Stopy aluminium
oprac. Krzysztof Krzysztofowicz
Oznaczanie stopów Al wg IADS
Aluminum
Cu Mn Si Mg Zn Inne
Mg2Si
1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx 8xxx
1050 2519 3103 4043 5050 6101 7136 8090
obrabialne
nieobrabialne
cieplnie
cieplnie
IADS  International Alloy Designation System
2
Najczęstsze stopy Al
Al-Cu
seria 2000
Cu
Al-Cu-Mg
seria 2000
Al-Mn
seria 3000
Mn
Al-Si
seria 4000
Al
Si
Al-Mg
seria 5000
Al-Mg-Mn
seria 5000
Mg
Al-Mg-Si
seria 6000
Al-Zn-Mg
seria 7000
Zn
Al-Zn-Mg-Cu
seria 7000
3
Aluminium
" Materiał lekki, dobra odporność korozyjna,
stosunkowo łatwy w obróbce plastycznej i
skrawaniu
" Dobrze wyglÄ…da
" Generalnie w stanie odpuszczonym
 O = wyżarzony
Umocnienie przez
 H = umocniony odk. plast.
odkształcenie plastyczne:
 T = obrobiony cieplnie
kontrolowana przeróbka
plastyczna stopu na zimno 
" 6061-T6
zwiększa twardość i
wytrzymałość, zmniejsza
plastyczność.
Oznaczenie obróbki cieplnej stopów aluminium
wg PN-EN 1706:2001
Oznaczenie Opis
" Temper designations are designated by
F Wytworzony
hyphen.
T1  Naturally aged
T3  Solution heat treated.
O Wyżarzony
" F  as fabricated H1  Strain hardened
Example: 2024-T6 T4  Solution heat treated
and naturally aged.
O  Annealed alloy.
T1 Schłodzony z podwyższonej temperatury i naturalnie starzony
T5 - Cooled and artificially
H  Strain hardened. H2  Strain hardened
aged.
T4 Przesycony i naturalnie starzony w razie potrzeby
T  Heat treated to and partially
T6 - Solution heat treated
produce stable annealed.
T5 Schłodzony z podwyższonej temperatury i sztucznie starzony
and artificially aged.
temper H3 - Strain hardened
T7 - Solution heat treated
an annealed
T6 Przesycony i sztucznie starzony
and stabilized.
T8 - Solution heat treated,
T64 Przesycony i sztucznie starzony w temperaturze dla stanu
cold worked and then
podstarzonego
artificially aged.
T7 Przesycony i sztucznie przestarzony (stabilizowany)
9-35
Pozyskiwanie glinu - ogólnie
" Trzeci najczęściej występujący
pierwiastek na Ziemi (ok 7,5% składu
skorupy ziemskiej)
" Pozyskiwanie:
 Wytop z rud boksytów
 Wytop z złomu
" Złoża
 Åšwiat
" Australia,Ameryka A
acińska,Chiny
 Europa
" Grecja,Węgry
 Polska
Za: Andrzej Korpysz,
" Dolny ÅšlÄ…sk (Nowa Ruda)
Piotr Kołacz, Paweł Janik
Pozyskiwanie glinu - ogólnie
Otrzymywanie czystego aluminium:
-wydobycie rudy
-wzbogacanie rudy
-uzyskanie tlenku aluminium w procesie Bayera
-elektroliza tlenku glinu w procesie Hall-Héroulta
Wytwarzanie stopów aluminium
Za: Andrzej Korpysz,
Piotr Kołacz, Paweł Janik
SCHEMAT OTRZYMYWANIA Al Z BOKSYTÓW
BOKSYT  ruda aluminium
OTRZYMYWANIE Al2O3 METOD
BAYERA
Al2O3
ELEKTROLIZA Al2O3
Aluminium hutnicze 98,0  99,5
RAFINACJA ALUMINIUM HUTNICZEGO
Aluminium rafinowane Al99,60 - Al99,99
Stopy odlewnicze i do przeróbki plastycznej
Odlewy, druty, blachy, profile, folie
Za: Tomasz Wróbel
Proces Hall-Héroulta
Za: Andrzej Korpysz,
Piotr Kołacz, Paweł Janik
Aluminium
" występuje w przyrodzie w bardzo wielu minerałach i jest trzecim (po tlenie i
krzemie) pierwiastkiem pod względem udziału w skorupie ziemskiej,
liczba atomowa 13,
" masa atomowa wynosi 26,9815,
" nie wykazuje ono odmian alotropowych i krystalizuje w sieci regularnej
ściennie centrowanej typu A1 o parametrze 0,40408 nm.
" temperatura topnienia aluminium wynosi 660,37°C, a wrzenia 2494°C,
" gÄ™stość aluminium wynosi 2,6989 g/cm3 w 20°C.
W stanie wyżarzonym cechuje się:
" wytrzymaÅ‚oÅ›ciÄ… na rozciÄ…ganie wynoszÄ…cÄ… Rm = 70÷120 MPa,
" granicÄ… plastycznoÅ›ci Re = 20÷40 MPa,
" wydÅ‚użeniem A = 30÷45%
" przewężeniem Z = 80÷95%.
Za: Krzysztof Miernik
Aluminium - korozja
Aluminium wykazuje dużą odporność na korozję. Na powietrzu
pokrywa siÄ™ cienkÄ… warstwÄ… Al2O3, chroniÄ…cÄ… przed korozjÄ…
atmosferyczną, działaniem wody, stężonego kwasu
azotowego, licznych kwasów organicznych, a także
siarkowodoru.
Natomiast kwasy redukujÄ…ce HCl i HF, woda morska, pary i jony
rtęci powodują przyspieszenie korozji aluminium.
W celu polepszenia odporności na korozję aluminium może być
poddane tzw. anodowaniu, tj. elektrolitycznemu procesowi
wytwarzania powłoki tlenkowej, np. w roztworze 10% kwasu
siarkowego, połączonemu z barwieniem powierzchni metalu
na różne kolory.
Za: Krzysztof Miernik
Aluminium - zastosowanie
Gatunki aluminium hutniczego (o ograniczonej czystości) są
stosowane do:
" produkcji stopów oraz licznych produktów codziennego
użytku,
" urządzeń dla przemysłu spożywczego,
" na niektóre przewody elektryczne,
" wymienniki ciepła (PN-EN 683-2:2000),
" w budownictwie (PN-EN 508-2:2002U),
" w postaci folii  na opakowania artykułów spożywczych (PN-
EN 546-2:2000).
Aluminium rafinowane (o wysokiej czystości) jest stosowane w
elektronice i elektrotechnice oraz do budowy specjalnej
aparatury chemicznej.
Za: Krzysztof Miernik
" Umocnienie wydzieleniowe: zapewnia
uzyskanie dobrego rozkładu drobnych
wydzieleń w metalu i blokuje ruchy
dyslokacyjne.
" Etapy:
Øð Przesycanie: stop nagrzewany jest do
temperatury między temp. likwidus i solidus i
wygrzewany w tej temperaturze
Øð Hartowanie: materiaÅ‚ jest nastÄ™pnie chÅ‚odzony w
wodzie do temperatury pokojowej
Øð Starzenie: materiaÅ‚ przesycony i zahartowany
jest następnie starzony w celu uzyskania
drobnych wydzieleń
9-28
Utwardzanie dyspersyjne/wydzieleniowe
Starzenie jest ostatnim etapem optymalizacji własności
obrabialnych cieplnie stopów aluminium.
" Starzenie naturalne  w temperaturze pokojowej
" Starzenie sztuczne  w podwyższonych temperaturach (100-
190!)
Temperatura i czas starzenia zależą od stopu i wymaganych
właściwości końcowych.
Starzenie
Ç% Starzenie jednostopniowe:
to
develop high strength about
8-24 hrs.
Ç% Starzenie wielostopniowe:
to give specific properties
such as stress-corrosion
resistance, toughness.
Wpływ starzenia na wytrzymałość
" Krzywa starzenia: Plot
of strength or hardness
versus aging time.
" As aging time increases
alloy becomes stronger
harder and less ductile.
" Przestarzenie zmniejsza
wytrzymałości
twardość.
Figure 9.43
Wpływ temperatury i czasu starzenia na
wytrzymałość Rm stopu EN AW-AlCu4Mg1
przesyconego z temperatury 500°C
9-30
Stopy serii 1xxx
SP  b. czyste (super purity), 99,99%
wtrÄ…cenia w
CP  zwykłej czystości (commercial purity),
blasze stopu
do 1% zanieczyszczeń lub dodatków
1100
Fe oraz Si sÄ… zawsze obecne w stopach
jako zanieczyszczenia tworzÄ…c drobne
wtrÄ…cenia w postaci FeAl3, Fe3SiAl12 or
Fe2Si2Al9
Własności:
" mała wytrzymałość, ok. 90 MPa w CP 1100
" niska granica plastyczności, 7  11 MPa
Zastosowanie:
" przewodniki prÄ…du
" aparatura chemiczna
przewody aluminiowe
" ozdoby
" folie
17
Gatunki czystego aluminium wg PN-EN 573-3
Norma PN-EN 573-3 zastępuje normę PN-79/H-82166.
Porównanie gatunków:
1. EN AW-Al99,90 AR1
2. EN AW-Al99,85 AR2
3. EN AW-Al99,70 A00
4. EN AW-Al99,60 A0
5. EN AW-Al99,50 A1
6. EN AW-Al99,00 A2
Norma PN-79/H-82166 uwzględnia także gatunek A3 o czystości 98,00%, który w
normie PN-EN 573-3 nie występuje.
Za: Tomasz Wróbel
Temperatura topnienia oraz
charakterystyka struktur sieciowych faz,
które mogą stanowić podkładki dla
zarodkowania heterogenicznego Al
Makrostruktura Al99,5 w stanie
surowym
Makrostruktura Al99,5 w stanie
modyfikowanym Ti i B wprowadzanych
w postaci zaprawy AlTi5B1
Za: Tomasz Wróbel
Stopy serii 3xxx
Stopy Al-Mn (do 1,25% Mn)
Stopy Al-Mn-Mg
Większa ilość Mn powoduje
sÄ… umacniane roztworowo
występowanie dużej liczby cząstek
i odkształceniowo
Al6Mn, które zmniejszają ciągliwość
Własności:
stopów
Własności: " średnia wytrzymałość, np. stop
3004 wyżarzony ok. 180 MPa
" średnia wytrzymałość, np. stop
" bardzo dobra ciągliwość
3003 wyżarzony ok. 110 MPa
" świetna odporność korozyjna
" bardzo dobra ciągliwość
" świetna odporność korozyjna
Zastosowanie:
Zastosowanie:
" opakowania, gł. puszki
" folie
" pokrycia
dachowe
20
Stopy serii 5xxx
Rozpuszczalność Mg w Al w temp. pokojowej ok. 3%
umocnienie roztworowe duża rozpiętość własności
Własności:
" Al-0.8Mg (5005): Re 40 MPa, Rm 125 MPa
" Al-(4.7-5.5)Mg (5456): Re 160 MPa, Rm 310 MPa
" Duża szybkość umocnienia
zbiornik paliwa
" Wysoka odporność korozyjna
" Jasna, estetyczna powierzchnia
Zastosowanie:
" transport (kontenery)
" cysterny na paliwo, mleko, zboże
" zbiorniki ciśnieniowe
" elementy architektoniczne
kontener
21
Stopy serii 2xxx
Stopy Al  Cu i Al  Cu  Mg
Przemiana eutektyczna L "! Ä… + ¸
Faza ¸  CuAl2
Faza Ä… (5,65% Cu) - plastyczna
Faza ¸ (52,75% Cu) - krucha
Eutektyka zbudowana jest z
naprzemiennych pÅ‚ytek faz Ä… +¸
(podobnie jak perlit)
Klasyczne stopy umacniane wydzieleniowo  Alfred Wilm, 1906 r.
Pierwszy stop umacniany wydzieleniowo  Duraluminium
Klasyczne Duraluminium (2017):
Al  3,5% Cu  0,5% Mg  0,5% Mn
22
Stopy serii 2xxx
Własności:
" Wysoka wytrzymałość (np. 2519, Rm > 500 MPa
" Dobra odporność na pełzanie
" Znakomita odporność na pękanie w temperaturach kriogenicznych
" Dobra skrawalność
" Słaba odporność na korozję, zwłaszcza pękanie naprężeniowo-
korozyjne
" Dobre własności balistyczne
Zastosowanie:
Konstrukcje lotnicze
Zbiorniki na paliwo
Pojemniki na ciekłe gazy
Osłony helikopterów wojskowych
Nity w konstrukcjach lotniczych
23
Stopy serii 6xxx
Pseudopodwójny układ
Al  Mg2Si (Mg:Si 1,73:1)
Mg i Si sÄ… dodawane w
odpowiednich proporcjach celem
umożliwienia umocnienia
wydzieleniowego
Stopy komercyjne  trzy grupy:
" Mg + Si (0.8-1.2%)
" Mg + Si > 1,4 oraz dodatek Cu
" Mg + Si >1,4 oraz nadmiar Si
Własności:
" średnie wartości wytrzymałości, Rm < 300 MPa
" odporne na korozjÄ™
" stosunkowo dobrze spawalne
" niewrażliwe na pękanie naprężeniowo-korozyjne
24
Stopy serii 6xxx
Stopy Mg + Si (0.8-1.2%)
A
atwo ekstrudowalne, przesycane z temperatury wyciskania
Reprezentant: 6063 T6  Re 215 MPa, Rm 245 MPa
Zastosowanie:
Architektura
Elementy dekoracyjne
Rury
Stopy Mg + Si > 1,4
przekroje elementów wyciskanych
Większa wytrzymałość, lecz wymagane
przesycanie, jako osobna operacja Zastosowanie:
Reprezentant: 6013  Al-Mg-Si-Cu 
Transport
Re 330 MPa (T6), Rm 415 MPa (T8)
Lotnictwo
Sport i rekreacja
25
Stopy serii 7xxx
Stopy Al  Zn  Mg oraz Al  Zn  Mg  Cu
Własności:
" Granica plastyczności 600  700 MPa  rośnie ze wzrostem Zn + Mg
" Odporne na pękanie naprężeniowo-korozyjne  odporność
zmniejsza się ze wzrostem Zn + Mg; najlepsza odporność, gdy iloraz
Zn/Mg wynosi 2,7 ÷ 2,9
Zastosowanie:
" Konstrukcje lotnicze  kadłuby i skrzydła
" Komponenty pojazdów
Al 7075 część Al 7039
motocykla
26
Niektóre ważniejsze stopy Al-Zn-Mg i Al-Zn-Mg-Cu
Iloraz
Stop Zn (%) Mg (%) Zn+Mg (%)
Zn/Mg
Stopy Al-Zn-Mg o 7104 4,0 0,7 4,7 5,7
średniej 7008 5,0 1,0 6,0 5,0
wytrzymałości 7011 4,7 1,3 6,0 3,7
7020 4,3 1,2 5,5 3,6
7004 4,5 1,4 5,9 3,2
7005 4,2 1,5 5,7 2,8
7051 3,5 2,1 5,6 1,7
Stopy Al-Zn-Mg o 7003 5,8 0,8 6,6 7,2
większej 7046 7,1 1,3 8,4 5,5
wytrzymałości 7039 4,0 2,8 6,8 1,4
7017 4,6 2,5 7,1 1,8
Stopy Al-Zn-Mg- 7049 7,7 2,5 10,2 3,1
Cu o wysokiej 7050 6,2 2,3 8,5 2,7
wytrzymałości 7010 6,2 2,5 8,7 2,5
7475 5,7 2,3 8,0 2,5
7001 7,4 3,0 10,4 2,5
7075 5,6 2,5 8,1 2,2
7055 8,0 2,05 10,05 3,9
7085 7,5 1,5 9,0 5,0 27
Odlewnicze Stopy Al
Zalety Al:
" niska temperatura topnienia
" mała rozpuszczalność gazów ( z wyjątkiem H2)
" dobra lejność
" dobra powierzchnia odlewów
Wady Al:
" duży skurcz przy krzepnięciu (3,5  8,5%)
Czynniki wpływające na jakość odlewów:
" praktyka odlewnicza
blok silnika
" zawartość zanieczyszczeń
" wielkość ziarna
rozwój stopów odlewniczych i
" szybkość krzepnięcia
technologii odlewania jest
ukierunkowany głównie na
przemysł samochodowy
28
Stopy Odlewnicze
Stopy odlewnicze  przeważnie
stopy wieloskładnikowe o dużej
Układ Al  Si
zawartości (5 do 25%) pierwiastków
stopowych, głównie Si, Cu, Mg, Zn i Ni
lub ich różnych zestawień
DominujÄ…cÄ… grupÄ™ odlewniczych
stopów Al stanowią stopy z Si  tzw.
siluminy
(85  90% wszystkich odlewów) o
zawartoÅ›ci 2÷30% Si (najczęściej
5÷13,5% Si).
Krzem zapewnia:
1. dobrą rzadkopłynność
2. lejność
3. relatywnie mały skurcz odlewniczy.
29
Siluminy
Skład zbliżony do eutektycznego.
W zależności od zawartości Si i dodatków siluminy dzieli się
na:
" Podeutektyczne, zawierajÄ…ce od 4 do 10% Si
" Eutektyczne, zawierajÄ…ce od 10 do 13% Si
" Nadeutektyczne, zawierajÄ…ce od 13 do 30% Si
Siluminy pod- i nad- eutektyczne sÄ… zwykle
wieloskładnikowe, oprócz krzemu zawierają dodatki
Cu, Mg, Mn i Ni (np. AlSi21CuNi, AlSi5Cu1), co
pozwala obrabiać je cieplnie (przesycanie i starzenie)
zwiększając ich wytrzymałość
Po odlaniu struktura siluminów zawiera grubokrystaliczną fazę - b -
praktycznie czysty Si (szczególnie przy wolnym chłodzeniu). Konsekwencją
tego jest drastyczny spadek ich plastyczności.Celem poprawy ich własności ,
siluminy poddaje siÄ™ procesowi modyfikacji:
30
Modyfikacja
Wielkość ziarna w odlewie jest zależna od liczby zarodków tworzących
siÄ™ w procesie krystalizacji
modyfikator Al-5%Ti-1%B
stop Al
ok. 5 ppm Ti w stopie
Modyfikator - dodawany w celu uzyskania mniejszego,
bardziej jednorodnego i równoosiowego ziarna.
31
Siluminy c.d.
Po odlaniu struktura siluminów zawiera grubokrystaliczną fazę - b -
praktycznie czysty Si (szczególnie przy wolnym chłodzeniu).
Konsekwencją tego jest drastyczny spadek ich plastyczności.Celem
poprawy ich własności , siluminy poddaje się procesowi modyfikacji:
" Siluminy podeutektyczne i eutektyczne, modyfikuje siÄ™ sodem,
dodawanym w postaci mieszaniny NaF, NaCl i KCl. Dodatek Na obniża
temperaturę przemiany eutekt. oraz powoduje przesunięcie punktu
eutektycznego do większego stężenia (w prawo) - do ok.13% Si.
StrukturÄ™ takiego stopu stanowi drobnoziarnista eutektyka ( a + b ) z
wydzieleniami drobnymi fazy- a.
" Siluminy nadeutektyczne, duże wydzielenia b {Si} modyfikuje się
fosforem ,który tworzy dyspersyjne cząstki AlP-stające się
heterogencznymi zarodkami krystalizacji czÄ…stek fazy b{Si}- w wyniku
czego otrzymuje siÄ™ w temp. otoczenia drobnokrystalicznÄ… eutektykÄ™ (a
+b) oraz drobne wydzielenia cząstek fazy - b{Si}o dużej dyspersji.
32
Siluminy c.d.
W celu rozdrobnienia eutektyki stosuje się tzw. modyfikację. Pod wpływem
modyfikatora skład eutektyki ulega jak gdyby przesunięciu w prawo. Na
skutek tego silumin w zasadzie nadeutektyczny staje siÄ™ stopem
podeutektycznym o strukturze kryształów ą na tle drobnoziarnistej eutektyki
(Ä… + Si).
Obok tego przeprowadza się zabieg rozdrabniania dendrytów roztworu
stałego ą za pośrednictwem związków Ti (TiB, TiC).
Podstawowym celem modyfikacji siluminów nadeutektycznych jest zmiana
kształtu wydzieleń krzemu pierwotnego, co realizuje się przez dodanie
związków fosforu
Zmiana własności mechanicznych
Własność Przed Po modyfikacji
modyfikacjÄ…
Rm [MPa] 110 250
A10 0,1 7
Fotomikrografia stopu AlSi9: a) bez modyfikacji,
b) po modyfikacji; pow. 100x
33
Własności siluminów
" Dobre własności odlewnicze (nie wykazują skłonności do pękania na gorąco)
" Mały skurcz odlewniczy
" Duża rzadkopłynność (umożliwia wykonywanie cienkich wyrobów)
" Jako stopy eutektyczne krzepną w stałej temperaturze nie wykazując przy tym
skłonności do segregacji
" Dobra odporność na korozję pod warunkiem, że nie mają nadmiernej ilości
zanieczyszczeń, a zwłaszcza żelaza
" Są odporne również na działanie wody morskiej, wód mineralnych, a nawet
sodu, amoniaku i kwasu azotowego, stężonego i rozcieńczonego
" Dobre właściwości mechaniczne, które można jeszcze znacznie zwiększyć na
drodze umacniania wydzieleniowego o ile stop zawiera dodatek Mg lub Cu
" Wadą siluminów jest gruboiglasta eutektyka, a w siluminach nadeutektycznych
duże iglaste wydzielenia krzemu pierwotnego, które obniżają plastyczność
stopów.
34
Zastosowanie siluminów na części
silników spalinowych
" Ciężar właściwy aluminium jest około 3-krotnie
mniejszy od ciężaru właściwego żeliwa (oszczędność
na ciężarze kadłuba)
" Duże silniki  ze względu na mniejszą wytrzymałość
stopów aluminium w kadłubach większych silników
trzeba stosować grubsze ściany i obfitsze
użebrowanie, co powoduje, że praktycznie można
uzyskać tylko ok. 50% zmniejszenia ciężaru.
" Małe silniki  grubość ścianki zależy tylko od
względów odlewniczych, można osiągnąć obniżenie
ciężaru kadłuba o ok. 70%.
35
Zastosowanie siluminów na części
silników spalinowych
Zalety kadłubów ze stopów aluminium:
" łatwiejsza i szybsza obróbka ze względu na dopuszczalne większe
szybkości skrawania,
" lepsze odprowadzanie ciepła, co zmniejsza obciążenie układu
chłodzenia silnika.
Wady:
" wyższa cena materiału,
" łatwość uszkodzenia powierzchni obrabianych w czasie transportu,
" mała odporność na korozję, jeśli stosuje się niewłaściwą ciecz
chłodzącą.
Stopami aluminium stosowanymi na kadłuby silników są głównie:
Siluminy podeutektyczne AlSi9Mg (jeżeli w kadłubie nie wykonuje się tulei)
o skÅ‚adzie chemicznym: 8.5÷10.5% Si, 0.25÷0.5% Mn, 0.25÷0.4% Mg.
36
Głowice silników
We współczesnych silnikach samochodowych głowice najczęściej są produkowane
ze stopów aluminium ze względu na dobre właściwości odlewnicze, dobrą
skrawalność i dobre przewodnictwo cieplne.
Skład chemiczny stopów aluminium stosowanych na odlewy głowic
( Elementy i materiały Zbigniew Jaśkiewicz)
Znak lub Cecha lub Składniki stopowe [%]
rodzaj stopu oznaczenie
Si Mn Cu Ni Mg Fe Ti
AlSi7Mg AK7 6,0  0,1 - - - 0.25 - -
8,0 0,5  0,4
AlSi9Mg AK9 8,5  0,25 - - 0.25 - -
10,5  0,5  0,4
AlSi5Cu1 AK51 4,5  0,1  1,0  - 0,4  - -
5,5 0,4 1,5 0,6
AlSi5Cu2 AK52 4 - 6 0,2  1,5  - 0,3  - -
0,8 3,5 0,8
AlSi6Cu2 AK62 ~6 ~2
TÅ‚oki
" wysoka wytrzymałość doraz
na materiału,
szczególnie w wysokich temperaturach
roboczych tłoków,
" duża wytrzymałość zmęczeniowa,
" właściwa twardość materiału w temperaturze
otoczenia oraz w temperaturach
podwyższonych,
" dobra przewodność cieplna,
" niski współczynnik rozszerzalności cieplnej,
" mała masa właściwa,
" właściwa odporność na zużycie cierne,
" odporność na korozję,
dobre właściwości technologiczne w zakresie
możliwości odlewania materiału, obróbki
skrawaniem itp.
38
TÅ‚oki
" stopy Al-Si (eutektyczne), zawierajÄ…ce 11  14% Si oraz niewielkie
dodatki Cu, Ni, Mg i ewentualnie innych pierwiastków. Stopy te spełniają
wymagania dotyczące przewodności i rozszerzalności cieplnej,
ścieralności oraz wytrzymałości w podwyższonych temperaturach,
" stopy Al-Si (nadeutektyczne), zawierajÄ…ce 17  25% Si oraz niewielkie
dodatki Cu, Ni, Mg, Co, Cr, Mn i Fe. Stopy te wykazujÄ… najmniejszÄ…
rozszerzalność ze wszystkich stopów aluminium używanych na tłoki
silników spalinowych, co wywiera korzystny wpływ na dobór luzów
między tłokiem i gładzią cylindrową.
39
Felgi Aluminiowe
Felga ma za zadanie rozłożyć równomiernie opór toczenia opony
oraz zapewnić dobrą sztywność podczas pokonywania zakrętów.
We współczesnych samochodach ma również wentylować elementy
układu hamulcowego (tarczę/bęben, przewody hamulcowe, zacisk).
Na felgi aluminiowe stosuje się głownie siluminy:
AK7 (AlSi7Mg), AK9 (AlSi9Mg) oraz AK11 (AlSi11Mg).
40
Zastosowanie siluminów - podsumowanie
" siluminy eutektyczne i
nadeutektyczne wykazujÄ…ce
wysoką żarowytrzymałość są
stosowane na wysokoobciążone
tłoki silników spalinowych.
" Z siluminów podeutektycznych
wytwarza się silnie obciążone
części dla przemysłu okrętowego i
elektrycznego, pracujÄ…cego w
podwyższonej temperaturze i w
wodzie morskiej.
" Wieloskładnikowe stopy Al z Si są
stosowane m.in. na głowice
silników spalinowych oraz inne
odlewy w przemyśle
samochodowym, gdyż mają mały
współczynnik rozszerzalności
cieplnej i dobrą odporność na
obudowa skrzyni biegów
ścieranie.
41
Odlewanie ciśnieniowe
(Die Casting)
" Ciekły metal jest
wtryskiwany z dużą
szybkością i pod dużym
ciśnieniem do stalowej
formy
" Formy stalowe mogą być
używane wielokrotnie,
co odróżnia ten proces
od innych procesów
odlewniczych
Odlewanie ciągłe
Tym sposobem można uzyskać
największe szybkości chłodzenia
Molten
ciekły
Metal
metal
krystalizator
Coiler
zwijarka
walcarki
Odlewanie ciągłe stosuje się niemal wyłącznie
do aluminium o komercyjnej czystości (stopy
serii 1000), do stopów zawierających do 2%
Mn (seria 3000), do stopów z zawartością Mg
do maks. 3%, do stopów Al Fe (maks. 2% Fe)
na przewody elektryczne oraz do stopów Al
Mn Fe zawierających do 1% każdego z
dodatków.
43
Proces DC (Direct-Chill)
" Ciekły metal wlewany jest do
krystalizatora chłodzonego
wodÄ…
" wlewek jest obniżany w wyniku
przemieszczenia siÄ™ stempla
Metal krzepnie na
przesuwalnym dnie
Otrzymany wlewek może mieć przekrój
okrągły lub prostokątny, w zależności od
rodzaju dalszej przeróbki: walcowanie, kucie,
wyciskanie
44
Homogenizacja
HomogenizacjÄ™ wlewków DC przeprowadza sie w temp. 450  600°C
Czas homogenizacji: 6  24 godzin
Homogenizacja ma na celu:
1. usunięcie mikrosegrgacji
2. usunięcie nierównowagowych, łatwotopliwych eutektyk, które mogłyby
prowadzić do pęknięć podczas dalszej przeróbki plastycznej
3. spowodowanie wydzielania niektórych cząstek, np. Al3Zr lub Al3Sc
" Podczas homogenizacji pierwiastki
stopowe dyfundujÄ… od granic ziarn lub
x =" Dt
innych miejsc o zwiększonej koncentracji
x  średnia odleglość dyfuzji
do wnętrz ziarn
t  czas
" Czas dyfuzji zależy od drogi dyfuzji
D  współczynnik dyfuzji
(wielkości ziarna, odleglości miedzy
dendrytami oraz od współczynnika
dyfuzji daneg pierwiastka
45
Stopy Odlewnicze
Al >99.00% 1xx.x
Al-Cu 2xx.x
Al-Si, z Cu lub Mg 3xx.x
Al-Si 4xx.x
Al-Mg 5xx.x
Al-Zn 7xx.x
Al-Sn 8xx.x
46
Metale nieżelazne
Metal Alloys
Ferrous Non-ferrous
Ti & Super Refractory
Al alloys
Cu alloys Mg alloys Ni alloys alloys metals
Alloying
Alloying
Pure Cu Nb (2468°ðC)
Monel
Fe-based
Elements
Elements
Brasses Ta (2996°ðC)
Cu Inconel
Ni-based
Al
Bronzes W (3410°ðC)
Mg
Hastealloy
Zn
Co-based
Cupronickel Mo (2617°ðC)
Mn
Mn
Si
Be-copper
V
Zn
Nickel silver
ZA: Dr Tim Sercombe School of Mechanical Engineering The University of Western Australia
Ti i stopy Ti
" Ti jest jednym ze metali lekkich.
Cu
" Al (2.7), Be (1.85), Mg (1.74), Ti (4.51)
Steel
" The demand for materials of high
Ti
strength-to-weight ratios from the
aerospace and aircraft industry and
Al
more recently from automobile and
other transportation industries has
Be
promoted the development of these
light alloys.
Mg
0 2 4 6 8 10
Density (kg/m3)
ZA: Dr Tim Sercombe School of Mechanical Engineering The University of Western Australia
Produkcja Ti
" First produced in 1910
" Its use pioneered by the Soviet Union in 50 s and 60 s in
military and submarines
" Produkcja z wykorzystaniem procesu Kroll
2TiFeO3 + 7Cl2 + 6C (900 °C) 2TiCl4 + 2FeCl3 + 6CO
then
TiCl4 + 2Mg (1100 °C) 2MgCl2 + Tisponge
" This is an expensive batch process and therefore Ti is only
used where the cost can be justified or tolerated.
ZA: Dr Tim Sercombe School of Mechanical Engineering The University of Western Australia
General Properties of Ti
" Melting temperature: 1678 °C
" Modulus of elasticity: 127 GPa
" Low density: 4.5 g/cm3
" Very high specific strength /stiffness
" High Corrosion and oxidation resistance (up to
F22 jet fighter, some 39% of its weight is
made of titanium. Use of titanium in the F22,
~500oC)
Eurofighter, JointStrike fighter and Rafale
fighter aircraft over the next ten years will
" Bio-compatible
maintain titanium demand from the military
" High affinity to O, H, N, C
" High tendency to form intermetallic
compounds with other metals
ZA: Dr Tim Sercombe School of Mechanical Engineering The University of Western Australia
 Klasyfikacja stopów Ti
" Commercially pure titanium (CP):
" 99+% purity
" ~20% of all Ti usage
 Applications
" process plant equipment for its
corrosion resistance
" Jewelry, ring and watches
" Wire
" Heat exchangers in corrosive
environments
 Properties
" Yield Strength: 400MPa
" UTS: up to 450MPa
" Ductility: 18%
ZA: Dr Tim Sercombe School of Mechanical Engineering The University of Western Australia
a - Titanium
" Contain C, O, N, H, Al, & Sn as alloying elements
" not quench hardenable,
" strengthened by solid solution
 Strength increases by ~50MPa per 1% addition
 Common alloy is Ti-5Al-2.5Sn
 Used as pressure vessels to store liquid H2 in space vehicles
" Properties Ti-5Al-2.5Sn
" Yield Strength: 800MPa
" UTS: up to 860MPa
" Ductility: 15%
ZA: Dr Tim Sercombe School of Mechanical Engineering The University of Western Australia
Tytan a+b
" Ti containing Al, Cr, V, Fe, Mo& .)
" Contains 2 phases at equilibrium (a & b)
" Accounts for more than 70% of Ti products
" most common type: Ti-6Al-4V
" Properties Ti-5Al-2.5Sn
 Yield Strength: 925MPa
 UTS: up to 990MPa
 Ductility: 14%
" Applications
 Aircraft components (inc engines)
 Sporting equipment (bike frames, motor
sport& .)
 Hip implants& .
ZA: Dr Tim Sercombe School of Mechanical Engineering The University of Western Australia
Tytan b
" Ti containing Mo,V,Nb,Fe,Cr
" Single phase at equilibrium
" Formable when not heat treated
" May be quenched to martensite or
age hardened
" Highest strength of all Ti alloys
" Properties Ti-8Mo-8V-2Sn-2Fe
 Yield Strength: 1280MPa
 UTS: up to 1400MPa
 Ductility: 6%
" Applications
 Golf drivers
 Dive Knives
 Wheel spokes
ZA: Dr Tim Sercombe School of Mechanical Engineering The University of Western Australia
Ti - podsumowanie
" ~40 stopów dostępnych komercyjnie
10%
miscellaneous
" 8 account for 90% consumption
3 unalloyed Ti
45%
Jet engines,
Ti-5Al-2.5Sn
civil aviation
Ti-6Al-4V
Military
45%
Ti-8Al-1Mo-1V
aeroplanes,
Industrial
space
Ti-6Al-6V-2Sn corrosion
application
Ti-13V-11Cr-3Al
" Two main reasons for application:
 high specific strength: military, transport, sport goods
 high corrosion resistance: surgical implants, chemical industry
ZA: Dr Tim Sercombe School of Mechanical Engineering The University of Western Australia
Ti - zastosowania
Aerospace applications: aircraft; aero-engines; airframes;
commercial and military aerospace industry; space flight
Industrial applications: chemical and petrochemical; metal recovery
and refining; oil and gas industry; geothermal energy; marine
applications; thermal power generation & transmission; nuclear power
stations; water desalination; building and construction; tool &
machinery coatings; automotive applications;
Land & sea based military applications: armour; field guns and
small arms; naval applications; watches;
Consumer applications: golf clubs; bicycles; sports equipment;
computer casing; spectacle frames;
Medical applications: hip & knee prostheses; spinal implants &
cages; heart components; wheelchairs; dentistry;
High technology applications: sputtering targets; superconductivity;
computers; optical systems;
Alloying additives: carbon & stainless steels; superalloys; tool, die
and valve steels; shape memory alloys
ZA: Dr Tim Sercombe School of Mechanical Engineering The University of Western Australia
Production of Magnesium
" First commercial Mg alloys were
developed in WWII in Germany (Mg-Al-
Zn alloys)
" Poor corrosion in moist environments
" Addition of Mn improved corrosion
resistance
 VW beetle engine components
" Either extracted by electrolysis from
MgCl2 in seawater
cathode: Mg2+ + 2 e- Mg
anode: 2 Cl- Cl2 (gas) + 2 e-
" or reduction of MgO by ferro-silicon at
~1400oC
ZA: Dr Tim Sercombe School of Mechanical Engineering The University of Western Australia
Mg i jego stopy
" Over 50% of Mg produced is consumed in:
 Al alloys (eg 6061 contains 1%Mg)
 removal of sulfur from iron and steel.
" The rest are used in alloyed forms, up to 90% is in
cast form:
" Alloys still based on the Mg-Al-Zn system
 Al, Zn Alloying for precipitation hardening
 Mn improves corrosion resistance
 Zr refines grain structure
 Rare-earths increase creep resistance
ZA: Dr Tim Sercombe School of Mechanical Engineering The University of Western Australia
Ogólne własności
" Low density (1.74g/cm3) ~ 1/5 that of steel
" Mg has a HCP structure: poor formability
" Mg alloys are advantageous over Al alloys:
 better machinability
 lower density
 slightly higher specific modulus
 Better flowability in castings
" Poor corrosion performance
" Relatively poor creep performance
ZA: Dr Tim Sercombe School of Mechanical Engineering The University of Western Australia