Réz és ötvözetei

1. Réz és ötvözetei Technikusoknak Katt ide!

2. Tartalomjegyzék Réz Sárgaréz Ónbronz Alumíniumbronz Bemutató vége

3. Réz tulajdonságai • Hidegen jól alakítható, nagy gázoldó képessége miatt rosszul önthető. • Színe vörös. • Fő ötvözői a cink (sárgaréz), az ón (ónbronz), az ólom (ólombronz) és az alumínium (alumíniumbronz). • Szabványosított rezek:oxigénmentes réz vákuumtechnikai és különleges villamosipari célokra (Cu-VV, Cu-V, Cu-EOM), átolvasztott katódréz villamosipari felhasználásra (Cu-E),átolvasztott katódréz foszforral dezoxidálva, nem áramvezető, korrózióálló (Cu-EP, Cu-EPP),tűzi finomítású dezoxidálatlan réz (Cu-D, Cu-C) általános felhasználásra, ötvözetek készítésére,tűzi finomítású réz foszforral dezoxidálva (Cu-DP, Cu-CP) általános felhasználásra. • Kémiailag ellenálló, száraz levegőn szobahőmérsékleten nem oxidálódik, nedves levegőn zöldes színű rézkarbonát vonja be a felületét. Oxidáló savakban oldódik. • Jó elektromos- és hővezető, bár az elektromos vezetőképességét a szennyezőanyagok (As, P, Cr, Mn, Sn, Sb), valamint a hidegalakítás erősen rontja. • Olvadáspontja 1083 °C. • Kristályszerkezete felületen középpontos köbös (FKK). • Keménysége lágy állapotban 40 HB, erősen alakítottan 100 HB. • Szakítószilárdsága (Rm) 250…450MPa. TARTALOMJEGYZÉK

4. 800 320 Rm HB 600 240 Rm [MPa], Nyúlás [%] Brinell keménység [HB] A10 400 160 200 80 0 20 40 60 Zn tartalom [%] Sárgaréz A réz ötvözője a cink, amelynek hatására a réz keménysége és szilárdsága nő, önthetősége javul, gázoldó képessége csökken. Elektromos vezetőképessége romlik, légköri hatásoknak ellenáll, jól polírozható lesz.

5. A (°C) 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 B D C G H a+b Gyakorlati alkalmazás b M N L b+g g OP Q d J K E F I U V W Z a b’ g+e e h e+h a+b’ b’+g Cu 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Zn Zn- tartalom, tömeg % Sárgaréz egyensúlyi diagramja A réz-cink ötvözetrendszer likvidusza hatágú, vagyis az olvadékból hat fázis kristályosodhat ki (α, β, γ, δ, ε, η). A nagyobb cinktartalmú ötvözetek nagyon ridegek, így ezeknek gyakorlati jelentőségük nincs. Lényeges rész az AB, BD, DG pontok közötti rész.

6. A B D C Szövetelemek A likvidusz AD vonala mentén α szilárd oldat kezd kristályosodni, melynek rácsszerkezete FKK és dendrites alakban, valamint rétegesen kristályosodik. A krisztallitokon belül a koncentrációkülönbség kicsi, mivel a likvidusz és a szolidusz közel van egymáshoz. A rétegesség 600-800°C-on végzett homogenizáló izzítással megszűntethető. Meleg- vagy hidegalakítás után végzett izzítással a krisztallitok dendrites alakja eltüntethető, és globulitos ikerkristályok keletkeznek. Olvadék α + Olvadék α

7. A B D C Szövetelemek 2 Olvadék A BD pontok közé (Zn%= 32,5-38%) eső ötvözetek olvadékából először α szilárd oldat kezd kristályosodni. 903°C hőmérséklet elérésekor α szilárd oldat és 37%-os Zn tartalmú β szilárd oldat is keletkezik. Ez a β szilárd oldat a hőmérséklet csökkenésével α szilárd oldattá alakul át. α + Olvadék αα + β α

8. A B D C Szövetelemek 3 Olvadék A BD pontok közé (Zn%= 32,5-38%) eső ötvözetek olvadékából először α szilárd oldat kezd kristályosodni. 903°C hőmérséklet elérésekor α szilárd oldat és 37%-os Zn tartalmú β szilárd oldat is keletkezik. 450-470°C-on a β fázis rácsszerkezete átrendeződik, a réz és a cink atomok a kristályrácsban helyet cserélnek. Ez az átrendeződés nem okoz felismerhető változást. (EK vonal mentén játszódik le). α + Olvadék ααβ ααβ’

9. Szövetelemek 4 A γ fázis vegyület (Cu5Zn8), ún. intermetallikus elektronvegyület, és mint vegyület nagyon rideg, akárcsak a δ és az ε fázisok. Ezért azok az ötvözetek, ahol ezek a fázisok előfordulnak, gyakorlati felhasználásra alkalmatlanok.A β fázis a DH vonal mentén kristályosodik ki az olvadékból elsődlegesen.A η fázis a cink réztartalmú szilárd oldata, és hexagonálisan kristályosodik.

10. Szabványos sárgarezek • Öntészeti sárgarezek: szövetük α+β szilárd oldat (α+β’)Jelölésük: öCuZn33Pb2 ahol Cu=63-67% Pb=0,5-3% Al=0,2-0,6% Szennyezők max. 1,6% Zn33% öCuZn40Pbahol Cu=58-62% Pb=0,5-2,5% Al=0,2-0,8% Szennyezők max. 1,2% Zn40%

11. Szabványos sárgarezek öCuZn40Pb2 ahol Cu=58-62% Pb=0,5-3% Al=0,2-0,6% Szennyezők max. 1,4% Zn40%

12. Szabványos sárgarezek 2. Különleges öntészeti sárgarezek: Jelölésük: öCuZn25Al6Fe3Mn2 ahol Cu=64-68% Fe=2,2-4% Al=5-6% Mn=1,5-2,7% Szennyezők max. 1,2% Zn25% öCuZn37Mn2AlFeés öCuZn40Mn3Fe

13. Szabványos sárgarezek 3. Alakítható sárgarezek: szövetük α szilárd oldat • Ólommentes sárgarezek CuZn5 CuZn10 CuZn15 … CuZn40 • Nagy szilárdságú és különleges sárgarezek CuZn20Al2 CuZn28Sn1 CuZn32Si1 CuZn39Ni2Mn CuZn40Al1Mn CuZn39Ni5

14. Szabványos sárgarezek • Ólomtartalmú sárgarezek CuZn40Pb2 CuZn40Pb2Sn CuZn39Pb1 CuZn39Pb2 CuZn39Pb3 CuZn36Pb1 TARTALOMJEGYZÉK

15. 200 150 100 50 400 300 200 100 HB Rm Brinell keménység [HB] Rm [MPa], Nyúlás [%] A10 5 8 10 15 20 Sn tartalom  Ónbronz A réz ötvözője az ón, amelynek hatására a réz keménysége és szilárdsága nő, 8% óntartalomig javul a nyújthatósága, felette romlik.

16. [°C] 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 A α +olv β +olv B C D G γ +olv H α α+β β γ +olv γ ε I ε+olv J K L δ+ε M N α+δ O P ε+η η+olv η α+ε Z υ Cu 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Sn S Sn tartalom [%]  Ónbronz egyensúlyi diagramja A réz-ón ötvözetrendszer likvidusza hatágú, vagyis az olvadékból hat fázis kristályosodhat ki (α,β,γ,ε,η,υ). Ezek közül a gyakorlatban csak az α, β és γ fázisokkal és ezek átalakulási termékeivel lehet találkozni.

17. [°C] 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 A réz olvadáspontjából kiinduló likvidusz első ága mentén α-szilárd oldat kezd kristályosodni. Az ón a réz olvadáspont-ját erősen csökkenti, a likvidusz ezért meredek. A szolidusz lényegesen alacsonyabb hőmérsékleten húzódik, emiatt az olvadékból keletkezett kristályok belső és külső része közti összetételbeli különbség nagy. A dendrites krisztallitok összetételbeli különbsége miatt a rétegesség lesz rájuk jellemző öntött állapotban. 0-13% óntartalmú ötvözeteknél az olvadékból α szilárd oldat kristályosodott ki. A hőmérséklet csökkenésével az ónoldó képessége 586°C-ig nő és ez állandó lesz 520°C-ig. Majd ez 520°C alatt kétféle módon csökken. a) Egyensúlyi állapotban az ón majdnem teljesen kiválik az oldatból. Ez akkor következik be, amikor a hidegen erősen alakított ötvözetet 200-300°C között több napig melegítik (LOZ vonal szerint). b) Ha az ötvözetet nem alakították erősen és nem izzították tartósan, akkor az ónnak csak kis része szegregál, és az α-fázis óntartalma 14% marad (LS vonal szerint). 13,5-22% közötti óntartalmú ötvözeteknél 798°C-on peritektikusan alakul át, és alatta α szilárd oldat és β szilárd oldat lesz jelen. Ez 520°C alatt α+δ fázisokból álló eutektoiddá alakul. A δ fázis Cu31Sn8 elektronvegyület, ami kemény, rideg szövetelem. Színe kékesszürke. A lágy α és a beleágyazódott δ fázis együttesen biztosítja a bronzok jó kopási és siklási tulajdonságait. Ez a gyorsabb lehűlés következménye. Az ilyen ötvözetekből készülnek a csapágyak. Az egyensúlyi lehűlés vagy a tartósabb 300-350°C-on végzett izzítás hatására a δ-fázis Cu3Sn vegyületté alakul, ez az ε-fázis. A α +olv β +olv B C D α α+β β γ I J K L M N α+δ O P α+ε Z S Cu 10 20 30 Sn Szövetelemek Szövetelemek

18. [°C] 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 A α +olv β +olv B C D α α+β β γ I J K L M N α+δ O P α+ε Z S Cu 10 20 30 Sn Szövetelemek 2 Olvadék Olvadék + α α Vagy α α + ε α

19. [°C] 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 A α +olv β +olv B C D α α+β β γ I J K L M N α+δ O P α+ε Z S Cu 10 20 30 Sn Szövetelemek 3 Olvadék α + Olvadék α + β α + δ Vagy α + δ α + δ α + ε

20. Szabványos ónbronzok • Alakítható ónbronzok: szövetük α szilárd oldat Óntartalmuk 2-14% között van. Hidegen jól, melegen csak szűk hőmérséklethatárok között alakíthatók. Nagy szilárdságú vezetékhuzalok, tengervíznek ellenálló szerelvények készítésére alkalmazzák.

21. Szabványos ónbronzok • Önthető ónbronzok: szövetük α szilárd oldat, vagy α+δ eutektoid, vagy α+ε eutektoid Öntészeti bronzok: öCuSn12 ahol Cu=86-88% Sn=11-13% Szennyezők 1% öCuSn10 ahol Cu=87,7-89,7% Sn=9-11% Szennyezők 1,3%

22. Szabványos ónbronzok öCuSn10Zn2 ahol Cu=85-89% Sn=9-11% Zn=1-3% Szennyezők 1% öCuSn5Zn5Pb5 ahol Cu=80,2-86,2% Sn=4-6% Zn=4,5-6,5% Pb=4-6% Szennyezők 1,3% öCuSn4Zn2 ahol Cu=90,6-94,2% Sn=3,5-5,1% Zn=1-3% Szennyezők 1,3% TARTALOMJEGYZÉK

23. Alumíniumbronz A réz ötvözője az alumínium, amelynek hatására a réz szilárdsága nő, korrózióállóvá és egyes vegyi anyagokkal szemben ellenállóvá válik. A különleges alumíniumbronzok magas hőmérsékleten is nagy szilárdságúak, melegen jól alakíthatók, eróziós és kavitációs hatásokkal szemben stabilak, kifáradásra nem érzékenyek.

24. A pont jele helyzete % °C A 0 1083 B 7,4 1035 C 8,3 1035 A likvidusz első vonala mentén szabályos kristályrácsú α-szilárd oldat keletkezik. Ennek a fázisnak a telítési határa (oldatban tartó képessége) 1035°C-on 7,4% Al. Ha a hőmérséklet csökken, akkor ez a határ növekszik, 565°C-on már 9,4%-ra változik. Az a-fázis öntéskor dendritesen kristályosodik és réteges, de izzítás után globulitossá alakul. D 9,4 565 °C A 1050 1000 950 900 850 800 750 700 650 600 550 F 9,4 1035 K B C F I N J P O 0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 Al tartalom, tömeg % α β α+β γ β+γ δ β+δ D G S 565°C α+δ Alumíniumbronz egyensúlyi diagramja

25. Az ötvözet B-F pontok közé eső összetétele eutektikus, ahol az a és a β fázis képez eutektikus rendszert. A C pontban (Al tartalom 8,3%) a+β eutektikum keletkezik. 7,4-8,3% Al tartalmú ötvözeteknél először az a fázis kiválása kezdődik meg, 8,3-9% között pedig a β fázisé, majd a maradék olvadék alakul eutektikummá. Az F és I pontok között maximumos rendszer szerint β szilárd oldat keletkezik. A K pontban színfémhez hasonló módon (OP=DP) keletkezik a β szilárd oldat. Stabilitása a hőmérséklet csökkenésével szűkül, majd 565°C-on eutektoidosan alakul át, a+δ eutektoid képződik belőle. A δ fázis Cu3Al fémes vegyület, amely kemény és rideg szövetelem, ezért az alakíthatóságoterősen csökkenti. °C A 1050 1000 950 900 850 800 750 700 650 600 550 K B C F I N J P O 0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 Al tartalom, tömeg % α β α+β γ β+γ δ β+δ D G S 565°C α+δ Szövetelemek

26. α α+β α+δ Szövetelemek 2 Olvadék Olvadék +α α

27. 1050 1000 950 900 850 800 750 700 0 2,5 5 7,5 10 Szövetelemek 3 Olvadék Olvadék + α β + α α TARTALOMJEGYZÉK

28. Ezzel vége a bemutatónak! A képre kattintva kilép a prezentációból.