Leszek a. Dobrzański - Rozdział 7 - Metale Nieżelazne i Ich Stopy

5/24/2018 Leszek a. Dobrza ski - Rozdzia 7 - Metale Nie elazne i Ich Stopy

1/134

Metalenieelazne

i ich stopy

Metalenieelazne

i ich stopy

7 roz 8-11-02 18:17 Page 1


2/134

7.1. Aluminium

i jego stopy

7.1.1. Aluminium

GATUNKI ALUMINIUM

Aluminium naley do metali o bardzo duym znaczeniu technicznym. Wyst-

puje w przyrodzie w bardzo wielu mineraach i jest trzecim (po tlenie i krzemie)

pierwiastkiem pod wzgldem udziau w skorupie ziemskiej. Jego gwn rud jestboksyt, z ktrego wytwarza si czysty tlenek Al

2O

3, a nastpnie przez elektroliz

tlenku rozpuszczonego w stopionym kriolicie (fluoroglinian sodu), otrzymuje si

aluminium hutnicze, ktre moe by poddane dalszej rafinacji. Aluminium wytwa-

rza si w 17 gatunkach o rnym stopniu czystoci od 99,99 do 99,0% (tabl. 7.1,

686

Znak aluminiumMaksymalne stenie pierwiastkw, %

Si Fe Cu Mn Mg Zn Ga V Ti Cr B inne Al1)

EN AWAl99,99 0,006 0 ,006 0,006 0 ,002 0 ,006 0 ,006 0,005 0 ,005 0 ,002 0,002 99,99

EN AWAl99,98 0,01 0,006 0,003 0,015 0,003 0,003 99,98

EN AWAl99,98(A) 0,01 0,006 0,006 0,006 0,01 0,006 0,006 0,003 99,98

EN AWAl99,90 0,07 0,07 0,02 0,01 0,01 0,03 0,03 0,05 0,01 0,01 99,9

EN AWAl99,85 0,1 0,12 0,03 0,02 0,02 0,03 0,03 0,05 0,02 0,01 99,85

EN AWAl99,8(A) 0,15 0,15 0,03 0,02 0,02 0,06 0,03 0,02 0,02 99,8

EN AWAl99,7 0,2 0,25 0,03 0,03 0,03 0,07 0,03 0,03 99,7

EN AWEAl99,7 0,1 0,25 0,02 0,01 0,02 0,04 0,03 V + Ti: 0,02 0,01 0,02 0,02 99,7

EN AWAl99,6 0,25 0,35 0,05 0,03 0,03 0,05 0,05 0,03 0,03 99,6

EN AWAl99,5 0,25 0,4 0,05 0,05 0,05 0,07 0,05 0,03 99,5

EN AWEAl99,5 0,1 0,4 0,05 0,01 0,05 0,03 V + Ti: 0,02 0,01 0,05 0,03 99,5

EN AWEAl99,5(A) 0,25 0,4 0,02 0,05 0,05 Mn + Cr + V + Ti: 0,03 0,03 99,5

EN AWAl99,5Ti 0,25 0,4 0,05 0,05 0,05 0,07 0,152)

0,03 99,5

EN AWAl99,35 Si + Fe: 0,65 0,05 0,05 0,05 0,1 0,05 0,06 0,03 99,35

EN AWAl99,0 Si + Fe: 1 0,05 0,05 0,1 0,05 0,05 99

EN AWAl99,0(A) Si + Fe: 1 0,1 0,3 0,3 0,1 0,1 0,05 99

EN AWAl99,0Cu Si + Fe: 0,95 0,132)

0,05 0,1 0,05 99

Stenie: 1)minimalne, 2)rednie.

Tablica 7.1

Skad chemiczny aluminium do obrbki plastycznej

7 roz 8-11-02 18:17 Page 686


3/134

wedug PN-EN 573-3:1997). Oznaczenie z uyciem symboli chemicznych*) skada

si z cigu znakw: EN AW-Al, liczby wyraajcej czysto aluminium oraz niekie-dy symbolu pierwiastka stanowicego niewielk domieszk, np. EN AW-Al99,0Cu.

Gatunki aluminium do zastosowa elektrycznych s wyrnione liter E przed

symbolem Al, np. EN AW-EAl99,5. Aluminium jest stosowane zarwno w postaci

czystego metalu, jak i wielu stopw.

WASNOCI FIZYCZNE I MECHANICZNE

Aluminium ma liczb atomow rwn 13, a jego masa atomowa wynosi 26,9815.

Nie wykazuje ono odmian alotropowych i krystalizuje w sieci regularnej ciennie

centrowanej typu A1 o parametrze 0,40408 nm. Temperatura topnienia aluminium

wynosi 660,37C, a wrzenia 2494C. Gsto aluminium wynosi 2,6989 g/cm3

w 20C. Aluminium w stanie wyarzonym cechuje si wytrzymaoci na rozciga-nie wynoszcR

m= 70120 MPa, granic plastycznociR

e= 2040 MPa, wydue-

niem A11,3

= 3045% i przeweniem

Z= 8095%.

Aluminium moe by obrabiane plastycz-

nie na zimno i na gorco. W stanie zgniecio-

nym z 6080% stopniem gniotu wytrzyma-

o na rozciganie osiga 140230 MPa,

granica plastycznoci Re

= 120180 MPa,

twardo 4060 HB, przy zmniejszonym wy-

dueniuA11,3

= 1,53%.

Aluminium cechuje wysoka przewodnoelektryczna 37,74 MS/m, stanowica ok.

65% przewodnoci elektrycznej miedzi, oraz

dobra przewodno cieplna. Przewodno

elektryczna ulega znacznemu zmniejszeniu

wraz ze zwikszeniem stenia zanieczysz-

cze i domieszek (rys. 7.1), gwnie Fe i Si,

a take Cu, Zn i Ti. Pierwiastki te powoduj

ponadto obnienie plastycznoci, lecz zwik-

szaj wasnoci wytrzymaociowe. Domiesz-

ka Fe prawie nie rozpuszcza si w alumi-

nium, tworzc kruch faz Al3Fe. NatomiastSi wykazuje niewielk rozpuszczalno i nie

tworzc faz, wystpuje w postaci wolnej.

W przypadku jednoczesnej obecnoci Fe i Si

wystpuj fazy midzymetaliczne Fe3Si

2Al

12

7.1. Aluminium i jego stopy

687

*) Oznaczenie aluminium lub stopu aluminium mona poda w systemie liczbowym (wedug

PN-EN 573-1:1997) lub z uyciem symboli chemicznych (wedug PN-EN 573-2:1997). Ozna-

czeniem z uyciem symboli chemicznych, zawartym w nawiasie kwadratowym, zaleca si uzu-

penia oznaczenie liczbowe, np. EN AW-1070A[Al99,7]. W tekcie rozdziau o stopach alu-minium oznaczenie liczbowe jest pomijane.

STENIE DOMIESZEK (%)

PRZEWODNOELEKTRYCZ

NAWACIWA(MS/m)

Rysunek 7.1

Wpyw stenia domieszek na przewodno elektryczn waciw

aluminium typu EN AWAl99,99 (wedug W.W. Malcewa)

7 roz 8-11-02 18:17 Page 687


4/134

lub Fe3Si

2Al

9(rys. 7.2). Ich wydzielenia, szczeglnie na granicach ziarn, wpywa-

j na znaczne zmniejszenie wasnoci plastycznych aluminium.

Aluminium wykazuje du odporno na korozj. Na powietrzu pokrywa sicienk warstw Al

2O

3, chronic przed korozj atmosferyczn, dziaaniem wody,

stonego kwasu azotowego, licznych kwasw organicznych, a take siarkowodoru.

Natomiast kwasy redukujce HCl i HF, woda morska, pary i jony rtci powoduj

przyspieszenie korozji aluminium.

W celu polepszenia odpornoci na korozj aluminium moe by poddane tzw.

anodowaniu, tj. elektrolitycznemu procesowi wytwarzania powoki tlenkowej, np.

w roztworze 10% kwasu siarkowego, poczonemu z barwieniem powierzchni me-

talu na rne kolory.

ZASTOSOWANIE ALUMINIUM

Gatunki aluminium hutniczego (o ograniczonej czystoci) s stosowane do pro-

dukcji stopw oraz licznych produktw codziennego uytku, urzdze dla przemy-

su spoywczego, na niektre przewody elektryczne, wymienniki ciepa (PN-EN

683-2:2000), w budownictwie (PN-EN 508-2:2002U), a w postaci folii na opako-

wania artykuw spoywczych (PN-EN 546-2:2000). Aluminium rafinowane

(o wysokiej czystoci) jest stosowane w elektronice i elektrotechnice oraz do budo-

wy specjalnej aparatury chemicznej.

7. Metale nieelazne i ich stopy

688

Rysunek 7.2

Fragment przekroju izotermicznego w temperaturze zmiennej rozpuszczalnoci solvus wykresu rwnowagi

AlSiFe (wedug L.A. Willeya)

7 roz 8-11-02 18:17 Page 688

7 ro 8 11 02 18 17 Page 689


5/134


689689

Struktura

1) czystego aluminium EN AW-Al99,98,

pow. 50x, wiato spolaryzowane;

2) stopu typu AlMg0,7Cr0,6TiFe, pow. 200x,

wiato spolaryzowane;

3) stopu typu AlMg1Si1Mn w stanie lanym,

pow. 50x;

4) stopu typu AlMg1Si1Mn po walcowaniu

na zimno z 20% gniotem, pow. 50x;

5) stopu typu AlMg1Si1, pow. 600x, kontrast

interferencyjny;

6) stopu Al-Sn odksztaconego plastycznie,pow. 500x, kontrast interferencyjny;

7) stopu typu AlCu4Mg2 w stanie lanym,

pow. 200x, kontrast interferencyjny;

8) stopu Al-Cu w stanie lanym, pow. 50x,

wiato spolaryzowane

1 2 3

4 5

6 7 8

Aluminium i jego stopy

7 roz 8-11-02 18:17 Page 689

7 roz 8-11-02 18:17 Page 690


6/134


690690

W 1808 r. lord Humphry Davy przewidzia istnienie i ustali nazw aluminium, a w roku 1821 Francuz Pierre

Berthier w Les Baux odkry boksyt zawierajcy 52% aluminium, w roku 1825 Duczyk Hans Christian Oersted

wyizolowa czyste aluminium, a w roku 1854 Francuz Henri Sainte Claire Deville rozpocz jego produkcj prze-

mysow i w 1856 roku wystawi je publicznie w Paryu. W roku 1858 Napoleon Bonaparte otrzyma cenny

prezent w postaci statuetki aluminiowej (9). Obecna produkcja aluminium wynosi ponad 24 miliony ton i ponad

7 milionw ton w ramach recyklingu. Puszki na napoje wracaj zwykle do obiegu po zupenym przetworzeniu po

3 tygodniach. Aluminium znalazo zastosowanie na przewody elektryczne wysokiego napicia (1), w produkcji

samochodw, np. na karoserie Audi A2 (2), ksztatowniki wyciskane (4) (5) (6), w tym na radiatory (5) (6). Inne

przykady to bardzo precyzyjnie polerowane zwierciado do teleskopw astronomicznych (3), skrzypce wyko-

rzystywane w Pittsburghu (USA) (7), a nawet suknia wieczorowa zaprezentowana w Paryu w 1998 roku przez

stylist hiszpaskiego Paco Rabanne (8).

1

5 3

7

8

96

2

4

7 roz 8 11 02 18:17 Page 690

7 roz 8-11-02 18:17 Page 691


7/134

7.1.2. Oglna klasyfikacja stopw aluminium

SPOSOBY WYTWARZANIA STOPW ALUMINIUMStosunkowo niskie wasnoci wytrzymaociowe aluminium mona zwikszy

nawet kilkakrotnie przez wprowadzenie pierwiastkw stopowych oraz obrbk

ciepln stopw. W porwnaniu ze stalami stopy aluminium charakteryzuj si

znacznie mniejsz mas, a w niskiej temperaturze wiksz udarnoci.

Najoglniej ze wzgldu na sposb wytwarzania stopy aluminium dzieli si na:

do obrbki plastycznej,

odlewnicze.

Niektre z tych stopw mog by stosowane zarwno jako odlewnicze jak

i przeznaczone do obrbki plastycznej.

STOPY ALUMINIUM DO OBRBKI PLASTYCZNEJStopy do obrbki plastycznej zawieraj zwykle do ok. 5% pierwiastkw stopo-

wych, najczciej Cu, Mg, Mn, niekiedy take Si, Zn, Ni, Cr, Ti lub Li. Niektre

z tych stopw s stosowane w stanie zgniecionym lub po wyarzaniu rekrystalizu-

jcym, a cz jest poddawana obrbce cieplnej polegajcej na utwardzaniu wy-

dzieleniowym (rys. 7.3). Odksztaceniu plastycznemu, przy zachowaniu specjal-

nych warunkw, mona take poddawa stopy aluminium o steniu dodatkw sto-

powych wikszym ni 5%.


691

Rysunek 7.3

Fragment typowego wykresu rwnowagi stopw Al z zaznaczeniem zakresw stenia stopw do obrbki

plastycznej, umacnianych zgniotowo i utwardzanych wydzieleniowo, oraz stopw odlewniczych

g


8/134

7 roz 8-11-02 18:17 Page 693


9/134

Siluminy podeutektyczne modyfikuje si sodem, dodawanym w postaci miesza-

niny NaF, NaCl i KCl. Dodatek Na obnia temperatur przemiany eutektycznej

i powoduje przesunicie punktu eutektycznego do wikszego stenia ok. 13% Si.

Jako bardzo efektywny modyfikator jest stosowany take Sr, a niekiedy Sb. Struk-

tur stopw modyfikowanych stanowi drobnoziarnista eutektyka + z wydziele-niami fazy .


693

Rysunek 7.4

Wykres rwnowagi AlSi

(wedug L.A. Willeya)

Grupa stopwOdlewnicze Do obrbki

plastycznejdwuskadnikowe wieloskadnikowe

Zakres

stenia

skadnikw

stopu, %

Al 84,392 79,497,6 75,498,8

Si 813,5 1,613,5 0,513,0

Cu 05 01,3

Mg 01,5 01,8

Mn 00,65 01,5

Ni 01,3 01,5

Ti 00,25

Gatunki podano w tabl. 7.3 podano w tabl. 7.4

Norma PN-EN 1706:2001 PN-EN 573-3:1998

Tablica 7.2

Orientacyjne zakresy stenia pierwiastkw stopowych w stopach aluminium z krzemem

7 roz 8-11-02 18:17 Page 694


10/134


694

Znak stopu

Stenie pierwiastkw1)

, % Minimalne wasnoci

Si Cu Mg Mn Fe Ti Zn Ni PbRp0,2,

MPa

Rm,

MPa

A50mm,

% HB

EN AC-AlSi9 9,5 0,1 0,1 0,5 0,65 0,15 0,15 0,05 0,05 4)

EN AC-AlSi11 10,9 0,05 0,45 0,4 0,19 0,15 0,07 703) 150 6 45

EN AC-AlSi12(a) 12 0,05 0,35 0,55 0,15 0,1 703) 150 5 50

EN AC-AlSi12(b) 12 0,15 0,1 0,55 0,65 0,2 0,15 0,1 0,1 703) 150 4 50

EN AC-AlSi12(Fe) 12 0,1 0,55 1 0,15 0,15 4)

EN AC-AlSi5Cu1Mg 5 1,3 0,5 0,55 0,65 0,15 0,15 0,25 0,15 2002)

230 1 100

EN AC-AlSi5Cu3 5,3 3,1 0,05 0,55 0,6 0,25 0,2 0,1 0,1 1102)

230 6 75

EN AC-AlSi5Cu3Mg 5,3 3,1 0,3 0,55 0,6 0,25 0,2 0,1 0,1 1802)

270 2,5 85

EN AC-AlSi5Cu3Mn 5,3 3,3 0,4 0,43 0,8 0,2 0,55 0,3 0,2 2002)

230 1 90

EN AC-AlSi6Cu4 6 4 0,55 0,43 1 0,25 2 0,45 0,3 1003)

150 1 60

EN AC-AlSi7Cu2 7 2 0,35 0,4 0,8 0,25 1 0,35 0,25 903)

150 1 60

EN AC-AlSi7Cu3Mg 7,3 3,5 0,45 0,43 0,8 0,25 0,65 0,3 0,15 1003)

180 1 80

EN AC-AlSi8Cu3 8,5 2,8 0,3 0,4 0,8 0,25 1,2 0,35 0,25 903) 150 1 60

EN AC-AlSi9Cu1Mg 9 1,05 0,45 0,35 0,8 0,15 0,8 0,2 0,1 2352) 275 1,5 105

EN AC-AlSi9Cu3(Fe) 9,5 3 0,3 0,55 1,3 0,25 1,2 0,55 0,35 4)

EN AC-AlSi9Cu3(Fe)(Zn) 9,5 3 0,3 0,55 1,3 0,25 3 0,55 0,35 4)

EN AC-AlSi11Cu2(Fe) 11 2 0,3 0,55 1,1 0,25 1,7 0,45 0,25 4)

EN AC-AlSi12(Cu) 12 1 0,35 0,3 0,8 0,2 0,55 0,3 0,2 803)

150 1 50

EN AC-AlSi12Cu1(Fe) 12 0,95 0,35 0,55 1,3 0,2 0,55 0,3 0,24)

EN AC-AlSi12CuNiMg 12 1,05 1,05 0,35 0,7 0,25 0,35 1 2402)

280 1 100

EN AC-AlSi2MgTi 2 0,1 0,55 0,4 0,6 0,13 0,1 0,05 0,05 1802)

240 3 85

EN AC-AlSi7Mg 7 0,2 0,43 0,35 0,55 0,15 0,15 0,15 0,55 1802)

220 1 75

EN AC-AlSi7Mg0,3 7 0,05 0,35 0,1 0,19 0,16 0,07 1902)

230 2 75

EN AC-AlSi7Mg0,6 7 0,05 0,58 0,1 0,19 0,16 0,07 2102)

250 1 85

EN AC-AlSi9Mg(b) 9,5 0,05 0,35 0,1 0,18 0,15 0,07 1902) 230 2 75

EN AC-AlSi10Mg(a) 10 0,05 0,33 0,45 0,55 0,15 0,1 0,05 0,05 1802) 220 1 75

EN AC-AlSi10Mg(b) 10 0,1 0,33 0,45 0,55 0,15 0,1 0,05 0,05 1802) 220 1 75

EN AC-AlSi10Mg(Cu) 10 0,35 0,33 0,55 0,65 0,2 0,35 0,15 0,1 1802) 220 1 75

EN AC-AlSi10Mg(Fe) 10 0,1 0,35 0,55 1 0,2 0,15 0,15 0,15 4)

1)Sn 0,050,25, Cr 0,10,15, inne 0,030,05 (za wyjtkiem pierwiastkw modyfikujcych lub rafinujcych, tj. Na, Sr, Sb i P);

wartoci bez znaku oznaczaj stenie rednie.2)

W stanie przesyconym i starzonym.3)

W stanie surowym (po odlewaniu).4)Brak danych.

Tablica 7.3

Orientacyjny skad chemiczny i wasnoci odlewniczych stopw aluminium z krzemem

7 roz 8-11-02 18:17 Page 695


11/134

Siluminy nadeutektyczne wykazuj due wydzielenia krysztaw roztworu (niemal czystego Si). Stopy te s modyfikowane fosforem, ktry tworzy dyspersyj-

ne czstki AlP, stanowice zarodki heterogeniczne w czasie krystalizacji czstekroztworu bogatego w Si. W wyniku tego w strukturze stopu ochodzonego dotemperatury pokojowej wystpuje eutektyka + i drobne czstki roztworu o znacznej dyspersji.

WIELOSKADNIKOWE STOPY ODLEWNICZE ALUMINIUM Z KRZEMEM

Siluminy mog by rwnie stopami wieloskadnikowymi. Zawieraj wwczas

dodatki Cu, Mg i Mn, zwikszajce wytrzymao (tabl. 7.2 i 7.3). Na rysunkach

7.5 i7.6 przedstawiono fragmenty potrjnych ukadw rwnowagi. Dodatek Cu

oraz Mg umoliwia utwardzanie wydzieleniowe stopw wieloskadnikowych Al

z Si, w wyniku wydzielania faz CuAl2

lub Mg2Si. Dodatek Cu pogarsza jednak od-

porno na korozj, ktr z kolei poprawia dodatek ok. 1% Ni. Dodatek ok. 0,5%

Mn przeciwdziaa ujemnemu wpywowi domieszek Fe tworzcych wydzielenia

Fe3Si

2Al

9oraz Fe

3Si

2Al

12(rys. 7.2), znacznie zmniejszajce cigliwo stopu.


695

Rysunek 7.5

Przekrj izotermiczny wykresu rwnowagi AlMgSi w temperaturze zmiennej rozpuszczalnoci solvus

(wedug L.A. Willeya)

7 roz 8-11-02 18:17 Page 696


12/134

ZASTOSOWANIE STOPW ODLEWNICZYCH ALUMINIUM Z KRZEMEM

Siluminy eutektyczne i nadeutektyczne wykazujce znaczn arowytrzymao

s stosowane na wysoko obcione toki silnikw spalinowych. Ze stopw podeu-

tektycznych wytwarza si silnie obcione elementy dla przemysu okrtowego

i elektrycznego, pracujce w podwyszonej temperaturze i w wodzie morskiej.

Wieloskadnikowe stopy Al z Si s stosowane m.in. na gowice silnikw spalino-

wych oraz inne odlewy w przemyle maszynowym.

STOPY ALUMINIUM Z KRZEMEM DO OBRBKI PLASTYCZNEJ

Stopy Al z niewielkim dodatkiem do ok. 2% Si (tabl. 7.2 i7.4 wedug PN-EN

573-3:1998 i PN-EN 573-3/Ak:1998) s przeznaczone do obrbki plastycznej, na

rednio obcione elementy konstrukcji lotniczych i pojazdw mechanicznych

oraz elementy gbokotoczne i kute o zoonym ksztacie. Stopy zawierajce od

5 do 12% Si np. stop EN AW-AlSi12(A) mog by poddane rwnie obrbce

plastycznej, np. w celu wytworzenia drutw spawalniczych (tabl. 7.4).

7.1.4. Stopy aluminium z magnezem

UKAD AlMg

Aluminium tworzy z Mg roztwr stay graniczny o rozpuszczalnoci zmniej-szajcej si wraz z obnianiem temperatury, krystalizujcy w sieci ciennie centro-

wanej typu A1 ukadu regularnego. W zakresie stenia do ok. 35,5% Mg wystpu-

je mieszanina eutektyczna roztworu z roztworem staym wtrnym na osnowiefazy elektronowej Al

8Mg

5, krystalizujcej w sieci regularnej zoonej (rys. 7.7).


696

Rysunek 7.6

Fragment przekroju izotermicznego wykresu rwnowagi AlCuSi w temperaturze zmiennej rozpuszczalnoci

solvus (wedug L.A. Willeya)

7 roz 8-11-02 18:17 Page 697


13/134


697

Znak stopuStenie pierwiastkw1), %

Si Mg Fe Cu Mn Zn Ti Cr Ni inne

EN AW-AlSi1Fe 1 0,01 0,65 0,1 0,05 0,05 0,2

EN AW-AlSi1,5Mn 1,4 0,2 0,7 0,2 1,2 0,1 0,1 0,15 0,4 Co 0,05

EN AW-AlSi2 1,8 0,55 0,7 0,2 0,35 0,2

EN AW-AlSi2Mn 1,8 0,3 0,7 0,2 0,9 0,2

EN AW-AlSi5(A) 5,3 0,2 0,6 0,3 0,15 0,1 0,15 2)

EN AW-AlSi7,5 7,5 0,8 0,25 0,1 0,2

EN AW-AlSi10 10 0,05 0,8 0,3 0,05 0,1 0,2

EN AW-AlSi10Mg 10 0,35 0,5 0,03 0,4 0,1 0,15

EN AW-AlSi10Mg1,5 9,8 1,5 0,8 0,25 0,1 0,2

EN AW-AlSi10MgBi 9,8 1,5 0,8 0,25 0,1 0,2 Bi: 0,11

EN AW-AlSi12(A) 12 0,1 0,6 0,3 0,15 0,2 0,15 2)

EN AW-AlSi12,5MgCuNi 12,3 1,05 1 0,9 0,25 0,1 0,9

1)Pozostae 0,05; wartoci bez znaku oznaczaj stenie rednie.

2)Be 0,0008 dotyczy elektrod i drutw spawalniczych.

Tablica 7.4

Orientacyjny skad chemiczny stopw aluminium z krzemem do obrbki plastycznej

Rysunek 7.7

Fragment wykresu rwnowagi

AlMg (wedug L.A. Willeya)

7 roz 8-11-02 18:17 Page 698


14/134

W stopach przemysowych Al z Mg stenie Mg jest zawarte w przedziale od

0,5 do ok. 13%. Stopy o maym steniu Mg wykazuj du podatno na obrbk

plastyczn, a o duym steniu bardzo dobre wasnoci odlewnicze.

ODLEWNICZE STOPY ALUMINIUM Z MAGNEZEM

Stopy aluminium z Mg oprcz siluminw s najczciej stosowanymi stopa-

mi odlewniczymi. Wykazuj bowiem najwiksz spord stopw aluminium odpor-

no na korozj i najmniejsz gsto. Wasnoci odlewnicze tych stopw s jed-

nak gorsze ni siluminw.

Stopy Al z Mg zawieraj zwykle inne dodatki stopowe, wprowadzone jednak

w niewielkim steniu. Dodatek Si poprawia rzadkopynno. Dodatki Mn lub Cr

zmniejszaj niekorzystny wpyw Fe na korozj tych stopw. Mied, dodawana rzad-

ko, zmniejsza podatno na pitting, pogarszajc jednoczenie odporno stopw

na korozj. Cynk polepsza wasnoci wytrzymaociowe i odlewnicze, Ti, a take

B zmniejszaj wielko ziarna, natomiast Be i dodawany niekiedy Li zmniejszaj

skonno Mg do utleniania w kpieli metalowej przed odlaniem stopu i rwnie

w stanie staym podczas pracy w podwyszonej temperaturze. Dodatek Pb polep-

sza podatno stopw Al z Mg na obrbk skrawaniem. Orientacyjne stenie pier-

wiastkw stopowych w odlewniczych stopach Al z Mg (wedug PN-EN 1706:2001)

podano w tablicach 7.5 i7.6.

W celu usunicia niekorzystnej dwufazowej struktury stopy odlewnicze Al z Mg

s poddawane przesycaniu z temperatury wyszej od odpowiadajcej granicznej

rozpuszczalnoci Mg w Al. Stopy Al z Mg i Si mog by starzone; dziki wydzie-

leniom fazy Mg2Si ulegaj utwardzaniu wydzieleniowemu.

Stopy odlewnicze Al z Mg znajduj zastosowanie na odlewy o duej odporno-

ci na korozj, np. na armatur morsk, elementy aparatury chemicznej oraz ele-

menty dekoracyjne, a take silnie obcione i naraone na uderzenia.


698

Grupa stopw OdlewniczeDo obrbki plastycznej

Al z Mg Al z Mg i Si

Zakres

stenia

skadnikw

stopu, %

Al 84,597,4 93,299,5 96,199,3

Mg 2,510,5 0,45,6 0,351,2

Si 01,5 00,5 0,21,3

Mn 00,55 01,1 01

Fe 01 00,7 01

Pb 00,1 01,8 02

inne Ti: 00,1 Cr: 00,35 Cr: 00,35

Gatunki podano w tabl. 7.6 podano w tabl. 7.7 podano w tabl. 7.8

Norma PN-EN 1706:2001 PN-EN 573-3:1998

Tablica 7.5

Orientacyjne zakresy stenia pierwiastkw stopowych w stopach aluminium z magnezem

oraz aluminium z magnezem i krzemem

7 roz 8-11-02 18:17 Page 699


15/134

STOPY ALUMINIUM Z MAGNEZEM DO OBRBKI PLASTYCZNEJ

Stopy Al z Mg do obrbki plastycznej, zwane zwyczajowo hydronaliami, zawie-

raj 0,45,6% Mg, a take niewielki dodatek Mn, niekiedy Si, Cr, Fe lub Pb (tabl.

7.5, 7.7 i7.8, wedug PN-EN 573-3:1998 i PN-EN 573-3/Ak:1998). Charakteryzu-

j si podwyszonymi wasnociami mechanicznymi, odpornoci na korozj

w rodowisku wody i atmosfery morskiej oraz dobr spawalnoci i podatnoci na

gbokie toczenie.

Hydronalia maj struktur dwufazow roztworu staego i wydziele fazy .Wasnoci wytrzymaociowe tych stopw s zwikszane w wyniku umocnienia

zgniotowego. Poddaje si je take wyarzaniu ujednorodniajcemu, rekrystalizuj-

cemu oraz odprajcemu, a take utwardzaniu wydzieleniowemu. Mona rwnie

stosowa do nich nisko- i wysokotemperaturow obrbk cieplnomechaniczn.

Stopy Al z Mg znajduj zastosowanie na rednio obcione elementy w przemyle

okrtowym i lotniczym oraz w urzdzeniach przemysu spoywczego i chemiczne-

go. Stosowane s te na opakowania, np. na puszki do napojw.

Zblion do hydronaliw struktur (rys. 7.5) i zastosowanie maj stopy alumi-

nium z magnezem i krzemem (tabl. 7.5, 7.7 i 7.8).

7.1.5. Stopy aluminium z miedzi

UKAD AlCu

W ukadzie podwjnym AlCu wystpuj dwa roztwory stae graniczne Cu

(Al w Cu) i Al

() (Cu w Al) oraz 9 roztworw wtrnych na osnowie faz midzy-metalicznych , , , , , , ,, , z ktrych gwne opisano w tablicy 7.9. Nie-ktre z tych faz i roztworw wtrnych utworzonych na ich osnowie krystalizuj

bezporednio z cieczy w wyniku reakcji eutektycznej lub perytektycznej, niektre

za powstaj w stanie staym. Na rysunku 7.8 przedstawiono fragment wykresu


699

Znak stopu

Stenie pierwiastkw1), % Minimalne wasnoci 2)

Mg Si Fe Mn Cu Ti Zn Rp0,2,

MPa

Rm,

MPa

A50mm,

%HB

EN AC-AlMg3(a) 3 0,55 0,55 0,45 0,05 0,2 0,1 70 140 3 50

EN AC-AlMg3(b) 3 0,55 0,55 0,45 0,1 0,2 0,1 70 140 3 50

EN AC-AlMg5 5,5 0,55 0,55 0,45 0,1 0,2 0,1 90 160 3 55

EN AC-AlMg5(Si) 5,5 1,5 0,55 0,45 0,05 0,2 0,1 100 160 3 60

EN AC-AlMg9 9,3 2,5 1 0,55 0,1 0,2 0,25 3)

1)Ni 0,1, Pb 0,1, Sn 0,1, inne 0,05 (za wyjtkiem pierwiastkw modyfikujcych lub rafinujcych, tj. Na, Sr, Sb i P);wartoci bez znaku oznaczaj stenie rednie.

2)W stanie surowym (po odlewaniu).

3)Brak danych.

Tablica 7.6

Orientacyjny skad chemiczny i wasnoci odlewniczych stopw aluminium z magnezem


16/1347 roz 8-11-02 18:17 Page 701


17/134


701


Mg Si Cu Mn Fe Zn Cr Ti inne

EN AW-AlMgSi 0,48 0,45 0,1 0,1 0,2 0,15 0,05 0,1

EN AW-EAlMgSi(B) 0,48 0,45 0,05 0,05 0,2 0,1

EN AW-Al99,9MgSi 0,53 0,53 0,13 0,03 0,04 0,04 0,01

EN AW-EAlMgSi 0,58 0,5 0,1 0,03 0,5 0,1 0,03 B 0,06

EN AW-AlMgSi0,3Cu 0,6 0,35 0,28 0,1 0,8 0,2

EN AW-AlMgSiMn 0,6 0,45 0,25 0,13 0,35 0,1 0,2

EN AW-EAlMgSi(A) 0,65 0,5 0,05 0,4

EN AW-AlMg0,7Si 0,68 0,4 0,1 0,1 0,35 0,1 0,1 0,1

EN AW-AlMg0,7Si(B) 0,68 0,4 0,2 0,05 0,15 0,05

EN AW-AlMg0,7Si(A) 0,75 0,45 0,1 0,15 0,25 0,15 0,05 0,1

EN AW-EAlMg0,7Si 0,75 0,7 0,07 0,03 0,5 0,1 0,03 B 0,06

EN AW-AlMg1SiCuMn 0,85 0,55 0,28 0,28 0,4 0,2 0,1 0,1

EN AW-AlMg1SiPbMn 0,9 0,85 0,28 0,55 0,7 0,3 0,1 0,2 Pb: 0,8, Bi: 0,55

EN AW-AlMg0,9Si0,9Cu 0,9 0,9 0,63 0,8 1 1,5 0,3 0,2 Ni 0,2

EN AW-AlMg1Si0,3Cu 0,95 0,3 0,1 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1

EN AW-AlMg1SiCu 1 0,6 0,28 0,15 0,7 0,25 0,2 0,15

EN AW-AlMg1SiCu(A) 1 0,6 0,28 0,15 0,7 0,25 0,2 Pb 0,003

EN AW-AlMg1SiPb 1 0,6 0,28 0,15 0,7 0,25 0,1 0,1 Pb: 0,55, Bi: 0,55

EN AW-AlMg1Si0,8CuMn 1 0,8 0,85 0,5 0,5 0,25 0,1 0,1

EN AW-AlMg1Si0,8 1,15 0,7 0,1 0,8 0,6 0,2 0,35 0,1

EN AW-AlSiMg 0,5 0,75 0,1 0,1 0,35 0,1 0,1 0,1

EN AW-AlSiMg(A) 0,55 0,7 0,3 0,5 0,35 0,2 0,3 Mn + Cr: 0,3

EN AW-AlSiMg(B) 0,6 0,63 0,1 0,1 0,3 0,1 0,1

EN AW-AlSi1Mg0,5Mn 0,6 1 0,1 0,6 0,5 0,2 0,2

EN AW-AlSi1Mg0,5Mn(A) 0,6 1 0,1 0,6 0,5 0,2 0,2 Pb 0,003

EN AW-AlSi0,9MgMn 0,8 0,9 0,1 0,28 0,5 0,2 0,1 0,15

EN AW-AlSi1Mg0,8 0,8 1 0,1 0,15 0,45 0,2 0,1 0,1

EN AW-AlSi1MgMn 0,9 1 0,1 0,7 0,5 0,2 0,25

EN AW-AlSi1MgMn(A) 0,9 1 0,1 0,7 0,5 0,2 0,25 0,1 Pb 0,003

EN AW-AlMgSiPb 0,9 1 0,18 0,7 0,5 0,3 0,3 0,2 Pb: 1,2, Bi 0,7

EN AW-AlSi1MgCuMn 0,9 1 0,8 0,6 0,5 0,4 0,25 Zr + Ti 0,2

1)Pozostae 0,010,05; wartoci bez znaku oznaczaj s tenie rednie.

Tablica 7.8

Orientacyjny skad chemiczny stopw aluminium z magnezem i krzemem do obrbki plastycznej

7 roz 8-11-02 18:17 Page 702


18/134


702

Faza Rodzaj fazy Przyblionywzr

Typ siecikrystalograficznej

Uwagi

Al() roztwr stay graniczny regularna ciennie

centrowana typu A1

zmiana rozpuszczalnoci

Cu w Al wraz z obnieniem

temperatury od 548C

roztwr stay wtrny na osnowie

fazy midzymetalicznejCuAl2 sie typu C16

tworzy si w temperaturze 548C

w wyniku przemiany

eutektycznej L + Al

()

2


fazy elektronowej o steniu

elektronowym 21/13

Cu3Al4regularna zoona

typu mosidzu w temperaturze 363C rozpad

roztwr stay wtrny na osnowiefazy elektronowej o steniuelektronowym 3/2

Cu3Alregularna przestrzenniecentrowana

w temperaturze 565C rozpad

Cu

perytektoidalny + Cu 2

eutektoidalny + Cu 2

roztwr stay graniczny regularna ciennie

centrowana typu A1

zmiana rozpuszczalnoci Al w Cu

wraz z obnieniem temperatury

w zakresie 1034565C

Tablica 7.9

Waniejsze fazy wystpujce w ukadzie AlCu

Rysunek 7.8

Fragment wykresu rwnowagi AlCu (wedug L.A. Willeya)

7 roz 8-11-02 18:17 Page 703


19/134

rwnowagi AlCu od strony aluminium. Od strony Al wystpuje roztwr stay

o ograniczonej rozpuszczalnoci 5,65% Cu w temperaturze eutektycznej548C, zmniejszajcej si poniej 0,5% Cu wraz z obnieniem temperatury do po-

kojowej. Eutektyka wystpuje przy steniu 33% Cu i jest zoona z roztworu sta-

ego granicznego oraz fazy midzymetalicznej CuAl2

(). Charakter linii solvus o zmiennej rozpuszczalnoci Cu w roztworze umoliwia zastosowanie obrb-ki cieplnej stopw AlCu polegajcej na przesycaniu i starzeniu.

ODLEWNICZE STOPY ALUMINIUM Z MIEDZI

Odlewnicze stopy Al z Cu (tabl. 7.10 i7.11, wedug PN-EN 1706:2001) zawie-

raj do ok. 5% Cu, niekiedy dodatek Ti, wpywajcy na rozdrobnienie ziarn i zwik-

szenie lejnoci. S stosowane rzadziej ni stopy Al z Si ze wzgldu na trudnoci


703

Grupa stopw OdlewniczeDurale miedziowe

do obrbki plastycznej

Wieloskadnikowe

do obrbki plastycznej

Zakres

stenia

skadnikw

stopu, %

Al 93,495,6 9197,6 91,695,9

Cu 4,25,2 2,26 16,8

Mg 00,35 0,151,8 01,9

Mn 01,2 00,5

Si 01,2 01,3

Ni 02,3

Ti 0,150,35 00,2 00,2

Zr 00,25 00,25

Pb 00,6 01,5

Li 02,7

inne Bi: 00,6, V: 00,15 Fe: 01,4, Bi: 00,2


Norma PN-EN 1706:2001 PN-EN 573-3:1998

Tablica 7.10

Orientacyjne zakresy stenia pierwiastkw stopowych w stopach aluminium z miedzi

Znak stopu

Stenie pierwiastkw1), % Minimalne wasnoci 2)

Cu Ti Mg Fe Si Zn Mn Rp0,2,

MPa

Rm,

MPa

A50mm,

%HB

EN AC-AlCu4MgTi 4,6 0,23 0,25 0,35 0,2 0,1 0,1 200 300 5 90

EN AC-AlCu4Ti 4,7 0,23 0,19 0,18 0,07 200 300 3 95

1)Ni 0,05, Sn 0,05, Pb 0,05, inne 0,03 (za wyjtkiem pierwiastkw modyfikujcych lub rafinujcych, tj. Na, Sr, Sb i P);

wartoci bez znaku oznaczaj stenie rednie.2)

W stanie przesyconym i starzonym.

Tablica 7.11

Orientacyjny skad chemiczny i wasnoci odlewniczych stopw aluminium z miedzi

7 roz 8-11-02 18:19 Page 704


20/134

technologiczne zwizane z wytwarzaniem odleww (wykazuj podatno na mi-kropknicia podczas odlewania). Dodatek Cu zwiksza aroodporno, pogarsza

jednak odporno na korozj w szczeglnoci midzykrystaliczn, zwizan

z wydzielaniem fazy na granicach ziarn roztworu . Stopy te s stosowane narednio i bardzo obcione elementy samochodw i maszyn.

UTWARDZANIE WYDZIELENIOWE STOPW ALUMINIUM Z MIEDZI

Stopy Al z Cu s poddawane utwardzaniu wydzieleniowemu. W wyniku przesy-cenia miedzi roztwr stay znajduje si w stanie metastabilnym, cechujcym sinadmiarem energii swobodnej. W pierwszym stadium starzenia w sieci przesyco-nego roztworu staego rnowzowego o przypadkowym rozmieszczeniu ato-mw Cu (rys. 7.9a) w paszczyznach {100} tworz si skupiska atomw miedzi,zwane strefami GuinieraPrestona GP(rys. 7.9b). Strefy GPpowstaj podczas sta-rzenia samorzutnego w temperaturze pokojowej i maj posta cienkich pytek

o gruboci kilkudziesiciu i rednicy kilkuset nm, cakowicie koherentnych z osno-w roztworu . Rnice rednic atomw Al i Cu powoduj znaczne odksztaceniaspryste i naprenia sieci i w wyniku tego umocnienie stopu. Zakoczenie proce-su jest zwizane z ustabilizowaniem si twardoci (rys. 7.10). Wwczas ok. 50%atomw Cu znajduje si w strefach GP.

Podczas starzenia w temperaturze wyszej od ok. 100C, w paszczyznach{100} roztworu nastpuje wydzielanie fazy przejciowej (rys. 7.9c) o sieci


704

Al

Cu

Rysunek 7.9

Schemat rnych stadiw starzenia stopu AlCu: a) faza (Al), b) strefa GP, c) faza przejciowa ,

d) faza rwnowagowa (CuAl2) (wedug E. Guiniera i G.D. Prestona)

7 roz 8-11-02 18:19 Page 705


21/134

tetragonalnej, koherentnej z osnow, po-wodujce umocnienie stopu mniejsze odwywoanego strefami GP(rys. 7.10).

W temperaturze ok. 200C, po roz-puszczeniu si w osnowie fazy , nast-puje wydzielanie fazy o skadzie ste-chiometrycznym zblionym do Al3,6Cu2o sieci regularnej pkoherentnej z osno-w. Czciowo koherentne wydzieleniasilnie umacniaj stop, z czym jest zwiza-ny wzrost jego twardoci (rys. 7.10).

Dugotrwae wygrzewanie w tempera-turze ok. 200C lub zwikszenie tempera-tury starzenia powoduje spadek twardo-

ci, zwany przestarzeniem stopu (rys.7.10). Jest to spowodowane przemian fa-zy w faz (CuAl2) o skadzie rwno-wagowym, strukturze tetragonalnej i sie-ci niekoherentnej z osnow roztworu (rys. 7.9d).

Odlewnicze stopy Al z Cu w stanieutwardzonym wydzieleniowo wykazujwytrzymao na rozciganie R

m= 210

MPa, twardo 60 HB i wyduenieA = 6%.

STOPY ALUMINIUM Z MIEDZI I MAGNEZEM DO OBRBKI PLASTYCZNEJ

Stopy aluminium z Cu i Mg oraz niewielkim dodatkiem Mn albo Fe, lub Si(tabl. 7.10 i7.12, wedug PN-EN 573-3:1998 i PN-EN 573-3/Ak:1998) s nazywa-ne duraluminium lub duralami miedziowymi. Zwikszenie stenia Cu oraz Mg po-woduje podwyszenie wasnoci wytrzymaociowych i zmniejszenie wasnoci pla-stycznych oraz podatnoci durali na obrbk plastyczn. Skad chemiczny duralimiedziowych jest dobierany tak, aby w stanie rwnowagi w temperaturze pokojo-wej wykazyway struktur jednofazow roztworu (). Podczas krystalizacji w wa-runkach technicznych tworz si jednak podwjne lub potrjne eutektyki, zwasz-cza w stopach o wikszym steniu Cu i Mg.

Stopy Al z Cu i Mg s poddawane obrbce cieplnej polegajcej na wyarzaniuujednorodniajcym, rekrystalizujcym i przede wszystkim na utwardzaniu wydzie-leniowym. Przesycanie odbywa si w wodzie po wygrzewaniu w temperaturze ok.490510C przez 46 h.

W czasie starzenia samorzutnego w temperaturze pokojowej przez kilka dni, lubsztucznego w temperaturze 170190C przez kilka do kilkudziesiciu godzin, w za-lenoci od stenia Cu i Mg, nastpuje kilkuetapowe wydzielanie, przebiegajcetak samo, jak to przedstawiono na rysunku 7.9. Mog tworzy si jednak strefy Gu-inieraPrestona dwojakiego rodzaju. Gdy stosunek liczby atomw Cu i Mg wynosiw przyblieniu 3:1, strefy GP Is podobne do wystpujcych w dwuskadnikowych


705

Rysunek 7.10

Wpyw temperatury i czasu starzenia na twardo stopu Al

z dodatkiem 4% Cu (wedug A.P. Gulajewa)

7 roz 8-11-02 18:19 Page 706


22/134

stopach Al z Cu. Strefy GP IIw postaci iglastej powstaj wtedy, gdy stosunek licz-by atomw Cu i Mg jest zbliony do 1. W wyniku starzenia wydzielaj si stabilnefazy (CuAl2) oraz S(Al2CuMg), umacniajce stop.

Wasnoci wytrzymaociowe durali miedziowych mona ponadto nieco zwik-szy przez obrbk plastyczn na zimno ze stopniem gniotu 35%, wykonywanzwykle po starzeniu samorzutnym.

Durale miedziowe s stosowane na elementy maszyn, pojazdw mechanicz-nych, taboru kolejowego, samolotw, a take w budownictwie. Ich zastosowanie

jest jednak ograniczone z powodu braku odpornoci na korozj.

WIELOSKADNIKOWE STOPY ALUMINIUM Z MIEDZI

DO OBRBKI PLASTYCZNEJ

Wieloskadnikowe stopy Al z Cu zawierajce oprcz Mg, Si i Mn take Fe,Ni, Ti, Zr lub Li (tabl. 7.10 i 7.12) cechuj si dobrymi wasnociami mechaniczny-

mi zarwno w temperaturze pokojowej, jak i podwyszonej. Dua ich arowytrzy-mao jest zwizana z tworzeniem si faz bogatych w Fe, Mn lub Ti, praktycznie


706

Znak stopuStenie pierwiastkw

1), %

Cu Fe Si Mn Mg Zn Cr Ni Ti inne

EN AW-AlCu6Mn 6,3 0,3 0,2 0,3 0,02 0,1 0,06 Zr: 0,18, V: 0,1

EN AW-AlCu6Mn(A) 6,3 0,3 0,2 0,3 0,02 0,1 0,15 Zr: 0,18, V: 0,12)

EN AW-AlCu6BiPb 5,5 0,7 0,4 0,3 Pb: 0,4, Bi: 0,4

EN AW-AlCu6BiPb(A) 5,3 0,5 0,4 0,3 Pb: 0,4, Bi: 0,4

EN AW-AlCu5,5MgMn 5,6 0,2 0,2 0,4 0,33 0,1 0,1 0,05 0,2 Zr 0,05, Pb 0,003

EN AW-AlCu4SiMg 4,5 0,7 0,85 0,8 0,5 0,25 0,1 0,15 Zr+Ti 0,2

EN AW-AlCu4SiMg(A) 4,5 0,5 0,7 0,8 0,5 0,25 0,1 0,1 0,15 Zr+Ti 0,2

EN AW-AlCu4SiMg(B) 4,5 0,3 0,85 0,8 0,5 0,25 0,1 0,15 Zr+Ti 0,2

EN AW-AlCu4Mg1 4,2 0,5 0,2 0,6 1,5 0,25 0,1 0,15 Zr+Ti 0,2

EN AW-AlCu4Mg1(A) 4,4 0,3 0,2 0,6 1,5 0,25 0,1 0,15 Zr+Ti 0,2

EN AW-AlCu4MgSi(A) 4 0,7 0,45 0,7 0,7 0,25 0,1 Zr+Ti 0,25

EN AW-AlCu4PbMgMn 4 0,8 0,8 0,75 1,1 0,8 0,1 0,2 0,2 Pb: 1,2, Bi 0,2, Sn 0,2

EN AW-AlCu4PbMg 3,9 0,7 0,2 0,6 0,9 0,5 0,1 0,2 Pb: 1,2, Bi 0,2

EN AW-AlCu2,5Mg 2,6 0,7 0,8 0,2 0,35 0,25 0,1

EN AW-AlCu2,5NiMg 2,3 0,9 0,9 0,5 0,9 0,2 1 0,2

EN AW-AlCu2Mg1,5Ni 2,3 1,2 0,35 0,25 1,5 0,15 1,1 0,2 Zr+Ti 0,25

EN AW-AlCu2Li2Mg1,5 2,2 0,3 0,2 0,1 1,5 0,25 0,1 0,1 Li: 2

EN AW-AlLi2,5Cu1,5Mg1 1,3 0,3 0,2 0,1 0,95 0,25 0,1 0,1 Li: 2,5, Zr: 0,1


2)Be 0,0008 dotyczy elektrod i drutw spawalniczych.

Tablica 7.12

Orientacyjny skad chemiczny stopw aluminium z miedzi do obrbki plastycznej

7 roz 8-11-02 18:19 Page 707


23/134

nierozpuszczajcych si w roztworze staym . W zalenoci od skadu chemicz-nego stopw fazami utwardzajcymi w wyniku starzenia moe by faza (CuAl2),faza S(Al2CuMg), faza Mg2Si lub faza FeNiAl9 albo kilka z nich jednoczenie. Do-

datek Ti sprzyja powstawaniu drobnoziarnistej struktury stopu, natomiast Mn ua-twia rekrystalizacj.

arowytrzymae stopy aluminium cechuj si dobr odpornoci na korozj ga-zow i erozj. Obrbka cieplna tych stopw polega na wyarzaniu rekrystalizuj-cym po zgniocie na zimno oraz na utwardzaniu wydzieleniowym. Przesycanie od-bywa si zwykle w wodzie z temperatury 510540C, natomiast starzenie w tempe-raturze 160200C przez kilka do kilkudziesiciu godzin.

arowytrzymae stopy aluminium s stosowane na elementy konstrukcyjne wy-twarzane z wykorzystaniem obrbki plastycznej, gwnie kucia matrycowego, pra-cujce w temperaturze do ok. 350C, w szczeglnoci na elementy konstrukcji lot-niczych, rodkw transportu i maszyn. Wasnoci tych stopw w temperaturze po-

kojowej s jednak nisze od wasnoci durali miedziowych. Z tego wzgldu naleyunika stosowania wieloskadnikowych stopw Al z Cu na elementy konstrukcyjnepracujce wycznie w temperaturze pokojowej.

7.1.6. Wieloskadnikowe stopy aluminium z cynkiem

WASNOCI STOPW AlZn

Czteroskadnikowe stopy Al z Zn, zawierajce Mg i Cu (tabl. 7.13 i7.14, we-dug PN-EN 573-3:1998 i PN-EN 573-3/Ak:1998), zwane duralami cynkowymi, wy-kazuj najwysze wasnoci wytrzymaociowe ze wszystkich stopw aluminium.

W stanie utwardzonym wydzieleniowo ich wytrzymao na rozciganieRm osigaok. 700 MPa, a granica plastycznoci R

p0,2 ok. 600 MPa, przy maym wydue-niuA = 25%. Ograniczenie ich stosowania jest zwizane z ma odpornoci na


707

Tablica 7.13

Orientacyjne zakresy stenia pierwiastkw stopowych w stopach aluminium z cynkiem

Grupa stopw Durale cynkowe do obrbki

plastycznej Stop odlewniczy

Zakressteniaskadnikwstopu, %

Al 84,699,2 90,294,7

Zn 0,88,4 4,56

Mg 03,7 0,40,7Cu 02,6 0,150,35

Mn 00,7 00,4

Cr 00,35 0,150,6

Ti 00,2 0,10,25

Zr 00,25


Norma PN-EN 573-3:1998 PN-EN 1706:2001

7 roz 8-11-02 18:19 Page 708


24/134

dziaanie podwyszonej temperatury. Durale cynkowe s take mao odporne nakorozj, w szczeglnoci napreniow, i z tego wzgldu czsto plateruje si je alu-minium lub stopem Al z Zn. S wytwarzane w postaci blach, prtw, odkuweki ksztatownikw. Niektre stopy aluminium z cynkiem mona te stosowa jakoodlewnicze (tabl. 7.13 i7.15 wedug PN-EN 1706:2001).


708


Zn Mg Cu Mn Fe Si Cr Ti Zr inne

EN AW-AlZn1 1,05 0,1 0,1 0,1 Fe+Si 0,7

EN AW-AlZn4Mg3 4 2,8 0,1 0,25 0,4 0,3 0,2 0,1

EN AW-AlZn4,5Mg1 4,5 1,2 0,2 0,28 0,4 0,35 0,23 0,05 0,14 Zr + Ti: 0,16

EN AW-AlZn4,5Mg1,5Mn 4,5 1,4 0,1 0,45 0,4 0,35 0,13 0,04 0,14

EN AW-AlZn5Mg1Zr 5 1,05 0,05 0,05 0,1 0,1 0,05 0,19

EN AW-AlZn5,5Mg1,5 5,5 1,5 0,25 0,1 0,4 0,25 0,05 0,1 0,13

EN AW-AlZn6Mg0,8Zr 5,8 0,75 0,2 0,3 0,35 0,3 0,2 0,2 0,15

EN AW-AlZn4,5Mg1Cu 4,5 1,1 0,73 0,03 0,12 0,1 0,03 V 0,05

EN AW-AlZn4,5Mg1Cu0,8 4,7 1,1 0,8 0,05 0,3 0,15 0,05 V 0,05

EN AW-AlZn4,5Mg1,5Cu 4,7 1,65 0,7 0,03 0,12 0,1 0,05 V 0,05

EN AW-AlZn4,5Mg1,5Cu(A) 4,7 1,65 0,7 0,1 0,3 0,15 0,1 0,05 V 0,05

EN AW-AlZn5Mg3Cu 4,8 3,15 0,75 0,25 0,5 0,5 0,2 Zr + Ti 0,2

EN AW-AlZn5Mg1,5CuZr 4,9 1,7 0,11 0,1 0,3 0,2 0,15 0,1 0,15

EN AW-AlZn5Mg1,5Cu 4,9 1,7 0,75 0,13 0,12 0,08 0,05 0,12

EN AW-AlZn5,5Mg1Cu 5,4 1,25 0,3 0,05 0,3 0,2 0,04 0,03 0,03

EN AW-AlZn5,5MgCu 5,6 2,5 1,6 0,3 0,5 0,4 0,23 0,2 Zr + Ti 0,25

EN AW-AlZn5,5MgCu(B) 5,6 2,5 1,6 0,1 0,2 0,15 0,23 0,1

EN AW-AlZn5,5MgCu(A) 5,7 2,25 1,55 0,06 0,12 0,1 0,22 0,06

EN AW-AlZn5,5MgCuAg 6 2,5 0,95 0,1 0,2 0,2 0,18 0,2 Ag: 0,33

EN AW-AlZn6Mg2Cu 6,2 2 1 0,12 0,25 0,15 0,04 0,05 0,14

EN AW-AlZn6CuMgZr 6,2 2,25 2,3 0,1 0,15 0,12 0,04 0,06 0,12

EN AW-AlZn6MgCu 6,2 2,35 1,75 0,1 0,15 0,12 0,05 0,06 0,13 Ni 0,05

EN AW-AlZn6CuMgZr(A) 6,4 2,35 2,2 0,1 0,15 0,12 0,04 0,06 0,12

EN AW-AlZn7MgCu 6,8 2,75 2 0,3 0,5 0,4 0,23 0,2

EN AW-AlZn7CuMg 6,9 1,7 2,2 0,2 0,2 0,15 0,2 0,05 0,05 Pb 0,003

EN AW-AlZn8MgCu(A) 7,7 2,45 1,55 0,2 0,2 0,15 0,16 0,1

EN AW-AlZn8MgCu 7,8 2,6 1,55 0,5 0,5 0,4 0,15 Zr + Ti 0,25

1)Pozostae 0,030,05; wartoci bez znaku oznaczaj stenie rednie.

Tablica 7.14

Orientacyjny skad chemiczny stopw aluminium z cynkiem do obrbki plastycznej

7 roz 8-11-02 18:19 Page 709


25/134

OBRBKA CIEPLNA I ZASTOSOWANIE STOPW AlZn

Obrbka cieplna durali cynkowych polega na wyarzaniu rekrystalizujcym

w temperaturze 390430C oraz na utwardzaniu wydzieleniowym. Przesycaniew wodzie odbywa si po wygrzaniu w temperaturze 465480C. W wyniku tej ope-racji stop wykazuje jednakow struktur roztworu staego czteroskadnikowego(Al). Starzenie wykonuje si w temperaturze 120150C przez 24 h. Starzeniesamorzutne w temperaturze pokojowej moe trwa do 60 dni; nie jest ono stoso-wane w praktyce. Fazami utwardzajcymi durale cynkowe s MgZn2, S(Al2CuMg)oraz T(Al2Mg3Zn3) lub T(Al6CuMg4).

Durale cynkowe s szeroko stosowane do wytwarzania rnych elementw ma-szyn, pojazdw mechanicznych, taboru kolejowego, a take elementw konstrukcjilotniczych.

7.1.7. Inne stopy aluminium

UKAD AlMn

W zakresie stenia wystpujcego w stopach technicznych mangan tworzyz aluminium (rys. 7.11) roztwr stay graniczny oraz eutektyk + (Al6Mn).Niewielkie zmiany rozpuszczalnoci manganu w aluminium wraz ze zmian tem-peratury nie daj moliwoci przeprowadzenia utwardzania wydzieleniowego sto-pw AlMn.

TECHNICZNE STOPY ALUMINIUM Z MANGANEM

Techniczne stopy Al z Mn zawieraj zwykle 1,01,5% Mn oraz dodatek Mg lubCu (tabl. 7.16 wedug PN-EN 573-3:1998). Wykazuj one tendencj do gruboziar-nistoci i segregacji strefowej, czemu przeciwdziaaj nawet niewielkie dodatki Ta,Ti, Zr lub B. Struktur tych stopw stanowi roztwr stay z wydzieleniami fazy na granicach ziarn. elazo rozpuszcza si w fazie , tworzc roztwr stay wtr-ny (Mn,Fe)Al6. W obecnoci Si powstaj fazy bogate w ten pierwiastek, najpraw-dopodobniej T(Al10Mn3Si). Obrbka plastyczna na zimno, utrudniana przezobecno tych faz, powoduje jednak ich rozdrobnienie i rwnomierne rozmiesz-czenie w osnowie.


709

Znak stopu

Stenie pierwiastkw1), % Minimalne wasnoci2)

Zn Mg Cr Cu Ti Fe Mn Si Rp0,2,

MPa

Rm,

MPa

A50mm,

% HB

EN AC-AlZn5Mg 5,3 0,55 0,33 0,25 0,18 0,8 0,4 0,3 120 190 4 60

1)Ni 0,05, Sn 0,05, Pb 0,05, inne 0,05 (za wyjtkiem pierwiastkw modyfikujcych lub rafinujcych, tj. Na, Sr, Sb i P);wartoci bez znaku oznaczaj stenie rednie.

2)W stanie przesyconym i naturalnie starzonym.

Tablica 7.15

Orientacyjny skad chemiczny i wasnoci odlewniczego stopu aluminium z cynkiem

7 roz 8-11-02 18:19 Page 710


26/134


710


Mn Mg Cu Fe Si Zn Cr Ti inne

EN AW-AlMn0,2 0,23 0,1 0,7 0,4 0,3 0,1

EN AW-AlMn0,6(A) 0,55 0,4 0,25 0,6 0,35 0,25 0,2

EN AW-AlMn0,6 0,6 0,1 0,1 0,45 0,3 0,1

EN AW-AlMn1(A) 1,05 0,3 0,1 0,7 0,5 0,2 0,1 0,1 Zr + Ti 0,1

EN AW-AlMn1 1,2 0,3 0,1 0,7 0,5 0,2 0,1 Zr + Ti 0,1

EN AW-AlMn0,2Mg0,1 0,15 0,13 0,15 0,1 0,08 0,05 0,03 V 0,05

EN AW-AlMn0,5Mg0,5 0,55 0,5 0,3 0,7 0,6 0,4 0,2 0,1 EN AW-AlMn0,5Mg0,5(A) 0,55 0,5 0,3 0,7 0,6 0,25 0,2 0,1

EN AW-AlMn1Mg1Cu 1,1 1,05 0,15 0,8 0,6 0,25 0,1 V 0,05, Ga 0,05

EN AW-AlMn1Mg0,5 1,25 0,4 0,3 0,7 0,6 0,25 0,1 0,1

EN AW-AlMn1Mg1 1,25 1,05 0,25 0,7 0,3 0,25

EN AW-AlMn1Cu0,3 1 0,1 0,33 0,35 0,25 0,1 0,15 0,05

EN AW-AlMn1Cu 1,25 0,13 0,7 0,6 0,1

1)Pozostae 0,030,05; wartoci bez znaku oznaczaj stenie rednie.

Tablica 7.16

Orientacyjny skad chemiczny stopw aluminium z manganem do obrbki plastycznej

MnAl6

()Al+MnAl6

L+MnAl6

L+MnAl4

MnAl6+MnAl4

MnAl4+MnAl3

MnAl4

L+MnAl3

Rysunek 7.11

Fragment wykresu

rwnowagi AlMn

(wedug L.F. Mondolfo)

7 roz 8-11-02 18:19 Page 711


27/134

Obrbka cieplna stopw aluminium z manganem polega na wyarzaniu ujedno-rodniajcym i rekrystalizujcym.

Dziki dobrej odpornoci na korozj stopy aluminium z manganem znajduj

zastosowanie na elementy pracujce w agresywnych orodkach korozyjnych,w szczeglnoci na urzdzenia produkcyjne i transportowe w przemyle spoyw-czym i chemicznym, a take spawane zbiorniki na ciecze i gazy techniczne oraz in-ne elementy spawane lub zgrzewane.

STOPY ALUMINIUM Z ELAZEM

Przeznaczone do obrbki plastycznej stopy aluminium z elazem zawieraj0,42,0% Fe oraz dodatek Mn lub Si, (tabl. 7.17 wedug PN-EN 573-3:1998). Struk-tura, obrbka cieplna, waciwoci i zastosowanie tych materiaw s podobne dostopw AlMn.

WIELOSKADNIKOWE STOPY ALUMINIUM Z LITEM

Lit w steniu 1,92,7% (tabl. 7.12 oraz tabl. 2.9 w rozdz. 2.3.1) jest stosowanyw stopach Al do obrbki plastycznej jako pierwiastek stopowy wraz z Cu oraz zwy-

kle z Mg, zmniejszajcymi jego rozpuszczalno w roztworze staym i wchodzcy-mi w skad faz midzymetalicznych. Podstawowe fazy powodujce utwardzanie wy-dzieleniowe tych stopw poddawanych przesycaniu i starzeniu to Al3Li, Al2CuLioraz Al2CuMg. Niewielki dodatek Zr w stopach Al z Li sprzyja rozdrobnieniuziarn i tworzeniu faz midzymetalicznych.

Wytwarzanie stopw Al z Li wymaga stosowania specjalnych metod metalur-gicznych, ze wzgldu na bardzo du reaktywno litu z tlenem. Poniewa lit po-woduje zwikszenie wasnoci wytrzymaociowych przy jednoczesnym zmniejsze-niu gstoci stopw Al, stopy te s stosowane przede wszystkim do wytwarzaniaelementw nowoczesnych samolotw (porwnaj rozdz. 2.3.1, rys. 2.22 i 2.23).


711

Znak stopuStenie pierwiastkw

1), %

Fe Mn Si Cu Mg Zn Cr Ti

EN AW-AlFe1Mn 0,9 0,2 0,2 0,1 0,2 0,1

EN AW-AlFe1Mn0,8 1,25 0,75 0,6 0,2 0,1 0,1

EN AW-AlFe1,5Mn0,4 1,4 0,4 0,3 0,2 0,4 0,1 0,1

EN AW-AlFe1,5Mn 1,6 0,65 0,4 0,3 0,1 0,1

EN AW-Al95 1 0,6 1 0,4 0,6 1 0,2 0,2

EN AW-AlFeSi(B) 0,7 0,1 0,7 0,1 0,05 0,1 0,05 0,08EN AW-AlFeSi(A) 0,75 0,1 0,6 0,1 0,1 0,1 0,1 0,05

EN AW-AlFeSi(C) 0,75 0,13 0,6 0,1 0,1 0,1 0,15 0,05

EN AW-AlFeSiCu 0,8 0,3 0,7 0,45 0,3 0,04

EN AW-AlFe1Si 1 0,23 0,05 0,1


Tablica 7.17

Orientacyjny skad chemiczny stopw aluminium z elazem do obrbki plastycznej

7 roz 8-11-02 18:19 Page 712


28/134


712712

Struktura 1) stopu typu AlZn6Cu1Mg poodlaniu, pow. 70x, wiato spolary-zowane; 2) stopu typu AlZn6Cu1Mg poodlaniu; wydzielenia Al2Cu, pow. 1000x;3) stopu typu AlZn6Cu1Mg po czcio-wej rekrystalizacji, pow. 50x, wiato spo-laryzowane; 4) stopu typu AlZn6Cu1Mgpo czciowej rekrystalizacji, pow. 50x,wiato spolaryzowane; 5) stopu typu

AlZn6Cu1Mg po przesycaniu w 300Cprzez 128 h, pow. 50x, wiato spolary-

zowane; 6) stopu typu AlZn6Cu1Mg;wydzielenia faz Al-Zn na granicach ziarn,pow. 1000x; 7) modyfikowanego, wielo-skadnikowego stopu Al-Si-Cu-Fe po odla-niu, pow. 500x; 8) wieloskadnikowegostopu Al-Mg-Si-Mn-Cu-Fe po odlaniu,pow. 200x

1 2 3

4 5

6 7 8

Odlewnicze stopy aluminium

7 roz 8-11-02 18:19 Page 713


29/134


713713

Struktura1) odlewniczego stopu Al-Si trawionego

barwnie kwasem molibdenowym,pow. 1000x;

2) odlewniczego stopu typu AlSi7,pow. 120x;

3) modyfikowanego stopu typu AlSi7,pow. 500x;

4) odlewniczego stopu typu AlSi9Cu3,pow. 120x;

5) odlewniczego stopu typu AlSi9Cu3,

pow.500x;6) odlewniczego stopu EN ACAlSi11,

pow. 500x;7) odlewniczego stopu EN AC-

AlSi10Mg, pow. 500x;8) odlewniczego stopu typu

AlSi12Cu2Fe, pow. 500x

1 2 3

4 5

6 7 8

Stopy aluminium z krzemem

7 roz 8-11-02 18:19 Page 714


30/134

7.2. Mied i jej stopy

7.2.1. Mied

RODZAJE I GATUNKI MIEDZI

Mied wystpuje w przyrodzie w postaci rodzimej oraz w rudach siarczkowych:byszczu miedzi, czyli chalkozynie Cu2S, bornicie Cu3FeS2, chalkopirycie CuFeS2, lub rudach tlenkowych, np. kuprycie Cu2O.

Mied zawierajc 0,51% zanieczyszcze i domieszek mona uzyska metodpirometalurgiczn przez redukcj, po uprzednim praeniu zwizanym z odsiarcza-niem i utlenianiem elaza. Stenie domieszek mona zmniejszy do ok. 0,10,5%przez rafinacj ogniow. Mied katodowa jest produktem elektrolitycznej rafinacjimiedzi i moe zawiera do 0,05% zanieczyszcze, a po przetopieniu i odlaniuw prni lub orodku redukujcym jako beztlenowa 0,010,05%. Poszczeglnegatunki miedzi (tabl. 7.18) s oznaczone symbolem Cu i po czniku literami, po-chodzcymi od sw (w jzyku angielskim), zwizanymi z jakoci lub sposobemuzyskania, np. CuOF (oxygenfree beztlenowa) *). Wymagania dotyczce pro-duktw z miedzi podane s m.in. w PN-EN 1976:2001 oraz w projekcie PN-EN1982 (produkty odlewane), PN-EN 1652:1999 i PN-EN 1653:1999/A1:2002U

(produkty paskie), PN-EN 12163:2002 (prty), PN-EN 12166:2002 (druty), PN-EN 12167:2002 (ksztatowniki) i w projekcie PN-EN 12449 (rury). Krajowe tech-niczne odmiany miedzi ujto w dotychczasowej normie PN-77/H-82120.

WASNOCI FIZYCZNE I MECHANICZNE MIEDZI

Mied ma liczb atomow rwn 29, jej masa atomowa wynosi 63,5463.W zwizkach chemicznych mied jest jedno- lub dwuwartociowa. Mied nie wy-kazuje odmian alotropowych i krystalizuje w sieci ciennie centrowanej ukadu re-gularnego A1 o parametrze 0,3617 nm. Temperatura topnienia miedzi wynosi1084,88C, a wrzenia ok. 2595C. Mied ma gsto 8,93 g/cm3 w 20C. Wytrzy-mao miedzi na rozciganie wynosi R

m= 200250 MPa, granica plastycznoci

Re = 35 MPa, twardo 45 HB, a wyduenieA = 3035%. W wyniku obrbki pla-stycznej na zimno wytrzymao miedzi zwiksza si do 400450 MPa, a twardodo 120 HB, przy zmniejszeniu wyduenia do 12%.

Mied cechuje dua przewodno cieplna 411 W/(mK) i elektryczna 59,77 MS/m.

714

*) Oznaczenie miedzi lub stopu miedzi mona poda take w systemie liczbowym (wedug PN-EN 1412:1998), np. gatunek miedzi CuOF ma oznaczenie liczbowe CR008A lub CW008A (od-powiednio w stanie lanym lub po obrbce plastycznej). W tekcie rozdziau o stopach miedzioznaczenie liczbowe nie jest podawane.

7 roz 8-11-02 18:19 Page 715


31/134

ZNACZENIE DOMIESZEK MIEDZI

Przewodno elektryczna miedzi zmniejsza si bardzo znacznie przy niewiel-kim nawet steniu domieszek (rys. 7.12), gwnie P, Fe, Co, Si, As, rozpuszczaj-cych si w miedzi i ze wzgldu na du rnic rednic atomowych powoduj-cych znaczne znieksztacenie sieci krystalicznej miedzi w wyniku kontrakcji lubekspansji. Pierwiastki Cd, Ag i Zn, ktrych atomy w niewielkim stopniu rni siwymiarami od atomw Cu, wywieraj niewielki wpyw na zmniejszenie przewod-noci elektrycznej. Podobnie dziaaj Bi i Pb nierozpuszczajce si w miedzi.Pierwiastki te, tworzce niskotopliwe eutektyki, wywieraj jednak szczeglnie nie-

korzystny wpyw na wasnoci mechaniczne i technologiczne oraz sprzyjaj kru-choci na gorco, co uniemoliwia obrbk plastyczn miedzi. Obrbk t utrud-nia rwnie siarka tworzca niskotopliw eutektyk z siarczkiem Cu2S oraz tlentworzcy eutektyk z tlenkiem Cu2O, zmniejszajce plastyczno miedzi. W wyni-ku redukcji powstaego tlenku miedzi wodorem tworzy si woda, ktrej para w wy-sokiej temperaturze powoduje pknicia i naderwania, uniemoliwiajce dalsz ob-rbk plastyczn. Zjawisko to, zwane chorob wodorow, wystpuje po wyarzaniumiedzi w atmosferze zawierajcej wodr (odporno na krucho wodorow mie-dzi okrela si wedug PN-EN ISO 2626:1997). Obrbk plastyczn na zimnoszczeglnie utrudnia As.


715

Znak

miedzi

Maksymalne stenie niektrych pierwiastkw, %Norma

Cu1) Ag P O Bi Pb Fe S As inne razem

Cu-OFE 99,99

0,0025

0,0003 3)

0,0002 0,0005 0,001 0,0015 0,0005

0,01 (wszystkie) 4)

Cu-PHCE 99,99 0,00352) 3) 0,01 (wszystkie) 4)

Cu-ETP1 99,95 0,04 0,0065 (bez O) 4)

Cu-OF1 99,95 3) 0,0065 (bez O) 4)

Cu-OF 99,95

0,015

3) 0,0005 0,005

0,03 (bez Ag) 4), 5)

Cu-ETP 99,9 0,04 0,0005 0,005 0,03 (bez Ag, O) 4), 5)

Cu-FRHC 99,9 0,04 0,04 (bez Ag, O)4)

Cu-FRTP 99,9 0,1 0,05 (bez Ag, Ni, O) 4)6)

Cu-PHC 99,95

0,015

0,00352) 3) 0,0005 0,005

0,03 (bez Ag, P) 4)

Cu-HCP 99,95 0,00452) 3) 0,0005 0,005 0,03 (bez Ag) 4)

Cu-DLP 99,9 0,00852) 0,0005 0,005 0,03 (bez Ag, Ni, P) 4) 6), 8)

Cu-DHP 99,9 0,02752) 0,1 (wszystkie) 4)8)

Cu-DXP 99,9 0,052) 0,0005 0,005 0,03 (bez Ag, Ni, P) 4)

Stenie: 1)minimalne, 2)rednie, 3)mniejsze ni powodujce krucho wodorow.Normy:

4)PN-EN 1976:2001,

5)PN-EN 1652:1999,

6)PN-EN 12163:2002,

7)PN-EN 12166:2002,

8)PN-EN 12167:2002.

Nie okrela si skadu chemicznego miedzi CuC, przeznaczonej na produkty odlewane (wedug projektu normy PN-EN 1982)

Tablica 7.18

Orientacyjny skad chemiczny gatunkw miedzi

7 M l i l i i h

7 roz 8-11-02 18:19 Page 716


32/134

Mied jest odporna na korozj atmosferyczn dziki pokrywaniu si patyn, tj.zasadowym wglanem miedziowym, i na dziaanie wody, nie wykazuje za odpor-noci na dziaanie amoniaku.

ZASTOSOWANIE MIEDZI

Mied jest stosowana w elektrotechnice na przewody (EN 13599:2002 do EN13602:2002), gdzie wykorzystuje si jej wysok przewodno elektryczn orazw energetyce i przemyle chemicznym na chodnice i wymienniki ciepa ze wzgl-du na du przewodno ciepln (projekty PN-EN 12449, PN-EN 12450, PN-EN12451 i PN-EN 12452). W budownictwie s stosowane rury z miedzi CuDHP(min. 99,9% Cu, tabl. 7.18), z ktrych wykonuje si instalacje ciepej i zimnej wo-

dy, ogrzewania, gazowe, ciekego paliwa i sanitarne (PN-EN 1057:1999).

MIED STOPOWA I NISKOSTOPOWE STOPY MIEDZI

Wasnoci mechaniczne miedzi (poza obrbk plastyczn na zimno) zwikszaniewielki dodatek do 2% pierwiastkw stopowych jedynie nieznacznie pogar-szajcych przewodno elektryczn. Tradycyjnie stopy te s nazywane miedzi sto-pow. Stosowana jest mied stopowa srebrowa, fosforowa, arsenowa, chromowa,niklowa, cynowa, cynkowa, kadmowa, siarkowa, manganowa, krzemowomanga-nowa, tellurowa i cyrkonowa. Niektre z tych stopw s znormalizowane razemz gatunkami miedzi, np. wymagania dotyczce produktw hutniczych odlewanych


716

Rysunek 7.12

Wpyw stenia domieszek na przewodno elektryczn waciw miedzi

72 Mied i jej stopy

7 roz 8-11-02 18:19 Page 717


33/134

z miedzi fosforowej i srebrowej podano w PN-EN 1976:2001 (tabl. 7.18 i7.19), na-tomiast inne s klasyfikowane jako niskostopowe stopy miedzi (tabl. 7.20, wedugPN-EN 12163:2002, PN-EN 12164:2002, PN-EN 12166:2002, PN-EN 12167:2002

i PN-EN 12168:2002). Krajowe gatunki miedzi stopowej ujto w dotychczasowejnormie PN-79/H-87053.

W budownictwie s stosowane blachy i tamy z miedzi zawierajcej may doda-tek fosforu lub cynku (PN-EN 1172:1999).


717

Znak miedziStenie pierwiastkw1), %

Ag O P Bi inne raze

CuAg0,04(OF)

CuAg0,07(OF)

CuAg0,10(OF)

0,04

0,07

0,1

2) 0,0005 0,00065 (bez Ag, O)

CuAg0,04P

CuAg0,07PCuAg0,10P

0,04

0,070,1

2) 0,0035 0,0005 0,03 (bez Ag, P)

CuAg0,04CuAg0,07

CuAg0,10

0,040,07

0,1

0,04 0,0005 0,03 (bez Ag, O)

1)Wartoci bez znaku oznaczaj stenie rednie.

2)Stenie mniejsze ni powodujce krucho wodorow.

Tablica 7.19

Orientacyjny skad chemiczny miedzi srebrowych


NormaP Fe Si Zn Cr Zr Ni Pb S Te Mn Al

CuZn0,5 0,02 0,55 2)

CuCr1 0,08 0,1 0,85 4), 7)

CuCr1-C 0,8 3)

CuCr1Zr 0,08 0,1 0,85 0,17 4), 6), 7)

CuZr 0,15 4), 6), 7)

CuNiP 0,2 1 4)

CuPb1P 0,08 1,1 5)

CuSP 0,08 0,45 5), 8)

CuTeP 0,08 0,55 5), 6), 8)

CuSi1 0,02 0,8 1,4 1,5 0,05 0,7 0,02 6)

1)Inne razem 0,10,5; wartoci bez znaku oznaczaj stenie rednie.Normy:

2)PN-EN 1652:1999,

3)PN-EN 1982 (projekt),

4)PN-EN 12163:2002,

5)PN-EN 12164:2002,

6)PN-EN 12166:2002,

7)PN-EN 12167:2002,

8)PN-EN 12168:2002.

Tablica 7.20Orientacyjny skad chemiczny niskostopowych stopw miedzi

7 Metale nieelazne i ich stopy

7 roz 8-11-02 18:19 Page 718


34/134

7.2.2. Oglna klasyfikacja stopw miedzi

KLASYFIKACJA STOPW MIEDZI

Stopy miedzi dzieli si na:odlewnicze,przeznaczone do obrbki plastycznej.Wyrnia si nastpujce grupy stopw miedzi:z cynkiem,z cynkiem i oowiem,z cynkiem i niklem,z niklem,z cyn,z aluminium,z innymi pierwiastkami stopowymi, ktrych czne stenie przekracza 5%,

niskostopowe, w ktrych stenie pierwiastkw stopowych jest mniejsze ni 5%.Stopy miedzi w zalenoci od tego, czy oprcz gwnego dodatku zawieraj

jeszcze inne pierwiastki stopowe mog by:dwuskadnikowe,wieloskadnikowe.Wikszo stopw miedzi ma swoje tradycyjne nazwy. Mosidze to stopy zawie-

rajce Zn jako gwny dodatek stopowy, miedzionikle stopy, w ktrych gwnymdodatkiem jest Ni, natomiast brzyto stopy miedzi zawierajce ponad 2% dodat-kw stopowych, spord ktrych gwnym nie jest Zn lub Ni. Brzy, w zalenociod gwnego dodatku stopowego dzieli si m.in. na cynowe, aluminiowe, berylowe,oowiowe. Tradycyjne nazwy stopw miedzi nie s uywane w nowych normach,

a podane s tylko okrelenia zwizane ze skadem stopw, np. stopy miedzi z cynlub stopy miedzi z niklem. W grupie stopw miedzi niskostopowych umieszczonotak zrnicowane stopy jak miedzi z berylem (np. CuBe2 o bardzo duej wytrzy-maoci) i miedzi z 0,5% Zn (CuZn0,5 o wasnociach zblionych do czystej mie-dzi). Uywane w kraju tradycyjne nazwy rnych stopw miedzi podano przy opi-sie kolejnych grup tych stopw.

OZNACZANIE STOPW MIEDZI

Stopy miedzi (zgodnie z ISO 1190-1:1982) s oznaczane z wykorzystaniemsymboli pierwiastkw chemicznych. Na pocztku znaku jest symbol Cu, po nimkolejno symbole oraz rednie stenie gwnych pierwiastkw stopowych, np.

CuZn20Al2As. Po znaku stopu miedzi mona poda dodatkowo oznaczenie sta-nu materiau (wedug PN-EN 1173:1999), np. R550 oznacza stan zapewniajcyminimaln wytrzymao na rozciganie rwn 550 MPa. Stopy odlewnicze majznak zakoczony kresk i liter C (lub B, jeli s dostarczone w postaci gsek),np. CuSn5Pb9C (wedug projektu PN-EN 1982). Znak stopu odlewniczegouzupenia te oznaczenie rodzaju procesu odlewania: GS do form piaskowych,GM kokilowego, GZ odrodkowego, GC cigego oraz GP cinieniowego,np. CuAl11Fe6Ni6CGM.


718

72 Mied i jej stopy

7 roz 8-11-02 18:19 Page 719


35/134

7.2.3. Stopy miedzi z cynkiem

UKAD CuZn

Mied tworzy z cynkiem dwa roztwory stae graniczne o sieci A1 i o sie-ci A3 oraz trzy fazy midzymetaliczne , , typu elektronowego. Faza jest roz-tworem staym wtrnym na osnowie fazy elektronowej CuZn o steniu elektrono-

wym 3/2. W temperaturze niszej od456C roztwr ten wystpuje jako upo-rzdkowany i jest oznaczany jako . Fa-za jest roztworem staym wtrnym naosnowie fazy elektronowej Cu5Zn8 o st-eniu elektronowym 21/13. Faza jestroztworem staym wtrnym na osnowiefazy elektronowej CuZn3 o steniu elek-

tronowym 7/4. W zakresie temperatury558730C wystpuje ponadto roztwrstay graniczny o sieci A1, ulegajcyw temperaturze 558C rozpadowi eutek-toidalnemu na mieszanin faz + .

Spord wymienionych faz jedynie fa-za krystalizuje bezporednio z cieczy,a pozostae powstaj w wyniku reakcji pe-rytektycznych. Zakresy stenia oraztemperatury wystpowania poszczegl-nych faz i ich mieszanin przedstawia wy-

kres rwnowagi ukadu CuZn, pokazanyna rysunku 7.13.

STRUKTURA I WASNOCI

DWUSKADNIKOWYCH STOPW MIEDZI Z CYNKIEM

Stopy miedzi z cynkiem, jako gwnym pierwiastkiem stopowym, s nazywanemosidzami. Mosidze dwuskadnikowe (tabl. 7.21 i7.22) ze wzgldu na skadfazowy dzieli si na:

jednofazowe o strukturze roztworu i steniu od 2 do 39% Zn,dwufazowe o strukturze mieszaniny + i steniu od 39 do 45% Zn.Mosidze jednofazowe cechuje bardzo dua plastyczno, co umoliwia stoso-

wanie ich na produkty gboko toczone i obrabiane plastycznie na zimno. Duaplastyczno w podwyszonej temperaturze umoliwia ich obrbk plastyczn nagorco. Mosidze zawierajce 5 do 20% Zn s nazywane tradycyjnie tombakami.

Dodatek Zn do ok. 30% zwiksza plastyczno oraz wytrzymao mosidzu(rys. 7.14). Wytrzymao mosidzw zawierajcych ok. 30 do 45% Zn zwikszasi przy znacznym zmniejszeniu plastycznoci (rys. 7.14). Wie si to z obecno-ci fazy w mosidzach dwufazowych i dlatego mona je obrabia plastycznie


719

TEMPERATURA

(C)

Rysunek 7.13

Wykres rwnowagi CuZn (wedug D.T. Hawkinsa)


7 roz 8-11-02 18:19 Page 720


36/134

eta e e e a e c stopy

720

Grupa stopw Do obrbki plastycznej Odlewniczedwuskadnikowe oowiowe wieloskadnikowe wysokoniklowe

Zakressteniaskadnikw

stopu, %

Cu 59,596 5564 56,582 4266 5288

Zn 440,5 33,444,1 1742 15,645 9,945,5

Ni 00,3 00,3 03 619 06

Sn 00,5 01,5 00,2 01

Al 00,5 06 07

Fe 03,5 00,3 04

Mn 05 06 05Si 01,3 05

Pb 0,24,2 02,5 03,3 02,5

As 00,15 00,08 00,15

inne Co: 00,55 Sb: 00,15,P: 00,03

Gatunkipodano w tabl. 7.22 podano w tabl. 7.25 podano w tabl. 7.26 podano w tabl. 7.28 podano w tabl. 7.27

Normy

Tablica 7.21

Orientacyjne zakresy stenia pierwiastkw stopowych w rnych grupach stopw miedzi z cynkiem


NormaZn Ni Sn Pb Fe Al

CuZn5 5

0,3

0,1 0,05 0,05 0,02 2),4)

CuZn10 10 0,1 0,05 0,05 0,02 2),4) ,5)

CuZn15 15 0,1 0,05 0,05 0,02 2)5)

CuZn20 20 0,1 0,05 0,05 0,02 2),4) ,5)

CuZn28 28 0,1 0,05 0,05 0,02 4)

CuZn30 30 0,1 0,05 0,05 0,02 2)5)

CuZn33 33 0,1 0,05 0,05 0,02 2),4)

CuZn36 35,5 0,1 0,05 0,05 0,02 2)6)

CuZn37 37 0,1 0,1 0,1 0,05 2),4)6)

CuZn40 39,5 0,2 0,3 0,2 0,05 2),4), 6)

1)Inne razem 0,10,2; wartoci bez znaku oznaczaj stenie rednie.

Normy: 2)PN-EN 1652:1999, 3)PN-EN 1654:2001, 4)PN-EN 12163:2002,5)PN-EN 12166:2002, 6)PN-EN 12167:2002.

Tablica 7.22Orientacyjny skad chemiczny stopw miedzi z cynkiem, dwuskadnikowych, do obrbki plastycznej


7 roz 8-11-02 18:19 Page 721


37/134

wycznie na gorco. Mosidze dwufazowe obrabia si plastycznie na gorcow temperaturze, w ktrej wykazuj one struktur jednofazow (rys. 7.13).Stopy Cu z Zn w znacznym stopniu umacniaj si w wyniku zgniotu. W zale-

noci od stopnia gniotu mog by dostarczane w rnym stanie (tabl. 7.23). Przywikszych stopniach gniotu jest stosowane midzyoperacyjne wyarzanie rekrysta-lizujce mosidzw w temperaturze 500580C.

Wymagania dotyczce m.in. stopw Cu z Zn znajduj si w normach obejmu-jcych produkty hutnicze: pyty, blachy, tamy i krki oglnego przeznaczenia(PN-EN 1652:1999), tamy na spryny i zczki (PN-EN 1654:2001), prty ogl-nego przeznaczenia (PN-EN 12163:2002), prty do obrbki skrawaniem na auto-matach (PN-EN 12164:2002), druty oglnego przeznaczenia, na spryny i ele-

menty zczne (PN-EN 12166:2002), ksztatowniki i prty prostoktne oglnegoprzeznaczenia (PN-EN 12167:2002), prty z otworem do obrbki skrawaniem na

j j py

721

Rm

Rysunek 7.14

Wpyw stenia Zn na wytrzymao na rozciganie i wyduenie mosidzw (wedug W.W. Malcewa)

Stan Mikki Ptwardy Twardy Sprysty

Stopie gniotu, % 0 1015 2025 5060

Wytrzymao na rozciganie Rm, MPa 290 350 400 520

Wyduenie A, % 45 25 15 5

Tablica 7.23

Przykadowe zestawienie wasnoci stopu CuZn37 w stanie zgniecionym


38/134


7 roz 8-11-02 18:19 Page 723


39/134

intensywnie polepsza rwnie Mn, szczeglnie w obecnoci Si i Al. Dodatek Alzwiksza take twardo i wasnoci wytrzymaociowe, nieznacznie zmniejszajcplastyczno mosidzw. Dodatek 23% Al zapobiega odcynkowaniu mosidzw,

ktre jest hamowane rwnie przez dodatek As, Ni lub 12% Sn. Natomiast Feprzyspiesza przebieg odcynkowania. Dodatek Fe powoduje jednak zmniejszenieskonnoci do pkania na gorco, poprawia wasnoci wytrzymaociowe i wydu-enie oraz zapewnia drobnoziarnisto mosidzom odlewniczym.

Z skrawalno stopw Cu z Zn, zwaszcza dwufazowych, polepsza dodatek1,54% Pb (tabl. 7.25). Ow nie wystpuje w tych mosidzach na granicach ziarn,

723


NormaZn Pb Al Sn Fe Ni As Mn

CuZn35Pb1 35 1,2 0,05 0,1 0,1

0,3

2)5)

CuZn35Pb2 35 2 0,05 0,2 0,1 3)6)

CuZn36Pb2As 36 2,3 0,05 0,1 0,1 0,09 0,1 3), 5), 6)

CuZn36Pb3 36 3 0,05 0,2 0,3 3)6)

CuZn37Pb0,5 37 0,45 0,05 0,2 0,1 2)

CuZn37Pb1 37 1,2 0,05 0,2 0,2 3), 5), 6)

CuZn37Pb2 37 2 0,05 0,2 0,2 2)6)

CuZn38Pb1 38 1,2 0,05 0,2 0,2 3), 5), 6)

CuZn38Pb2 38 2 0,05 0,2 0,2 2)6)

CuZn38Pb4 38 3,9 0,05 0,3 0,3 3)6)

CuZn39Pb0,5 39 0,5 0,05 0,2 0,2 2)5)

CuZn39Pb1 39 1,2 0,05 0,2 0,2 3), 5), 6)

CuZn39Pb2 39 2 0,05 0,3 0,3 2)6)

CuZn39Pb2Sn 39 2 0,1 0,35 0,4 5)

CuZn39Pb3 39 3 0,05 0,3 0,3 3)6)

CuZn40Pb2 40 2 0,05 0,3 0,3 3)6)

CuZn40Pb2Al 40 2,3 0,28 0,3 0,3 5)

CuZn40Pb2Sn 40 2 0,1 0,35 0,4 5)

CuZn41Pb1Al 41 1,2 0,28 0,3 0,3 5)

CuZn42PbAl 42 0,5 0,28 0,3 0,3 5)

CuZn43Pb1Al 43 1,2 0,28 0,3 0,3 5)

CuZn43Pb2 43 2,3 0,05 0,3 0,3 5)

CuZn43Pb2Al 43 2,3 0,28 0,3 0,3 5)

1)Inne razem 0,10,2; wartoci bez znaku oznaczaj stenie rednie.Normy: 2)PN-EN 1652:1999, 3)PN-EN 12164:2002, 4)PN-EN 12166:2002,5)PN-EN 12167:2002, 6)PN-EN 12168:2002.

Tablica 7.25

Orientacyjny skad chemiczny stopw miedzi z cynkiem i oowiem, przeznaczonych do obrbki plastycznej


7 roz 8-11-02 18:21 Page 724


40/134

jak w czystej miedzi, lub granicach roztworu , lecz wewntrz wydziele fazy ,ktra zarodkuje wok Pb w czasie chodzenia z wysokiej temperatury. Mosidze

z dodatkiem oowiu s zalecane zwaszcza na pprodukty przeznaczone do obrb-

ki skrawaniem na automatach (PN-EN 12164:2002 i PN-EN 12168:2002).Mosidze wieloskadnikowe w przeciwiestwie do dwuskadnikowych, znajdu-

j szerokie zastosowanie jako materiay odlewnicze. Szeroko s stosowane rw-

nie do obrbki plastycznej. Wieloskadnikowe mosidze odlewnicze zwykle ce-

chuje dobra odporno na korozj i cieranie oraz dobre wasnoci wytrzymao-

ciowe przy obcieniach statycznych. Stosuje si je gwnie na armatur, osprzt,

oyska, ruby okrtowe i elementy maszyn. Orientacyjny skad chemiczny mosi-

dzw wieloskadnikowych przeznaczonych do obrbki plastycznej podano w tabli-

cach 7.21 i7.26 (wedug norm PN-EN), a odlewniczych w tablicach 7.21 i7.27

724

Tablica 7.26

Orientacyjny skad chemiczny mosidzw wieloskadnikowych do obrbki plastycznej


NormaZn Al Mn Fe Ni Pb Sn Si As inne

CuZn19Sn 19 0,05 0,05 0,3 0,05 0,35 6)

CuZn20Al2As 20 2 0,1 0,07 0,1 0,05 0,04 P 0,01 2)

CuZn23Al3Co 23 3,4 0,05 0,3 0,05 0,1 Co: 0,4 3)

CuZn23Al6Mn4Fe3Pb 23 5,5 4,3 2,8 0,5 0,5 0,2 0,2 4)

CuZn25Al5Fe2Mn2Pb 25 4,5 1,8 1,8 1 0,5 0,2 4)

CuZn31Si1 31 0,4 0,5 0,8 1 4)

CuZn32Pb2AsFeSi 32 0,05 0,15 0,3 1,85 0,3 0,63 0,06 4)

CuZn35Ni3Mn2AlPb 35 0,8 2 0,5 2,5 0,5 0,5 0,1 4),7)

CuZn36Sn1Pb 36 0,1 0,2 0,4 1,25 4),6)

,7)

CuZn36Pb2Sn1 36 0,1 0,3 1,75 0,75 5),8)

CuZn37Mn3Al2PbSi 37 1,8 2,3 1 1 0,5 0,4 0,8 5),7)

,8)

CuZn37Pb1Sn1 37 0,1 0,3 0,7 0,75 5)8)

CuZn38Mn1Al 38 0,8 1,2 1 0,6 1 0,3 0,5 4)

CuZn39Sn1 39 0,1 0,2 0,2 0,75 4),7)

CuZn39Mn1AlPbSi 39 0,8 1,3 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 4),7)

CuZn40Mn1Pb1 40 0,2 1 0,3 0,6 1,5 0,3 0,1 5)8)

CuZn40Mn1Pb1FeSn 40 0,1 1,3 0,7 0,3 1,2 0,6 5),7)

CuZn40Mn1Pb1AlFeSn 40 0,8 1,3 0,7 0,3 1,2 0,6 5),7)

,8)

CuZn40Mn2Fe1 40 0,1 1,5 1 0,6 0,5 0,3 0,1 4),7)


Normy: 2)PN-EN 1652:1999, 3)PN-EN 1654:2001, 4)PN-EN 12163:2002, 5)PN-EN 12164:2002, 6)PN-EN 12166:2002,7)PN-EN 12167:2002, 8)PN-EN 12168:2002.


7 roz 8-11-02 18:21 Page 725


41/134

(wedug projektu PN-EN 1982). Krajowe mosidze odlewnicze s take ujte w do-

tychczasowej normie PN-91/H-87026.

Mosidze, podobnie jak niektre inne stopy miedzi, s stosowane take na spo-

iwa do lutowania twardego (wedug projektu PN-EN 1044). Krajowe gatunki lutw

twardych podano w dotychczasowej normie PN-70/M-69413.

STOPY MIEDZI Z NIKLEM I CYNKIEM

Stopy miedzi z niklem i cynkiem s stopami wieloskadnikowymi, tradycyjnie

zwanymi mosidzami wysokoniklowymi lub ze wzgldu na jasn barw nowymi

srebrami. Ich orientacyjny skad chemiczny podano w tablicach 7.21 i7.28. Stopy

te wykazuj wysokie wasnoci mechaniczne, dobr podatno na obrbk pla-styczn na zimno i na gorco, dobr odporno na korozj. Mosidze wysokoni-

klowe zawierajce ok. 60% Cu, 830% Ni oraz 1030% Zn wykazuj struktur jed-

nofazow i s podatne na obrbk plastyczn na zimno i na gorco. Stopy o st-eniu 45% Cu, 820% Ni i 3547% Zn charakteryzuj si struktur dwufazow + i s obrabiane plastycznie tylko na gorco w zakresie temperatury 600750C.Dobre wasnoci mosidzw wysokoniklowych powoduj szerokie ich zastosowa-

nie w przemyle maszynowym, elektrochemicznym, precyzyjnym, chemicznym, sa-

nitarnym i architekturze.

725

Tablica 7.27

Orientacyjny skad chemiczny mosidzw odlewniczych


Zn Al Mn Fe Ni Pb Sn Si P Sb As

CuZn15As-C 13,9 0,01 0,1 0,15 0,1 0,5 0,3 0,02 0,1

CuZn16Si4-C 15 0,1 0,2 0,6 1 0,8 0,3 4 0,03 0,05

CuZn37Al1-C 36,6 1,05 0,5 0,5 2 0,5 0,5 0,6 0,1

CuZn38Al1-C 37,9 0,45 0,5 0,5 1 0,1 0,1 0,2

CuZn33Pb2-C 32,2 0,1 0,2 0,8 1 2 1,5 0,05 0,05

CuZn33Pb2Si-C 32,4 0,1 0,15 0,38 0,8 1,5 0,8 0,9 0,05

CuZn35Pb2Al-C 34,1 0,5 0,15 0,35 0,25 2 0,4 0,02 0,15 0,15

CuZn37Pb2Ni1AlFe-C 36,6 0,6 0,2 0,65 0.85 2,2 0,8 0,05 0,02 0,05

CuZn39Pb1Al-C 37 0,8 0,5 0,7 1 1,5 1 0,05 0,02

CuZn39Pb1AlB-C 2) 37,4 0,55 0,05 0,13 0,2 1,45 0,35 0,05

CuZn25Al5Mn4Fe3-C 26,2 5 3,8 2,75 3 0,2 0,2 0,1 0,03 0,03

CuZn32Al2Mn2Fe1-C 31,2 1,8 2,3 1,25 2,5 1,5 1 1 0,08

CuZn34Mn3Al2Fe1-C 35,8 2 2,5 1,5 3 0,3 0,3 0,1 0,03 0,05

CuZn35Mn2Al1Fe1-C 36,6 1,5 1,8 1,25 6 0,5 1 0,1 0,03 0,08

1)Wartoci bez znaku oznaczaj stenie rednie.

2)Z dodatkiem B o steniu zapewniajcym rozdrobnienie ziarna (o redniej rednicyd0,1 mm).


7 roz 8-11-02 18:21 Page 726


42/134

7.2.4. Stopy miedzi z niklem

Wan grup technicznych stopw miedzi przeznaczonych do obrbki pla-

stycznej stanowi stopy z niklem, nazywane tradycyjnie miedzioniklami. Stopy te,

ktrych gwnym dodatkiem jest Ni o steniu do 40%, zawieraj take 12% Si,

Al, Fe lub Mn. Nikiel powoduje podwyszenie wasnoci mechanicznych, odpor-

noci na korozj, rezystywnoci oraz siy termoelektrycznej miedzionikli.

Miedzionikle s oparte na ukadzie CuNi o nieograniczonej rozpuszczalnoci

skadnikw w stanie ciekym i staym. Mona wydzieli dwie grupy miedzionikli,

a mianowicie:

odporne na korozj, takie jak CuNi30Mn1Fe (tradycyjnie zwany melchiorem),

CuNi6Al2 (zwany kunialem), CuNi3Si1Mn, CuNi19 (zwany nikielin) i CuNi25

(stosowany do wytwarzania monet),

oporowe, w tym gwnie CuNi44Mn1 (zwany konstantanem).

Miedzionikle krzemowomanganowy, a take miedzionikiel aluminiowy, poza

wyarzaniem rekrystalizujcym mog by utwardzane wydzieleniowo, dziki wy-

dzielaniu odpowiednio faz Ni2Si oraz (NiAl) lub (NiAl

2). Stop CuNi44Mn1

znalaz gwne zastosowanie w elektrotechnice oraz do wytwarzania termoelemen-

tw, np. elazokonstantan lub miedkonstantan (porwnaj rozdz. 8.5.2).

Wymagania dotyczce stopw miedzi z niklem przeznaczonych do obrb-

ki plastycznej s podane m.in. w PN-EN 1652:1999, PN-EN 1654:2001, PN-

EN 12163:2002, PN-EN 12166:2002, PN-EN 12167:2002, a take w normach

726

Tablica 7.28

Orientacyjny skad chemiczny stopw miedzi z niklem i cynkiem, przeznaczonych do obrbki plastycznej


NormaNi Zn Mn Pb Fe Sn

CuNi7Zn39Pb3Mn2 7 39 2,3 2,8

0,3

0,2 5)7)

CuNi10Zn27 10 27 0,5 0,05 2),6)

CuNi10Zn42Pb2 10 42 0,5 1,8 0,25)7)

CuNi12Zn24 12 24 0,5 0,03 0,03 2)4), 6),7)

CuNi12Zn25Pb1 12 25 0,5 1 0,22)

CuNi12Zn30Pb1 12 30 0,5 1 0,2 5)7)

CuNi12Zn38Mn5Pb2 12 38 5,3 1,8 0,27)

CuNi12Zn29 12,3 29 0,5 0,03 0,033)

CuNi18Zn19Pb1 18 19 0,7 1 0,2 5)7)

CuNi18Zn20 18 20 0,5 0,03 0,032)4)

,6)

,7)

CuNi18Zn27 18 27 0,5 0,03 0,03 2),3)

1)Inne razem 0,2; wartoci bez znaku oznaczaj stenie rednie.

Normy: 2)PN-EN 1652:1999, 3)PN-EN 1654:2001, 4)PN-EN 12163:2002,5)PN-EN 12164:2002, 6)PN-EN 12166:2002, 7)PN-EN 12167:2002.


7 roz 8-11-02 18:21 Page 727


43/134

zagranicznych. Krajowe gatunki miedzionikli ujto take w dotychczasowej nor-

mie PN-92/H-87052. Orientacyjny skad chemiczny stopw miedzi z niklem prze-

znaczonych do obrbki plastycznej podano w tablicach 7.29 i7.30, natomiast od-

lewniczych (wedug projektu normy PN-EN 1982) w tablicy 7.31.

727

Tablica 7.29

Orientacyjne zakresy stenia pierwiastkw stopowych w rnych grupach stopw miedzi z niklem,

przeznaczonych do obrbki plastycznej *)

Grupa stopw Dwu-

skadnikoweelazowo-

manganowe Cynowe

Niskostopowekrzemowe

Manganowe Aluminiowe

Zakres

stenia

skadnikw

stopu, %

Cu 72,476 63,689,5 85,989,7 94,399 5356,5 91,793,3

Ni 2426 932 8,510,5 0,84,5 43,045 5,56,5

Mn 00,5 0,51,5 00,3 00,1 0,52

Fe 0,42 00,3 00,2

Al 1,21,8

Zn 00,5 00,5 00,5

Sn 1,82,8

Si 01,3

Gatunki CuNi25CuNi10Fe1Mn

CuNi30Mn1FeCuNi9Sn2

CuNi1Si

CuNi2Si

CuNi3Si1

CuNi44Mn1 CuNi6Al2

Normypodano

w tabl. 7.30

dotychczasowa

PN-92/H-87052*)

Tablica 7.30

Orientacyjny skad chemiczny stopw miedzi z niklem, przeznaczonych do obrbki plastycznej


NormaNi Fe Mn Sn Co Si Pb Zn C P S

CuNi25 25 0,3 0,5 0,03 0,1 0,02 0,5 0,05 0,05 2)

CuNi10Fe1Mn 10 1,5 0,75 0,03 0,1 0,02 0,5 0,05 0,02 0,052)

,4)

CuNi30Mn1Fe 31 0,7 1 0,05 0,1 0,02 0,5 0,05 0,02 0,05 2),4)

CuNi9Sn2 9,5 0,3 0,3 2,3 0,02 0,1 2)

,3)

CuNi1Si 1,3 0,2 0,1 0,55 0,02 4)6)

CuNi2Si 2 0,2 0,1 0,6 0,02 2)6)

CuNi3Si1 3,5 0,2 0,1 1,05 0,02 4)


Normy: 2)PN-EN 1652:1999, 3)PN-EN 1654:2001, 4)PN-EN 12163:2002, 5)PN-EN 12166:2002, 6)PN-EN 12167:2002.

*) W rozdziale 7 zaznaczono czerwonym drukiem tytu tablicy (lub dane normy PN), jeli tabli-

ca zawiera informacje o materiaach, ktre nie s ujte w opracowanych dotychczas normach

europejskich EN.


7 roz 8-11-02 18:21 Page 728


44/134

7.2.5. Stopy miedzi z cyn

UKAD CuSn

Mied tworzy z cyn jeden roztwr stay graniczny krystalizujcy w sieci A1oraz 6 roztworw staych wtrnych na osnowie faz midzymetalicznych (tabl. 7.32).

Zakres stenia oraz temperatury wystpowania poszczeglnych faz i ich mieszanin

przedstawia wykres rwnowagi ukadu CuSn, pokazany na rysunku 7.15.

728

Tablica 7.31

Orientacyjny skad chemiczny odlewniczych stopw miedzi z niklem


inneNi Fe Mn Si Cr Nb Zn C Pb

CuNi10Fe1Mn1-C 10 1,4 1,25 0,1 1 0,5 0,1 0,03

CuNi30Fe1Mn1-C 30 1 0,9 0,1 0,5 0,03 0,03

CuNi30Cr2FeMnSi-C 30,5 0,75 0,75 0,33 1,75 0,2 0,03 0,005 Ti 0,25, Zr 0,15,2)

CuNi30Fe1Mn1NbSi-C 30,5 1 0,9 0,5 0,75 0,5 0,03 0,013)

1)P 0,01, S 0,01, Al 0,01, B 0,01; wartoci bez znaku oznaczaj stenie rednie.2)

Mg 0,01, Bi 0,002, Se 0,005, Te 0,005.3)

Cd 0,02, Mg 0,01, Bi 0,01, Se 0,01, Te 0,01.

Tablica 7.32

Waniejsze fazy wystpujce w ukadzie CuSn

Faza Rodzaj

fazyPrzybliony

wzr

Typ sieci

krystalograficznej Uwagi

roztwr stay graniczny regularna ciennie

centrowana typu A1

zmienna rozpuszczalno cyny

w temperaturze poniej 350C

roztwr stay wtrny na osnowie fazyelektronowej o steniu elektronowym 3/2

regularna przestrzennie

centrowana


eutektoidalny na mieszanin +


nadstruktury typu AB

regularna przestrzennie

centrowana typu L2



roztwr stay wtrny na osnowie fazy

elektronowej

regularna zoona o 52

atomach typu mosidzu w temperaturze 350C rozpad



elektronowej o steniu elektronowym 7/4

heksagonalna zwarcie

wypeniona, zbliona do A3

wystpuje w temperaturze

poniej 676C


midzymetalicznejheksagonalna zoona

w temperaturze 189C w wyniku upo-

rzdkowania ulega przemianie w faz '


fazy midzymetalicznej

heksagonalna zoona

o 26 atomach

powstaje w temperaturze 640C

w wyniku przemiany perytektoidalnej

faz i ; w temperaturze 582C rozpad


Cu5Sn

SnCu33

Cu31

1

Sn8

Cu3Sn

Cu6Sn

5

Cu20Sn6


7 roz 8-11-02 18:21 Page 729


45/134

DWUSKADNIKOWE STOPY MIEDZI Z CYN

Techniczne stopy Cu z Sn, nazywane tradycyjnie brzami cynowymi, maj za-

zwyczaj struktur roztworu . Duy zakres temperatury krystalizacji brzwo strukturze sprzyja jednak ich skonnoci do segregacji. Z tego powodu w sto-pach chodzonych w warunkach rzeczywistych, nawet przy niewielkim steniu Sn,

oprcz niejednorodnej fazy tworz si fazy, ktre w warunkach rwnowagi wy-stpuj przy wikszym steniu Sn. Segregacja moe by w pewnym stopniu usu-

nita przez dugotrwae wyarzanie ujednorodniajce w cigu 24 h w temperaturze

700750C.

Brzy cynowe wykazuj dobr odporno na korozj, szczeglnie w rodowisku

atmosfery przemysowej i wody morskiej. Odporno ta ulega polepszeniu wraz ze

zwikszeniem stenia Sn, lecz do wartoci nie wikszej od zapewniajcej wyst-

pienie struktury dwufazowej, decydujcej o uatwieniu korozji. Brzy cynowe

o strukturze jednorodnego roztworu cechuje dua plastyczno i z tego wzgldumog by obrabiane plastycznie na zimno, podobnie jak stopy o niejednorodnej

strukturze , zawierajce nie wicej ni 4% Sn. Wraz ze zwikszeniem stenia Snponad ok. 4% w strukturze pojawiaj si fazy midzymetaliczne, najczciej prze-

chodzona faza wchodzca w skad mieszaniny eutektoidalnej + .

729

Rysunek 7.15

Fragment wykresu rwnowagi CuSn (wedug R.E. Johnsona)


7 roz 8-11-02 18:21 Page 730


46/134

W praktyce do obrbki plastycznej s przeznaczone brzy cynowe zawierajce

do ok. 8% Sn (tabl. 7.33 i7.34), cho obrabia si je le, przy duej skonnoci do

pkni. W stanie obrobionym plastycznie na zimno brzy cynowe charakteryzuj

si duymi wasnociami mechanicznymi, co umoliwia stosowanie ich w przemy-le chemicznym, papierniczym i okrtowym, m.in. na elementy aparatury kontrol-

nopomiarowej, siatki, spryny, tulejki, oyska lizgowe, limacznice i limaki.

730

Tablica 7.33

Orientacyjne zakresy stenia dodatkw stopowych w rnych grupach stopw miedzi z cyn i/lub

innymi pierwiastkami, przeznaczonych do obrbki plastycznej

Grupa stopw Cynowe

dwuskadnikoweCynowe

wieloskadnikoweAluminiowe

wieloskadnikowe Berylowe Krzemowe Manganowe

Zakres

stenia

skadnikw

stopu, %

Cu 9096,5 85,495,9 7192,2 95,598,2 94,399,2 83,586

Sn 3,58,5 3,55,5 00,2

Zn 00,3 010 00,5 01,5

Pb 04,5 00,6

Al 612,5

Fe 07 00,2 00,8

Mn 03,5 01,3 11,513

Ni 00,3 07 02,5 2,53,5

Si 02,4 0,83,2

Be 0,22,1

inne P: 0,010,4Te: 01,

P: 00,4

Co: 02,8

Gatunki podano w tabl.

7.34

podano w tabl.

7.37

podano w tabl.

7.38

podano w

tabl. 7.40

podano w

tabl. 7.42

CuMn12Ni3

Normy

Tablica 7.34

Orientacyjny skad chemiczny dwuskadnikowych stopw miedzi z cyn, przeznaczonych do obrbki plastycznej

Znak

stopu

Stenie pierwiastkw1), %Norma

Sn P Zn Ni Fe Pb

CuSn4 4 0,2 0,2 0,2 0,02 2),3),5)

CuSn5 5 0,2 0,2 0,2 0,02 2)5)

CuSn6 6,3 0,2 0,2 0,2 0,1 0,02 2)6)

CuSn8 8 0,2 0,2 0,2 0,022)6)

CuSn9P 8 0,3 0,3 0,3 0,05 4)

1)Inne razem 0,2; wartoci bez znaku oznaczaj stenie rednie.

Normy: 2)PN-EN 1652:1999, 3)PN-EN 1654:2001, 4)PN-EN 12163:2002,5)PN-EN 12166:2002, 6)PN-EN 12167:2002.


7 roz 8-11-02 18:21 Page 731


47/134

WYMAGANIA DOTYCZCE STOPW MIEDZI Z CYN

Wymagania dotyczce m.in. brzw do obrbki plastycznej znajduj si w nor-

mach obejmujcych produkty hutnicze: pyty, blachy, tamy i krki oglnego prze-

znaczenia (PN-EN 1652:1999), tamy na spryny i zczki (PN-EN 1654:2001),prty oglnego przeznaczenia (PN-EN 12163:2002), prty do obrbki skrawaniem

na automatach (PN-EN 12164:2002), druty oglnego przeznaczenia, na spryny

i elementy zczne (PN-EN 12166:2002), ksztatowniki i prty prostoktne oglne-

go przeznaczenia (PN-EN 12167:2002), odkuwki (PN-ISO 1640:1999). Na podsta-

wie tych norm zestawiono w tablicy 7.33 zakresy stenia pierwiastkw stopowych

w brzach do obrbki plastycznej.

Krajowe gatunki brzw cynowych zawiera take dotychczasowa norma PN-

92/H-87050. Brzy stosowane na spoiwa do lutowania twardego podano w projek-

cie normy PN-EN 1044, a krajowe w dotychczasowej normie PN-70/M-69413.

Orientacyjne zakresy stenia podstawowych pierwiastkw stopowych wystpu-

jcych w brzach cynowych odlewniczych (wedug projektu normy PN-EN 1982)

zestawiono w tablicach 7.35 i7.36. Krajowe odlewnicze stopy miedzi z cyn s tak-

e ujte w dotychczasowej normie PN-91/H-87026.

STOPY MIEDZI Z CYN I FOSFOREM

Ze wzgldu na konieczno przeciwdziaania wydzielaniu si bardzo twardego

tlenku cyny SnO2, powstajcego podczas odlewania np. panewek brzowych, co za-

graa uszkodzeniem czopw wsppracujcych z nimi waw, odlewnicze brzy cy-

nowe s odtleniane fosforem, dodawanym zwykle w steniu ok. 1,2% jeszcze

przed wprowadzeniem cyny do kpieli metalowej. W brzach do obrbki plastycz-

nej stenie P nie moe przekracza 0,4% (tabl. 7.33 i 7.34), gdy pierwiastek ten

bardzo niekorzystnie wpywa na plastyczno, zwikszajc jednak wasnoci wy-

trzymaociowe i odporno brzw na cieranie. W odlewniczych stopach z do-

datkiem fosforu, zawierajcych do 1% P, np. w CuSn11PC (tabl. 7.36), wystpuje

eutektoid potrjny + + Cu3P. Brzy cynowofosforowe s stosowane na panew-

ki, koa limakowe, spryny.

731

Tablica 7.35

Orientacyjne zakresy ste-

nia pierwiastkw stopowych

w odlewniczych stopach

miedzi z cyn i/lub innymi

pierwiastkami

Grupa stopw Cynowe dwuskadnikowe Cynowe wieloskadnikowe Aluminiowe

Zakres

stenia

skadnikw

stopu, %

Cu

Documents

Leszek a. Dobrzański - Rozdział 7 - Metale Nieżelazne i Ich Stopy