ODLEWY

ZE STOPÓW ALUMINIUM

Cechy odlewów ze stopów Al

 

Odlewy ze stopów aluminium są szeroko stosowane
ponieważ:

      posiadają małą gęstość
      posiadają dobrą wytrzymałość względną w

temperaturze

otoczenia ( R

m

/  ),

   są odporne na korozję atmosferyczną i w wodzie,
   są nietoksyczne ( mogą być stosowane w

kontakcie z produktami spożywczymi ),

  cechują się dobrym przewodnictwem

elektrycznym,

   cechują się dobrą obrabialnością,
   posiadają dobre właściwości odlewnicze (niska

temperatura

topnienia – łatwe topienie, dobra

lejność

itp. )

 

 

 

 

 

 

 

Odlewnicze stopy aluminium

Podział odlewniczych stopów aluminium:

 

    I grupa

– stopy Al - Si

  II grupa

- stopy Al – Si - Cu

 III grupa

- stopy Al - Cu

 IV grupa

- stopy Al - Mg

 V grupa

- stopy Al wieloskładnikowe

STOPY Al-Si

Zakres zastosowania:

    przemysł lotniczy,
    przemysł motoryzacyjny,
    przemysł budowy maszyn,
    przemysł stoczniowy,
    przemysł elektromaszynowy.

PODZIAŁ STOPÓW Al-Si

Stopy Al – Si dzielimy na :

 

1.       stopy podeutektyczne,

2.       stopy eutektyczne,

3.       stopy nadeutektyczne

Cechy charakterystyczne

odlewów ze stopów Al-Si

( grupa 1 i grupa 2 )

Cechy charakterystyczne stopów wchodzących

w skład 1 i 2 grupy :

• mała odległość między liniami T

likwidus

-

T

solidus,

•  niewielki skurcz odlewniczy liniowy,
•  dobra lejność
• mała skłonność do tworzenia pęknięć
podczas procesu

hamowania skurczu,

•  tworzą rozproszoną jamę skurczową,

 

STOPY NADETEKTYCZNE

( 14- 26% Si )- grupa 3

Cechy charakterystyczne :

 

    cechują się żarowytrzymałością,
    posiadają małą wartość współczynnika

rozszerzalności cieplnej,

    zbudowane z kryształów fazy  i eutektyki

(  )

Podstawowe składniki

struktury odlewów

 faza  - pierwotne kryształy

roztworu stałego krzemu w
aluminium,

   podwójna eutektyka złożona z

fazy

()

 faza  - zbudowana z kryształów

krzemu

Zanieczyszczenia w stopach

aluminium

żelazo – tworzy gruboiglaste fazy

Al

x

Fe

y

Si

z

- obniżające

plastyczność

stopów (zapobieganie – dodatek Mn i
berylu oraz niewielkiej ilości Mg ),

  tlen – tworzy tlenki Al

2

O

3

,(zabiegi

rafinacyjne )

 wodór – rozpuszcza się w stopie

( zabiegi

rafinacyjne )

Modyfikacja stopów

aluminium

Cel zabiegu modyfikacji :

 rozdrobnienie

fazy



wchodzącej w skład eutektyki,

    rozdrobnienie makroziarna,
    rozdrobnienie pierwotnych

faz,

    zmiana wydzieleń kruchych

faz.

 

Rozdrobnienie ziarna

Rozdrobnienie ziarna uzyskujemy
przez

wprowadzenie Ti, Zr, B, V oraz

Ti+B-

wymienione

pierwiastki

tworzą fazy międzymetaliczne –
nowe zarodki krystalizacji,

Rozdrobnienie fazy  -

modyfikacja

 

Rozdrobnienie fazy  ( modyfikację

struktury ) uzyskujemy poprzez :

- dodatek do stopów eutektycznych i
podeutektycznych ( do 6%Si ) sodu
(Na) w ilości 0,05 – 0,1 % lub strontu
(Sr).
- stopy nadeutektyczne- modyfikujemy
poprzez wprowadzenie fosforu w ilości
0,05 – 0,1% w postaci zaprawy Al-P

.

STOPY Al-Si-Cu

 

Cechy charakterystyczne :

 wyższa wytrzymałość i twardość od

typowych siliminów,

  dobra lejność,
  mały skurcz liniowy,
 bardziej skłonne niż typowe siluminy( stopy

Al-Si) do tworzenia porowatości skurczowej
i pęknięć na gorąco podczas procesu
hamowania skurczu,

  zachowują stabilne wymiary w trakcie
eksploatacji

.

 

Zakres zastosowania stopów

Al-Si-Cu

   

korpusy przyrządów,

    tłoki silników spalinowych,
 części silników samochodowych

chłodzonych powietrzem.

Struktura pierwotna stopów

Al-Si-Cu

 

   

Kryształy roztworu stałego ( faza  ),

    Podwójna eutektyka (  ),
    Potrójna eutektyka ( CuAl

2

)

    W zależności od zawartości Fe:

- związek międzymetaliczny typu

Al

x

Mn

y

Fe

z

Si

n

,

- iglaste wydzielenia typu Al

x

Fe

y

Si

z

STOPY Al-Cu ( grupa III )

Cechy charakterystyczne :

   wysokie właściwości mechaniczne,
   mała odporność na korozję,
   bardzo dobra obrabialność,
 skłonność do tworzenia pęknięć na gorąco

( duży

zakres krystalizacji ),

 skłonność do tworzenia rozproszonej jamy

skurczowej,

    gorsza lejność niż stopów z grupy I i II







Struktura stopów Al-Cu

    faza  - roztwór stały miedzi w aluminium ,
    eutektyka ( CuAl

2

)-

 zanieczyszczenia których źródłem jest żelazo-

fazy międzymetaliczne Al

x

Mn

y

Fe

z

Si

n

,

Obróbka stopów Al-Cu

1.

W

celu

rozdrobnienia

ziarna

wprowadzamy : Mn, Ti lub Zr.

 2. Umacnianie stopu na drodze obróbki
cieplnej

Stopy Al-Mg ( IV grupa)

Cechy charakterystyczne :

     mała gęstość,
     dobre właściwości wytrzymałościowe,
     bardzo dobra odporność na korozję,
 

Przeznaczenie :

-

odlewy

pracujące

w

warunkach

wibracyjnych obciążeń.

Mg

Cechy charakterystyczne

stopów

Al-Mg

     dobre właściwości odlewnicze,
     duża skłonność do utleniania,
     duża skłonność do tworzenia pęknięć i

porowatości,

     niska lejność,
    skłonność do wchodzenia w reakcję z parą

wodną na granicy metal – forma,

 

Struktura stopów Al-Mg

 

faza  - roztwór stały magnezu w

aluminium,

  eutektyka podwójna ( Al

8

Mg ).

      

Obróbka stopów Al-Mg

Umocnienie osnowy :

     - dodatek Zr w ilości 0,05-0,2%
     - tytanu ( 0,05-0,15% ).
 

Ochrona przed zapaleniem stopu w
podwyższonych temperaturach:

-       - niewielkie ilości berylu- 0,05-0.15%.

STOPY WIELOSKŁADNIKOWE

(grupa V )

Cechy charakterystyczne:

•podwyższona stabilność wymiarowa w

podwyższonych temperaturach,

•mogą być stosowane na konstrukcje
spawane,

•skłonność do tworzenia w odlewach pęknięć
na gorąco,

 Struktura:

• wielofazowa- fazy Al

2

CuMg

2

, Al

3

(Ni,Cu)

2

oraz Al

6

Cu

3

Ni,

     związki międzymetaliczne zawierające

żelazo.

Topienie stopów aluminium



Prowadzimy w piecach :
- piece tyglowe,
- piece trzonowe ( opalane ropą lub gazem )
- piece z łukowe z łukiem pośrednim
- piece indukcyjne ( tyglowe )

Metalowe materiały wsadowe



Wsad metalowy składa się:
- gąski stopów aluminium,
- złom stopów aluminium.

Inne materiały wsadowe



Topniki ochronne posiadające zdolność

absorbowania tlenków.



Topniki te składają się:
- kriolitu

- 3NaF. AlF

3

- fluorku sodu

- NaF

- chlorek magnezu- MgCl

2

( w przypadku stopów Al-Mg )
- chlorki - KCl i NaCl

PROCES TOPIENIA - ETAPY

Roztapianie wsadu

RAFINACJA

Usuwani

e

tlenków

Usuwani

e

wodoru

Wprowadzani

e

dodatków

MODYFIKACJA

SPUST

USUWANIE WODORU



Przedmuchiwanie gazami obojętnymi
( azot lub argon )



Przedmuchiwanie gazami aktywnymi ( Cl )



Rafinowanie żużlami musującymi
- sześciochloroetan

- C

2

Cl

6

- fluorek krzemu

- Na

2

SiF

6



Odgazowanie w próżni

Usuwanie tlenków



Usuwanie metodą ekstrakcji żużlowej
Proces polega na mieszaniu ciekłego metalu

z upłynnionym na jego powierzchni

specjalnym żużlem naprowadzonym na

powierzchnię,



Filtrowanie stopów aluminium
- filtry ceramiczne,
- filtry aktywne ( w stosunku do tlenków )

Wprowadzanie dodatków –

korekta składu chemicznego



Polega na wprowadzeniu składników stopowych

w celu doprowadzenia składu chemicznego do

założonej zawartości

Modyfikacja

• Siluminy eutektyczne lub
podeutektyczne

poprzez wprowadzenie sodu do
ciekłego metalu w ilości 0.02 % Mg

• Sód może być wprowadzony w postaci
:

- sodu metalicznego,

- w postaci soli zawierających sód

• Stopy nadeutektyczne
( modyfikujemy fosforem w postaci
CuP10 albo PCl

5

)

OZNACZENIA STOPÓW

ZGODNIE

z PN

AK – stopy aluminium z krzemem oraz z
miedzią

AK20

AK64

AK12

AK51

AK11

AK51

AK9

AK7

OZNACZENIA STOPÓW

ZGODNIE

z PN



Stopy aluminium miedź

- AM5
- AM4

OZNACZENIA STOPÓW

ZGODNIE

z PN



Stopy aluminium magnez

AG10
AG51