z manganem i krzemem nazywamy stopami isima. Mają one dobrą wytrzymałość ( MPa). Są stosowane m.in. na łopatki do turbin. 10/20/2013 4:30:24 PM 29

30 Brązy krzemowe Zawierają około 4,5% krzemu, przy większej zawartości krzemu następuje gwałtowny spadek własności plastycznych i wytrzymałościowych. Zalety: - dobre własności wytrzymałościowe - duża sprężystość - duża odporność na korozję 10/20/2013 4:30:24 PM 30

31 Brązy krzemowe Wady: - duży skurcz około 1,6% - skłonność do mikro i makro segregacji - absorpcja gazów w stanie ciekłym Obróbka cieplna brązów krzemowych polega na wyżarzaniu ujednorodniającym i odprężającym. Poza tym brązy do obróbki plastycznej poddaje się wyżarzaniu rekrystalizującemu. 10/20/2013 4:30:24 PM 31

32 Brązy ołowiowe Zawierają do 35% ołowiu oraz dodatki takie jak cyna, cynk, nikiel, mangan czasem fosfor. Dodatki te zwiększają wytrzymałość i przeciwdziałają makrosegregacji. Ołów w miedzi prawie się nie rozpuszcza w stanie stałym. Brązów ołowiowych nie obrabia się cieplnie! Główne zastosowanie brązów ołowiowych to panewki łożysk ślizgowych pracujących przy małych naciskach i dużych prędkościach. 10/20/2013 4:30:24 PM 32

33 Miedzionikle Są przerabianymi plastycznie stopami miedzi, w których głównym składnikiem stopowym jest nikiel w ilości powyżej 2% Charakteryzują się: - dobrą wytrzymałością - dobra plastyczność - żaroodpornością - dobrą odpornością na korozję i ścieranie 10/20/2013 4:30:24 PM 33

34 Stopy Aluminium 34 RODZAJE WŁAŚCIWOŚCI ZASTOSOWANIE 1/10/2012

35 Plan prezentacji Informacje podstawowe Wpływ pierwiastków na stop Aluminium Klasyfikacja + właściwości stopów Aluminium 35 1/10/2012

36 Charakterystyka 36 Wytrzymałość na rozciąganie Rm= MPa (wolfram 1715 MPa) Granica plastyczności Re= 20-40MPa Twardość HB Gęstość 2,7 g/cm 3 Przewodność elektryczna 37,74 MS/m (65% Cu) Krystalizuje w sieci A1 1/10/2012

37 Wpływ pierwiastków na właściwości stopu Aluminium 37 Cu, Mg, Mn + wytrzymałość + utwardzanie wydzieleniowe Cu -odporność na korozję Ni + odporność na korozję Mn - ciągliwość stopu + odporność na korozję Cr + odporność na korozję Zn + wytrzymałość, odlew Pb + obróbka skrawaniem Mg 0,5-13% Małe stężenie + podatność na obróbkę plast. Duże stężenie + b.dobre właściwości odlewnicze 1/10/2012

38 Wpływ pierwiastków na właściwości 38 1/10/2012

39 Ogólna klasyfikacja Dzielimy ze względu na sposób wytwarzania Odlewnicze 5-25% pierwiastków stopowych: Si, Cu, Mg, Ni (różne zestawienia) Do obróbki plastycznej 5% pierwiastków stopowych Cu, Mg, Mn i Si, Zn, Ni, Cr, Ti, Li 39 1/10/2012

40 Zakresy stężenia Aluminium Krzem (siluminy) 40 Si rzadkopłynność, lejność, mały skurcz odlewniczy, brak pęknięć 1/10/2012

41 Przykłady Siluminów 41 Odlewnicze: najczęściej stosowane, największa odporność na korozję i najmniejsza gęstość, na odlewy armatury morskiej, aparatury chemicznej, elementy narażone na uderzenia Do obróbki plastycznej: hydronalia; na średnio obciążone elementy w przemyśle okrętowym i lotniczym, w urządzeniach przemysłu spożywczego i chemicznego, puszki do napojów 1/10/2012

42 Stopy Aluminium Magnez Stopy aluminium-magnez, zwane hydronaliami, odznaczają się dużą odpornością na korozję w wodzie morskiej. Stosowane są w stanie utwardzonym (umocnionym) odkształ ceniowe (ćwierćtwardy i półtwardy) lub w stanie rekrystalizowanym, uzyskiwanym przez wyżarzanie zmiękczające. Stopy aluminium-magnez-krzem, zwane anticorodalami (AIMgSi, AlMgSilMn), odznaczają się również po obróbce cieplnej, tzn. po przesyceniu i utwardzeniu (umocnieniu) wydzieleniowym, dobrymi własnościami wytrzymałościowymi. Są one odporne na korozję i nie wymagają platerowania. 42 1/10/2012

43 Aluminium Miedź 43 Duraluminium, durale miedziowe Duże właściwości wytrzymałościowe, mała podatność na obróbkę plastyczną 1/10/2012

44 Wieloskładnikowe stopy Aluminium Cynk 44 Durale cynkowe Posiadają najwyższe własności wytrzymałościowe ze wszystkich stopów Aluminium. Rm osiąga 700MPa Mała odporność na korozję W postaci blach, prętów, odkuwek, kształtowników. 1/10/2012

45 45 1/10/2012

46 Stopy Niklu Stopy Cynku 46 RODZAJE WŁAŚCIWOŚCI ZASTOSOWANIE Copyright 2012 Daniel Szydłowski

47 Stopu Niklu Nikiel wywarza się sposobami : hutniczymi, chemicznymi, elektrolitycznymi, 47 Copyright 2012 Daniel Szydłowski

48 Stopu Niklu Głównymi zanieczyszczeniami są: siarka, tlenki niklu, węgiel, 48 Copyright 2012 Daniel Szydłowski

49 Stopu Niklu Liczne zastosowania znajdują stopy niklu z miedzią o różnej zawartości niklu. Z tej grupy należy wymienić: nikielina 20% niklu, dobra plastyczność, odporność na korozję, ładny wygląd po wypolerowaniu, 49 Zastosowanie do przedmiotów tłoczonych, narażonych na korozję. Copyright 2012 Daniel Szydłowski

50 konstantan 40% niklu, stałość oporu elektrycznego, dużą siłą termoelektryczną, Stopu Niklu Zastosowanie głównie na termoelementy z żelaza lub miedzią. monela 70% niklu, odporna na działanie korozyjne czynników chemicznych, 50 Zastosowanie w budowie łopatek turbin parowych i niektórych wodnych. Ponadto w budownictwie okrętowym, w przemyśle chemicznym do wyrobu autoklawów, wirówek. Copyright 2012 Daniel Szydłowski

51 Stopu Niklu Stopy niklu z miedzią mają wygląd podobny do srebra; stąd ich nazwa nowe srebro. Stopy te odznaczają się dobrą plastycznością, odpornością na korozję i pięknym srebrzystym kolorem. Mimo tych zalet są obecnie rzadko stosowane ze względu na wysoką cenę. 51 Copyright 2012 Daniel Szydłowski

52 Stopu Cynku 52 Rozróżnia się cynk: hutniczy, rafinowany, elektrolityczny, rektifikowany, Copyright 2012 Daniel Szydłowski

53 Stopu Cynku Jako składnik stopowy cynk jest szeroko stosowany w stopach z miedzią, aluminium, manganem i innymi. Do najważniejszych należą stopy z aluminium, zwane znalami. Oprócz cynku w ich skład wchodzi aluminium w ilości 4-30%, miedź w ilości 1-3% oraz w niewielkich ilościach mangan lub magnez. 53 Copyright 2012 Daniel Szydłowski

54 Znale dzieli się na: Stopu Niklu znale odlewnicze, zastosowanie na odlewy pod ciśnieniem, wykonuje się części maszyn do pisania i liczenia, części maszyn drukarskich, panewki łożysk ślizgowych, znale przeznaczone do przeróbki plastycznej, odznaczają się dużą wytrzymałością i plastycznością, zastosowanie do rur, blach, prętów, drutów, kształtowniki. 54 Copyright 2012 Daniel Szydłowski

55 Stopu Niklu 55 Główne zastosowanie cynku to powłoki ochronne przeciwkorozyjne, nakładane głównie na wyroby z blachy stalowej, folia cynkowa do opakowań towarów w transporcie morskim, przemysł poligraficzny używa się do klisz z cynku do druku offsetowego (cynkowego). Copyright 2012 Daniel Szydłowski