Stopy miedzi

Miedź krystalizuje w temperaturze 1084,5°C przyjmując strukturę Al (sieć płasko centrowana układu regularnego). Miedź ma gęstość 8,889 g/cm3.

Miedź jest stosowana w elektrotechnice na przewody oraz w energetyce i przemyśle chemicz­nym na chłodnice, a także wymienniki ciepła. Miedź jest odporna na korozję atmosferyczną  i na działanie wody, nie wyka­zuje natomiast odporności na działanie amoniaku. Miedź technicznie czysta zawiera od 0,01 do 1,0% zanieczyszczeń.

Klasyfikacja stopów miedzi

Przyjęto, że w stopach miedzi zawartość dodatków stopowych jest większa od 2%. W zależności od rodzaju głównego dodatku stopowego wyróżnia się:

• mosiądze - głównym dodatkiem stopowym jest cynk,

• miedzionikle - głównym dodatkiem stopowym jest nikiel,

• brązy - głównym dodatkiem stopowym nie jest cynk lub nikiel, lecz inny pierwiastek, jak np. cyna, aluminium, beryl, krzem, mangan, ołów.

Ze względu na technologię wytwarzania wyrobów, stopy miedzi dzieli się na odlewnicze i do przeróbki plastycznej.

Mosiądze

Mosiądze to stopy miedzi z cynkiem i ewentualnie innymi pierwiastkami.

Mosiądze dwuskładnikowe. Ze względu na skład fazowy mosiądze dwuskład­nikowe dzieli się na:

• jednofazowe - o zawartości cynku od 2 do 39%

• dwufazowe - o zawartości cynku od 39 do 45%

Mosiądze jednofazowe cechuje bardzo duża plastyczność, co umożliwia stosowanie ich na wyroby głęboko tłoczone i obrabiane plastycznie na zimno. Mosiądze charakteryzują się dobrą odpornością na korozję, szczególnie atmosferyczną i w wodzie morskiej. Najczęściej spotykanym rodza­jem korozji mosiądzów, szczególnie dwufazowych, jest korozja elektroche­miczna. Mosiądze jednofazowe w stanie zgniecionym ulegają korozji naprę­żeniowej. Mosiądze dwuskładnikowe są przeznaczone do przeróbki plastycznej na zimno i na gorąco w przypadku mosiądzów jednofazo­wych lub tylko na gorąco w przypadku mosiądzów dwufazowych.

Mosiądze wieloskładnikowe zawierają oprócz cynku takie dodatki stopowe, jak: krzem, aluminium, cyna, ołów, żelazo, man­gan, nikiel i arsen, zwykle o łącznym stężeniu nie przekraczającym 4%. Doda­wane pierwiastki stopowe powodują zwiększenie wytrzymałości i odporności na korozję mosiądzów. Mosiądze wieloskładnikowe w przeciwieństwie do dwu­składnikowych są stosowane głównie jako stopy odlewnicze. Cechuje je dobra odporność na korozję i ścieranie oraz dobre właściwości wytrzymałościowe przy obciążeniach statycznych.

Miedzionikle

Ważną grupę technicznych stopów miedzi przeznaczonych do przeróbki plastycznej stanowią miedzionikle, w których głównym dodatkiem stopowym jest nikiel o stężeniu do 40%, zawierające także 1-2% krzemu, aluminium, żela­za lub manganu. Nikiel powoduje poprawę właściwości me­chanicznych, odporności na korozję, oporności elektrycznej właściwej oraz siły termoelektrycznej miedźionikli.

Brązy

Brązy cynowe. Miedź tworzy z cyną jeden roztwór stały graniczny  krystalizujący w strukturze A l oraz sześć roztworów stałych wtórnych na osnowie faz międzymetalicznych.

Brązy cynowe wykazują dobrą odporność na korozję, szczególnie w śro­dowisku atmosfery przemysłowej i wody morskiej. Brązy cynowe mogą być kształtowane plastycznie na zimno. W stanie obrobionym plastycznie na zimno brązy cynowe charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi, co umożliwia stosowanie ich w przemyśle chemicznym, papierniczym i okrętowym, m.in. na elementy apa­ratury kontrolno-pomiarowej, siatki, sprężyny, tulejki, łożyska ślizgowe.

Brązy cynowe wieloskładnikowe mogą również zawierać:

• fosfor - stosowany do odtleniania odlewniczych brązów cynowych przed wprowadzeniem cyny do kąpieli metalowej w celu zapobieżenia wy­dzielaniu się bardzo twardego tlenku cyny. W brązach do przeróbki plastycznej zawartość fosforu nie może przekraczać 0,3%, gdyż pierwia­stek ten bardzo niekorzystnie wpływa na plastyczność, zwiększając jed­nak właściwości wytrzymałościowe i odporność brązów na ścieranie. Brązy cynowo-fosforowe są stosowane na panewki, sprężyny,

• cynk - przeciwdziała segregacji brązów cynowych, sprzyjając ujednorodnieniu ich właściwości mechanicznych i zwiększeniu właściwości wytrzymałościowych. Cynk jest dobrym odtleniaczem i poprawia lejność tych sto­pów. Brązy cynowo-cynkowe (zwane dawniej spiżami) mają zastosowa­nie podobne do zastosowania cynowych dwuskładnikowych,

• ołów - nie tworząc roztworów, polepsza skrawalność brązu cynowego, zmniejsza współczynnik tarcia i korzystnie wpływa na szczelność odle­wów. Brązy cynowo-cynkowo-ołowiowe stosuje się głównie na tulejki i panewki łożyskowe.

Wieloskładnikowe brązy cynowe są stosowane głównie jako odlewnicze. Charakteryzują się dobrą odpornością na korozję i na ścieranie.

Brązy aluminiowe (brązale).. Dwuskładnikowe, jednofazowe brązy aluminiowe zawierają do 8% aluminium i ze względu na dużą plastyczność mogą być obrabiane plastycznie na zimno oraz na gorąco. Brązy o składzie eutektoidalnym można obrabiać plastycznie wyłącznie na gorąco w temperaturze, w której wy­stępuje struktura jednofazowa .

W brązach wieloskładnikowych najczęściej stosuje się dodatki żelaza, niklu i manganu:

• żelazo i nikiel - powodują zwiększenie właściwości wytrzymałościo­wych i odporności na ścieranie w wyniku działania modyfikującego i sprzyjania drobnoziamistości stopów.

• mangan rozpuszcza się w roztworze  w stężeniu do ok. 10%, powo­dując znaczne zwiększenie odporności tych stopów na korozję i na ścieranie oraz właściwości mechanicznych.

Odlewnicze wieloskładnikowe brązy aluminiowe wykazują większy skurcz odlewniczy niż brązy cynowe, lecz znacznie mniejszą skłonność do segregacji dendrytycznej. Brązy aluminiowe mają dobrą odporność na korozję w środowi­sku wody morskiej i kwasów utleniających. Charakteryzują się dobrymi właściwo­ściami mechanicznymi w temperaturze pokojowej i podwyższonej oraz dużą odpornością na ścieranie. Znalazły zastosowanie na panewki łożysk ślizgowych, koła zębate, gniazda zaworowe, a także śruby okrętowe.

Brązy berylowe. Zawierają do ok. 2,1% głównego pierwiastka stopowego oraz zwykle nikiel, żelazo, kobalt i tytan, zwiększające umacniający efekt ob­róbki cieplnej.

Obróbka cieplna brązów berylowych polega na utwardzaniu dyspersyjnym. Obejmuje ono przesycanie z temperatury 720-760°C i starzenie w temperaturze 300-400°C. Brązy mogą być również umacniane przez przeróbkę plastyczną na zimno.

Stopy te są brązami o największych właściwościach mechanicznych, dobrej odporności na pełzanie i ścieranie. Cechują się dużą odpornością na korozję, przewodnością cieplną i elektryczną, brakiem skłonności do iskrzenia oraz dobrą podatnością na obróbkę plastyczną na zimno i na gorąco.

Brązy berylowe są stosowane na elementy maszyn w wytwórniach mate­riałów wybuchowych i prochowniach, na szczotki silników elektrycznych i przewody trakcji elektrycznej.

Brązy krzemowe. Techniczne stopy miedzi z krzemem mają strukturę jedno­fazową, a zawartość krzemu nie przekracza w nich 3-4%. Jednofa­zowa struktura zapewnia brązom krzemowym dobre właściwości plastyczne, przy czym krzem powoduje zwiększenie ich odporności na korozję. Krzem po­prawia także właściwości odlewnicze stopu. Praktyczne zastosowanie znalazły głównie brązy krzemowe wieloskładni­kowe zawierające najczęściej dodatki manganu, żelaza, cynku i niklu. Brązy krzemowe charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicz­nymi w temperaturze pokojowej i podwyższonej do ok. 300°C, dużą wytrzyma­łością zmęczeniową i dobrymi właściwościami ślizgowymi. Cechuje je ponadto duża odporność na korozję, dobra lejność i skrawalność.

Zastępuj ą droższe brązy cynowe.

Brązy manganowe. Zawierają zwykle 5-6 lub 12-15% manganu i są przezna­czone do obróbki plastycznej. Mają dość dobre właściwości wytrzymałościowe utrzymujące się do temperatury ok. 300°C. Najczęściej stosuje się stopy wieloskładnikowe, zawierające oprócz man­ganu nikiel, a w niektórych gatunkach także krzem lub aluminium