Aluminium i jego stopy PDF

Preview

Summary

Download Aluminium i jego stopy PDF

Description

1. Aluminium i jego stopy Aluminium - glin o czystości technicznej, zawierający różne ilości zanieczyszczeń, zależnie od metody otrzymywania. W wyniku rafinacji elektrolitycznej otrzymuje się aluminium zawierające 99,95–99,955% Al. Aluminium hutnicze, otrzymywane przez elektrolizę tlenku glinu w stopionym kriolicie, zawiera 99,0–99,8% Al. barwa srebrzystobiała Właściwości aluminium - Ttop = 660oC - krystalizuje w sieci A1 (duża plastyczność) - gęstość  = 2,7 g/cm3 - paramagnetyk - dobra odporność na korozję - dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne (gorsze od miedzi) Odlewnicze stopy aluminium Aluminium tworzy z krzemem układ fazowy z rozpuszczalnością w stanie stałym i eutektyką podwójną o zawartości 11,6% Si, krzepnącą w temperaturze 577 C. Stopy odlewnicze Al z Si zwane są siluminami. Silumin, alpaks, Al-Si – odlewniczy stop aluminium z krzemem o stężeniu 2–30%, najczęściej 5–13,5% oraz innymi (o mniejszym udziale procentowym) dodatkami, takimi jak miedź, magnez, mangan, nikiel i tytan. Jest odporny na korozję, o dobrej lejności, małym skurczu i małą skłonnością do pękania na gorąco. Stosowany głównie w przemyśle motoryzacyjnym (żarowytrzymałość), lotniczym (stopy lekkie), okrętowym (odporność na wodę morską) i konstrukcyjnym (możliwość wykonania złożonych kształtów). Według zawartości krzemu siluminy dzieli się na:  podeutektyczne o zawartości 4 ÷ 10 % Si,  eutektyczne o zawartości 10 ÷ 13 % Si,  nadeutektyczne o zawartości 17 ÷ 30 % Si. Siluminy o składzie zbliżonym do eutektycznego mają bardzo dobre własności odlewnicze, cechuje się dobrą lejnością, małym skurczem i nie wykazuje skłonności do pękania na gorąco. Jego wadą jest powstawanie, zwłaszcza po niezbyt szybkim chłodzeniu, gruboziarnistej struktury z pierwotnymi kryształami krzemu . Siluminy podeutektyczne i eutektyczne modyfikuje się sodem, najczęściej w postaci NaF zmieszanego z NaCl i KCl, rzadziej sodem metalicznym, który silnie odtlenia stop. Dodatek sodu powoduje obniżenie temperatury przemiany eutektycznej oraz przesunięcie punktu eutektycznego w prawo ku wyższej zawartości krzemu. Siluminy nadeutektyczne modyfikuje się za pomocą fosforu. Tworzy on związek AlP, który stanowi zarodki krystalizacji dla krzemu, w wyniku czego następuje rozdrobnienie wydzieleń. Siluminy mogą zawierać dodatki pierwiastków stopowych, jak miedź, magnez oraz mangan, które zwiększają ich wytrzymałość. Dodatek magnezu do 1,5% umożliwia stosowanie utwardzania wydzieleniowego drogą przesycania i starzenia. Również miedź stwarza taką możliwość, z tym że pogarsza ona odporność na korozję. Z kolei dodatek ok. 1% Ni poprawia odporność korozyjną stopu. Ujemny wpływ na właściwości stopów aluminium mają domieszki żelaza. Niweluje się go poprzez dodatek ok. 0,5% Mn. Stopy Al-Mg cechują się dobrymi własnościami wytrzymałościowymi i plastycznymi (Rm = 280 MPa, A5 = 8%), mają jednak gorszą lejność. Można z nich wykonywać odlewy ciśnieniowe. Nadają się do obróbki cieplnej. Są bardzo odporne na działanie wody morskiej. Stopy Al-Si-Mg mają bardzo dobrą lejność, a poza tym cechują się dobrą spawalnością i odpornością chemiczną; nadają się do obróbki cieplnej. Stopy aluminium do obróbki plastycznej Są to przeważnie stopy wieloskładnikowe, zawierające najczęściej magnez i mangan lub miedź, magnez i mangan. Niektóre zawierają dodatki Si, Ni, Fe, Zn, Cr, Ti.

Stopy aluminium z miedzią są typowymi stopami aluminium (do ok. 5% Cu) nadającymi się do obróbki plastycznej oraz obróbki cieplnej, zwanej utwardzaniem wydzieleniowym. Cechą charakterystyczną struktury tych stopów jest eutektyka podwójna. Rozpuszczalność Cu w Al w stanie stałym w temperaturze eutektycznej 548 o C wynosi ok. 5,7% Cu i maleje do 0,1% Cu w temperaturze otoczenia.) Faza Al2Cu krystalizuje z cieczy i jest to faza o zmiennej, zależnej od temperatury zawartości miedzi. Do odlewniczych zaliczamy stopy przeważnie wieloskładnikowe o większej zawartości pierwiastków stopowych (5 – 25%), np. z krzemem (silumin); z krzemem i magnezem, z krzemem, miedzią, magnezem i manganem, z krzemem, miedzią, niklem, magnezem i manganem i inne. Cechują się one dobrą lejnością i małym skurczem. Stopy do przeróbki plastycznej zawierają na ogół mniejsze ilości dodatków stopowych, głównie miedź (do ok. 5%), magnez (do ok. 6%) i mangan (do 1,5%), rzadziej krzem, cynk, nikiel, chrom, tytan. Niektóre stopy aluminium można poddawać utwardzaniu wydzieleniowemu, po którym ich właściwości wytrzymałościowe nie są gorsze niż wielu stali. Silumin, alpaks, Al-Si – odlewniczy stop aluminium z krzemem o stężeniu 2–30%, najczęściej 5–13,5% oraz innymi (o mniejszym udziale procentowym) dodatkami, takimi jak miedź, magnez, mangan, nikiel i tytan. Jest odporny na korozję, o dobrej lejności, małym skurczu i małą skłonnością do pękania na gorąco. Stosowany głównie w przemyśle motoryzacyjnym (żarowytrzymałość), lotniczym (stopy lekkie), okrętowym (odporność na wodę morską) i konstrukcyjnym (możliwość wykonania złożonych kształtów). 2. zastosowanie aluminium i jego stopów Aparatura w przemyśle chemicznym, Blachy do pieczenia, Konstrukcje łodzi, Kontenery, Zamknięcia butelek, Misy, Łopaty, Drabiny, lotnictwo, samochody, zbiorniki, elementy dekoracyjne, przemysł spożywczy, Budownictwie, Transporcie i przemyśle samochodowym, Wyposażeniu wnętrz, Elektronice, Urządzeniach mechanicznych, Sporcie i rekreacji, Urządzeniach gospodarstwa domowego 3. Przesycenie jest to proces polegający na uzyskiwaniu przesyconego roztworu stałego (stopu). Osiąga się to poprzez nagrzanie stopu (do temperatury w której następuje rozpuszczenie wydzieleń w roztworze stałym) i następnie szybkim jego schłodzeniu tak aby te wydzielenia nie powstały w czasie chłodzenia. Uzyskuje się w ten sposób roztwór (stop) w stanie nierównowagowym (przesyconym). Jest to roztwór w którym w roztworze rozpuszczone jest więcej składnika stopowego niż to odpowiada warunkom równowagi w danej temperaturze. 4. Starzenie jest procesem zachodzącym wskutek dążenia przez stop znajdujący się w stanie metastabilnym do stanu równowagi. Osiągnięcie stanu równowagi jest możliwe poprzez wydzielenie z przesyconego roztworu stałego nadmiaru rozpuszczonego składnika stopowego (miedzi). To wydzielanie może zachodzić samorzutnie przy temperaturze otoczenia i wtedy nosi nazwę starzenia naturalnego. Jeżeli chcemy przyspieszyć ten proces należy podgrzać nieznacznie stop i wtedy starzenie zachodzi szybciej. Powstające w czasie starzenia wydzielenia są bardzo drobne i równomiernie rozmieszczone w roztworze (stopie). Obecność takich wydzieleń umacnia stop podnosząc jego wytrzymałość. Porównując efekty starzenia przyspieszonego widać, że starzenie przy niższych temperaturach mimo iż zachodzi wolniej daje lepszy efekt umocnienia, a starzenie naturalne w temp. 20 °C jest najefektywniejsze chociaż zachodzi bardzo powoli. 5. WYŻARZANIE REKRYSTALIZUJĄCE Nagrzaniu metalu uprzednio odkształconego plastycznie na zimno do temperatury wyższej od temperatury rekrystalizacji - wygrzaniu w tej temperaturze - chłodzeniu. Wyżarzanie rekrystalizujące - podczas walcowania lub ciągnienia metali na zimno - usuwa umocnienie zgniotowi zmniejszenie twardości i wytrzymałości oraz zwiększenie właściwości plastycznych metalu. 6. WYŻARZANIE ODPRĘŻAJĄCE Nagrzanie stali do temperatury niższej od Ac1 - wygrzaniu - powolnym studzeniu. Celem - usunięcie naprężeń odlewniczych, spawalniczych, cieplnych lub spowodowanych obróbką plastyczną. Zakres temperatury i czasu wyżarzania odprężającego - szeroki. Odlewy staliwne - ok. 650°C. Do 150°C - odprężanie stabilizujące - zapewnienie niezmienności wymiarowej oraz zmniejszenie naprężeń własnych. Odprężanie samorzutne – tzw. sezonowanie – zachodzi w temperaturze pokojowej - kilka lub kilkanaście miesięcy, a niekiedy nawet kilka lat....