*PUBLIKACJE NASZYCH NAUCZYCIELI*



Metale nieżelazne i ich stopy-na podstawie internetu zgromadził mgr Konrad Gałka

 

Metale nieżelazne to wszystkie metale, z wyjątkiem żelaza. Dzięki szerokiemu wachlarzowi właściwości fizycznych, chemicznych, mechanicznych i technologicznych znajdują bardzo szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach techniki, często zaspokajając najbardziej wygórowane wymagania różnego rodzaju.
Metale nieżelazne i ich stopy można podzielić na trzy zasadnicze grupy:
metale lekkie (Al, Mg, Ti) i ich stopy,
metale ciężkie (Cu, Zn, Ni, Sn, Pb, Cd) i ich stopy,
metale i stopy o mniejszym zastosowaniu (Co, Zr, Mo, W, Cr, Mn, Pd, Ag, Au, Pt iinne).
Oznaczanie stopów metali nieżelaznych. Na początku oznaczenia podaje się symbol chemiczny pierwiastka zasadniczego, po czym następują symbole pierwiastków stopowych, a jeśli zawartość pierwiastka przekracza 1,5%, dodaje się liczbę wskazującą średnią zawartość tego pierwiastka; symbole są dodawane w kolejności malejącej zawartości pierwiastka. Gatunki stopów oznacza się za pomocą ich cech, tj. umownych znaków literowych lub literowo-cyfrowych. Na ogół na początku stawia się symbol pierwiastka podstawowego (A=A1, C=Sn, G=Mg, K=Si, M=Cu, N=Ni, 0=Pb, Z=Zn, P=P oraz dodatkowo B=brąz i M=mosiądz; w obu ostatnich przypadkach symbole stawiane są na początku oznaczenia cechy stopu) po czym następuje symbol najważniejszego dodatku stopowego i liczba podająca przybliżoną jego zawartość.



Metale lekkie i ich stopy.

Aluminium i jego stopy.
Aluminium hutnicze zawiera 99,0-99,8% Al, natomiast aluminium rafinowane elektrolitycznie 99,95-99,995% Al. Głównymi zanieczyszczeniami aluminium technicznie czystego są Fe i Si.
Aluminium rafinowane znajduje zastosowanie w produkcji aparatury chemicznej oraz wyrobów dla elektrotechniki i elektroniki (folie kondensatorowe). Aluminium hutnicze AOO i AO do produkcji folii, powłok kablowych, do platerowania, wytwarzania specjalnych stopów AL; Al i A2 do wytwarzania stopów Al farb i proszków oraz produktów ogólnego przeznaczenia; AOE i AlE do wytwarzania przewodów elektrycznych. Aluminium walcuje się na blachy i folie lub wyciska z niego pręty, rury, druty i kształtowniki. Przeróbkę taką przeprowadza się w temperaturze pokojowej lub podwyższonej do temperatury 450°C.
Aluminium odznacza się dobrą przewodnością cieplną i elektryczną, dzięki czemu jest stosowane na przewody elektryczne. Jest odporne na działanie: atmosfery powietrza, działanie wody, licznych kwasów organicznych i związków azotu. Jest nieodporne na działanie: ługów, kwasów beztlenowych i wody morskiej.
Ważną dla wielu zastosowań technicznych cechą aluminium jest jego mała gęstość. Inną ważną cechą stopów aluminium jest stałość udamości wraz z obniżaniem się temperatury, dzięki czemu ich udamość w niskiej temperaturze bywa większa niż udamość stali. Istotną wadą stopów Al jest ich mała wytrzymałość zmęczeniowa. Stopy aluminium dzieli się na stopy odlewnicze i stopy do przeróbki plastycznej.
Stopy odlewnicze zawierają zwykle więcej pierwiastków stopowych (5-25%) niż stopy do przeróbki plastycznej. W każdej z tych grup wyróżnia się stopy wzmacniane i niewzmacniane wydzieleniowo. Są to m.in. stopy:
- AIMnI (aluman- PA1); (1-1,5% Mn i 0,2% Ti); jest odporny na korozję i odznacza się dobrą spawalnością; jest bardzo podatny na przeróbkę plastyczną na gorąco i na zimno. Jest stosowany w przemyśle spożywczym i chemicznym na zbiorniki spawane dla cieczy i gazów; dostarczany w postaci blach, prętów, rur, drutu, taśm i kształtowników;
AlMg2 (ftydronalium- PA2); (1,7-2,6% Mg, do 0,6% Mn i 0,2% Ti). Jest odporny na działanie wody morskiej; odznacza się dużą plastycznością i spawalnością, jest bardzo odporny na korozję i na zmęczenie; nadaje się do anodowania. Znajduje zastosowanie w przemyśle lotniczym, okrętowym, spożywczym i w transporcie;
AlMgISiłMn (anticorodal- PA4); (0,7-1,5% Mg, 0,2-1,0% Mn, 0,7-1,5% Si i 0,2% Ti); odznacza się dobrą odpornością na korozję. Jest plastyczny i spawalny. Znajduje zastosowanie w przemyśle lotniczym, samochodowym, chemicznym i spożywczym;
AlMgSi (aidrey- PA38); (0,4-0,9%Mg, 0,7-l,5%Si i 0,2%Ti); odznacza się dobrą przewodnością elektryczną i dużą wytrzymałością; dzięki tym właściwościom jest stosowany na elektryczne linie napowietrzne. Służy również do wytwarzania przedmiotów dekoracyjnych, sprzętu sportowego, domowego i turystycznego;
AlSilMgCu (avial- PA10); (0,5-1,2% Si, 0,45-0,90% Mg, 0,1-0,5% Cu, 0,15-0,35% Mn). Jego skład chemiczny i właściwości są podobne do tych, które cechują stop anticorodal, ma jednak większą od niego wytrzymałość, a mniejszą odporność na korozję.
Stopy dural (dur aluminium)- są to wieloskładnikowe stopy aluminium poddawane przeróbce plastycznej i utwardzaniu wydzieleniowemu. Do grupy tej należą stopy: AlCu4Mgl, AlCu4Mg2, AlCu4MgO,4, AlZn6Mg2Cu. Stopy te ulegają starzeniu w wyniku wydzielania się z przesyconego roztworu faz AlCu i MgiSi. Są stosowane na obciążone elementy konstrukcji lotniczych i pojazdów mechanicznych oraz różnego rodzaju maszyn. Są dostarczane w postaci blachy, prętów, drutu i kształtowników. Ze stopów odlewniczych wykonuje się elementy o bardzo nawet skomplikowanych kształtach, z wykorzystaniem szerokiego wachlarza technik odlewniczych. Właściwości mechaniczne tych stopów są jednak gorsze niż właściwości odpowiednich stopów poddanych przeróbce plastycznej, co wynika z cech struktury pierwotnej stopów w odlewach.
Odlewnicze stopy dzielą się na następujące grupy: Al-Si, Al-Mg i Al-Cu. Najbardziej rozpowszechniona jest grupa stopów Al-Si, tzw. siluminów. Można je podzielić na podeutektyczne, eutektyczne i nadeutektyczne. Silumin o składzie bliskim eutektycznemu ma bardzo dobrą lejność (temperatura krystalizacji eutektyki wynosi 577°C), maty skurcz, małą skłonność do pękania na gorąco. Pierwiastkami stopowymi wprowadzanymi do siluminu w celu poprawy jego właściwości są: Cu, Mg, Ni i Mn. Dodatek do 1,5% magnezu lub miedzi umożliwia stosowanie utwardzania wydzieleniowego przez przesycanie i starzenie. Dodatek manganu eliminuje szkodliwy wpływ żelaza. Spośród siluminów tego rodzaju można tu wymienić stop AK7-AlSi7Mg, wykazujący dobre właściwości odlewnicze, dobrą spawalność i odporność. Stosowany na głowice silników i części samolotów. Nadeutektyczny silumin niklowo-miedziowy AK20-AlSi21CuNi, stosowany głównie na tłoki bardzo obciążanych silników spalinowych zawiera także 0,5% Mg i 0,2% Mn. W stopach grupy Al-Mg powstają związki międzymetaliczne AlgMg5 i AlizMgp. Eutektyka, krystalizująca w temperaturze 451°C, składa się z roztworu stałego Mg w Al(a) i AlgMg5; zawiera 35% Mg. Do grupy tej należą: stop AGlO-AlMgio (9+11% Mg), o bardzo dużej odporności na korozję; stop AG51-AlMg5Sil (4-6% Mg, 0,8-1,3% Si) o dużej odporności na korozję i lepszych od stopu AG10 właściwościach odlewniczych, także w postaci prętów, gorszych jednak właściwościach mechanicznych. W układzie równowagi Al-Cu występuje eutektyka: o roztwór stały Cu w Al o zawartości 5,65% Cu, faza międzymetaliczna CuAla o temperaturze krystalizacji 548°C. Miedź polepsza właściwości mechaniczne stopów Al-Cu; stopy te wykazują jednak skłonność do pękania na gorąco. Można tu wymienić: stop AM5-AlCu4, stosowany na galanterię stołową oraz odlewy wymagające dobrej lejności i plastyczności; stop AM4- AlCu4TiMg (2-5% Cu, 0,15-0,4% Mg, 0,15-0,3%Ti), o niekorzystnych właściwościach odlewniczych, dobrych natomiast dzięki rozdrobnieniu ziam przez tytan właściwościach mechanicznych.



Magnez i jego stopy
Magnez jest pierwiastkiem szeroko rozpowszechnionym (jego zawartość w skorupie ziemskiej wynosi ok. 2%). Z uwagi na swą dużą aktywność chemiczną występuje tu tylko w postaci związków, głównie węglanów i chlorków. Dużą zaletą magnezu jest jego mała gęstość (1,75 g/cm3). Jego temperatury topnienia i wrzenia wynoszą odpowiednio: 650 i 1107°C. Jest pierwiastkiem o dużym powinowactwie z tlenem i azotem; łatwo się utleniając tworzy jednak zwartą powłokę tlenku magnezu MgO, chroniącą metal przed dalszym utlenianiem. W wyższej temperaturze utlenia się samoczynnie. Jego właściwości mechaniczne są niskie. Czysty magnez ma ograniczone zastosowanie, głównie w pirotechnice. Jest stosowany głównie do produkcji stopów oraz jako odtleniacz i reduktor w procesach metalurgicznych. W odlewnictwie żeliwa stosuje się go w charakterze substancjisferoidyzującej wydzielenia grafitu podczas krystalizacji żeliwa w odlewach. Magnez hutniczy jest wytwarzany w dwóch gatunkach: Mg 99,9 i Mg 99,95.
Stopy Mg mają dość dużą wytrzymałość (Rm=do ok. 350 MPa) i małą gęstość. Największe znaczenie techniczne mają stopy Mg z: Al, Zn, Mn, Si, Ce, Zr i metalami ziem rzadkich. Stopy te można podzielić na odlewnicze i do przeróbki plastycznej.
Stopy Mg do przeróbki plastycznej mają właściwości mechaniczne gorsze od odpowiednich stopów Al. Można je podzielić na stopy z Al i stopy nie zawierające Al. Do pierwszej grupy zaliczamy:
MgA13ZnMn-GA3 (3-4% Al, 0,2-0,8% Zn, 0,15-0,5% Mn); jest to stop plastyczny w zakresie temperatury 230-420°C, spawalny, mało skłonny do korozji naprężeniowej, nieumacnialny przez obróbkę cieplną; jest stosowany m. in. na odkuwki dla przemysłu lotniczego samochodowego i lekkiego; jest dostarczany także w postaci prętów, rur i taśm;
MgA16ZnMn-GA6 (5,5-7% Al, 0,5-1,5% Zn, 0,15-0,5% Mn); jest plastyczny w zakresie temperatury 230-400°C, nieumacnialny przez obróbkę cieplną, skłonny do korozji naprężeniowej; jest stosowany na obciążone części konstrukcji lotniczych, samochodowych i kolejowych; jest dostarczany w postaci odkuwek, prętów, rur i płyt;
MgA16Zn3Mn-GA5(5-7% Al, 2-3% Zn, 0,2-0,5% Mn); jest plastyczny w zakresie temperatury 320-350°C, dobrze skrawalny, mało odporny na korozję naprężeniową; stosowany jak stop GA6.
Do stopów bez Al należą:
MgMn2-GM2 (1,3-^2,5% Mn); plastyczny w zakresie temperatury 260-450°C, dobrze spawalny, odporny na korozję, niepoddawalny obróbce cieplnej; jest stosowany na niezbyt obciążone części konstrukcji lotniczych i samochodowych; jest dostarczany w postaci blach, taśm, prętów, rur, odkuwek i kształtowników;
stop MgMn2Ce-GME (1,5-2,5% Mn, 0,15-0,35% Ce); jest bardzo plastyczny w zakresie temperatury 250-450°C, dość plastyczny na zimno, spawalny, nieumacnialny przez obróbkę cieplną, wykazuje dobrą odporność korozyjną; jest stosowany na średnio obciążone części konstrukcji lotniczych oraz poszycia samolotów i śmigłowców;
MgZn3Zr-GZ3 (2,5-4% Zn, 0,5-0,9% Zr); jest bardzo plastyczny w zakresie 300C i dość plastyczny na zimno, odporny na korozję, spawalny, skrawalny; jest stosowany na bardzo obciążone części konstrukcji samolotów i rakiet; dostarcza się go w postaci blach, prętów, rur, odkuwek i kształtowników;
MgZn5Zr-GZ5 (4-5,5% Zn, 0,5-0,9% Zr); jego właściwości technologiczne i zastosowanie są podobne jak stopu GZ3.
W odlewnictwie najbardziej rozpowszechnione są stopy Mg-Al (tzw. elektrony), zawierające ponadto takie pierwiastki, jak Zn, Mn, Si i Cu, stopy Mg-Mn oraz stopy z dodatkami Zr, Ag, Th i Ce (pierwiastki ziem rzadkich- RE.
Do odlewniczych stopów magnezu zalicza się:
MgA13ZnMn-GA3 (2,5-3,5% Al, 0,5-1,5% Zn, 0,15-0,5% Mn), wykazujący małą lejność i duży skurcz; nie jest obrabiany cieplnie, a w stanie surowym ma dość dobre właściwości mechaniczne; ma dobrą skrawalność i niezłą odporność korozyjną, jest stosowany na nieskomplikowane odlewy z form piaskowych o wymaganej szczelności (korpusy pomp, armatura);
MgA16Zn3Mn-GA6 (5-7% Al, 2-3,5% Zn, 0,15-0,5% Mn); wykazuje dobre właściwości mechaniczne, dobra odporność na obciążenia dynamiczne do temperatury 130°C; jest stosowany na odlewy z form piaskowych i metalowych (części samolotów, samochodów, przyrządów i aparatury);
MgA18ZnMn-GA8 (7,5-9% Al, 0,2-0,8% Zn, 0,15-0,5% Mn); ma bardzo dobre właściwości odlewnicze i jest stosowany na skomplikowane odlewy pracujące w trudnych warunkach; jest odlewany w formach piaskowych, metalowych i pod ciśnieniem; stosuje się go na silnie obciążone części samolotów, przyrządów, narzędzi ręcznych, sprzętu radiowego, fotograficznego i biurowego, pracujących w temperaturze do 120°C;
MgAlllZnMn-GAlO (9-11%A1, max. 2%Zn, 0,15-0,5%Mn); ma bardzo dobre właściwości odlewnicze i skrawalność oraz szczelność; jest stosowany na średnio obciążone odlewy z form piaskowych, metalowych i ciśnieniowych (np. na części aparatów fotograficznych, silników elektrycznych itp.);
MgZn5Zr-GZ5 (4-5% Zn, 0,6-1,1% Zr); ma dobre właściwości odlewnicze, plastyczne i wytrzymałościowe; służy do wykonywania skomplikowanych odlewów w formach piaskowych i kokilach (np. obręczy do kół samochodów wyścigowych);
MgRE3Zr-GRE3 (0,2-0,7% Zn, 0,4-1,0% Zr, 2,5-4,0% RE); R„=140 MPa, As=2-3%; wykazuje dobre właściwości odlewnicze i szczelność, dobrą odporność na korozję, dobrą skrawalność oraz spawalność w atmosferze argonu. Nadaje się na skomplikowane, szczelne odlewy, pracujące w temperaturze do 250°C (sprężarki, skrzynie biegów, odlewy okrętowe).



Tytan i jego stopy
Tytan występuje w dwóch odmianach alotropowych: o układzie heksagonalnym i o układzie regularnym; temperatura przemiany alotropowej wynosi 882°C. Jest, pod względem zawartości w skorupie ziemskiej, czwartym metalem po żelazie, aluminium i magnezie. Tytan charakteryzuje bardzo duża wytrzymałość mała gęstość, duża plastyczność i bardzo dobra odporność korozyjna na wodę morską, chlorki, kwasy organiczne i atmosferę powietrza. Tytan nie utlenia się w temperaturze do 200°C.
Głównymi pierwiastkami stopowymi tytanu są: Al, Sn, Mo, V, Mn, Fe i Cr, przy czym zawartość Al wynosi przeważnie 3-6%. Pierwiastki rozpuszczające się w tytanie (Al i Cr) zwiększają jego wytrzymałość. Pierwiastki o ograniczonej rozpuszczalności (Al, Cr, Mn, Fe) umożliwiają umocnienie wydzieleniowe stopu. Znanych jest wiele stopów tytanu, z których 15-20% ma znaczenie przemysłowe, a najpopularniejszy spośród nich, stop Ti6A14V, ma ponad 50% udział w ogólnej produkcji. W zależności od składu chemicznego stopy Ti mogą być jednofazowe bądź dwufazowe. Najkorzystniejsze kombinacje właściwości mają stopy dwufazowe: większa wytrzymałość od jednofazowych i są obrabianie plastycznie i cieplnie. Zawierają one zwykle Al i pierwiastki stabilizujące fazę p: V, Mo, Cr, Fe, Mn, Ni i (lub) Co.
Do stopów bezaluminiowych zalicza się:
Til40A (2% Cr, 2% Mo, 2% Fe), wykazujący: Rn=l 130 MPa, A=22%,
C -l 10M (8% Mu), mający R.n=800 MPa, A5=12%.
Stopy tytanowo-aluminiowe zawierają 2-6% Al, należą do nich m.in.:
Ti6A14V (5,5%-6,5% Al, 3,5-4,5% V), najpowszechniejszy stop tytanu; jest przeznaczony zarówno do przeróbki plastycznej, jak i do odlewania; po wyżarzeniu w temperaturze 750°C wykazuje: R„=ok. 960 MPa, A5=ok. 9%;
Ti-314 (po 2% Al i Mn), mający najmniejszą wytrzymałość (Rm=650MPa) przy A5=16%;
WT3-1 (Ti-6Al-2Mo-2Cr) odporny na działanie temperatury do 400°C, wykazujący: Rm=ok. 1000 MPa, A5=10-13%;
Ti-155A (5% Al, po ok. 1,4% Cr, Mo i Fe) o podobnych właściwościach Co
Ti-6Al-2Mo2Cr.
Ti-6Al-4V jest przykładem stopów Ti, przeznaczonych zarówno do przeróbki plastycznej, jak i do odlewania. Odlewy wykazują w porównaniu z odkuwkami z tego stopu mniejsze wartości: Ro,2 - ok. 13%, R„- 0-5%, A5- ok. 40%.
Zalety stopów Ti decydują o stosowaniu tych stopów we w budowie samolotów oraz silników odrzutowych i rakiet, w budowie kadłubów okrętów, wytwarzaniu części armatury należącej do wyposażenia statków, w przemyśle chemicznym na aparaturę i zbiorniki kwasu azotowego oraz przy wytwarzaniu narzędzi chirurgicznych.



Metale ciężkie i ich stopy.

Miedź i jej stopy
Miedź jest metalem krystalizującym w układzie regularnym (struktura Al). Ma bardzo dużą przewodność elektryczną (małą oporność elektryczną), dlatego znajduje bardzo szerokie zastosowanie w elektrotechnice i elektronice. Inne jej właściwości, a mianowicie duża przewodność cieplna, plastyczność, odporność na korozję atmosferyczną pozwala na stosowanie w budowie maszyn, okrętów, w budownictwie, komunikacji, chemii itp. Wytrzymałość i twardość miedzi są jednak małe. Zwiększenie tych wielkości osiąga się przez gniot i przez wprowadzanie odpowiednich pierwiastków stopowych. Na przewody elektryczne stosuje się gatunki: Cu99,95k (MOK), Cu99E (MIĘ) oraz Cu99,9R (MIR). Poprawę właściwości mechanicznych miedzi uzyskuje się przez wprowadzenie do niej takich pierwiastków, jak: Zn, Sn, Al, Be, Si, Ni, Mn. Cd i (lub) Pb.


Mosiądz  

to stop miedzi z cynkiem (do 50% Zn) i ewentualnie innymi pierwiastkami (Si, Ni, Al, Fe, Pb, Sn i in.). W zależności od kryterium podziału rozróżnia się mosiądze:
wg struktury jednofazowej (a- roztworu stałego Zn w Cu) i dwufazowej (a+P- roztwór stały na osnowie fazy międzymetalicznej CuZn); stopy dwufazowe są mniej plastyczne. Cechuje je skłonność do pękania w wyniku korozji naprężeniowej.
wg składu chemicznego dwu- i wieloskładnikowe. W grupie mosiądzów dwuskładnikowych znajduje się 10 gatunków o strukturze roztworu stałego a (zawierają do 30% Zn). Mosiądze te odznaczają się dobrą plastycznością w temperaturze pokojowej, gorszą w zakresie temperatur 300-700°C, można je przerabiać plastycznie na zimno. Wytrzymałość i twardość mosiądzu zwiększa się wraz ze wzrostem zawartości cynku. Mosiądze dzielą się na odlewnicze i do przeróbki plastycznej
wg przeznaczenia do przeróbki plastycznej i odlewnicze. Mosiądze dwuskładnikowe są przeznaczone tylko do przeróbki plastycznej. Rozróżniamy 8 gatunków mosiądzów ołowiowych i 6 gatunków mosiądzów bezołowiowych, zawierających; Sn, Al, Fe, Mn i (lub) Si. Mosiądze te mają dobrą odporność na korozję atmosferyczną, niektóre także na wodę morską (MA58, M058B i MK58); są dobrze skrawalne (MA58, M058B), mają dobre właściwości trybologiczne. Mosiądze tej grupy znalazły zastosowanie głównie w przemyśle okrętowym i budowlanym, do wytwarzania aparatury chemicznej, skraplaczy, wymienników ciepła, łożysk i in. Mosiądze wieloskładnikowe odlewnicze są to stopy dwufazowe o bardzo dobrych właściwościach odlewniczych i dobrych właściwościach mechanicznych. Ich głównymi pierwiastkami stopowymi są: Al. (do 6,5%), Pb (do 3,3%), mangan (do 4%), Si (do 4,5%), Fe (do 2,4%). Są stosowane do odlewania w formach piaskowych i metalowych; w drugim przypadku uzyskuje się korzystniejsze właściwości mechaniczne.


Brąz to stop miedzi z cyną i (lub) z innymi metalami (Al, Si, Be, Ni, Mn, Pb i in.), których zawartość jest większa od 2%. W zależności od głównego pierwiastka stopowego nosi on odpowiednią nazwę, np. brąz cynowy, aluminiowy itp. Poza tym brąz dzieli się na przerabialny plastycznie i odlewniczy. Pierwszy wytwarza się w postaci blach, taśm, rur, prętów, drutów i kształtowników o różnym stanie umocnienia, który decyduje o ich właściwościach mechanicznych. Brąz odlewniczy wytwarza się w postaci gąsek przeznaczonych, po przetopieniu, do odlewania w formach piaskowych lub metalowych.
W grupie brązu przerabialnego plastycznie mamy, podobnie jak w przypadku mosiądzu, brąz dwu- i wieloskładnikowy:
Brąz cynowy należy do najstarszych stopów wytwarzanych i stosowanych (początkowo wyłącznie w postaci odlewów) przez człowieka. Cyna wpływa istotnie na właściwości mechaniczne brązu. W zakresie do 8% Sn cyna powiększa zarówno Rm, jak i A5. Brązy B2, B4, B6 i B8 są jednofazowe, dwuskładnikowe i wyrabia się z nich blachy, taśmy, pręty, rury, sprężyny, elementy przyrządów, śrub, membran, sit papierniczych itp. Brąz B443, wieloskładnikowy, o dobrych właściwościach ślizgowych i antykorozyjnych, jest stosowany głównie na elementy ślizgowe.
Brąz aluminiowy, zawierający 4-11% Al, z ewentualnymi dodatkami innych pierwiastków (Fe, Mn, Ni, As), odznacza się dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi.
Brąz krzemowy zawiera do 3,5% Si i ewentualny dodatek manganu. Krzem zwiększa twardość i wytrzymałość miedzi, lecz zmniejsza jej plastyczność; mangan poprawia wytrzymałość i odporność na korozję.
Brąz berylowy zawiera ok. 2% Be z ewentualnym dodatkiem ołowiu. Charakteryzuje się bardzo dużą wytrzymałością, dorównującą stali ulepszonej cieplnie. Są odporne na zmęczenie, ścieranie, na działanie podwyższonej temperatury (do 250°C) i na korozję. Dzięki dobrej przewodności elektrycznej i odporności na ścieranie znajdują zastosowanie na szczotki silników elektrycznych i przewody trakcji elektrycznej; stosuje się je również na membrany, elementy pomp i narzędzia chirurgiczne; z uwagi na to, że przy tarciu lub uderzeniu nie iskrzą, są stosowane na elementy maszyn w prochowniach i wytwórniach materiałów wybuchowych.
Do szczególnej grupy plastycznie przerabialnych stopów miedzi należą tzw. miedzionikle, tj. stopy miedzi z niklem (o zawartości 8,5-45% Ni) i ewentualnie innymi pierwiastkami (Sn, Fe, Mn). Ze stopu CuNi25 (MN25) wytwarza się monety. Bardzo dobre właściwości sprężyste stopu CuNi9,5Sn2 (MNC92) wykorzystuje się w produkcji elementów sprężynujących, a bardzo dobre właściwości antykorozyjne większości stopów tej grupy do produkcji urządzeń okrętowych itp. Zastosowanie znajdują również nie znormalizowane stopy Cu-Ni: stop o zawartości 20% Ni, zwany nikieliną; konstantom o zawartości ok. 40% Ni i 0,7-1,5% Mn, stosowany do wytwarzania elementów oporowych i elektrod do termoelementów; cunial (5,5-6,5% Ni, 1,2-1,8% Al), o dobrych właściwościach wytrzymałościowych i dużej odporności na korozję.
Podstawowymi składnikami brązów odlewniczych są cyna- do 11%, ołów- do23%, aluminium- do 11%, krzem- do 4,5%, cynk- do 8%, mangan-do 2%, żelazo- do 6%, nikiel- do 5,5% oraz fosfor- do 1,0%. W brązach odlewniczych ołów polepsza lejność, cynk zastępuje częściowo kosztowną cynę, aluminium, żelazo, mangan, nikiel wpływają na podwyższenie właściwości mechanicznych

W grupie brązów odlewniczych występują:
brąz cynowy zawierający 3,2-11% Sn oraz poza jednym przypadkiem stopu dwuskładnikowego CuSnIO (B 10), pierwiastki dodatkowe: P, Zn, Pb, Ni, poprawiające przede wszystkim lejność (Zn, Pb), odporność na ścieranie (P) i na korozję (Ni, P) oraz skrawalność stopów (Pb). Właściwości mechaniczne brązów cynowych zawierają się w przedziałach: Rm=120-350 MPa, A5=3-20%, twardość 45-120 HB; największe wartości wytrzymałości i wydłużenia przy średniej twardości wykazuje dwuskładnikowy brąz B 10, a wartości najmniejsze brąz cynowo-ołowiowy B520. Na uwagę zasługują brązy cynowo-cynkowo-ołowiowe CuSn5Zn5Pb5 (B555) i CuSn4Zn7Pb6 (B476), zwane spiżami o dobrej lejności i skrawalności, odporne na korozję, stosowane na części maszyn, osprzętu pojazdów, silników i traktorów i łożyska pracujące przy obciążeniu statycznym do 2,5 MPa; dzięki dobrym właściwościom akustycznym przeznacza się je również do produkcji dzwonów;
brąz aluminiowy o zawartości 8,3-11,2% Al z dodatkami 2-5,5% Fe oraz ok. 2% Mn lub ok. 4% Ni; odznaczają się dobrymi właściwościami wytrzymałościowymi (Rn,=450-600 MPa) przy średnim wydłużeniu (A5=12-20%) są bardzo odporne na obciążenia statyczne, korozję, ścieranie i działanie podwyższonej temperatury znajdują zastosowanie w produkcji części maszyn, silników, osprzętu i armatury w transporcie, przemyśle chemicznym, maszynowym i okrętowym;
brąz krzemowo-cynkowo-manganowy zawiera 3,3-4,3% Si, a poza tym: 3,5-5%Zn, 0,7-1,5% Mn i 0,6-1,1% Fe; jest odporny na korozję, zmienne obciążenia i ścieranie, ma dobrą lejność; jest stosowany na części maszyn i osprzętu (łożyska, napędy, pompy), narażone na niedostateczne smarowanie; wykazuje: Rni=260-390 MPa, A5=8-15% przy twardości 90-130 HB.



Nikiel, kobalt ich stopy
Nikiel ma większą gęstość od żelaza i barwę srebrzy stobiałą. Jest ciągliwy, kowalny, ferromagnetyczny, krystalizuje w układzie regularnym (Al). Kobalt, podobny z wyglądu do niklu (lecz ma niebieskawy połysk), jest również ciągliwy, ferromagnetyczny, krystalizuje w układach: heksagonalnym (A3) i regularnym (Al). Nikiel jest pierwiastkiem częściej występującym niż kobalt. Nikiel jest odporny na działanie atmosfery powietrza, zasad i kwasów (z wyjątkiem rozcieńczonego kwasu azotowego), nie jest natomiast odporny na działanie gazów zawierających siarkę. W podwyższonej temperaturze reaguje z tlenem, chlorem, bromem, fosforem, arsenem i antymonem. Jest stosowany jako ważny dodatek stopowy do technicznych stopów żelaza oraz do wytwarzania stopów metali nieżelaznych (z Al, Cu, 7,n). Stopy niklu dzieli się na przerabialne plastycznie i odlewnicze. Stopy niklu przerabialne plastycznie dzieli się na grupy według ich zastosowania.
Termoelementy i przewody kompensacyjne:
alumel (NiA12Mn2Sil) produkowany w postaci drutów; charakteryzuje się dużą siłą termoelektryczną, żaroodpomością oraz bardzo wysokimi właściwościami mechanicznymi;
chromel (NiCr9Pr) wytwarzany w postaci drutów; wykazuje dużą siłę termoelektryczną; jego właściwości mechaniczne są zbliżone do właściwości alumelu.
Grzejne elementy oporowe:
nichrom, chromonikielm NiCr20Pr (NH20Pr) i NiCr23Fel4Pr (NH23Pr) stopy o dużej żaroodpomości, oporności elektrycznej i właściwościach mechanicznych (Rm=600-850 MPa, Aio=25-45%).
Elektrody do spawania żeliwa:
NiFe48MnSi (NŻ48) wytwarzany w postaci drutów, o dobrych właściwościach mechanicznych.
Termomagnetyczne:
- FeNi33All (ŻN33A) i FeNi31MnPr (ŻN31Pr) wytwarzane w postaci taśm o określonych właściwościach tennomagnetycznych.
Odlewnicze stopy niklu dzielą się na grupy w zależności od stosowanych pierwiastków stopowych:
Ni-Cu i Ni-Cu-Si, w których Ni tworzy z Cu roztwory stałe ciągłe; najbardziej znany jest stop monet, czyli stop Monela- NiCu30FeMn (NM30), odznaczający się dużą odpornością na działanie wody morskiej, ługów żrących i rozcieńczonego H2SC>4. Wykazuje przy tym dobre właściwości mechaniczne po wprowadzeniu małych dodatków Al, Be, Si i Sn i po odpowiedniej obróbce cieplnej. Podobne właściwości ma stop nicorros (30-33% Cu, 0,15-1,2% Fe, 0,4-0,9% Mn, 0,25-0,50% Co i 0,11-0,13% C). Obecność Si w tych stopach poprawia ich lejność i zwiększa wytrzymałość
Ni-Cu-Sn i Ni-Cu-Sn-Pb zawierają 40-50% Ni i mają podobne zastosowanie jak monel; wykazują dobre właściwości ślizgowe (poprawiane przez dodatek Pb) i właściwości mechaniczne w podwyższonej temperaturze oraz odporność na korozję i erozję pary wodnej i wody, mogą być stosowane na odlewy armatury dla pary przegrzanej; stopy zawierające powyżej 50% Ni i do 5% Sn odznaczają się trwałością właściwości w zakresie 350-450°C;
Ni-Cr-Fe odznaczają się dużą opornością elektryczną przy dużej zarazem żaroodpomości i żarowytrzymałości, odporności na utlenianie w podwyższonej temperaturze i na korozję; rozróżnia się tu dwie grupy stopów: inconel (NiCrl5Fe5) i cronit (NiCrl5Fe20); dzięki swym właściwościom są stosowane na części pieców metalurgicznych, rekuperatorów, retorty, kosze do obróbki cieplnej;
Ni-Si typowy dla tej grupy jest stop hastelloy D (NiSilO), szczególne odporny na działanie HzSOLi, bardzo odporny na ścieranie, lecz trudno obrabialny;
Ni-Ti i Ni-Be, w których obecność Ti powoduje wzrost twardości bez spadku ich plastyczności, umożliwiając zarazem ich utwardzanie wydzieleniowe; zawierają 4-6,5% Ti oraz 2,5-3,5% Al; stopy Ni z 3% Be oraz dodatkami W, Fe, Cu i Cr, opracowane w USA, stosuje się na wirniki pomp, łożyska i inne elementy maszyn ulegające zużywaniu ściernemu i pracujące w warunkach korozyjnych;
Ni-Al (stopy Raneya) są stosowane na odlewy armatury, części pomp, rolki łożyskowe oraz gniazda zaworów; typowym ich przedstawicielem jest stop zawierający 4-5% Al, 0,4% Ti, 1,0% Si i 0,6% Mn.
Kobalt jest stosowany głównie jako dodatek stopowy. Z ważniejszych stopów, których podstawowym składnikiem jest Co, można wymienić:
yitalium (62,5% Co, 30% Cr, 5% Mo i 0,4% C)- stop przetwarzalny plastycznie, o dużej żarowytrzymałości: w temperaturze 800°C jego Rn,=510 MPa i wytrzymałość na pełzanie 190 MPa;
Co-Cr-Ni (20-44% Co, 20-25% Cr, 10-20% Ni, 3f4% Mo, 2-15% W, 1-4% Nb, reszta Fe) należą też do grupy żarowytrzymałych stopów Co, wykazując przy 735°C wartości Rm=620 MPa i Aio=27%, a wytrzymałość na pełzanie od 124 MPa przy 815°C do ok. 320 MPa przy 650°C.
Znane są również odlewnicze żaroodporne i żarowytrzymałe stopy Co:
H53 (45% Co, 30,5% Cr, 12,5% W, 3% Ni) jest odporny na atmosfery utleniające i redukujące do temperatury 1150°C, ma dobre właściwości mechaniczne w zakresie temperatury 725-1150°C (np. w temperaturze 820°C wynoszą: Rn,=425 MPa, Aio=16%); stop ten jest obrabialny cieplnie;
HS31 (55% Co, 25% Cr, 8% W, 10% Ni) po obróbce cieplnej wykazuje: R,n=430 MPa, Aio=15%; jego wytrzymałość na pełzanie wynosi od 55. MPa przy 980°C do ok. 340 MPa przy 650°C;
HS36 (54% Co, 19% Cr, 15% W, 10% Ni), ma właściwości zbliżone do właściwości stopów HS21 i HS31;
stellity- jedne z ważniejszych stopów kobaltu, zawierające: 35-55% Co, 25-33% Cr, 10-25% W, 2-4% C i do 10,5 Fe; kobalt może być w nich częściowo zastąpiony przez Ni, a wolfram przez Mn, Mo, V, Ti i Ta; stellity są niemagnetyczne, krystalizują w układzie Al, mają w strukturze liczne węgliki; stąd ich twardość jest rzędu 650HB; mają: gęstość 9 g/cm3, oporność elektryczną 9+9,5 uQ-cm; zarówno ze względu na ich dużą odporność na ścieranie i na korozję, jak i dużą żaroodpomość stellity, stosowane dawniej na narzędzia skrawające, obecnie, po wprowadzeniu ostrzy z węglików spiekanych, stosuje się głównie na ciągadła i matryce do wyciskania metali na gorąco; znalazły również zastosowanie do napawania części maszyn narażonych na ścieranie przy wysokiej temperaturze i w środowisku spalin (np. gniazda zaworów i zawory silników spalinowych, łopatki turbin gazowych).



Cynk i jego stopy
Cynk jest pierwiastkiem o gęstości 7,1 g/cm3, o niskiej temperaturze topnienia (419,5°C); krystalizuje w układzie heksagonalnym (A3); jest odporny na korozję atmosferyczną, dzięki czemu znajduje szerokie zastosowanie do antykorozyjnego zabezpieczania stali. Charakteryzuje się następującymi właściwościami mechanicznymi; Rm=120-140MPa, Aio=ok. 45%, twardość 32-34 HB w stanie walcowanym (w stanie odlewanym wartości te są znacznie mniejsze). W powietrzu wilgotnym utlenia się, pokrywając się zwartą powloką związku 2ZnC03-3Zn(OH)2-Hll20.
Gatunki cynku są klasyfikowane w zależności od sposobu produkcji i dopuszczalnej zawartości zanieczyszczeń. W zależności od metody produkcji rozróżnia się 4 rodzaje cynku: N- rektyfikowany, E- elektrolityczny, Raf- rafinowany i H- hutniczy. Najczęstszymi zanieczyszczeniami są: Pb, Cd, Fe, Cu, As, Sb i Sn, przy czym najbardziej szkodliwa jest cyna, tworząca z cynkiem i ołowiem niskotopliwe eutektyki, rozmieszczone na granicach ziaren. Gatunek o największym stopniu czystości zawiera co najmniej 99,995%Zn, gatunek H-97,5% Zn. Stopy cynku dzielą się na przerabialne plastycznie i odlewnicze. W obydwóch grupach najszersze zastosowanie znajdują stopy Zn-Al. Zawierają one 3,5-30% Al oraz zazwyczaj, do 5% Cu i 0,05% Mg, który zapobiega korozji międzykrystalicznej i hamuje przemiany w stanie stałym, wywołujące niepożądane zmiany wymiarów odlewów.
Stopem dwuskładnikowym jest ZnA14 (Z40), zawierający 3,4-4,5% Al i do 0,1% Cu. Jego właściwości mechaniczne po wyciskaniu i przeciąganiu wynoszą: Rm=290-330 MPa, A5=10-8%, a twardość wynosi 60- 85 HB; natomiast w stanie odlanym odpowiednio: Rm=180-270 MPa, A5=2-l% przy twardości 65 -75HB. Stop ten jest odporny na korozję, zachowuje niezmienność wymiarów podczas starzenia. Wytwarza się z niego rury, pręty, kształtowniki bądź odlewy ciśnieniowe o dużej dokładności wymiarowej.
Stopy wieloskładnikowe cynku zawierają dodatkowo Cu, w ilości 0,7-3,5% w stopach przerabialnych plastycznie oraz w przedziale 0,7-5,0%- w stopach odlewniczych. Ważną rolę pełnią również stopy ZnA14Cul (Z41) i ZnA14Cu3 (Z43), zawierające odpowiednio po ok. 3% Cu. Ich właściwości mechaniczne są bliskie właściwościom stopu Z40. Stopy o większej zawartości Al i Cu są przeznaczone wyłącznie na odlewy. Mają następujące właściwości mechaniczne: Rn,=150- 290 MPa, A5=l,5-0,5%, twardość wynosi 75 -110 HB. Charakteryzuje je dobra lejność i skrawalność. Są to stopy: ZnA18Cu2 (Z82), ZnA110Cu5 (Z105) i ZnA128Cu4 (Z284). Stop Z82 jest dobrze skrawamy; stosuje się go na matryce i tłoczniki. Stopy Z105 i Z284 są odporne na ścieranie; stosuje sieje m.in. na łożyska i panewki łożysk. Stopy cynku, w postaci odlewów ciśnieniowych, stosuje się szeroko np. na korpusy i obudowy różnych urządzeń i aparatów, pokrywy, gaźniki, klamki itp.



Cyna i ołów oraz ich stopy.
Cyna występuje w dwóch odmianach alotropowych: szarej- a, o sieci Al i gęstości 5,77 g/cm3, oraz białej- P, o sieci tetragonalnej i gęstości 7,28 g/cm3. Pr. Właściwości mechaniczne cyny są bardzo małe: R,n=ok. 13 MPa, twardość wynosi ok. 4 HB, ale plastyczność duża, Aio=57%. Cyna jest stosowana na antykorozyjne powłoki ochronne na blachach stalowych, na puszkach do konserw i naczyń kuchennych, do cynowania przewodów elektrycznych oraz na folie.
Ołów jest metalem plastycznym, matowoszarym, ciężkim, o dużej gęstości (11,34 g/cm3) i niskotopliwym (temperatura topnienia 327,3°C). Krystalizuje się w układzie regularnym (Al). Cechuje go mała wytrzymałość. Ma bardzo dużą odporność na korozję, wody morskiej i atmosfery powietrza. Wskutek dużej plastyczności i małej twardości ulega łatwo odkształceniu i ścieraniu; przeciwdziała się temu, wprowadzając do niego antymon w ilości 0,15-10,5%, co zwiększa twardość do 17 HB. Stop taki nazywa się ołowiem twardym; ich zastosowanie jest podobne do zastosowania czystego ołowiu. Do produkcji akumulatorów i na powłoki kabli znajdują zastosowanie stopy Pb- Sb z dodatkami As (0,15-0,45%), Sn (0,15-0,5%), Cd (0,15-0,35%) i (lub) Te (0,05-0,09%). Jednym z ważniejszych obszarów stosowania cyny i ołowiu są stopy łożyskowe. Są to stopy używane do wylewania panewek łożysk ślizgowych w różnych pojazdach i maszynach. Podstawowym wymaganiem stawianym tego rodzaju stopom jest ich wielofazowa struktura, która powinna się składać z miękkiej, plastycznej osnowy z rozmieszczonymi w niej cząstkami twardymi lub odwrotnie, z miękkich składników w twardej osnowie. Stopy te powinny się ponadto odznaczać dobrymi właściwościami odlewniczymi, niską temperaturą topnienia, małą rozszerzalnością cieplną, dobrą przewodnością cieplną i odpornością na korozję. Najkorzystniejsze są pod tym względem stopy na osnowie cyny z dodatkami do 12%Sb i do 6,5%Cu, zwane babbitami Babbity olomowo-antymonowo-cynowe stosuje się na łożyska pracujące przy średnim obciążeniu i prędkości obwodowej ponad 1,5 m7s. Są to stopy: Ł16 (po 15-17%SniSb),Ł10As.

 



KLIKNIJ PRZYCISK NA POWRÓT DO TEMATÓW PUBLIKACJI