STRUKTURA

I

WŁASNOŚCI

ALUMINIUM I STOPÓW ALUMINIUM

Błażej Stankiewicz

Piotr Pabiańczyk

IM , semestr 3

ALUMINIUM (AL)

Aluminium jest metalem lekkim, III
grupy układu okresowego, wykazuje
właściwości amfoteryczne z dość niską
temperaturą topnienia, 660°C. Na
powietrzu pokrywa się cienką zwartą
warstewką tlenku Al2O3, która chroni
go przed dalszą korozją.

Struktura czystego aluminium EN AW-Al99,98, pow. 50x, światło
spolaryzowane;

Leszek A. Dobrzański - Rozdział‚ 7 - Metale nieżelazne i ich stopy

WŁASNOŚCI



Liczba atomowa 13



Masa atomowa wynosi 26,9815



Krystalizuje w sieci regularnej ściennie
centrowanej typu A1



Temperatura topnienia wynosi
660,37°C, a wrzenia 2494°C.



Gęstość wynosi 2,6989 g/cm3 w 20°C.



Duża przewodność elektryczna i cieplna

OGÓLNA KLASYFIKACJA STOPÓW ALUMINIUM



Do obróbki plastycznej



Odlewnicze

STOPY ALUMINIUM



Stopy aluminium z krzemem



Stopy aluminium z magnezem



Stopy aluminium z miedzią



Stopy aluminium z cynkiem



Stopy aluminium z manganem



Stopy aluminium z litem

Wpływ niektórych pierwiastków na wytrzymałość stopów aluminium (wg K.
Wesołowkiego).

STOPY ALUMINIUM DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

Stopy do obróbki plastycznej zawierają zwykle

do ok. 5% pierwiastków stopowych, najczęściej
Cu, Mg, Mn, niekiedy także Si, Zn, Ni, Cr, Ti lub
Li.

Te

m

p

e

ra

tu

ra

Stężenie składnika B

Fragment typowego wykresu równowagi stopów Al z zaznaczeniem zakresów
stężenia stopów do obróbki plastycznej, umacnianych zgniotowo i
utwardzanych wydzieleniowo, oraz stopów odlewniczych

Leszek A. Dobrzański - Rozdział‚ 7 - Metale nieżelazne i ich stopy

ODLEWNICZE STOPY ALUMINIUM

Odlewnicze stopy aluminium są przeważnie

stopami wieloskładnikowymi o dużym stężeniu
– od 5 do 25% – pierwiastków stopowych,
głownie Si, Cu, Mg, Zn i Ni lub ich rożnych
zestawień. Charakteryzują się dobrą lejnością i
często małym skurczem odlewniczym. W
stanie lanym można także stosować stopy
zawierające mniej niż 5% pierwiastków
stopowych.

ALUMINIUM Z KRZEMEM

Aluminium z krzemem tworzy układ z

eutektyką, występującą przy stężeniu 12,6% Si,
i dwoma roztworami stałymi granicznymi o
rozpuszczalności składników zmniejszającej się
wraz z obniżeniem temperatury. Roztwór α (Si w
Al) wykazuje sieć regularną typu A1.

Struktura odlewniczego stopu Al-Si trawionego barwnie kwasem
molibdenowym, pow. 1000x;

Leszek A. Dobrzański - Rozdział‚ 7 - Metale nieżelazne i ich stopy

Grupa stopów

Odlewnicze

Do obróbki

plastycznej

dwuskładnikowe

wieloskładnikow

e

Zakres

Stężeni

a

składni

kow

stopu,

%

Al

84,3÷92

79,4÷97,6

75,4÷98,8

Si

8÷13,5

1,6÷13,5

0,5÷13,0

Cu

-

0÷5

0÷1,3

Mg

-

0÷1,5

0÷1,3

Mn

-

0÷0,65

0÷1,5

Ni

-

0÷1,3

0÷1,5

Ti

-

0÷0,25

-

Norma

PN-EN 1706:2001

PN-EN 573-

3:1998

Orientacyjne zakresy stężenia pierwiastków stopowych w stopach aluminium
z krzemem

Podstawową grupę stopów Al z Si
stanowią stopy odlewnicze zwane
siluminami o stężeniu 2÷30% Si
(najczęściej 5÷13,5% Si). Krzem, jako
podstawowy składnik tych stopów,
zapewnia dobrą rzadkopłynność oraz
lejność i mały skurcz odlewniczy.

ALUMINIUM Z KRZEMEM

Te

m

p

e

ra

tu

ra

Stężenie masowe Si %

Wykres równowagi Al–Si (według L.A. Willeya)

Leszek A. Dobrzański - Rozdział‚ 7 - Metale nieżelazne i ich stopy

Siluminy mogą być również stopami
wieloskładnikowymi. Zawierają wówczas
dodatki Cu, Mg i Mn, zwiększające
wytrzymałość.

Na

rysunku

poniżej

przedstawiono

fragmenty

potrójnych

układów równowagi.

ALUMINIUM Z KRZEMEM

Mikrostruktura siluminu
eutektycznego;
a) przed modyfikacją, b) po
modyfikacji; pow. × 100

Mikrostruktura siluminu eutektycznego po modyfikacji. Powiększ. 100x

Mikrostruktura siluminu eutektycznego przed modyfikacją. Powiększ. 100x

Stężenie masowe Mg %

Stężenie masowe Si %

Przekrój izotermiczny wykresu równowagi Al–Mg–Si w temperaturze zmiennej rozpuszczalności
solvus (według L.A. Willeya)

Stężenie masowe Si %

Stężenie masowe Cu %

Fragment przekroju izotermicznego wykresu równowagi Al–Cu–Si w temperaturze
zmiennej rozpuszczalności solvus (według L.A. Willeya)

Siluminy

eutektyczne

i

nadeutektyczne

wykazujące znaczną żarowytrzymałość są
stosowane na wysoko obciążone tłoki silników
spalinowych. Ze stopów podeutektycznych
wytwarza się silnie obciążone elementy dla
przemysłu

okrętowego

i

elektrycznego,

pracujące w podwyższonej temperaturze i w
wodzie morskiej.

ALUMINIUM Z KRZEMEM

STOPY ALUMINIUM Z MANGANEM

W zakresie stężenia występującego w stopach

technicznych mangan tworzy z aluminium
roztwór stały graniczny α oraz eutektykę α +
β(Al6Mn). Niewielkie zmiany rozpuszczalności
manganu w aluminium wraz ze zmianą
temperatury

nie

dają

możliwości

przeprowadzenia

utwardzania

wydzieleniowego stopów Al–Mn.

Obróbka

cieplna

stopów

aluminium

z

manganem

polega

na

wyżarzaniu

ujednorodniającym i rekrystalizującym.

STOPY ALUMINIUM Z MANGANEM

Stop aluminium mangan, miedź, tytan

Dzięki dobrej odporności na korozję stopy
aluminium

z

manganem

znajdują

zastosowanie na elementy pracujące w
agresywnych ośrodkach korozyjnych, w
szczególności na urządzenia produkcyjne i
transportowe w przemyśle spożywczym i
chemicznym, a także spawane zbiorniki na
ciecze i gazy techniczne oraz inne elementy
spawane lub zgrzewane.

STOPY ALUMINIUM Z MANGANEM

Te

m

p

e

ra

tu

ra

◦

c

Stężenie masowe Mn %

Fragment wykresu równowagi Al–Mn (według L.F. Mondolfo)

WIELOSKŁADNIKOWE STOPY ALUMINIUM Z LITEM

Lit w stężeniu 1,9÷2,7% jest stosowany

w stopach Al do obróbki plastycznej jako
pierwiastek stopowy wraz z Cu oraz
zwykle z Mg, zmniejszającymi jego
rozpuszczalność w roztworze stałym i
wchodzącym

w

skład

faz

międzymetalicznych.

Fragment układu równowagi Alumnium-Lit.

STOPY ALUMINIUM Z MAGNEZEM

Aluminium tworzy z Mg roztwór stały graniczny o
rozpuszczalności zmniejszającej się wraz z obniżaniem
temperatury. Roztwór ten krystalizuje w sieci ściennie
centrowanej typu A1 układu regularnego. W stopach
przemysłowych Al z Mg stężenie Mg jest zawarte w
przedziale od 0,5 do ok. 13%. Stopy o małym stężeniu
Mg wykazują dużą podatność na obróbkę plastyczną, a
o dużym stężeniu bardzo dobre własności odlewnicze.

Fragment wykresu równowagi Al–Mg (według L.A. Willeya)

Leszek A. Dobrzański - Rozdział‚ 7 - Metale nieżelazne i ich stopy

ODLEWNICZE STOPY ALUMINIUM Z MAGNEZEM

Stopy aluminium z Mg oprócz siluminów są najczęściej
stosowanymi

stopami

odlewniczymi.

Wykazują

bowiem

największą spośród stopów aluminium odporność na korozję i
najmniejszą gęstość. Własności odlewnicze tych stopów są
jednak gorsze niż siluminów. Stopy Al z Mg zawierają dodatki
stopowe t.j.: Mn, Cr, Fe, Cu, Zn, Ti, Pb. Stopy odlewnicze Al z Mg
znajdują zastosowanie na odlewy o dużej odporności na korozję,
np. na armaturę morską, elementy aparatury chemicznej oraz
elementy dekoracyjne, a także silnie obciążone i narażone na
uderzenia.

STOPY ALUMINIUM Z MAGNEZEM DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

Stopy Al z Mg do obróbki plastycznej, zwane
zwyczajowo

hydronaliami,

zawierają

0,4÷5,6% Mg, a także niewielki dodatek Mn,
Si, Cr, Fe lub Pb. Charakteryzują się
podwyższonymi własnościami mechanicznymi,
odpornością na korozję w środowisku wody i
atmosfery morskiej oraz dobrą spawalnością i
podatnością na głębokie tłoczenie.

STOPY ALUMINIUM Z MAGNEZEM DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

Hydronalia

mają

strukturę

dwufazową

roztworu stałego i wydzieleń fazy. Stopy Al z Mg
znajdują zastosowanie na średnio obciążone
elementy w przemyśle okrętowym i lotniczym
oraz w urządzeniach przemysłu spożywczego i
chemicznego.

Stosowane

są

też

na

opakowania, np. na puszki do napojów.

STOPY ALUMINIUM Z MIEDZIĄ

W układzie podwójnym Al–Cu występują
dwa roztwory stałe oraz 9 roztworów
wtórnych

na

osnowie

faz

międzymetalicznych. Niektóre z tych faz i
roztworów wtórnych utworzonych na ich
osnowie krystalizują bezpośrednio z cieczy
w

wyniku

reakcji

eutektycznej

lub

perytektycznej, niektóre zaś powstają w
stanie stałym.

Fragment wykresu równowagi Al–Cu (według L.A. Willeya)

Leszek A. Dobrzański - Rozdział‚ 7 - Metale nieżelazne i ich
stopy

ODLEWNICZE STOPY ALUMINIUM Z MIEDZIĄ

Odlewnicze stopy Al z Cu zawierają do ok. 5% Cu,
niekiedy

z

dodatkiem

Ti,

wpływający

na

rozdrobnienie ziarn i zwiększenie lejności. Są
stosowane rzadziej niż stopy Al z Si ze względu na
trudności technologiczne związane z wytwarzaniem
odlewów (wykazują podatność na mikropęknięcia
podczas

odlewania).

Dodatek

Cu

zwiększa

żaroodporność, pogarsza jednak odporność na
korozję w szczególności międzykrystaliczną. Stopy te
są stosowane na średnio i bardzo obciążone
elementy samochodów i maszyn.

STOPY ALUMINIUM Z MIEDZIĄ I MAGNEZEM DO OBRÓBKI

PLASTYCZNEJ

Stopy aluminium z Cu i Mg oraz niewielkim dodatkiem Mn albo
Fe, lub Si są nazywane duraluminium lub duralami
miedziowymi. Zwiększenie stężenia Cu oraz Mg powoduje
podwyższenie własności wytrzymałościowych i zmniejszenie
własności plastycznych oraz podatności durali na obróbkę
plastyczną. Skład chemiczny durali jest dobierany tak, aby w
stanie równowagi w temperaturze pokojowej wykazywały
strukturę jednofazową roztworu α(ω).

STOPY ALUMINIUM Z MIEDZIĄ I MAGNEZEM DO OBRÓBKI

PLASTYCZNEJ

Stopy Al z Cu i Mg są poddawane obróbce cieplnej
polegającej

na

wyżarzaniu

ujednorodniającym,

rekrystalizującym i przede wszystkim na utwardzaniu
wydzieleniowym. Przesycanie odbywa się w wodzie
po wygrzewaniu w temperaturze ok. 490÷510°C
przez 4÷6 h.

Durale miedziowe są stosowane na elementy
maszyn,

pojazdów

mechanicznych,

taboru

kolejowego, samolotów, a także w budownictwie. Ich
zastosowanie jest jednak ograniczone z powodu
braku odporności na korozję.

WIELOSKŁADNIKOWE STOPY ALUMINIUM

Z MIEDZIĄ

DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

Wieloskładnikowe stopy Al z Cu zawierają oprócz Mg, Si
i Mn także Fe, Ni, Ti, Zr lub Li cechują się dobrymi
własnościami mechanicznymi zarówno w temperaturze
pokojowej,

jak

i

podwyższonej.

Duża

ich

żarowytrzymałość jest związana z tworzeniem się faz
bogatych w Fe, Mn lub Ti. Dodatek Ti sprzyja
powstawaniu

drobnoziarnistej

struktury

stopu,

natomiast Mn ułatwia rekrystalizację. Żarowytrzymałe
stopy aluminium cechują się dobrą odpornością na
korozję gazową i erozję.

WIELOSKŁADNIKOWE STOPY ALUMINIUM Z MIEDZIĄ

DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

Obróbka cieplna tych stopów polega na
wyżarzaniu rekrystalizującym po zgniocie na
zimno oraz na utwardzaniu wydzieleniowym.
Przesycanie odbywa się zwykle w wodzie z
temperatury 510÷540°C, natomiast starzenie w
temperaturze

160÷200°C

przez

kilka

do

kilkudziesięciu godzin.

WIELOSKŁADNIKOWE STOPY ALUMINIUM Z MIEDZIĄ

DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ

Żarowytrzymałe stopy aluminium są stosowane na elementy
konstrukcyjne wytwarzane z wykorzystaniem obróbki plastycznej,
głownie kucia matrycowego, pracujące w temperaturze do ok.
350°C, w szczególności na elementy konstrukcji lotniczych,
środków transportu i maszyn.
 
Własności tych stopów w temperaturze pokojowej są jednak
niższe od własności durali miedziowych. Z tego względu unika się
stosowania wieloskładnikowych stopów Al z Cu na elementy
konstrukcyjne pracujące wyłącznie w temperaturze pokojowej.

Mikrostruktura duralu (PA29) w stanie wyżarzonym. Powiększ. 200x

WIELOSKŁADNIKOWE STOPY ALUMINIUM Z CYNKIEM

Stopy Al z Zn, zawierają również Mg oraz Cu i zwane
duralami cynkowymi. Wykazują najwyższe własności
wytrzymałościowe ze wszystkich stopów aluminium.
Ograniczenie ich stosowania jest związane z małą
odpornością na działanie podwyższonej temperatury.
Durale cynkowe są także mało odporne na korozję, w
szczególności naprężeniową, i z tego względu często
plateruje się je aluminium lub stopem Al z Zn. Są
wytwarzane w postaci blach, prętów, odkuwek i
kształtowników. Niektóre stopy aluminium z cynkiem
można też stosować jako odlewnicze.

STOPY ALUMINIUM Z ŻELAZEM

Przeznaczone do obróbki plastycznej stopy
aluminium z żelazem zawierają 0,4÷2,0%
Fe oraz dodatek Mn lub Si. Struktura,
obróbka

cieplna,

właściwości

i

zastosowanie tych materiałów są podobne
jak w przypadku stopów Al–Mn.

•Leszek A. Dobrzański - Rozdział‚ 7 - Metale nieżelazne i ich stopy

•

http://www.labmat.pw.plock.pl/metal/met_nie/alum.htm

•

http://www.zmio.ps.pl/Tworzywa_metaliczne/09_Stopy%20Al,Mg,Ti.pd
f

•

http://www.zod.tu.koszalin.pl/dokumenty_pdf/materialy_uzupelniaja
ce/materialoznawstwo/6_Stopy_CuAlMgLiTi.pdf

•

http://157.158.19.181/platforma/file.php/1/prezentacje/

Stopy_metali_lekkich.pdf

BIBLIOGRAFIA:

DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ !