POLITECHNIKA RZESZOWSKA

im. Ignacego Łukasiewicza

WYDZIAŁ BUDOWY MASZYN I LOTNICTWA

Laboratorium

z

Metaloznawstwa i

Obróbki cieplnej.

Temat: Aluminium i stopy aluminium.

Dariusz Schabowski

II MDT gr.1209

Aluminium krystalizuje w układzie regularnym o sieci przestrzennie centrowanej A1 i parametrze sieci a=0,40493nm. Aluminium charakteryzuje dobra lejność i podatność na przeróbkę plastyczną na zimno i na gorąco, dobra spawalność. W stanie wyżarzonym aluminium ma następujące właściwości mechaniczne: R_m=60-100MPa, R_0,2=20-30MPa, twardość 15-20HB, A₅=30-50%, Z=80-95%.

Do zanieczyszczeń wpływających na właściwości fizyczne i mechaniczne aluminium należą przede wszystkim:

• żelazo (nie rozpuszcza się w aluminium tworząc kruchą fazę Al₃Fe)

• krzem (nie rozpuszcza się w Al. i nie tworzy związków występuje w postaci wolnej).

Aluminium jest bardzo odporne na korozję atmosferyczną w wyniku tworzenia się na powierzchni cienkiej i ściśle przylegającej warstwy tlenku Al₂O₃. Nie koroduje pod działaniem wodoru, chloru, bromu, jodu, fluoru oraz większości ich związków.

Stopy aluminium dzielimy:

1) skład chemiczny:

- dwuskładnikowe,

• wieloskładnikowe.

2) technologię przetwarzania:

• odlewnicze,

• do przeróbki plastycznej,

• stopy typu SAP i SAS metody proszku.

1. Odlewnicze stopy aluminium:

Stopy Al-Si - dwu- i wieloskładnikowe stopy Al. z Si (siluminy) są najczęściej stosowanymi. Charakteryzują się: lejnością, małym skurczem odlewniczym, dobrą odpornością na korozję oraz nie wykazuje skłonności na pękanie na gorąco. Odlewa się je z temp 680-780C.

Siluminy dzielimy na:

• podeutektyczne (4-10%Si),

• eutektyczne (10-13%Si),

• nadeutektyczne (17-30%Si).

Siluminy podeutektyczne i eutektyczne poddaje się modyfikacji sodem metalicznym lub jego solami (NaF, NaCl). Do ciekłego stopu wprowadza się modyfikator w ilości 0,05-0,08% masy wsadu. W wyniku bardzo małej rozpuszczalności Na w Si na powierzchni rozdziału faz Si-faza ciekła tworzy się warstewka Na₂Si utrudniają wzrost kryształów Si. Siluminy dwuskładnikowe używane na średnio obciążone elementy maszyn. Powszechnie siluminy wieloskładnikowe poprawia się wytrzymałość i twardość oraz umożliwiające umacnianie wydzielenie siluminów: Mg (przy zawartości 0,2-1,5% tworzy Mg₂Si związek międzymetaliczny w stanie stałym umacnianie wydzielone), Cu (do % w podwyższonej temp polepsza skrawalność), mangan (do 0,2-0,5% stosowany w celu obniżenia szkodliwego wpływu Fe) AK11,AK12,AK7,AK52.

Siluminy nadeutektyczne zawierające 17-30% Si są stopami wieloskładnikowymi z dodatkiem niewielkich ilości Cu, Mg, Ni, Mangan i kobaltu (AK20 - AlSi21CuNi). Dodatki stopowe poprawiają żarowytrzymałość (Cu, Ni, kobalt), odporność na korozję (mangan), skłonność do umacniania wydzielonego (Mg). Poddaje się umacnianiu wydzieleniowemu polegającemu: przesycanie z temp 500C w wodzie o temp 60C i starzeniu przez 24h w temp 180C. Wyżarzanie odprężające odlewów w temp 230-350C w czasie 6-12h.

Stopy Al-Cu - skłonność do pękania i trudności technologiczne podczas odlewania na gorąco. Mają budowę roztworu stałego α i podwójnej eutektyki α=+Al₂Cu. Stopy poddaje się umacnianiu wydzieleniowemu. Po przesyceniu stopy starzy się naturalnie lub sztucznie. Starzenie naturalne ułatwiają dodatki: Mg, mangan lub sztuczne dodatki: Zn, tytan i kadmu. Stosowane na silne obciążone elementy maszyn o prostych kształtach. AM10 i AM75 używane do odlewów tłoków i innych części samochodowych.

Stopy Al-Mg - charakteryzują się najmniejszą gęstością i największą odpornością na korozję z całej grupy Al. W praktyce o 4-11% Mg. OC: wyżarzanie homogenizujące (wytrzymanie 10-12h w temp 450-480C, powolne chłodzenie do 350C, a następnie szybkie), wyżarzanie odprężające przez 12-16h w 120-150C, umacnianie wydzieleniowe (stopów wysokomagnezowych). Dodatki: Si, tytan, cyrkon,, mangan, hafnu, cyny. Wykonuje się z nich elementy maszyn, które jest wymagana dobra odporność na korozję.

2. Stopy aluminium do przeróbki plastycznej:

Stopy Al-Mn - zawartość manganu 1-1,6%. Mikrostruktura stopów składa się z roztworu stałego α i wydzieleń fazy międzymetalicznej Al₆Mn. Po odlaniu budowa gruboziarnista i skłonność do mikropęknięć. OC: wyżarzanie homogenizujące w temp 500-520C w czasie 6-12h chłodzenie w powietrzu, wyżarzanie rekrystalizujące w temp 350-400C chłodzenie w powietrzu. Właściwości mech: R_m=220MPa, R_0,2=180MPa, A₁₀-15%, Z-50%. Urządzenia dla przemysłu spożywcze i chemicznego, spawane zbiorniki cieczy i gazów.

Stopy Al-Mg - zawierają 1-5,8% Mg, 0,2-1% mangan, 0,15-0,35 chrom. Dodatek tytanu (0,02-0,2%) powoduje wzrost odporności na korozję i rozdrobnienie ziarna w odlewach. Budowę dwufazowa: roztwór stały α i wydzieleń fazy β (Al₃Mg₂). OC: wyżarzanie homogenizujące w temp 500-520C w 8-12h, chłodzenie w powietrzu, wyżarzanie rekrystalizujące w 280-300C w czasie 3-6h chłodzenie w powietrzu, wyżarzanie odprężające w 100-150C w 8-12h po spawaniu. Wykonuje się z nich elementy aluminiowej stolarki budowlanej, sprzęt sportowy i turystyczny itp.

Stopy Al-Cu-Mg Durale dzielą: niskostopowe (2,2-3%Cu, 0,2-0,5%Mg, 0,3-0,5%Mn), średniostopowe (3,8-4,8%Cu, 0,4-0,8%Mg, 0,4-0,8%Mn), wysokostopowe (2,6-3,2%Cu, 2-2,45%Mg, 0,45-0,7%Mn). Mikrostruktura durali określa się potrójnego układu Al.-Cu-Mg: roztwory stałe na osnowie aluminium α_A1 miedzi α_Cu magnezu α_Mg, fazy międzymetaliczne θ,η,ε₁,ε₂,γ,Χ z układu Al.-Mg, roztwory stałe β i γ na osnowie związków Mg₃Al₂ i Al₃Mg₄ z układu Al.-Mg, fazy Mg₂Cu i MgCu₂, fazy potrójnej S, T,V,Q, v. OC: wyżarzaniu rekrystalizującemu w temp 390-430C w czasie 3-6h z chłodzeniem w powietrzu, wyżarzaniu homogenizującemu w temp 345C, umacnianiu wydzieleniowemu (przesycanie z temp 490-510C (1-2h) w wodzie, starzeniu naturalnemu lub przyśpieszonemu. Wykonuje się z nich blachy, druty, odkuwki.

Stopy Al-Zn-Mg-Cu - zawierające: 5-8% cynku, 0,8-2,8% Cu, 1,2-3,2%Mg, 0,2-0,6% manganu, 0,1-0,25 chromu, 0,08 tytan. W duralach występują: roztwory stałe na osnowie aluminium α_A1 i cynku α_Zn, Sześć faz na osnowie związków dwuskładnikowych, faza T na osnowie związków trójskładnikowych. OC: wyżarzanie rekrystalizujące 390-430C w 4-6h i dwustopniowemu chłodzeniu, przesycanie 510-520C w wodzie o temp 20C, starzenie przyśpieszone 165-175C w 16-18h. Brak odporności na korozje.

3. Stopu aluminium SAP i SAS.

SAP - stopy aluminium z tlenkiem aluminium o zawartości 6-22%, otrzymywane przez brykietowanie proszków w pracach hydraulicznych, spiekanie i przeróbkę plastyczną. Elementy maszyn z nich wykonane pracują w 300-500C (w czasie 10⁴h), a przez krótki okres w temperaturze 1000C.

SAS - stopy aluminium z krzemem (25-30%) i niklem (5-7%) lub żelazem (3-5%) i krzem (25-30%). Charakteryzują się bardzo małym współczynnikiem rozszerzalności liniowej i stąd wykonuje się z nich elementy pracujące w temperaturze do 200C.

---