Niet-IJzermetalen of Non Ferro
A. Brok
Non Ferro Metalen = Soortelijke massa in Kg/m3
Zware metalen >5000 Kg/m3 Koper (Cu) Zink (Zn) Lood (Pb) Tin (Sn)
Lichte metalen <5000 Kg/m3 Aluminium (Al) Magnesium (Mg) Titaan (Ti)
Normalisatie Belangrijkste Aanbevelingen ISO Hoofdelement en de legeringelementen direct met hun scheikundige afkorting aangeven Percentage van het legeringelement achter het leveringselement schrijven Gietlegeringen gaan vooraf met de letter G Voorbeelden • Cu Zn 33: koper zinklegering met 33% zink • G Al Si 13: gietlegering van Aluminium met 13% Silicium • Ti Al 6 V 4: Titaniumlegering met 6% Aluminium en 4% Vanadium
Koper (Cu) • • • • • • • • • • • •
Het element is schaars, duur Goede elektrische geleider Goede warmtegeleider Lage rekgrens Verstevigt sterk bij koud omvormen Goede weerstand tegen corrosie Goed te recyclen In zuivere vorm niet vormvast Giftig, milieu-verontreinigend Zuiver Cu slecht te verspanen Slecht te lassen (wel solderen) Niet bestand tegen oxiderende zuren
Symbool: Cu Dichtheid: 8920 kg/m3 Smeltpunt: 1084°C Uitzettingscoëfficiënt: 1,7 mm/m bij 100 graden
Raffinage van Koper
Koper (Cu) Kwaliteiten Zuurstofhoudend Koper 0,03% - 0,05 % zuurstof aanwezig in vorm Koperoxide Cu2O Veel gebruikt voor de elektrotechniek Koperoxide beïnvloedt de elektrische geleiding niet Gedesoxideerd Koper Cu2O gebruikt in waterstofhoudende atmosfeer Veel gebruikt bij warmtewisselaars en bij hoge temperaturen Waterstof kan in het koper diffunderen, er ontstaan scheurtjes, maakt Cu koperbros (waterstofziekte) Verkomen waterstofziekte door desoxideren met Fosfor Fosfor verhoogt de elektrische weerstand sterk Zuurstofvrij Koper Verkregen door Cu te laten smelten in een neutrale atmosfeer Geen last van waterstofziekte Iets minder goede elektrische geleiding
Toepassingen Cu Koperdraad Gasbuizen, waterleidingen Warmtegeleiders (oliekoelers, warmtewisselaars) Geveldelen / daken voor gebouwen Onderdelen voor elektrische circuits Elektromagneten Kunstwerken, dakbekleding Muziekinstrumenten Munitie …
Toepassingen Cu
Koperlegeringen (hoofdgroepen)
Koperlegeringen
Koper – Tin Brons (CuSn)
Koper – Zink Messing (CuZn)
Koper – Aluminium Dural (AlCu)
Koper – Beryllium (CuBe)
Brons (CuSn) Koper met maximaal 20% Sn (Tin) Percentage Sn bepaalt de hardheid Tot 12% Sn goed gietbaar / verspaanbaar Lagere Sn percentages goed kneedbaar Goede glij-eigenschappen (glijlagers) Toepassingen Kunstwerken Lagermateriaal Pijpfittingen Spindelmoeren Wormwielen Scheepsschroeven …
Toepassingen Brons (CuSn)
Messing (CuZn) Minimaal 10% - maximaal 46% Zn Messing > 39% niet meer koud om te vormen Hoge sterkte Zeer goede corrosievastheid Met laag % Pb goed verspaanbaar Goed gietbaar Redelijke glij-eigenschappen Toepassingen Blaasinstrumenten Dieptrek-onderdelen Siergietwerk Bouwbeslag / Appendages …
Messing (CuZn)
Duraluminium (Al 95 Cu 4 Mg 1) Dural wordt veredeld voor hogere sterkte Geleverd als kneed- of gietlegering Hoge sterkte (Rm tot 500 N/mm²) Slechte corrosievastheid door Cu (Remedie: Anodiseren of Al-bekleden) Toepassingen Hoogbelaste scheepsschroeven Warmtewisselaars Pijpplaten van condensators Vliegtuigonderdelen, - constructies Alclad (vliegtuigbeplatingen) Overige Al-constrcties (licht en sterk) …
Duraluminium (Al 95 Cu 4 Mg 1)
Berylliumkoper (CuBe 2) Een Cu-Be legering bevat meestal 2% Beryllium. Eigenschappen: Licht, sterk, stijf en hard Grote weerstand tegen corrosie en vermoeiing Goed elektrisch geleidend Goede veer-eigenschappen Vonkvrij (munitie en vuurwerkfabrieken) Zeer giftig! Toepassingen: Puntlaselektroden, veren en elektrische contacten (soms verzilverd i.v.m. giftigheid) Luchtvaart-, auto, ruimte- en defensie-industrie Vonkvrij gereedschap Spuitgietmatrijzen (door warmvastheid) …
Toepassingen Berylliumkoper (CuBe 2)
Aluminium (Al) Gewonnen uit erts (Bauxiet) Lage soortelijke massa: 2702 kg/m3 Veel energie nodig voor raffinage tot Al (1kg Al / 15 kWh) Al-fabrieken daarom vaak bij grote energiecentrales of kerncentrale Goed gietbaar (dunvloeibaar met 12% Si) Goed koud om te vormen In koudgewalste / gelegeerde vorm: goede sterkte
Raffinage Aluminium
Aluminiumsmelterij
Indeling Aluminium Ongelegeerd Aluminium Gieterij
Gelegeerd Aluminium
Gieterij Kneedlegeringen
Gietlegeringen (met Si)
Walsblok Gieten
Walsblok
Extrusiepalen
Blokvorm
Walsen
Extruderen
Smeden
Plaat, band
Profiel, buis Staf,draad
Smeedstuk
Walsen
Plaat.band, strip, folie
Gietstuk
Eigenschappen Aluminium (Al) Lage dichtheid (ongelegeerd) Lage treksterkte en rekgrens Sterkte verbeteren door koud omvormen (walsen) Sterkte ook verbeteren door legeren Niet giftig (verpakking, voedingsmiddelen) Goede warmtegeleider Ongelegeerd slecht gietbaar (Si toevoegen) Volume krimp (6%) bij gieten zuiver Al Niet bestand tegen logen en basische stoffen Algemene corrosiebestendigheid goed Gevoelig voor contact- en spanningscorrosie Reukloos Goed te recyclen
Toepassingen Aluminium (Al)
Eigenschappen Zink (Zn) Goedkoop, ertsen ruim voorradig Raffinage uit erts is eenvoudig Goede atmosferische corrosievastheid (zuurstof) Toegepast als beschermlaag op staal (verzinken) Zeer goed gietbaar (dunwandige auto-onderdelen) Sterkte is zeer laag, mede door kruip Goed te recyclen Toepassingen zuiver Zink Dakgoten, dakbedekking, en batterijhulzen Spuitgietwerk (gelegeerd met 4% Al en 1% Cu) Als ZAMAK voor zeer dunwandig spuitgietwerk van o.a. carburateurs, modelauto’s (Zink, Aluminium 4%, Magnesium 0,06% , Koper 1%) In zalf en medicijnen (Vitaminepreparaten)
Toepassingen Zink (Zn) Als beschermingslaag op staal kan Zn op meerdere manieren worden aangebracht: elektrolytisch verzinken dompelen in een vloeibaar zinkbad (vuurverzinken) opspuiten van zink (schoperen) verven van zinkverf (verf met zinkdeeltjes) verhitten met zinkpoeder in trommelovens (sherardiseren) Als onderlaag voor laksystemen (duplex) geeft meer dan dubbele bescherming (Audi)
Toepassingen Zink (Zn)
Eigenschappen / Toepassingen Lood (Pb) Ongeschikt voor constructies door lage sterkte en kruip Makkelijk om te vormen (Glas-in-lood) Zeer corrosievast en chemisch bestendig (Accu) Hoge dichtheid (werplood, ballastgewicht, balanceergewicht) Laag smeltpunt, daarom toegepast als zachtsoldeer (gelegeerd met Sn) Lood is zeer giftig, daarom verboden als soldeer in voedingsmiddelen-industrie Beschermt tegen röntgen- en radioactieve straling Toegepast in automatenstaal en automatenmessing voor kortspanigheid
Toepassingen Lood (Pb)
Eigenschappen Tin (Sn) + Legeringen Sn is schaars en duur Zeer lage sterkte, dus ongeschikt als constructiemateriaal Zeer corrosievast Smaakloos, reukloos en niet giftig (vertinde pannen) In voedingsmiddelen-industrie toegepast als blik (= vertinde staalplaat) Onder 0 C valt zuiver Sn na verloop van jaren in poederachtige stof uiteen. Dit is tinpest. (orgelpijpen in onverwarmde gebouwen) Vroeger werd gegoten Sn veel gebruikt voor borden, bekers etc. (ook tinnen soldaatjes)
Toepassingen Tin (Sn) + Legeringen Tin wordt nu voornamelijk gebruikt in legeringen: Tin-antimoonlegeringen (SnSb) Materiaal voor glijlagers (witmetaal, Babbits) SnSb7Cu2 (britannia) voor potten, kandelaars, etc. Koper-tinlegeringen (CuSn) (Lager)brons Lood-tinlegeringen (PbSn) Zachtsoldeer, orgelpijpen
Toepassingen Tin (Sn) + Legeringen
Eigenschappen Magnesium (Mg) + Legeringen De grondstof is in ruime mate aanwezig als Magnesium- ,Carbonaten, Silicaten, Sulfaten en Chloriden De bereiding van zuiver Mg kost veel elektrische energie, 15 kWh per kg Mg Mg is het lichtste metaal: 1740 kg/m³ Zuiver Mg is zeer brandbaar! (Water) Geeft bij verbranding zeer fel wit licht (flitslampjes, voorwerk) Toegepast als desoxidatiemiddel bij productie Nodulair Gietijzer Wordt in zuivere vorm nauwelijks in onderdelen verwerkt (brandbaarheid!)
Toepassingen Magnesium (Mg) + Legeringen Magnesium wordt in de techniek voornamelijk gebruikt in legeringen: Gunstige sterkte-gewichtsverhouding, Goed gietbaar. (Koud omvormen gaat moeilijk) MgAl-legeringen worden het meest toegepast. Gietlegeringen met 6 tot 10% Al + Zn + Mn Voorbeelden: Elektron A8® : 8% Al, 0,5%Zn , 0,3% Mn Elektron AZ91® : 9,5% Al, 0,5%Zn , 0,3% Mn
Voor allerlei onderdelen, waarbij een laag gewicht belangrijker is dan een hoge sterkte.
Toepassingen Magnesium (Mg) + Legeringen
Toepassingen Magnesium (Mg) + Legeringen Magnesium is ook bekend als: Noodzakelijke voedingsstof Bestanddeel van voedingssupplementen Magnesiumcarbonaat (gewichtheffen / turnen)
Titaan (Ti) + Legeringen De grondstof is in ruime mate aanwezig als Rutiel (TiO2) De bereiding van zuiver Ti is duur en ingewikkeld. Ti is licht: 4510 kg/m³ en zeer sterk: Rm = 350-900 N/mm² (ook op hogere temperatuur) Zeer corrosiebestendig Niet giftig (wordt niet snel door lichaam verstoten) daarom toegepast voor botreparaties, piercings, horloges. Moeilijk te bewerken (omvormen en verspanen). Goed lasbaar.
Titaan (Ti) + Legeringen Ongeveer 70% van al het Ti wordt tot legeringen verwerkt.
Voorbeelden Ti – legeringen Legering
Rm Rp0,2 A Toepassingen N/mm² N/mm² % (Bijzonderheden) Ti99,5 420 316 28 Bouten, onderdelen in zeewater en Niet gehard in vliegtuigmotoren TiAl5Sn2,5 890 815 14 Smeedstukken, schoepen voor stoomturbines en compressoren TiAl6V4 920 850 12 Zwaar belaste smeedstukken, Precipitatie gehard vliegtuigbouw, raketmotoren TiV13Cr13Al13 945 Precipitatie gehard
910
16 Zwaar belaste constructiedelen
Toepassing Titaan (Ti) + Legeringen
