www.metale.xmc.pl

Miedź była już znana w starożytności. Obecnie otrzymuje się ją za pomocą procesów ogniowych stosowanych w pirometalurgii oraz w mniejszym stopniu za pomocą procesów hydroelektrometalurgicznych. Miedź otrzymana za pomocą procesów pirometalurgicznych jest silnie zanieczyszczona i z tego powodu poddaje się ją zazwyczaj rafinacji ogniowej lub elektrolitycznej.

Cu
– metal półszlachetny
– dobra odporność korozyjna (pokrywa się patyną)
– wysoka przewodność elektr i cieplna
– łatwość odlewania
– przeróbka plast na zimno i gorąco
– bardzo dobra skrawalność i spawalność
– Miedź stopowa
– stop podwójny 98% Cu, do 2% pierw stopowych (np. na wymienniki ciepła)

Miedź elektrolityczna dla wielu celów, zwłaszcza naukowych i elektronicznych, jest jeszcze zbyt silnie zanieczyszczona i z tego powodu poddaje się ją dodatkowo rafinacji, ale najczęściej już w pracowniach naukowych lub w zakładach użytkowych, metodami metalurgii próżniowej. Jako materiał wyjściowy do tej rafinacji służy miedź elektrolityczna, którą poddaje się najpierw w stanie ciekłym redukcji tlenkiem węgla, lub węglem i otrzymuje się miedź beztlenową. Następnie przetapia się ją w próżni i otrzymuje się miedź próżniową pozbawioną prawie całkowicie gazów.

Metalurgią proszków nazywamy metodę wytwarzania metali z ich proszków, bez przechodzenia przez stan ciekły. Oddzielne ziarna proszków łączą się ze sobą w jednolitą masę podczas wygrzewania silnie sprasowanych kształtek w atmosferze redukującej lub obojętnej. Metodę tą najczęściej wykorzystuje się wtedy, gdy metody topnienia i odlewania zawodzą. Z tego powodu metodami metalurgii proszków wytwarzamy:

• – metale trudno topliwe jak np. wolfram, molibden, tantal, iryd;
• – spieki metali i niemetali wykazujących znaczne różnice temperatury topnienia jak np. materiały na styki elektryczne z wolframu i srebra, szczotki do maszyn elektrycznych z grafitu i miedzi;
• – materiały porowate na łożyska samosmarujące;
• – materiały, które w stanie ciekłym są gęstopłynne i trudne do odlewania jak np. materiały na specjalne magnesy trwałe.

Metody metalurgii proszków są kosztowne, jednak dzięki ich zastosowaniu można otrzymywać materiały o ściśle określonym składzie chemicznym i wysokim stopniu czystości. Dzięki tej metodzie można produkować przedmioty bez strat materiałów na wióry, nadlewy, ścinki itp.

W zależności od wymaganych własności wyrobów hutniczych oraz rodzaju obrabianego metalu lub stopu obróbka plastyczna odbywać się może na zimno lub na gorąco. Obróbka plastyczna na zimno jest wykonywana w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji, a obróbka plastyczna na gorąco powyżej tej temperatury. Wielkość odkształcenia plastycznego charakteryzuje geometryczna zmiana przekroju przedmiotu obrabianego plastycznie, określana stopniem gniotu Z: Z=[(S0 – S1): S0] . 100% gdzie: S0 i S1 – odpowiednio przekroje poprzeczne przedmiotu przed i po obróbce plastycznej. W zależności od warunków obróbki plastycznej, tzn. głównie od temperatury i stopnia gniotu, a także sposobu i szybkości odkształcenia, liczby przepustów i innych czynników technologicznych, o własnościach metalu obrabianego plastycznie decydują różne mechanizmy odkształcenia plastycznego oraz procesy aktywowane cieplnie, usuwające skutki umocnienia zgniotowego.

Hartowanie

Jest zabiegiem cieplnym polegającym na nagrzaniu przedmiotu do temperatury austenityzowania, wygrzaniu i szybkim chłodzeniu w celu uzyskania struktury martenzytycznej lub bainitycznej. Stosowanie odpowiedniej temperatury hartowania stali zapewnia otrzymanie drobnoziarnistego austenitu, a przy chłodzeniu drobnoiglastego martenzytu. Austenit gruboziarnisty po przemianie inicjuje natomiast powstanie gruboiglastego martenzytu o gorszych własnościach wytrzymałościowych i zwiększonej kruchości. Dlatego też stale nadeutektoidalne hartuje się w temperaturach powyżej Ac1+(30-50 oC), a więc w zakresie, w którym cementyt wtórny przechodzi w bardzo małej ilości do roztworu.

W rzeczywistości metale i kryształy różnych pierwiastków wykazują skończone wymiary i liczne wady budowy krystalicznej. Najogólniej wady te ze względu na ich cechy geometryczne można podzielić na:

• – punktowe
• – liniowe
• – powierzchniowe

Wady budowy krystalicznej w istotny sposób wpływają na własności wytrzymałościowe i plastyczne metali. Obliczenia teoretyczne wykazują, że najlepszymi własnościami wytrzymałościowymi powinny cechować się metale o idealnej budowie krystalicznej, a ich wytrzymałość powinna przewyższać około 1000-krotnie wytrzymałość metali technicznych. Potwierdza to fakt, że bardzo duże własności uzyskują kryształy włoskowate, tak zwane wiskery, tj. monokryształy o jednej tylko dyslokacji śrubowej. Dążenie do ograniczenia wad budowy krystalicznej jest jednak technicznie bardzo trudne.

Natomiast praktyczna metoda umacniania metali polega na znacznym zwiększeniu gęstości wad budowy krystalicznej, co można osiągnąć przez stosowanie stopów metali o strukturze polikrystalicznej, w wyniku rozdrobnienia ziaren, wydzielenia faz o dużej dyspersji, a także przez zgniot wskutek odkształcenia plastycznego na zimno. Osiągnięciu tego celu sprzyjają procesy technologiczne odlewania, obróbki plastycznej i obróbki cieplnej.

Celem większości procesów przeróbki plastycznej jest nadanie wsadowi żądanego kształtu, jak również odpowiednich własności fizycznych. Uzyskuje się przez to wywołanie odpowiednich odkształceń plastycznych w przerabianym materiale, bez naruszania jego spójności.

Odkształceniem plastycznym nazywa się odkształcenie trwałe, pozostające w materiale po usunięciu obciążenia, które spowodowało to odkształcenie. Naruszenie spójności zależy zarówno od własności i składu chemicznego odkształcanego metalu, jak również od warunków, w jakich odbywa się odkształcenie.

Ważnym zagadnieniem jest, zatem zapewnienie z jednej strony korzystnych własności plastycznych materiału, a z drugiej takich warunków odkształcenia, aby materiał w czasie przeróbki plastycznej nie uległ zniszczeniu. Do wytwarzania wyrobów o różnorodnych kształtach stosuje się wiele różnych sposobów przeróbki plastycznej, takich jak: walcowanie, kucie, wyciskanie, ciągnienie, tłoczenie itp.

Ciało o określonych wymiarach, w wyniku przemieszczania metalu w nowe położenie, uzyskuje w czasie plastycznego kształtowania inny pożądany kształt- z zachowaniem spójności i tej samej masy. Przy opracowywaniu procesu technologicznego czy analizie odkształcenia istnieje konieczność prowadzenia obliczeń wiążących wymiary ciała przed i po odkształceniu. Określenie takich związków jest możliwe przy wykorzystaniu szeroko stosowanego prawa stałej objętości, która mówi, że objętość ciała przed odkształceniem równa jest jego objętości po odkształceniu.

Zdrowienie i krystalizacja

Metale poddawane działaniu wzrastającego obciążenia początkowo odkształcają się sprężyście i po odgnieceniu powracają do swej pierwotnej postaci, a po przekroczeniu granicy plastyczności następuje trwałe odkształcenie materiału zwane odkształceniem plastycznym.

W procesie odkształcania wyróżnia się kilka podstawowych mechanizmów odkształcania

Poślizg

Powoduje nieodwracalne zmiany kształtu, powstaje na skutek działania naprężeń stycznych i polega na przemieszczaniu jednej części kryształu względem drugiej po uprzywilejowanej płaszczyźnie przy czym budowa krystaliczna obu części kryształu pozostaje niezmieniona. Rozróżniamy poślizg: styczny – zachodzi jednocześnie na całej płaszczyźnie poślizgowej, dyslokacyjny- przebiega przy współudziale dyslokacji ruchliwych przemieszczających się w danej płaszczyźnie poślizgu.

Bliźniakowanie

Polega na jednakowym ściskaniu kolejnych warstw kryształu o wektor bliźniakowania. Skutkiem tego jest obrót kryształu w taki sposób, że pozostała jego część jest zwierciadlanym odbiciem względem określonej płaszczyzny zwanej płaszczyzną bliźniakowania. Podstawowym mechanizmem odkształcania monokryształów jest poślizg. W monokryształach o dużej liczbie systemów poślizgu (sieci RSC) poślizg rozpoczyna się w systemie w którym naprężenia styczne osiągają wartość krytyczną w pewnej kolejności = system pierwotny. Poślizg w kryształach o sieci RSC może występować na każdej z 4 płaszczyzn i jednym z 3 kierunków. Im większe płaszczyzn tym łatwiej nastąpi poślizg. System poślizgu wtórnego – występuje pod wpływem większego naprężenia. Po wyczerpaniu możliwości poślizgu przy bardzo dużych naprężeniach odkształcenie monokrystaliczne może nastąpić przez bliźniakowanie. Występuje ono w kryształach sieci RPC oraz kryształach mających mniejszą liczbę systemów poślizgów od kryształów sieci RSC.

Forma odlewnicza – zespół elementów które po ułożeniu tworzą wnękę odpowiadającą kształtem odlewowi i układowi wlewowemu przeznaczonym do wypełniania ciekłym metalem.

Formowanie – zespół czynności niezbędnych do wykonania formy odlewniczej. Zespół modelowy (oprzyrządowanie modelowe) – zestaw przyrządów przeznaczonych do wykonania formy odlewniczej.

Model odlewniczy – przyrząd za pomocą którego w czasie wykonywania formy odlewniczej odtwarza się zewnętrzny kształt odlewu i znaki rdzeniowe.

Rdzennica – przyrząd do wykonywania rdzeni tj. elementów odtwarzających wewnętrzny kształt odlewu.

Masa formierska (rdzeniowa) – (odzwierciedla wew. kształt) mieszanina materiałów formierskich przeznaczona do wykonywania form (rdzeni). Nasza masa w ćwiczeniu to : 100 części wagowych piasku kwarcowego (SiO2) – osnowa
5 części wagowych bentonku czeskiego – lepiszcze ( 0,02mm) 6 części wagowych wody.
Własności mas formierskich
wytrzymałość na ściskanie, rozciąganie, ścinanie;
ogniotrwałość;
przepuszczalność gazów;
czyli zdolność do utraty wytrzymałości po zastygnięciu odlewu;

Wybór ten wymaga współpracy pomiędzy konstruktorem a odlewnikiem już na etapie konstruowania danego elementu. Podstawę do opracowania dokumentacji technologicznej stanowi rysunek części odlewanej opracowany przez konstruktora. W zależności od masy odlewu i stopnia skomplikowania rozróżnia się trzy rodzaje projektów procesu technologicznego w odlewni. – projekt uproszczony ; – projekt pełny ; – projekt rozwinięty

Stopień zagęszczenia masy – decyduje o powstaniu odlewu bez wad; jest to stosunek objętości masy przed zagęszczeniem do objętości po zagęszczeniu Masa rdzeniowa nie jest używana powtórnie. Posiada ona lepsze własności od masy formierskiej, gdyż jest najbardziej obciążona mechanicznie i cieplnie.

Układ wlewowy – zespół kanałów, wnęk i innych elementów formy którymi doprowadzany jest ciekły metal do wnęki formy oraz w którym zatrzymywane są wtrącenia niemetaliczne.

Nadlew – nad – dodatek technologiczny usuwany w trakcie obróbki wykończającej którego głównym zadaniem jest zapobieganie tworzeniu się w odlewie jam skurczowych i rzadzizn.

Skrzynka formierska – sztywna rama metalowa ograniczająca wymiary formy i zapobiegająca rozsypaniu się masy formierskiej.

Dobry odlew – prawidłowy dobór materiałów formierskich ; prawidłowo opracowana forma;
Główne etapy wytwarzania odlewu :
– wykonanie modelu rdzennicy lub kokili
– wykonanie formy odlewniczej i rdzeni
– przygotowanie ciekłego metalu i wypełnienie nim formy odlewniczej
– wybijanie lub usuwanie odlewu z formy, wybijanie rdzeni
– oddzielenie układu wlewowego
– oczyszczenie i wykończenie odlewu.

Projektowanie technologii odlewów– rozpoczyna się od wyboru najbardziej racjonalnej metody jej wykonania zapewniając najlepsze własności eksploatacyjne.

Ołów (Pb) – jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej 82, z grupy węglowców; szary, ciężki, miękki, łatwo topliwy metal odporny chemicznie; używany do wyrobów płyt akumulatorowych, aparatury chemicznej; związki ołowiu są trujące. Wartościowość + 2 i + 4 Temperatura topnienia ołowiu wynosi 327°C, a temperatura wrzenia wynosi 1740°C – Na powietrzu powierzchnia ołowiu pokrywa się ochronną warstewką tlenku. W obecności tlenu nie jest odporny na działanie kwasów.

Siarczek ołowiu, który uważany jest za podstawowy surowiec w produkcji, w stanie czystym zawiera około 86% Pb. Zawartość ołowiu w rudach siarczkowych jest znacznie mniejsza i wynosi w granicach od 2 do 4%. Rudy ołowiu są zanieczyszczone głównie skałą płonną, składającą się z krzemionki oraz węglanów wapnia i magnezu Ze względu na matą zawartość ołowiu w rudzie poddaje się ją procesowi wzbogacania, najczęściej metodą flotacji. Otrzymane w ten sposób produkty wzbogacenia nazywa się koncentratami. Zawierają one około 35-75% ołowiu.

Ołów jest metalem miękkim i bardzo plastycznym przez co można go walcować na cienką folię. Wytrzymałość na rozciąganie jest mała i dla tego z ołowiu nie można ciągnąć drutu. Domieszki w postaci arsenu, antymonu, cynku, zwiększają jego wytrzymałość i twardość. Ołów jest metalem, który daje się łatwo obrabiać w temperaturze otoczenia Ulega on umocnieniu w czasie przeróbki ale zjawisko to zanika po kilku minutach.