ALUMINIUM I JEGO STOPY
Najbardziej rozpowszechniony pierwiastek metaliczny w skorupie ziemskiej - wyst. głównie w postaci licznych skaleni i skałach magmowych itp; jednak techniczne zastos. znalazł boksyt{AlO(OH)}. Al otrzymywuje się met. hydrometalurgiczną, jego własności natomiast zależą od stopnia jego czystości (rafinowany elektrolit. Al-99.995%).
Własności fizyczne i mechaniczne Al
przew.elektr.
gęstość
temp.top.
typ sieci
Rm
Re
HB
A
[MS/m]
[g/cm3]
[oC]
(12 syst. pślizgu)
[MPa]
[%]
37.74
2.7
660
A1
70-120
20-40
15-30
30-45
Zastosowanie Al: przewody elektryczne, do produkcji stopów (lekkich- niskie Rm/r),urządzeń dla przemysłu chemicznego i spożywczego (odporność na działanie O2 (Al203),Cl2,CO2,HS ) jako odtleniacz do redukcji różnych met. i stopów;oraz w elektrotechnice.
STOPY ALUMINIUM
Techniczne stopy Al - dwuskładnikowe lub wieloskładnikowe - ze względu na sposób otrzymywania dzielimy na :
· - odlewnicze
· - do przeróbki plastycznej(Rys.1)
Rys.1. Fragment typowego ukł. równowagii fazowej stopów Al z zaznaczeniem zakresów stężęń stopów do przeróbki plastycznej,umacnianych zgniotowo i wydzieleniowo,oraz stopów odlewniczych.
Niektóre z nich mogą być stosowane zarówno jako odlewnicze, do p. plastycznej oraz OC - tzn. utwardzania wydzieleniowego.
Stopy odlewnicze Al:
Zaliczamy stopy (dwu-lub wieloskładnikowe) o dużej zawartości dodatków stopowych-5 do 20%-głównie z - Si,Cu,Mg lub Ni.
Siluminy
Dominującą grupę odlewniczych stopów Al stanowią stopy z Si - stopy te o składzie zbliżonym do eutektycznego,nazywamy siluminami.W zależności od zawartości Si i dodatków siluminy dzielimy na:
dwuskładnikowe:
1.podeutektyczne, zawierające od 4 do 10% Si
2.eutektyczne, zawierające od 10 do 13% Si
3.nadeutektyczne, zawierające od 13 do 30%Si.
wieloskładnikowe
Siluminy, przeważnie są wieloskładnikowe - tzn.oprócz Si- zawierają dodatki Cu, Mg,Mn(Ni); dodatki te umożliwiają znaczne polepszenie ich własności mechanicznych poprzez OC-utwardzanie wydzieleniowe.
STRUKTURA I MODYFIKACJA SILUMINÓW
Po odlaniu struktura siluminów zawiera grubokrystaliczną fazę - b - praktycznie czysty Si(szczególnie przy wolnym chłodzeniu).Konsekwencją tego jest drastyczny spadek ich plastyczności.Celem poprawy ich własności , siluminy poddaje się procesowi modyfikacji:
siluminy podeutektyczne i eutektyczne, modyfikuje się sodem ,dodawanym w postaci mieszaniny NaF,NaCl i KCl. Dodatek Na obniża temp. przemiany eutekt. oraz powoduje przesunięcie punktu eutektycznego do większego stężenia ( w prawo) - do ok.13% Si. Strukturę takiego stopu stanowi drobnoziarnista eutektyka ( a + b ) z wydzieleniami drobnymi fazy- a.
siluminy nadeutektyczne, (duże wydzielenia b {Si}, modyfikuje się fosforem ,który tworzy dyspersyjne cząstki AlP-stające się heterogencznymi zarodkami krystalizacji cząstek fazy b{Si}- w wyniku czego otrzymywuje się w temp. otocznia drobnokrystaliczną eutektykę (a +b) oraz drobne wydzielenia cząstek fazy - b{Si}o dużej dyspersji.
EFEKTEM MODYFIKACJI SILUMINÓW JEST WZROST ICH WłASNOŚCI MECHANICZNYCH np: SlLUMIN EUTEKTYCZNY
Własność mechaniczna
przed modyfikacją
po modyfikacji
Rm [MPa]
110
250
A10 [%]
0,1
7
zastosowanie siluminów - siluminy eutektyczne i nadeutektyczne wykazujące wysoką żarowytrzymałość są stosowane na wysokoobciążone tłoki silników spalinowych.
Z siluminów podeutektycznych wytwarza się silnie obciążone części dla przemysłu okrętowego i elektrycznego, pracującego w podwyższonej temperaturze i w H2O morskiej.
Wieloskładnikowe stopy Al z Si są stosowane m.in. na głowice silników spalinowych oraz inne odlewy w przemyśle samochodowym.
STOPY Al PRZERABIALNE PLASTYCZNIE
Można je podzielić ze względu na podatność do OC na:
1. nie obrabialne cieplnie (wydzieleniowo)
2. obrabialnie cieplnie ( wydzieleniowo)
ad.1Stanowią je stopy Al o niedużej ilości dodatków stopowych(<5%),przeważnie jednofazowe o budowie r-ru stałego a,przez co charakteryzują się dużą ciągliwością w temp. otoczenia i odpornością na niektóre ośrodki korozyjne.
np.Stopy z ukł. Al -Mg (2-5%) z dodatkami (Si,Mn i Cr ) zwane hydronaliami (npAlMg1,AlMg1SiMn),
oraz stopy z ukł. AlMn(<2%) np.AlMn1 zwany alumanem.
Zastosowanie na średnio obciążone elementy w przemyśle okrętowym i lotniczym oraz w urządzeniach przemysłu spożywczego i chemicznego
ad.2 Są to stopy wieloskładnikowe - zwane duralami - oparte na ukł. równowagii:
Al-Cu(3-5%) z dodatkami Mg i Mn zwane duralamin miedziowymi,
Al-Mg(<1,5%) z dodatkami Si(aldrey) i Mn(anticorodal),
Al-Si (ok.1%) z dodt. Cu (avia),
Al-Zn(5-7%) z dodatkamiCu,Mn,Mg i Cr zwane duralami cynkowymi.
Obróka cieplna durali polega na wyżarzaniu rekrystalizującym po zgniocie i utwardzaniu wydzieleniowym.Durale po OC mają wysokie własności mechaniczne-Rys.2(Durale Zn po OC:
Rm ok. 700MPa, A10 - 12%, czyli własności zbliżone do stali SSPW).
Rys.2. Zależność stosunku naprężeń rozciągających do ciężaruwłaściwego od wydłużenia dla stali i stopow
Główne ich zastosowanie w przemyśle lotniczym i samochodowym oraz na elementy maszyn i taboru kolejowego.
(na przkładzie stopów z układu Al - Cu {do ok. 5%}
1- podstawą dla przeprowadzenia procesu utwardzania wydzieleniowego jest występowanie zmiennej (granicznej) rozpuszczalności składnika stopowego, w stanie stałym
2 - proces składa się z dwóch zabiegów : przesycania i starzenia
3 - Przesycanie polega na:
- nagrzaniu stopu(<5.65%Cu) do temp.>linii granicznej rozp. w stanie stałym.(solvus) Rys.3
Rys.3 Fragment układu równowagiAl - Cu
- wygrzaniu w tej temperaturze
- gwałtownym chłodzeniu(H2O lub powietrze) zawsze z szybkością > niż rozpad fazy K
(przesunięcie obszaru jednofazowego do temp. otoczenia - równowaga metastabilna)
4 - starzenie ma na celu :
- wydzielenie przsyconego składnika(Cu)z roztworu stałego K w odpowiednim st. dyspersji
- starzenie może przebiegać samorzutnie (w temp. otoczenia) lub sztucznie (w temp.<od linii solvus)
- konsekwencją tego zabiegu jest wzrost własności wytrzymałościowych stopu - w wyniku ...
aliens12