2009/2010

1

Konstrukcje aluminiowe
obróbka i montaż

Krzysztof Dobiszewski

Politechnika Gdańska

Katedra Konstrukcji

Metalowych

1

Definicja stopu aluminium



Stopy aluminium to tworzywa

metaliczne otrzymane przez stopienie

aluminium z jednym lub większą liczbą

metali (bądź z niemetalami), celowo

wytworzone dla uzyskania żądanych

własności.

2

Rodzaje stopów



Stopy aluminium w zależności od rodzaju

dalszej obróbki dzieli się na stopy do

obróbki plastycznej i stopy odlewnicze, a

te z kolei na stopy utwardzalne i

nieutwardzalne dyspersyjnie. Ze względu

na szczególne własności odróżnia się

stopy na odlewy pod ciśnieniem, na tłoki,

stopy do odlewów na automatach itp.

3

Pierwiastek podstawowy i dodatki

stopowe



Podstawowym pierwiastkiem stopów

aluminium jest przeważnie czyste

aluminium o zawartości 99,5% Al.

Najważniejszymi składnikami

stopowymi są: miedź, krzem,

magnez, cynk i mangan. Ich wpływ

jest różnorodny i zależy od postaci,

w jakiej występują one w stopie.

4

Rodzaje stopów

Tabela gatunków

L.p

Oznaczenie wg EN

Oznaczenie wg PN

Oznaczenie wg DIN

1

1050A

A1

Al99.5

2

1070A

A0

Al99.7

3

1200

A2

Al99

4

2014

PA33

AlCuSiMn

5

2017A

PA6

AlCuMg1

6

2024

PA7

AlCuMg2

7

2117

PA24

AlCu2,5Mg0,5

8

3103

PA1

AlMn

9

5005A

PA43

AlMg1

10

5019

PA20

AlMg5

11

5083

PA13

AlMg4,5Mn0,7

12

5251

PA2

AlMg2Mn0,3

13

5754

PA11

AlMg3

14

6060

PA38

AlMgSi0,5

15

6061

PA45

AlMgSiCu

16

6082

PA4

AlMgSi1

17

7020

PA47

AlZn4,5Mg1

18

7075

PA9

AlZnMgCu1,5

19

8011A

PA0

AlFeSi

5

Własności



W porównaniu z czystym aluminium,
wszystkie stopy aluminium odznaczają się
podwyższoną wytrzymałością, granicą
plastyczności na rozciąganie i twardością.
Ponadto dodatki stopowe wpływają na
takie własności jak: współczynnik
rozszerzalności cieplnej, przewodność
elektryczna, trwałość i odkształcalność.

6

2009/2010

2

Tabela stanów

L.p

Oznaczenia stanów umocnienia

Objaśnienia stanów

Wg PN-EN 515

Wg PN [stare]

1

H112

pg

gorącowalcowany

2

F

pg [>20 mm

grubości]

gorącowalcowany [błamy]

3

H116

pgr

gorącowalcowany [PA13]

4

-

pgr

gorącowalcowany stabil. [PA13]

5

O/H111

r

rekrystalizowany

6

O

rw

rekrystalizowany [GT]

7

H12

z2

1/4 twardy

8

H14

z4

2/4 [1/2] twardy

9

H16

z5

3/4 twardy

10

H18

z6

4/4 twardy

11

H22

z2r

1/4 twardy cz. wyżarzony

12

H24

z4r

2/4 [1/2] twardy cz. wyżarzony

13

H26

-

3/4 twardy cz. wyżarzony

14

H28

-

4/4 twardy cz. wyżarzony

15

H32

z2s

1/4 twardy stabilizowany

16

H34

z4s

2/4 [1/2] twardy stabilizowany

17

H34

z4s

3/4 [1/2] twardy stabilizowany

7

Obróbka plastyczna



Obróbka plastyczna to metoda bezubytkowego

kształtowania elementów metalowych. Uzyskuje się

zazwyczaj poprawę własności mechanicznych.

Typowymi rodzajami obróbki są



zgniatanie



walcowanie



kucie



ciągnienie



prasowanie



zginanie.

8

Obróbka - oznaczenia



F 32 — minimalna wytrzymałość 320 MPa,



pi — platerowany,



w — miękki,



a — utwardzony dyspersyjnie,



zh — utwardzany ciągnieniem



G — odlew (ogólnie, zazwyczaj odlew w formach piaskowych),



GD — odlew ciśnieniowy,



GK — odlew kokilowy,



E — materiał przewodzący;



E-AlMgSi, G-AlSi5Cul.

Przykłady:

9

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. Niektóre z tych stopów są stosowane w stanie

zgniecionym lub po wyżarzaniu rekrystalizującym, a część jest

poddawana obróbce cieplnej polegającej na utwardzaniu

wydzieleniowym. Odkształceniu plastycznemu, przy zachowaniu

specjalnych warunków, można także poddawać stopy aluminium o

stężeniu dodatków stopowych większym niż 5%.

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

10

Stopy aluminium
do obróbki plastycznej



AlMn



AlMg



AlMgMn



AlMgSi



AlCuMg



AlZnMg



AlZnMgCu

•cięcie

•toczenie

•wiercenie

•frezowanie

•gwintowanie

Obróbka
mechaniczna

11

Gięcie

12

2009/2010

3

Wykrawanie

13

Wytrzymałość stopów aluminium

do obróbki plastycznej

14

Produkty

15

Produkty

16

Połączenia

17

Połączenia

18

2009/2010

4

Obróbka powierzchni

Anodowanie

aluminium polega na wytworzeniu w

procesie elektrolitycznym, ściśle związanej z powierzchnią
metalu, porowatej warstwy tlenkowej. Własności i wygląg
powłoki tlenkowej zależą przede wszystkim od materiału
wyjściowego

(gatunek

aluminium),

sposobu

jej

wytworzenia

i

zastosowanego

wariantu

wstępnego

przygotowania powierzchni wyrobu. Porowatość powłoki
pozwala stosować różne techniki barwienia anodowanych
powierzchni wyrobów aluminiowych. Powłoki anodowe w
zależności od ich grubości i rodzaju aluminium mogą
zabezpieczać

aluminium

nawet

przed

wpływem

agresywnych czynników atmosferycznych takich jak kwaśne
deszcze czy woda morska.

19

Obróbka powierzchni

Barwienie elektrochemiczne

Polega na wprowadzaniu pod wpływem działania

prądu elektrycznego jonów metali ciężkich (Cu, Ni, Sn,
Mn) w wytworzoną na powierzchni aluminium
porowatą warstwę tlenku glinu. Metodą tą możemy
otrzymać wiele odcieni brązu i kolor imitujący wygląd
stali kwasoodpornej. Barwy otrzymane w procesie
elektrochemicznym charakteryzują się bardzo dobrą
odpornością na działanie światła.

Barwienie chemiczne

Barwienie to polega na adsorpcji barwnika

organicznego lub nieorganicznego przez porowatą
powłokę tlenku glinowego wytworzoną na
aluminium w procesie anodowania. Barwienie to
można stosować właściwie dla wszystkich
gatunków aluminium poza stopami odlewniczymi
z wysoką zawartością krzemu. Trzeba jednak
wziąć pod uwagę, że dla różnych gatunków
aluminium otrzymane odcienie kolorów będą się
różniły. Wynika to z własności powłok
anodowych.

Barwienie anodowanych wyrobów aluminiowych wykonjemy dwiema metodami

:

20

Obróbka

powierzchni

BARWA POWŁOKI tlenkowej na aluminium zależy od rodzaju
materiału wyjściowego. Wpływ ma tu rodzaj i zawartość składników
stopowych w materiale wyjściowym, a także warunki otrzymywania
metalu. Regułą jest, że najbardziej jednorodne powłoki otrzymywane
są na materiałach, które były mechanicznie deformowane lub
poddane homogenizacji temperaturowej. Całkowicie bezbarwne
powłoki otrzymuje się tylko w przypadku anodowania czystego
aluminium w roztworach kwasu siarkowego przy stosowaniu
umiarkowanych

gęstości

prądu.

Zastosowanie

materiałów

wysokostopowych powoduje, iż otrzymane powłoki stają się szare a w
przypadku dużych domieszek np. krzemu nawet czarne.
Nieodpowiednia homogenizacja stopów sprzyja powstawaniu na
powierzchni plam o różnym zabarwieniu.

21

Obróbka

powierzchni

GRUBOŚĆ POWŁOKI

Grubość powłok tlenkowych na aluminium zależy
od zastosowanych warunków anodowania, a także
od składu i struktury materiału wyjściowego. Dla
materiałów niskostopowych i wykonanych z
czystego aluminium wytwarza się z reguły
powłoki o grubości od 5 ÷25 m

.

.

22

Obróbka

powierzchni

TWARDOŚĆ POWŁOKI

Twardość powłoki zależy w bardzo dużym stopniu
od parametrów procesu anodowania. Twardość
konwencjonalnych powłok waha się od 100 do 300
kg/mm

2

w skali Vickersa i zmniejsza się wraz z

grubością powłoki.

23

Obróbka

powierzchni

ODPORNOŚĆ KOROZYJNA

Odporność korozyjna powłok tlenkowych na aluminium
zależy od grubości powłoki anodowej, jakości jej
uszczelnienia a także w bardzo dużym stopniu od gatunku
zastosowanego aluminium. Chcąc ułatwić Państwu dobór
odpowiedniego dla waszych celów gatunku aluminium w

tabeli 2

przedstawiamy przydatność stopów aluminium do

określonego typu obróbki chemicznej i elektrochemicznej.

24

2009/2010

5

Obróbka

powierzchni

ODPORNOŚĆ KOROZYJNA

Odporność korozyjna powłok tlenkowych na aluminium
zależy od grubości powłoki anodowej, jakości jej
uszczelnienia a także w bardzo dużym stopniu od gatunku
zastosowanego aluminium. Chcąc ułatwić Państwu dobór
odpowiedniego dla waszych celów gatunku aluminium w

tabeli 2

przedstawiamy przydatność stopów aluminium do

określonego typu obróbki chemicznej i elektrochemicznej.

25

Mechaniczne uszlachetnianie powierzchni:

•Szlifowanie
•Polerowanie

•Szczotkowanie

•bębnowanie

•Szkiełkowanie

•Satynowanie

Bębnowanie stosuje

się do wygładzania i

zatępienia krawędzi

detali aluminiowych.

Obróbka powierzchniowa stosowana jest zazwyczaj w
celu nadania ozdobnej powierzchni profilom i detalom

aluminiowym, a ponadto powoduje ukrycie linii i pasm

(tzw. smug termicznych) powstających w procesie

produkcji profili aluminiowych oraz daje możliwość
usunięcia uszkodzeń mechanicznych wynikających z

użytkowania profili w specyficznych warunkach.

Proces polerowania

wyrównuje powierzchnię
nadając im połyski.

Stopień wybłyszczenia

można regulować.

26