mĚĎ a její slitiny - o katedŘe | kmt tu liberec• cu a ni v tuhém stavu dokonale rozpustné....

1

MĚĎ

a její slitiny

přírodní měď

svitek měděného plechu

2

Technicky čistá měď - výskyt

• Měď se v přírodě nejčastěji vyskytuje vázána na síru, k níž má velkou afinitu (nejběžnější je chalkopyrit – CuFeS2, dále bornit – Cu3FeS3). V podstatně menším množství se měď váže na kyslík – ty tvoří cca 15 až 20% těžby (např. kuprit Cu2O). Ryzí měď se ve větší míře nachází na Aljašce u Hořejšího jezera, ojediněle v Číně a Chile. Rudy obsahující měď jsou poměrně chudé, obsahují 1 až 6 % Cu.

3

Měď - vlastnosti • Je načervenalé barvy

• Krystalizuje v mřížce krychlové, planicentrické

• Má vysokou elektrickou i tepelnou vodivost (6x vyšší než Fe)

• Velmi dobrou tvářitelnost (minimum při teplotách kolem 500 – 600 ºC), odolnost proti korozi, obtížnou obrobitelnost (lepí se na nástroj)

• Teplota tání 1083ºC,měrná hmotnost 8,9.103kgm-3

4

Fyzikální vlastnosti Hustota ρ (kg . m-3)

Teplota tání (ºC)

Měrná tepelná kapacita (kJ / kg K)

Délková roztažnost (K-1)

Měrná tepelná vodivost (W/mK)

Konduktivita (MS/m)

8940

1083

0,385

16,4 . 10-6

390

58

Mechanické vlastnosti Mez kluzu (MPa)

Mez pevnosti (MPa)

Tažnost (%)

Kontrakce (%)

Modul pružnosti v tahu (MPa)

Tvrdost HB

60

220

50

70

130 000

50

Technologické vlastnosti Tvářitelnost za studena

Tvářitelnost za tepla

Slévatelnost

Svařitelnost

Pájitelnost

Obrobitelnost

Velmi dobrá

Velmi dobrá

Obtížná

Dobrá

Velmi dobrá

Dobrá

5

Mechanické a technologické

vlastnosti

• Mechanické vlastnosti závisí na teplotě – tažnost má minimum kolem 600°C, kontrakce už kolem 500°C. Proto se měď tváří buď za studena, nebo za tepla při teplotách kolem 800°C.

• Při žíhání v atmosféře obsahující vodík nebo uhlovodíky, je nebezpečí vzniku vodíkové nemoci, která způsobuje trhliny při tváření i svařování.

6

Korozní odolnost mědi

• Dobrá odolnost mědi proti korozi je dána

jednak jejím kladným potenciálem, jednak

pasivačními účinky oxidů a dalších

sloučenin, vytvářejících ochranné

povrchové vrstvy.

• V atmosféře se pokrývá vrstvou Cu2O -

červená barva, který další reakcí s

atmosférou se mění na zásaditý siřičitan

měďnatý – měděnku – zelená barva.

7

8

Slitiny mědi - mosazi

• Mosaz je slitina mědi a zinku, případně dalších prvků. Označuje se Ms X, kde X je obsah mědi ve slitině, případně CuZnX, kde X je obsah zinku.

• Mosazi tvoří asi 80% všech slitin mědi.

• Můžeme je dělit do několika skupin, jednak podle chemického složení na dvousložkové a vícesložkové, jednak podle způsobu zpracování na tvářené a slévárenské.

9

Dvousložkové mosazi

Zinek tvoří s mědí primární tuhé

roztoky (α,γ), ale také řadu

intermediárních fází. Některé z nich

jsou velmi tvrdé a křehké, proto pro

technickou praxi nepoužitelné, takže k

tváření se používají slitiny s obsahem

Zn max. 42%.

10

Mosazi – mechanické vlastnosti S rostoucím obsahem

zinku se nejprve

zvyšuje pevnost i

tažnost. Maximum

pevnosti je při 46%

obsahu Zn. Maximum

tažnosti ovšem mosaz

dosahuje při 32%

obsahu Zn.

11

Mosazi k tváření

• Jsou jednofázové, tvořené tuhým roztokem.

• Mosazi s obsahem Cu 80 % a vyšším se

nazývají tombaky. Vyrábějí se z nich

trubky, plechy, dráty, které se zpracovávají

tažením, lisováním, tlačením a ražením. Pro

dosažení lepších vlastností se mosazi často

legují dalšími prvky. Název je odvozen od

prvku, který se po mědi a zinku vyskytuje v

největším množství.

12

Tombaky

Tři druhy tombaků:

tombak červený – Ms90;

tombak střední – zlatý – Ms85;

tombak světlý – Ms 80

13

Vícesložkové mosazi ke tváření

• Cínové – při obsahu 0,5 až 1,5 % Sn mají

velmi dobrou odolnost proti účinkům

mořské vody – výroba součástí lodního

zařízení

• Manganové – 3 – 4% Mn, velmi dobré

mechanické a antikorozní vlastnosti – lodní

zařízení

• Hliníkové – při obsahu 3 – 3,5% Al jsou

pevné, tvrdé a korozivzdorné

14

Vícesložkové mosazi ke tváření

• Niklové – vysoká pevnost, odolnost proti

korozi, při obsahu 14% Ni – bílá niklová

mosaz (pakfong = alpaka = new silver =

argentan). Je zvlášť vhodná k hlubokému

tažení. Používá se i jako imitace stříbra.

• Křemíkové mosazi – obsah okolo 3% Si,

jsou dobře tvářitelné za tepla i za studena,

odolné proti korozi. Lze jimi pájet ocel.

Přídavek Pb (do 3%)zlepšuje obrobitelnost

a snižuje tření – použití i na ložiska.

15

Vícesložkové mosazi ke tváření

• Olověné – dobrá obrobitelnost, ale nízká tvárnost a houževnatost. Použití jako poloautomatové mosazi (Ms58Pb, Ms63Pb)

• Mosazné pájky - tzv. tvrdé pájky, které se používají na spoje více mechanicky namáhané, jsou vhodné pro kovy a slitiny s teplotou tání nad 1000 ºC.Mají vysoký obsah Zn (až 58%) a přísady dalších prvků – pájky stříbrné, niklové. Teplota tání tvrdých pájek se pohybuje nad 600°C.

16

Struktura mosazí

17

Slévárenské mosazi

• Jsou to zpravidla mosazi heterogenní,

používá se jich podstatně méně než mosazí

tvářených.

• Často obsahují kromě Cu a Zn i Pb, Si, Al.

• Jejich mechanické vlastnosti jsou horší než

mosazí tvářených.

18

Bronzy

• Používají se např.na méně namáhaná ložiska a pouzdra.

• Bronzy jsou slitiny mědi a dalších prvků s výjimkou zinku, který není nikdy v bronzu hlavní přísadou. Název bronzu je odvozen od hlavního přísadového prvku.

• Bronzy stejně jako mosazi mohou být binárními nebo vícesložkovými slitinami, mohou být homogenní, určené k tváření nebo heterogenní, které se zpracovávají sléváním.

19

Cínové bronzy

• Někdy se označují jako bronzy pravé.

• Obsahují max. do 20% Sn. Bronzy k tváření

obsahují do cca 8%Sn a používají se na

pružiny, membrány, součásti pro

elektrotechnický a chemický průmysl.

• Mají dobrou odolnost proti korozi a dobře

odolávají mechanickému opotřebení.

20

RBD Cu - Sn

21

Cínové bronzy slévárenské

• Jsou častější než tvářené, nejčastěji se užívá

cínových bronzů s obsahem 10 – 12 % Sn

(Rm = 220 – 240 MPa, A = 15 – 8 %).

Používají se např. na ložisková pouzdra a

armatury, pracující za teplot až 250°C.

• Specielní použití: zvonovina 20 – 22 % Sn

zrcadlovina 30 – 33 % Sn

22

Červené bronzy

• Jsou to ternární slitiny Cu – Sn – Zn, další

častou přísadou bývá Pb.

• Mají relativně nízkou cenu, dobrou

obrobitelnost a leštitelnost.

• Používají se na odlitky armatur, čerpadel

apod. Čím vyšší je obsah cínu, tím mohou

být odlitky více namáhané.

23

Hliníkové bronzy

• Používají se slitiny do cca 12 % Al. Hliníkové bronzy mají dobrou pevnost i za vyšších teplot, dobrou odolnost proti korozi a proti otěru.

• Do 9,5 % Al jsou tvořeny za normální teploty pouze α krystaly (tvářené), slitiny s 9,5 – 12 % jsou za norm.teploty heterogenní a lze je tepelně zpracovávat podobně jako oceli. Slévárenské bronzy mohou obsahovat i další prvky jako Mn, Fe, Ni apod.

• Mohou se používat např. k výrobě ložiskových pouzder, ventilových sedel, na velmi namáhaná ozubená a šneková kola apod.

24

Olověné bronzy

• Olovo a měď jsou v tuhém stavu naprosto nerozpustné. Rozdílné měrné hmotnosti a velký interval mezi likvidem a solidem vyvolávají velké odmíšení, proto je tyto slitiny nutno rychle ochlazovat. Pak obě složky zůstanou rovnoměrně rozloženy a slitiny mají dobré kluzné vlastnosti. Používají se na vylévání ocelových pánví kluzných ložisek.

25

Křemíkové bronzy

• Používají se jako komplexní slitiny Cu – Si

– Ni – Mn – Zn – Sn. Pokud je požadována

elektrická vodivost, obsah Si nesmí

překročit 1 %. Jinak bývá 0,9 – 3,5 %.

• Mají dobrou tvárnost za tepla i za studena,

odolávají H2SO4, HCl a některým zásadám.

Mají i dobré mechanické vlastnosti a lze je

použít jako náhrada za cínové bronzy.

26

Beryliové bronzy

• Optimální vlastnosti při obsahu 2 % Be, kdy se dají vytvrzovat – pevnost až 1200 MPa, tvrdost 400 HB.Jsou odolné proti korozi i ve vytvrzeném stavu.

• Používají se na pružiny s dobrou elektrickou vodivostí, nejiskřící nástroje, zápustky pro tváření, ložiska.

• Jsou velmi drahé a Be je jedovaté.

27

Niklové bronzy

• Cu a Ni v tuhém stavu dokonale rozpustné.

• Slitiny s nízkým obsahem Ni se používají

na odlitky, se středním (15 – 30%) mají

výbornou odolnost proti korozi a jsou velmi

dobře tvárné. Slitiny s 15 – 20% Ni pro

hluboké tažení, s 25 % Ni mincovní kov, s

30 % Ni v chemickém a potravinářském

průmyslu.

28

Niklové bronzy

• S vysokým obsahem niklu – zvláštní slitiny:

• NIKELIN CuNi30Mn – má vysokou

pevnost a odolnost proti korozi a značný

elektrický odpor. Používá se jako odporový

materiál do teploty 400ºC

• KONSTANTAN CuNi45Mn – z těchto

slitin má nejvyšší elektrický odpor a

používá se jako odporový a termočlánkový

materiál.