Rozdział l

Aluminium i jego stopy

1. Jakie jest znaczenie metali i stopów nieżelaznych?

Metale i stopy nieżelazne odgrywają w technice bardzo istotną rolę i jej rozwój nie byłby bez nich możliwy. Tak np. miedź i aluminium znalazły zastosowanie w elektro­technice do wytwarzania przewodów elektrycznych. Miedź jest poza tym stosowana do produkcji rur, pokryć dachów, wymienników ciepła oraz uzwojeń transformatorów i silników. Stopy miedzi wykorzystuje się do wyrobu łożysk ślizgowych i armatury. Stopy lekkie na osnowie aluminium i tytanu stosuje się w przemyśle lotniczym, rakie­towym i transporcie, a także jako stopy z pamięcią kształtu. Stopów aluminium używa się na elementy silników spalinowych. Ze stopów niklu wytwarza się monety, stopy żarowytrzymałe (elementy grzewcze, łopatki turbin i termoelementy). Z cynku wytwa­rza się pokrycia antykorozyjne, a z jego stopów - armaturę, łożyska i odlewy ciśnie­niowe. Stopy ołowiu stosuje się na pokrycia kabli, osłony antyradiacyjne i w poligrafii; stopy cyny - na łożyska ślizgowe i lutowia. Z wolframu i kobaltu wytwarza się węgliki spiekane. Złoto znalazło zastosowanie w elektronice i jubilerstwie, a platyna także w przemyśle chemicznym. Ten zwięzły przegląd nie wyczerpuje oczywiście wszyst­kich zastosowań, ale świadczy o ich ważności i szerokiej użyteczności w różnych dzie­dzinach techniki. Bardziej szczegółowo zastosowania te będą omówione w następnych rozdziałach.

2. Jakie są zasady oznaczania stopów metali nieżelaznych?

Oznaczanie stopów metali nieżelaznych przeprowadza się za pomocą znaków lub cech. W znakach stosuje się symbole chemiczne pierwiastków. Na początku jest sym­bol zasadniczego składnika (osnowy), po czym następują symbole dodatków stopo­wych, a jeśli ilość dodatku przekracza ok. 1,5%, dodaje się liczbę wskazującą na średnią zawartość dodatku. Symbole składników są podawane w kolejności ich maleją­cego udziału (np. CuSn4Zn3 oznacza stop na osnowie miedzi o zawartości ok. 4% Sn i 3% Zn).

Cecha stopu stanowi umowny znak literowy lub literowo-liczbowy, określający gatunek stopu. Brak jest jednolitej, konsekwentnej zasady oznaczania. Na ogół na po­czątku stawia się symbol podstawowego składnika, po czym następuje symbol naj­ważniejszego dodatku i liczba podająca jego zawartość w procentach masowych (np. AK20 oznacza stop AlSi21CuNi), ale np. B663 oznacza brąz CuSn6Zn6Pb3 (B -brąz). Niekiedy na drugiej pozycji podaje się symbol następnego pod względem zawar­tości dodatku stopowego (na przykład w mosiądzach pomija się symbol cynku i MM47 oznacza mosiądz o zawartości 47% Cu). Jeżeli liczba jest dwu- lub trzycyfrowa, to po­szczególne cyfry mogą oznaczać średnie zawartości kolejnych składników (np. AK52 stop aluminium zawierający 5% Si i 2% Cu - AlSi5Cu2). Liczba może też oznaczać kolejny numer stopu w normie (zwykle wtedy, gdy cecha zawiera na początku symbol P - do przeróbki plastycznej). Na przykład PA4 oznacza stop do przeróbki plastycznej na osnowie aluminium, nr 4 (AlMglSilMn). Stosuje się następujące symbole składni­ków w cechach:

A - aluminium M - miedź

B - beryl M (na początku) - mosiądz "'

B (na początku) - brąz N-nikiel

C-cyna O-ołów

G - magnez Z - cynk

K - krzem P - fosfor

P (na początku) - stop do przeróbki plastycznej. •

3. Jakie są cechy aluminium?

Aluminium krystalizuje w sieci A l i dzięki temu cechuje się dużą plastycznością Ma parametr sieci a = 0,40408 nm, temperaturę topnienia 606,4°C i wrzenia 2060°C

Mała gęstość 2,7 g/cm³ (prawie 3 razy mniejsza od żelaza) kwalifikuje ten metal do grupy metali lekkich. Dzięki tym cechom i stosunkowo obfitemu występowaniu w przyrodzie (ok. 7%) metal ten znalazł dość szerokie zastosowanie.

4. Jakie są własności i zastosowania aluminium?

Aluminium cechuje się dobrym przewodnictwem cieplnym i elektrycznym (gor­szym jednak niż miedź), dzięki czemu znalazło zastosowanie do wytwarzania przewo­dów elektrycznych. Wytrzymałość czystego aluminium jest niska: R,^ = 70 + 120 MPa, R_e = 20 - 40 MPa, wydłużenie A₅ = 30 - 40%, przewężenie Z = 80 - 90%. Twardość wynosi 15 -^ 30 HB, może jednak być zwiększona przez zgniot. Dlatego jest stosowane głównie w postaci stopów. Ma wysoką energię błędu ułożenia 200 + 250 mJ/m². Na powietrzu pokrywa się cienką warstwą tlenku A1₂O₃, która chroni przed dalszym utle­nianiem. Jest odporne na działanie wody, H₂CO₃, H₂S, wielu kwasów organicznych i związków azotu. Natomiast nie jest odporne na działanie wodorotlenków (np. NaOH, KOH), kwasów beztlenowych (HF, HC1), wody morskiej i jonów rtęci. Zgodnie z PN aluminium wytwarza się o różnych stopniach czystości. Najczystszy gatunek A199,995R stosuje się do wytwarzania aparatury chemicznej i folii kondensatorowych, gatunek AI99.5H - na folie, powłoki kablowe i do platerowania stopów, a A199 - na wyroby codziennego użytku (sztućce, naczynia). Do najczęstszych zanieczyszczeń aluminium należą Fe, Si, Cu, Zn, Ti. Obniżają one ciągliwość i przewodnictwo elek­tryczne, ale zwiększają twardość i wytrzymałość. Aluminium przerabia się plastycznie - walcuje na blachy i folie lub wyciska (pręty, rury, drut, kształtowniki). Przeróbkę plastyczną można przeprowadzać na zimno lub na gorąco (450°C). Ze względu na duże powinowactwo do tlenu znalazło zastosowanie w aluminotermii oraz do odtleniania stali. Oprócz tego znalazło szerokie zastosowanie w przemyśle spożywczym oraz do aluminiowania dyfuzyjnego stali.

5. Jaki jest wpfyw dodatków stopowych na wlasności aluminium?

Własności wytrzymałościowe czystego aluminium są stosunkowo niskie. Dlatego stosuje się stopy, które po odpowiedniej obróbce cieplnej osiągają wytrzymałość nawet kilkakrotnie większą. Na rysunku 15.1 pokazano wpływ niektórych pierwiastków sto­powych na wytrzymałość stopów aluminium. Dzięki małej gęstości stopy aluminium cechują się korzystnym parametrem konstrukcyjnym, tzn. stosunkiem wytrzymałości

do gęstości, który jest dla niektórych stopów większy niż dla stali. Prócz tego ich udar-ność nie maleje w miarę obniżania temperatury, dzięki czemu przy niskich temperatu­rach mają większą udarność niż stal. Odznaczają się jednak małą wytrzymałością zmęczeniową- ulegają zmęczeniu nawet przy niskich naprężeniach.

6. Jaka jest klasyfikacja stopów aluminium?

Stopy aluminium dzieli się na odlewnicze i do przeróbki plastycznej. Niektóre sto­py nadają się zarówno do odlewania, jak i przeróbki plastycznej. Stopy odlewnicze zawierają zwykle więcej dodatków stopowych (5 - 25%) niż do przeróbki plastycznej.

Inny podział może się opierać o kryterium podatności do utwardzania wydziele­niowego. Mogą być stopy o dużej podatności (duraluminium), małej, lub bez podatno­ści. Można wreszcie podzielić stopy wg rodzaju pierwiastków stopowych: dwuskładnikowe (z miedzią, cynkiem, krzemem itp.) lub wieloskładnikowe.

7. Jakie są stopy odlewnicze aluminium?

Ze stopów tych odlewa się zwykle elementy o złożonych kształtach. Są odlewane do form piaskowych lub kokili, grawitacyjnie lub pod ciśnieniem. Mają one jednak własności mechaniczne gorsze niż po przeróbce plastycznej, co jest wynikiem segre­gacji i porowatości. Wlewki można odlewać metodą ciągłą lub półciągłą. Typowymi stopami odlewniczymi sąsiluminy (z krzemem) oraz stopy z miedzią i magnezem.

8. Jakie są cechy układu równowagi Al - Si?

Aluminium tworzy z krzemem układ eutektyczny z ograniczoną rozpuszczalnością krzemu (max. 1,65% Si w roztworze a przy temperaturze 577°C). Rozpuszczalność Al w Si (p) jest bardzo mała. Eutektyka a + (3 powstaje przy 12,6% Si przy temperaturze 577°C. Wykres układu równowagi Al - Si przedstawiono na rysunku 15.2.

9. Jaki jest podział silumin ów w oparciu o układ Al-Si?

Siluminy można podzielić na: podeutektyczne, eutektyczne i nadeutektyczne. Sto­py podeutektyczne o zawartości Si < 12,6% składają się z pierwotnych kryształów roztworu stałego a na tle eutektyki, stopy nadeutektyczne ( > 12,6% Si) składają się

_z wydzieleń krzemu na tle eutektyki, a eutektyczne z samej eutektyki. Silumin o skła­dzie zbliżonym do eutektycznego ma 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 Si (b) - rysunek 15.3 - co prowadzi do znacznego obniżenia własności mechanicznych stopu. Można temu zapobiec przez modyfikację. Większą ciągliwość wykazują siluminy podeutektyczne. Przykładem dwuskładnikowe­go siluminu jest AK11 (10 -^ 13% Si). W odlewach ciśnieniowych osiąga własności: ^ = 250 MPa, A₅ = l - 4%, twardość 70 HB.

10. Na czym polega modyfikacja siluminów?

Modyfikacja stopów polega na wprowadzeniu dodatku do ciekłego stopu, zwięk­szającego ilość zarodków krystalizacji i ewentualnie powodującego także inne efekty. Siluminy podeutektyczne i eutektyczne modyfikuje się sodem, najczęściej w postaci NaF zmieszanego z NaCl i KC1, rzadziej sodem metalicznym, który silnie odtlenia stop. Ogólna ilość modyfikatora nie przekracza 0,1%. Dodatek sodu powoduje obni­żenie temperatury przemiany eutektycznej oraz przesunięcie punktu eutektycznego wprawo ku wyższej zawartości krzemu (ok. 13%). Dzięki temu stopy o składzie nad-eutektycznym krzepnąjako podeutektyczne z dendrytycznymi wydzieleniami roztworu a (ubogiego w Si) na tle drobnoziarnistej eutektyki (rysunek 15.4). W wyniku tego wytrzymałość 1^ rośnie z ok. 110 do 250 MPa, a wydłużenie A₅ z ok. 1% do ok. 8%.

Siluminy nadeutektyczne modyfikuje się też za pomocą fosforu. Tworzy on zwią­zek A1P, który stanowi zarodki krystalizacji dla krzemu, w wyniku czego następuje rozdrobnienie wydzieleń. Modyfikacja sodem wykazuje szereg wad, jak niszczenie wymurówki pieca i krótki czas działania (20 -*• 40 min), co odbija się ujemnie na struk­turze odlewów później odlanych. Wad tych nie wykazują odlewy modyfikowane strontem.

U. Na czym polega modyfikowanie siluminów strontem?

Stront wprowadza się w ilości 0,01% masy stopu. Pozwala on nie tylko na utrzy­manie jednakowej struktury odlewów w czasie całego okresu odlewania stopu, ale tak­że działa jako modyfikator przy powtórnym przetopieniu i odlewaniu. Nie reaguje także z wymurówką kadzi.

12. Jakie dodatki stopowe wprowadza się do siluminów?

Do siluminów wprowadza się różne dodatki stopowe, takie jak miedź, magnez, nikiel i mangan. Dodatek magnezu do 1,5% umożliwia stosowanie utwardzania wy­dzieleniowego drogą przesycania i starzenia. Również miedź stwarza taką możliwość, z tym że pogarsza jednocześnie odporność na korozję. Natomiast dodatek ok. 1% Ni poprawia odporność korozyjną odlewów. Ujemny wpływ domieszki żelaza, które w stopach aluminium jest na ogół szkodliwe, zmniejsza się dodatkiem ok. 0,5% Mn. Powoduje to koagulację kruchego związku międzymetalicznego Al-Si-Fe. Przykładem takich stopów może być AK7 - AlSi7Mg, cechujący się bardzo dobrą lejnością, spa-walnością i odpornością chemiczną. Ma wytrzymałość R_m = 200 MPa, A₅ = 2% i twardość 60 HB. Innym stopem jest AK52 - AlSi5Cu2 (ok. 5% Si, ok. 2% Cu, i po ok. 0,5% Mg i Mn), który stosuje się na głowice silników i części samolotów. Jego własności są następujące: R^ = 240 MPa, A₅ = 0,4%, twardość 75 HB. Do wielo­składnikowych należy AK.20 - AlSi21CuNi, zawierający także ok. 0,5% Mg i 0,2% Mn. Jego własności to: ^ = 200 MPa, A₅ = 0,2%, twardość 90 HB. Jest stosowany głównie na tłoki silników spalinowych.

13. Jakie są stopy odlewnicze aluminium z miedzią? Jakie są ich własności?

Jako stopy odlewnicze mogą być stosowane stopy podeutektyczne o zawartości 10% Cu (AlCulO). Ich struktura składa się z eutektyki co - CuAl₂ rozłożonej na grani­cach ziarn dendrytów roztworu stałego co. Stop ten ma dobrą lejność, ale stosunkowo niską wytrzymałość. Można j ą podwyższyć drogą odlewania do kokili lub przez obrób­kę cieplną, obniża to jednak ciągliwość stopu. Innym stopem jest AlCu4 (AM4) stoso­wany na odlewy kokilowe, który po starzeniu osiąga Rj,, = 230 MPa i A₅ = 3%. Stosowany jest na galanterię stołową.

14. Jakie są cechy i fazy układu Al - Cu?

Układ Al - Cu od strony Al jest eutektyczny, z polem roztworu granicznego co, o maksymalnej rozpuszczalności 5,6% Cu przy temperaturze 548°C i eutektyką co + 0 (CuAl₂) występującą przy zawartości miedzi 33,2%. Rozpuszczalność miedzi w alu­minium spada z temperaturą i przy 20°C wynosi już tylko ok. 0,1%. Stwarza to możli­wość obróbki cieplnej stopów drogą utwardzania wydzieleniowego. Faza 0 jest

wtórnym roztworem stałym zawierającym ok. 55% Cu. Fragment układu Al - Cu jest przedstawiony na rysunku 15.5.

/5. Jakie są stopy odlewnicze aluminium z magnezem? Jakie są ich własności?

Jako stop odlewniczy jest stosowany AlMglO, nie zawierający eutektyki (patrz ry­sunek 15.9b), który może być umacniany wydzieleniowo. Ma dobre własności wy­trzymałościowe i plastyczne (R,,, = 280 MPa, A₅ = 8%). Ma on wprawdzie niezbyt dobrą lejność, ale nadaje się na odlewy ciśnieniowe. Cechuje się bardzo dużą odporno­ścią na działanie wody morskiej.

16. Jakie są cechy i fazy układu aluminium - magnez?

Układ równowagi Al - Mg (rys. 15.9b) jest od strony aluminium eutektyczny z eutektyką a + (3 występującą przy zawartości 35% Mg przy temperaturze 451°C. Roztwór (pierwotny) a może rozpuścić max. 14,9% Mg i rozpuszczalność maleje z obniżaniem temperatury do 1,9% przy 20°C. Faza P (Mg₂Al₅) jest wtórnym roztwo­rem stałym o zawartości 35,5% Mg. Wydziela się z roztworu stałego a umacniając dyspersyjnie stop, ale umocnienie jest niewielkie.

17. Jakie są stopy aluminium do przeróbki plastycznej?

Jako stopy do przeróbki plastycznej stosuje się najczęściej stopy wieloskładnikowe zawierające magnez i mangan lub miedź; magnez i mangan, jednak w mniejszych ilo­ściach niż w stopach odlewniczych. W niektórych stopach spotyka się także inne do­datki, jak Si, Ni, Fe, Cr, Ti. Są następujące stopy: AlMnl (aluman), AlMg2 (hydronalium), AlMglSilMn (anticorodal), AlMgSi (aldrey), AlCu4Mg2 (duraluminium lub dural), AlZn6Mg2Cu (dural cynkowy), a także AlCu2SiMn (PA31), AlCu4SiMn (PA33), AlSiMgCu (PA10). Trzy ostatnie zawieraj ą mikrododatki tytanu.

18. Jakie są stopy aluminium do przeróbki plastycznej z miedzią?

Stopy aluminium zawierające do 5% miedzi są typowe do przeróbki plastycznej i utwardzania wydzieleniowego. W ich strukturze nie występuje eutektyka i przy tem­peraturze przesycania ok. 500°C składa się ona z roztworu stałego co. Przykładem jest stop AlCu4, który po wyżarzaniu ma R,^ = ok. 200 MPa, a po przesyceniu i starzeniu naturalnym w ciągu 4*5 dób może osiągnąć dwukrotnie większą wartość. Na rysunku 15.6 przedstawiono wykres ilustrujący zależność wytrzymałości od czasu starzenia. Jak widać, największe zmiany twardości następują w ciągu pierwszej doby, później przy­rosty sąjuż coraz mniejsze, aż po czterech dobach ustala się stała twardość, świadcząca o wydzieleniu z przesyconego roztworu całego nadmiaru miedzi. Stopień umocnienia zależy również od składu stopu i jest tym większy, im więcej wydzieli się fazy dysper­syjnej, a więc im stop jest bogatszy w miedź. Inny charakter mają krzywe umocnienia otrzymane przy przyśpieszonym starzeniu. Mają one wyraźne maksimum, które obniża się i jednocześnie przesuwa w lewo (ku krótszym czasom) w miarę wzrostu temperatu­ry starzenia.

Widać to na rysunku 15.7 przedstawiającym krzywe umocnienia duralu. Krzywe odpowiadające ujemnym temperaturom wykazują mały stopień umocnienia, a przy -50°C umocnienie nie zachodzi. Jest to wynikiem bardzo małej szybkości dyfuzji.

19. Jakie stopy nadają się do utwardzania wydzieleniowego?

Obróbce cieplnej zwanej utwardzaniem wydzieleniowym można poddawać stopy,
w których występuje pierwotny roztwór stały o zmiennej rozpuszczalności składnika
stopowego, malejącej z obniżaniem temperatury. Do stopów takich zalicza się np. sto­
py aluminium z miedzią (AlCu4) lub durale. Do utwardzania wydzieleniowego nadają
się również stopy na osnowie innych metali. Największe umocnienie uzyskuje się, gdy
wydzielające się cząstki faz są koherentne z osnową. , .

_tJ"K/ ₁^J'."

20. Co to są strefy Guinier-Prestona?

Analiza zjawisk zachodzących podczas starzenia stopu Al - Cu wykazała, że w wyniku dyfuzji powstają zmiany struktury będące wynikiem rozkładu przesyconego roztworu stałego, które można podzielić na kilka stadiów. Pierwsze stadium polega na tworzeniu się w płaszczyznach {100} skupisk atomów miedzi, które nazywamy stre-

fami Guinier-Prestona (G-P). Są to cienkie, dyskopodobne płytki o grubości kilku i średnicy kilkunastu nm, koherentne z osnową. Sieć krystaliczna tych skupisk nie ule­ga zmianie, ale zmienia się ich parametr sieci. Powoduje to duże naprężenia i wzrost twardości. Strefy G-P są odpowiedzialne za wzrost umocnienia, zwłaszcza podczas sta­rzenia naturalnego. Są niestabilne termicznie i po podgrzaniu do temperatury ok. 200°C ulegają rozproszeniu.

21. Jakie są następne stadia starzenia stopów?

W miarę upływu czasu starzenia wzrasta wymiar stref G-P, co zwiększa umocnie­nie. Jednocześnie koncentracja miedzi w tych strefach stopniowo wzrasta, osiągając wartość odpowiadającą związkowi CuAl₂. Początkowo powstaje faza przejściowa 0" o sieci tetragonalnej, koherentna z osnową, która następnie ulega przemianie w fazę o sieci tetragonalnej 6', częściowo koherentną z roztworem co. Koherentne wydzielenia silnie umacniają stop. Utworzenie fazy równowagowej 0 (Al₂Cu) niekoherentnej z osnową prowadzi do obniżenia twardości. Obserwuje się więc początkowo wzrost twardości, a następnie jej spadek.

22. Co to jest przestarzenie i jak wpływa ono na własności stopu?

Ze wzrostem czasu starzenia początkowo następuje wzrost twardości, a następnie jej spadek. Jest to spowodowane przemianą fazy 0' w równowagową fazę 0 (CuAl₂), czemu towarzyszy zerwanie koherencji i zmniejszenie naprężeń. Towarzyszący temu spadek twardości nazywamy efektem przestarzenia. W tym stadium można już obser­wować płytkowe cząstki wydzieleń pod mikroskopem optycznym. Efekt przestarzenia nie występuje przy starzeniu naturalnym.

23. Co to jest zjawisko nawrotu?

Jeżeli umocniony wydzieleniem się stref G-P stop zostanie podgrzany np. do 200°C przez 2*3 min., wówczas następuje nagły spadek twardości. Jest to związane z rozproszeniem się stref G-P w roztworze stałym. Pozostawienie takiego stopu przy temperaturze pokojowej wywołuje powtórne starzenie naturalne, czyli wydzielanie się stref G-P i związany z tym wzrost twardości, tak jak to pokazano na rysunku 15.8. Zjawisko to nazywamy nawrotem.

31. Na czym polega obróbka cieplna durali?

Durale są typowymi stopami do utwardzania wydzieleniowego, polegającego na przesycaniu od temperatury ok. 500°C i starzeniu, którego temperatura i czas są zależ­ne od własności, jakie chcemy uzyskać. Na rysunku 15.7 przedstawiono wykres ilustru­jący wpływ temperatury starzenia na wytrzymałość. Wynika z niego, że im wyższa jest temperatura starzenia, tym niższa jest maksymalna wytrzymałość, jaką można osiągnąć i krótszy czas do tego konieczny. Spadek wytrzymałości po osiągnięciu maksimum jest efektem przestarzenia. Największą wytrzymałość osiąga się po starzeniu naturalnym, ale proces ten następuje najwolniej i stop cechuje się najmniejszą ciągliwością.

32. Jak motna zapobiec starzeniu durali?

Starzeniu durali zapobiega się przechowując wyroby po przesyceniu przy obniżo­nych temperaturach. W ten sposób zmniejsza się szybkość dyfuzji i tym samym zostaje zahamowane wydzielanie się stref G-P. Z wykresu na rysunku 15.7 wynika, że przy temperaturze -50°C proces starzenia zostaje prawie zupełnie zahamowany. Ma to zna­czenie praktyczne przy przechowywaniu nitów do nitowania blach na pokrycia samolo­tów.

33. Co to jest dural cynkowy?

Jest to wieloskładnikowy stop aluminium do przeróbki plastycznej o składzie: 1,4 - 2,0% Cu; 1,8 - 2,8% Mg; 0,2 - 0,6% Mn; 5 - 7% Zn i ok. 0,2% Cr. Osiąga jesz­cze wyższą wytrzymałość niż durale bezcynkowe (R,,, = 600 + 700 MPa, R,, = 500 •*• 550 MPa, A₅ = 12%, twardość 150 HB). Temperatura przesycania wynosi 470°C, a starzenia 120 +• 140°C; czasy odpowiednio 20 + 10 h. Stosuje się na bardzo silnie obciążone elementy samolotów i pojazdów.

34. Co to jest stop aldrey?

Stop aldrey jest oznaczony w PN: AlMgSi (PA38). Ma skład: 0,4 - 0,9% Mg; 0,7

•s- 1,5% Si i 0,2% Ti. Cechuje się dobrą przewodnością elektryczną (tylko o 15% niższą od czystego aluminium) i dobrą wytrzymałością, co zadecydowało o jego zastosowaniu

— energoelektryczne linie napowietrzne. Jest on poddawany kombinowanej obróbce

cieplno-plastycznej, najpierw przesycany od temperatury 550 -^ 560°C, następnie od­kształcany (90% zgniotu) i wreszcie starzony samorzutnie lub sztucznie (105°C, ok. 10 h). Tą drogą osiąga się dwukrotnie większą wytrzymałość stopu od aluminium, dzięki czemu można go stosować na przewody bez wzmacniających drutów stalowych. Ze stopu tego wytwarza się również przedmioty dekoracyjne, sprzęt sportowy, domowy i turystyczny.

35. Jakie są stopy aluminium do pracy przy podwyższonej temperaturze?

Są to stopy zawierające następujące pierwiastki stopowe: Cu, Mg, Si, Ni, Ti, Fe, Cr, Zr. Są przeznaczone na elementy silników spalinowych, jak tłoki, głowice i inne w przemyśle lotniczym i rakietowym. Są nagrzewane nawet do 350°C i muszą zacho­wać odpowiednie własności w ciągu długiego okresu czasu. Stosuje się je w stanie la­nym lub po przeróbce plastycznej (prasowaniu, tłoczeniu). Przedstawicielem tej grupy jest PA29, zawierający ok. 2% Cu; 1,5% Mg; po ok. 1% Si, Ni i Fe oraz ok. 0,2% Ti. Stop ten nie wykazuje prawie spadku twardości do temp. 200°C.

Innymi stopami o własnościach żaroodpornych jest SAP i stop Al-Cr-Zr otrzy­mywany z granulek przesyconego roztworu.

36. Co to jest SAP?

Jest to materiał wytwarzany metodą prasowania i spiekania utlenionego proszku aluminiowego. Skrót SAP pochodzi od angielskiego Sintered Aluminium Powder (spiekany aluminiowy proszek).

Podczas prasowania A1₂O₃, pokrywający ziarna proszku, zostaje pokruszony i po­wstają dyspersyjne cząstki umacniające stop, hamujące ruch dyslokacji i migrację gra­nic ziarn, a także poślizg po granicach ziarn. SAP zawierający ok. 7% A1₂O₃ rekrystalizuje dopiero przy temperaturze 500°C, tj. 0,8 T_top. Z rysunku 15.10 wynika, że powyżej temperatury 500°C wytrzymałość SAP-u jest wyższa niż innych żarowy-trzymałych stopów aluminium.

37. Co to jest stop otrzymywany z granulek przesyconego roztworu stałego na bazie aluminium?

Została opracowana metoda wytwarzania materiału z granulek stopu aluminium z chromem i cyrkonem (po 1,5%), otrzymywanych przez odlewanie przegrzanego roztworu ciekłego do temperatury 1100°C do wody przez wirujące sita. Następnie gra­nulki są prasowane i spiekane, po czym następuje przeróbka plastyczna spieku przez wyciskanie i walcowanie. Stop jest silnie przesyconym roztworem stałym, który nie rozkłada się aż do jego stopienia. Zachowuje dość wysokie własności wytrzymało­ściowe aż do temperatury 500°C i wykazuje stosunkowo mały spadek wytrzymałości z temperaturą (rys. 15.10).

ji

38. Na czym polega obróbka cieplno-plastyczna stopów aluminium? <

Obróbka ta jest realizowana z wykorzystaniem przemian fazowych zachodzących podczas starzenia stopów. Najczęściej stosuje się niskotemperaturową obróbkę, polega­jącą na przesyceniu stopu, a następnie jego odkształceniu plastycznym przed starze­niem, przy czym odkształcenie przeprowadza się przy temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji. Odkształcenie wywołuje wzrost ilości defektów sieci i przyśpiesza starzenie (powstawanie wydzieleń). Z drugiej strony opóźnia się tworze­nie stref G - P na skutek segregacji atomów na dyslokacjach. Ma to miejsce np. w przesyconym i natychmiast odkształconym na zimno duraluminium. Odkształcenie plastyczne może wywołać zmianę sekwencji powstawania faz podczas starzenia, ob­serwowaną np. w stopie AlCu4, w którym faza 0 (CuAl₂) poprzedza wydzielanie się fazy 0'. Pojawienie się niekoherentnych, stabilnych wydzieleń 0 zmniejsza efekt u-mocnienia przez starzenie. W tym przypadku korzystne jest stosowanie odkształcenia plastycznego dopiero po pewnym okresie starzenia naturalnego. Może to bowiem pro­wadzić nie tylko do wzrostu umocnienia, ale i skrócenia czasu starzenia. Obróbka taka zastosowana do stopu PA38 (starzenie naturalne przed odkształceniem plastycznym - 2 h) prowadzi do zwiększenia wytrzymałości o 25 + 30% w stosunku do zwykłego utwardzania wydzieleniowego. Stopień odkształcenia wymagany do uzyskania wi­docznego efektu umocnienia nie jest zbyt duży (nie przekracza kilku procent). Na przykład 1,5 procentowe odkształcenie duralu (PA7) przed starzeniem zwiększa jego wytrzymałość o ponad 10%.

---