Temat nr.1Metale i ich stopy

Metal• Jest pierwiastkiem chemicznym

cechującym się obecnością w sieci krystalicznej elektronów swobodnych (niezwiązanych).

Stop• Jest to co najmniej dwuskładnikowe

tworzywo metaliczne składające się z metali oraz innego pierwiastka. Często spotykane są stopy żelaza, miedzi, aluminium niklu i tytanu. Cechy charakterystyczne metali i ich stopów to duża sztywność, ciągliwość, odporność na pękanie, dobra przewodność elektryczna i cieplna.

Rys. 1 Odlew ze stopów brązu.

Podział metali i ich stopów

Do metali nieżelaznych zalicza się:

• Miedź

• Aluminium

• Magnez

• Tytan

• Cynk

Aluminium

• Dobrze przewodzi ciepło i prąd elektryczny. Ma wysoką odporność na działanie wody i warunków atmosferycznych. Cechuje się małą gęstością.

• Aluminium stosuje się do produkcji aparatury chemicznej, folii i powłok kablowych.

Rys. 2 Aluminium

Magnez

• Ma małą gęstość. Jego właściwości mechaniczne są niskie.

• Czysty magnez stosuje się głównie w pirotechnice. Wykorzystuje się go do wytwarzania stopów, a także jako odtleniacz i reduktor w procesach metalurgicznych.

Rys. 3 Magnez

Tytan

• Jego cechy charakterystyczne to: duża wytrzymałość, mała gęstość, duża plastyczność i dobra odporność na korozję.

• Tytan wykorzystuje się w przemyśle lotniczym i militarnym.

Rys. 4 Tytan

Miedź

• Jej zaletą jest duża przewodność elektryczna. Ma również inne cechy charakterystyczne, takie jak przewodność cieplna, plastyczność, odporność na korozję. Jej wadą jest mała wytrzymałość i twardość.

• Miedź wykorzystuje się w elektrotechnice, elektronice, budownictwie, komunikacji, budowie maszyn i okrętów.

Cynk

• Ma niską temperaturę topnienia, jest kruchy i odporny na korozję atmosferyczną.

• Jest wykorzystywany do antykorozyjnego zabezpieczania stali. Stosuje się go również w ogniwach elektrycznych.

Rys. 5 Cynk

Stopy żelaza z węglem

• Stopy żelaza są najliczniejszą grupą metali używanych przez człowieka.

• Podstawowymi stopami stosowanymi w inżynierii są stopy żelaza z węglem.

• Dzieli się je na: surówki, żeliwa i stale.

Surówka• Surówką, będącą produktem wyjściowym w

procesie otrzymywania stali i żeliwa, nazywa się stop żelaza z węglem, o zawartości ponad 2 % węgla i innymi składnikami (krzemem, manganem, fosforem i siarką). Siarka i fosfor są domieszkami szkodliwymi, bo siarka jest główną przyczyną kruchości stopu na gorąco, a fosfor – kruchości na zimno oraz pogarsza właściwości plastyczne i udarność stopu.

Rodzaje surówek

Biała Szara

Używana do dalszej przeróbki na stal

Stosowana do dalszej przeróbki na żeliwo

Rys. 6 Mikrostruktura surówki białej podeutektycznej.

Żeliwo

• Żeliwo zawiera 2 – 3 % węgla. Otrzymuje się przez przetopienie surówki z dodatkiem złomu żeliwnego stalowego w piecach zwanych żeliwiakami. Żeliwo ma dobre właściwości odlewnicze i stosuje się je do odlewania wielu części maszyn. Węgiel będący w żeliwie może występować pod dwoma postaciami: grafitu lub cementytu.

Żeliwo

• Żeliwo jest głównym materiałem konstrukcyjnym używanym w budowie maszyn. Żeliwa wysokiej jakości charakteryzują się dużą wytrzymałością, zdolnością do tłumienia drgań, odpornością na ścieranie i dobrą obrabialnością. Obok żeliwa szarego i białego występuje żeliwo modyfikowane, sferoidalne, ciągliwe i stopowe.

Żeliwo szare• Żeliwo szare ma symbol Zl połączony z

trzycyfrowym znakiem, opisującym minimalną wytrzymałość na rozciąganie. Charakteryzuje się dobrymi właściwościami odlewniczymi, dużą wytrzymałością na ściskanie i małą udarnością.

Rys. 7.Mikrostruktura żeliwa szarego ZL20.

Żeliwo białe i modyfikowane• Żeliwo białe jest słabym materiałem na części

konstrukcyjne, bo jest twarde i kruche. Używa się go głównie jako najważniejszy produkt do wyrobu żeliwa ciągliwego.

• Żeliwo modyfikowane dostaje się przez dodanie do żeliwa, przy spuście z żeliwiaka, małej ilości modyfikatorów, którymi są: stop krzemu z wapniem, stop żelazokrzemu i aluminium, żelazokrzem. Modyfikatory są głównym powodem powstania odpowiedniej struktury z równomiernie rozłożonym grafitem. Żeliwo modyfikowane ma większą odporność na ścieranie i korozje niż żeliwo szare.

Żeliwo szare sferoidalne

• Otrzymuje się je przez złączenie magnezu lub ceru albo obu tych składników z ciekłym żeliwem. Skutkiem tego jest wydzielenie grafitu w postaci kulkowej. Takie żeliwo ma następujące cechy: znaczną ciągliwość, dużą wytrzymałość, dobrą lejność i obrabialność.

Rys. 8 Mikrostruktura żeliwa sferoidalnego Zs4505

Żeliwo ciągliwe

• Powstaje ono przez długotrwałe wyżarzanie odlewów z żeliwa białego. Żeliwo to ma właściwości podobne do stali. Używa się go do wyrobu części armatury wodociągowej, kanalizacyjnej i gazowej, jak również do niektórych części maszyn rolniczych.

Rys. 9 Mikrostruktura żeliwa ciągliwego szarego ZcC3208

Żeliwo stopowe

• Zawiera ono chrom, nikiel, aluminium, molibden, mangan, miedź i tytan. Żeliwo stopowe używa się do budowy aparatury chemicznej i kotłowej o podwyższonych właściwościach wytrzymałościowych, termicznych lub chemicznych. Rozróżnia się następujące rodzaje żeliwa stopowego: żeliwo chromowe, żeliwo wysokomanganowe, a także żeliwo niklowe.

Staliwo• Jest to stop żelaza z węglem odlewany do

form odlewniczych i nie ulepszany plastycznie. Zawartość węgla w stali wynosi około 2%. Staliwo odznacza się gorszymi właściwościami od stali o tym samym składzie, czego powodem jest niejednorodność ziarna. Ma większą plastyczność niż żeliwo.

Rys. 10 Mikrostruktura staliwa 35L

Rodzaje staliwa

Staliwo węglowe konstrukcyjne

Staliwo stopowe

zawiera tylko pierwiastki pochodzące z wytopu, jak: węgiel, od którego uzależnione są właściwości mechaniczne, mangan, krzem, fosfor i siarka.

zawiera ponadto pierwiastki wprowadzone celowo: nikiel, chrom, wolfram, molibden, wanad, które polepszają ich właściwości.

Sprawdź swoją wiedzę

http://www.quiz-creator.com/qms/quiz.php?u547804q30295v-742570532