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.