Znaczenie metali i stopów metali nieżelaznych
Ogrywają w technice ważną rolę i jej rozwój niebyły bez nich możliwy. Miedź i aluminium znalazły zastosowanie w elektronice do wytwarzania przewodów elektrycznych. Miedź jest stos. na rury, pokrycia dachów, wymienniki ciepła oraz uzwojenia transformatorów i silników elektrycznych. Stopy wykorzystuje się do wyrobu łożysk ślizgowych, armatury. Stopy lekkie na osnowie Al i Ti w przemyśle lotniczym, rakietowym i transporcie, a także jako stopy z pamięcią kształtów. Ze stopów niklu wyrabia się monety, stopy żarowytrzymałe (ele. grzejne, łopatki turbin, termoelementy). Z cynku wytwarza się pokrycia antykorozyjne, z jego stopów armaturę, łożyska i odlewy ciśnieniowe. Stopy ołowiu stosuje się na pokrycia kabli, osłony radiacyjne, poligrafii. Stopy cyny stosuje się na łożyska ślizgowe. Złoto stosuje się w elektrotechnice i jubilerstwie. Platynę także w przemyśle chemicznym.
Aluminium- cechy własności i zastosowanie
Materiałem wyjściowym do otrzymywania Al są związki Al z tlenem występujące w boksycie (Francja, Indie, USA), kaolinie i innych rudach. Proces otrzymywania Al przebiega w 2 etapach: 1)otrzymywanie czystego tlenku glinu z boksytu (Al2O3) 2)redukcja tlenku przez termoelektrolizę.
Cechy i właściwości: temp. top.660,4 C, mała gęstość 2,7 g/cm3, należy do grupy metali lekkich, dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne (przewody elektryczne), wytrzymałość czystego aluminium jest niska Rm=70-120MPa, granica plastyczności Re=20-40MPa, twardość 15-30Hb, kowalny, srebrzystobiały, odporny na czynniki atmosferyczne, odporny na korozje, reaguje z tlenem.
Zastosowanie aluminium to stopy Al. Na powietrzu Al pokrywa się cienką warstwą tlenku Al2O3, która chroni przed dalszym utlenianiem. Odporne na działanie wody, wielu kwasów i związków azotu, nie jest odporne na działanie wodorotlenków wody morskiej. Al wytwarza się o różnych stopniach czystości. Najczystszy gatunek (99,99%Al) używany przy wytwarzaniu aparatury chemicznej i foli kondensatorowej. Do najczęstszych zanieczyszczeń Al należą: Fe, Si, Cu, Zn, Ti. Obniżają przewodnictwo cieplne, ale zwiększają twardość i wytrzymałość. Al przerabia się plastycznie, walcuje na blachy i folie, wyciska (pręty, rury, druty, kształtowniki). Szerokie zastosowanie Al znalazło w przemyśle spożywczym.
Wpływ dodatków stopowych na własności aluminium
Wł wytrzymałościowe czystego Al. są stosunkowo niskie dlatego po odpowiedniej obróbce cieplnej stopy Al uzyskują wytrzymałość nawet kilkakrotnie większą. Dzięki małej gęstości stopy Al cechują się korzystnym parametrem konstrukcyjnym tzn. stosunkiem wytrzymałości do gęstości. Stopy Al mają małą wytrzymałość zmęczeniową. Ulegają zmęczeniu przy niskich naprężeniach.
Klasyfikacja stopów aluminium
Stopy dzielimy na odlewnicze i do obróbki plastycznej (na zimno i na gorąco). Inny podział to wg. pierwiastków stopowych. Al do obróbki plastycznej: -Cu, Mg, Mu, Si, Ni, Zn, Cr –najważniejszą grupę stanowią durale –mają dużą wytrzymałość –dobre własności mechaniczne –odporne na korozje –dobra przewodność cieplna i elektryczna –w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, okrętowym, chem-spoż, budownictwo. Al odlewnicze: -stopy z Si –dobra lejność –mała skłonność do pękania na gorąco –tłoki silników spalinowych – części pomp, armatura.
Stopy odlewnicze aluminium
Ze stopów odlewa się ele o złożonych kształtach. Są odlewana do form piaskowych lub kokili, grawitacyjnie lub pod ciśnieniem. Typowymi stopami Al z krzemem są SILUMIN i stopy miedzi z manganem.
Stopy aluminium do przeróbki plastycznej
Do przeróbki plastycznej najczęściej stopy wieloskładnikowe zawierające magnez, mangan, miedź (PA1, PA2, PA10) jednak w mniejszych ilościach niż w stopach odlewniczych.
Stop duraluminium DURAL
Stosuje się do grupy stopów wieloskładnikowych Al, przeznaczonych do obróbki plastycznej. Głównym przedstawicielem jest stop o zawartości 4% miedzi, 1%MG, 1%Mu,. Nazwa pochodzi od fr. słowa dur-twardy. Stosowane są do wyrobów elementów samolotów i pojazdów, wytwarza się z nich rury, pręty, blachy, druty na nity. Wadą jest ich stosunkowa mała odporność na korozje. Zapobiega się temu drogą platerowania czystym Al.
Stop aldrey (Ra38)
-dobra wytrzymałość i przewodność cieplna –stos się na energoelektryczne linie napowietrzne –dzięki dobrej wytrzymałości można je stos na przewody bez wzmacniających drutów stalowych –wytwarza się przedmioty dekoracyjne, sprzęt sportowy, domowy i turystyczny
Magnez cechy i właściwości
temp. top. 650 C, gęstość 1,75 g/cm3, łatwo się utlenia, lecz zwarta warstwa tlenku chroni metal przed dalszym utlenianiem. W wyższych temp zapala się samoczynnie. Jego własności wytrzymałościowe i plastyczne są niskie. W stanie czystym stos głównie w pirotechnice. Wytwarzany jest w dwóch gatunkach Mg99,9 i Mg99,5. Stos do produkcji stopów, jako odtleniacz, modyfikator stopów.
Stopy magnezu i ich ogólna charakterystyka
Mają dość dobrą wytrzymałość do 350MPa i bardzo małą gęstość 1,8 g/cm3. Stosunek wytrzymałości do gęstości porównywalny jest do stopów Al. Jako dodatki stopowe stosuje się Zn, Mn, Si, Al, Zr. Magnez i miedź są wytrzymałe mechanicznie, mają małą gęstość, w przemyśle lotniczym i kosmicznym. Magnez i glin to magnale. Magnez, aluminium i cynk to elektrony. Stopy ultralekkie (z Al, Zn, Mn) mają małą gęstość.
Zasady bezpieczeństwa przy topnieniu i obróbce magnezu
Topienie i obróbka stopów Mg muszą odbywać się ze szczególną ostrożnością. Odlewanie przeprowadza się w atmosferze obojętnej. Atmosferę ochronną trzeba również stos przy obróbce cieplnej w temp pow. 300 C. Niektóre sole reagują z magnezem i mogą spowodować wybuch. Przy skrawaniu Mg lub jego stopów może nastąpić samozapłon. Do gaszenia należy używać suchego piasku, NIGDY wody.
Klasyfikacja stopów magnezu
Stopy Mg dzielimy na odlewnicze i do obróbki plastycznej. Wg składu stopy dzielimy na zawierające Al., Zn, Mn i bez tych metali.
Stopy zwane elektronami
To stopy do obróbki plastycznej zawierające 4-10%Al, 1-3%Zn i ok. 3%Mn. Wytrzymałość Rm- 280MPa. Są lekkie. Stopy stos są w postaci blach, kształtowników, rur, prętów, na obciążone elementy, w lotnictwie i transporcie (ele. rakiet, samolotów, śmigłowców).
Tytan własności i zastosowanie
Metal lekki, 2 x lżejszy od stali, gęstość 4,507 g/cm3, temp top 1668 C, właściwości mech czystego Ti to Rm=550MPa. –odporny na korozje atmosferyczną, wodę morską i niektóre kwasy –nie utlenia się do temp 200 C –stos w postaci rur, blach, drutów i prętów w przemyśle lotniczymi rakietowym –na skalę przemysłową produkcja Ti rozpoczęła się w latach 50 XX w., został odkryty w XVIII w, powodem były duże trudności techniczne przy otrzymywaniu metalu.
Dodatki stopowe tytanu
-Al, Mo, Zn, V, Cr, Fe przy czym Al występuje prawie zawsze w ilości 3-6% -zwiększają wytrzymałość Ti przy czym największy efekt dają Fe, Cr, Al –niektóre stopy Ti dorównują wytrzymałości ulepszonym stalom stopowym, przy czym są lekkie i odporne na korozje –stosuje się Ti w budowie samolotów i rakiet oraz el. sprężarek i turbin –duża odporność Ti na działanie wody morskiej zadecydowała o zastos ich w przemyśle okrętowym –w celu zwiększenia odporności na ścieranie poddaje się je obróbce cieplno-chemicznej: azotowanie , molibdenowanie –stos się jako biomateriały.
Miedź właściwości i zastosowanie
Temp top 1089 C, gęstość 8,9 g/cm3. Czysta miedź na dobrą przewodność elektryczną, czemu zawdzięcza zastosowanie w elektrotechnice i elektryce. Ze względu na b. dobrą przewodność cieplną wyrabia się z niej różnego rodzaju wymienniki ciepła. Jest b. plastyczna i można ją przerabiać na zimno. Cu jest odporna na korozje pod warunkiem że atmosfera nie zawiera tlenku siarki. Wł wytrzymałościowe Cu są niskie i wynoszą Rm=200-220MPa, natomiast można wzmocnić Cu przez zgniot. Twardość w skali Brinella 30HB. Łatwa zgrzewalność z Fe lub Al można wytworzyć z Cu wyroby bimetaliczne np. : rury lub druty.
Mosiądze
Stopy Cu z cynkiem. W praktyce stosuje się stopy o zawartości do 40% Zn. Stos są mosiądze stopowe, co oznacza, że oprócz Zn zawierają inne pierw. stopowe: Al, Fe, Mn, Ni, Si, Pb, Sn.
Klasyfikacja mosiądzów
Klasyfikujemy jako: dwuskładnikowe (Cu i Zn) oraz wieloskładnikowe, oraz jako mosiądze do obróbki plastycznej i odlewniczej.
Mosiądze stopowe
Wytworzone są zarówno do obróbki plastycznej jak i odlewniczej. Mają dobrą odporność na korozje. Niektóre są odporne na wodę morską. Mosiądze z Pb są dobrze skrawalne i mają dobre własności ślizgowe (stos są na łożyskach). Znalazły zastos w przemyśle okrętowym, na skraplacze, wymienniki ciepła, do budowy aparatów. Przerabiane są za pomocą walcowania, ciągnienia i wyciskania wypływowego.
Mosiądze przeznaczone do celów dekoracyjnych
Wszystkie mosiądze ze względu na ich odporność na korozje i łatwość polerowania mogą być stos do celów galanteryjnych i dekoratorskich. Mosiądze stopowe z dodatkiem cyny znalazły zastos w galanterii pod nazwą złota mannheim’skiego. Mają skład 80-90% Cu, 7-20% Zn, 9% Sn. Z mosiądzu o wysokiej zawartości dodatków stopowych należy wyróżnić mosiądze wysokoniklowe nazywane NOWYMI SREBRAMI. Mogą być wzmacniane przez zgniot i stos do wyrobu nakryć stołowych, okuć i części aparatów.
Brązy
Stop miedzi w którym głównym dodatkiem stopowym jest Sn lub inny metal np. Al, Si, Mn. Brązy cynowe należą do najstarszych stopów wytwarzanych i stos przez człowieka. Ze wzg. na doskonałe własności odlewnicze były używane do odlewania armat, rzeźb, dzwonów i ozdób. Obecnie są wytwarzane także gatunki do obróbki plastycznej. Są one szeroko stos w przemyśle maszynowym, chemicznym, okrętowym i papierniczym na panewki, łożyska ślizgowe, ślimaki i ślimacznice, siatki i sprężyny, armaturę kotłów parowych. Brązy cynowe pomimo b. dobrych własności wypierane są przez inne brązy ze wzg. na wysoką cenę cyny.
Brązy aluminiowe
To stopy miedzi z Al. o zawartości od 5-11% z ewentualnym dodatkiem innych pierwiastków: Fe, Mn, Ni.
Brąz krzemowe
Stopy miedzi z krzemem do ok. 4,5% krzemu
Nikiel właściwości, zastosowanie, stopy (monele, nowe srebra)
Jest metalem cięższym od żelaza, gęstość 8,9 g/cm3 , temp top 1452 C. Ni cechuje duża odporność na korozje i dlatego stos jest do galwanicznego pokrywania żelaza. Ni stos się głównie jako dodatek stopowy do stali i innych stopów np. z chromem lub miedzią.
Najczęściej wytwarza się stopy Ni z miedzią 20-40% tzw. MONELE, stopy antykorozyjne i żarowytrzymałe, mają wysokie właściwości wytrzymałościowe. Stos na łopatki turbin oraz na elementy aparatury chemicznej a także jako druty.
NOWE SREBRA to stop zawierający 40-70% miedzi, 10-20% Ni, 5-40% Zn. Gęstość 8,7g/cm3, wbrew nazwie nie zawiera srebra, służy do wyrobu ozdób, sztućców, sprzętu medycznego, instrumentów muzycznych.
Kobalt właściwości, zastosowanie
Ma własności zbliżone do niklu, gęstość 8,92g/cm3, temp top 1492C. Stos głównie jako pierw stopowy do stopów na magnesy trwałe, do stali szybkotnących, do stellitów (stopy odlewnicze kobaltu, chromu i molibdenu) oraz do węglików spiekanych, do nadstopów (do 60% kobaltu). Odporny na rdze, stos jako biomateriał, jako izotop Co60 promieniotwórczy w medycynie jako naświetlania.
Cynk własności, zastosowanie, stopy (znale)
Gęstość 7,1 g/cm3, jest pierw niskotopliwym, temp top 419C, odporny na korozje atmosferyczna (stos do antykorozyjnego zabezpieczenia stali (cynkowanie blach, rur, drutów)). Zastos cynku oprócz powłok ochronnych to: ogniwa elektryczne, płyty poligraficzne oraz dodatek do innych stopów.
ZNALE 3,5-30% Al, są przeznaczone do obróbki plastycznej i odlewniczej. Znale wysoko stopowe są typowymi stopami odlewniczymi. Stos się je w postaci odlewów ciśnieniowych np. na korpusy i obudowy różnych urządzeń i aparatów, pokrywy, części maszyn do pisania, gaźniki, klamki.
Cyna Sn
Jest metalem niezbyt ciężkim, gęstość 5,77 g/cm3, topliwa 232C. Stos jest na antykorozyjne powłoki ochronne, blachy, na puszki do konserw, oraz naczynia, do cynowania przewodów elektrycznych (w izolacji gumowej) oraz na folie i jako składnik stopowy.
Ołów Pb
Gęstość 11,3 g/cm3, temp top 327C. Odporny na korozje, na kwas siarkowy i na wodę morską. Wyrabiane są płyty akumulatorowe, osłony antyradiacyjne. Wytwarza się różne stopy, wykorzystuje się jako składnik stopowy.
Stopy z pamięcią kształtu, zastosowanie SHAPE MEMORY (SM)
Zjawisko to zostało odkryte w 1962 r. w stopie niklu i tytanu Ni – Ti NITINOL (WITOL). Zjawisko polega na tym, że stop plastyczny odkształcony w niższej temp, odzyskuje swój poprzedni kształt, po ogrzaniu do wyższej temp. Oprócz stopu NITINOL (49-51% Ni) efekt pamięci kształtu wykazuje wiele innych stopów (stop miedzi, cyny i cynku). Stop z pamięcią kształtu stos się coraz szerzej. Najprostszym przykładem są wyłączniki termiczne, które włączają się lub wyłączają obwód elektryczny. Są stos do trwałego łączenia końców przewodów elektrycznych, na mufy łączące przewody rurowe, które eliminują konieczność gwintowania lub spawania. Stos się również przy produkcji samo-rozginających się zawleczek.
Samo-nitujący nit. Są to samoczynne regulatory przepływu powietrza w klimatyzatorach, w urządzeniach do samoczynnego otwierania lub zamykania okien w pomieszczeniach w zależności od temp na zewnątrz np., otwieranie w dzień i zamykanie w nocy. Stopy NITINOL znalazły również zastos w medycynie do wytwarzania klamer zginających kości, filtrów do skrzepów krwi, elementów sztucznego serca, pomp do sztucznych nerek.
Wolfram W
Należy do metali o najwyższej temp top 3380C, najcięższy 19,3 g/cm3 i najbardziej wytrzymały Rm=4200MPa. Wadą metalu jest skłonność do utleniania, dlatego zabezpieczany jest przez wytwarzanie powłok dyfuzyjnych (z Al i Si). Wytwarza się metodą metalurgii proszków, przede wszystkim metodą spiekania. Wytwarza się włókna lamp żarowych i jako zbrojenie materiałów kompozytowych, anody do lamp rentgenowskich, elementy grzewcze pieców w postaci blach używanych do budowy rakiet i samolotów naddźwiękowych, na osłony powierzchni narażonych na niskie tarcie opowietrza np. krawędzie skrzydeł. Szeroko stos jako dodatek stopowy do stali i stopów specjalnych oraz do wytwarzania węglików spiekanych.
Molibden Mo
Jest metalem trudno topliwym, temp top 2620C, gęstość 10,9 g/cm3, Rm=2500MPa. Ma dużą skłonność do utleniania. Tlenki nie zabezpieczają go przed dalszą korozją. Wytwarzany jest metodą metalurgii proszków. Stos na elementy grzewcze pieców laboratoryjnych i włókien żarówek, jako dodatek stopowy, środek smarowniczy dwusiarczek molibdenu. Przez spojenie drutu wolframowego i molibdenowego można uzyskać termoparę do pomiaru wysokich temp.
Metale szlachetne
Zaliczamy do nich: złoto, srebro, platynę oraz platynowce takie jak ruten, rod, pallad.
Złoto temp top 1093C, gęstość g/cm3, bardzo plastyczne i miękkie 20HB, dzięki temu można wytwarzać z niego folie i drut o grubości 10-4 mm, odporny na działanie kwasów (oprócz wody królewskiej-kwas solny i azotowy) . Rzadko stos w stanie czystym ze względu na małą twardość i odporność na ścieranie. Jako dodatki stos się miedź lub miedź ze srebra. Miedź utwardza złoto, obniżając jednocześnie odporność na korozje. Zastos: jubilerstwo, stomatologia, elektronika, na powlekanie styków, a także na medale i monety. W jubilerstwie stos się stopy złota o wyższych barwach uzyskiwanych przez odpowiednie dodatki. Dodatki: palladu lub niklu i cynku dają złoto białe, miedź złoto czerwone, aluminium złoto purpurowe, srebro złoto zielone, złoto i żelazo- niebieski.
Rudy złota w Polsce stosuje się: 1) 960 2) 750 3) 583 4) 500 5) 375 6) 333 i stos się tylko na obrączki ślubne. Liczby w oznaczeniu próby to zawartość złota wyrażona w promilach.
Srebro temp top 960C, gęstość 10,5 g/cm3, miękkie, dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, odporne na wiele zasad i kwasów. W stanie czystym stos się w elektronice do pokrywania innych metali. Stopy srebra są używane do wyrobu medali, monet, galanterii, ozdób, biżuterii, naczyń i sztućców, do galwanicznego pokrywania innych metali. Próby srebra: 1) 916 2) 875 3) 800 4) 750
Platyna temp top 1769C, należy do metali ciężkich gęstość 21,5 g/cm3. Ma znacznie wyższą twardość niż złoto i srebro. Znalazła zastos w technice i jubilerstwie m.in. do wyrobu elektrod, tygli, dysz do wytwarzania włókien sztucznych, w chemii jako katalizator. Stop platyny z rodem stos się na ele grzewcze, oraz termopary. Ze stopu platyny wykonano między innymi wzorce metra.
Tworzywa sztuczne- podział
- Plastomery: - termoplasty
- duroplasty (durometry): - termoutwardzalne
- chemoutwardzalne
- Elastomery (elastoplasty)
Głównym składnikiem jest polimer, czyli związek chem. wielocząsteczkowy składający się z powtarzających się jednostek chem zwanych merami. Składnikami tworzyw sztucznych są pigmenty i barwniki, zmiękczacze (plastyfikatory), antyutleniacze, termo i folio stabilizatory, antystatyki. Wg. pochodzenia tworzywa sztuczne dzielimy na: naturalne i syntetyczne.
Elastomery
Cechują się bardzo dużą elastycznością do 1200% przy małym module sprężystości E=1-4MPa. Posiadają pamięć kształtów. Do elastomerów zalicza się: kauczuk naturalny ...
Minnie_