ALUMINIUM I JEGO STOPY

1. Aluminium:

Aluminium należy do metali o dużym znaczeniu technicznym, stosowanym zarówno w postaci czystej jak i stopowej. Nie wykazuje postaci alotropowej. Może być obrabiany na zimno i gorąco. Cechuje go wysoka przewodność elektryczna i dobre przewodnictwo cieplne. Poprzez pokrywanie się na powietrzu cienką warstwą Al₂O₃ wykazuje dużą odporność na korozję atmosferyczną, na działanie wody, stężonego kwasu azotowego, licznych kwasów organicznych i siarkowodoru. Przyspieszoną korozję powodują natomiast woda morska, pary i jony rtęci, HCl, kwasy beztlenowe oraz związki siarki. W celu polepszenia odporności na korozję poddaje się je anodowaniu (elektrolitycznemu procesowi wytwarzania powłoki tlenkowej.

Ma szerokie zastosowanie w przemyśle chemicznym do budowy aparatury, w przemyśle chemiczno-spożywczym, i naczyniowym. Folia aluminiowa znalazła zastosowanie do produkcji kondensatorów oraz w przemyśle opakowaniowym. Z uwagi na duże powinowactwo do tlenu służy do redukcji metali z ich tlenków (aluminoterapia) oraz ma zastosowanie przy wytopie stali jako odtleniacz.

W zależności od zanieczyszczeń wyróżniamy aluminium hutnicze rafinowane (ARO, AR1, AR2) oraz aluminium hutnicze (AOO, AO, A1, A2).

2. Stopy aluminium:

Z powodu niskich własności wytrzymałościowych aluminium nie znalazło szerszego zastosowania jako materiał konstrukcyjny. Poprzez wprowadzenie dodatków stopowych i odpowiedniej obróbce cieplnej własności te można zwiększyć kilkakrotnie. Do najczęściej dodawanych pierwiastków należą: miedź, krzem, mangan, magnez. Większość z nich tworzy twarde i kruche fazy międzymetaliczne w miękkiej i plastycznej osnowie. Ze względu na sposób wytwarzania stopy aluminium dzieli się na:

• stopy odlewnicze,

• stopy do obróbki plastycznej.

Niektóre stopy nadają się zarówno do obróbki plastycznej jak i do odlewania.

Stopy aluminium noszą nazwę stopów lekkich ze względu na małą gęstość.

1. lekkie stopy odlewnicze:

Odlewanie aluminium jest trudne. Stopy aluminium odlewa się w kokilach, formach piaskowych lub pod ciśnieniem. Rozróżniamy stopy normalnej czystości produkowane z aluminium hutniczego i dodatków stopowych, oraz stopy produkowane ze złomu stopów aluminium. Posiadają niewielką wytrzymałość na rozciąganie w granicach 130÷330 N/mm² przy wydłużeniu A₅= 0,2÷10%.

Do najbardziej rozpowszechnionych należą siluminy. Są to stopy aluminium z krzemem o zawartości krzemu 11÷14%. Posiadają bardzo dobre własności odlewnicze, stosunkowo dobre własności mechaniczne (R_m =180 N/mm²) i małą plastyczność. Bardzo dobra lejność umożliwia otrzymywanie przedmiotów o skomplikowanym kształcie i cienkich ściankach. Siluminy poddaje się modyfikacji w celu rozdrobnienia ziarna poprzez dodanie modyfikatora (sód lub sole sodowe) do ciekłego stopu przed odlewaniem. W celu zwiększenia własności wytrzymałościowych stosuje się dodatki w postaci miedzi, manganu i magnezu. Takie wieloskładnikowe siluminy mogą osiągnąć po utwardzaniu dyspersyjnym wytrzymałość R_m = 220 N/mm² przy wydłużeniu A₅ = 0,5%.

Oprócz siluminów można jeszcze wyróżnić stopy aluminium z magnezem o zawartości 5 oraz 10% magnezu. Charakteryzują się dobrymi własnościami mechanicznymi, odpornością na korozję w wodzie morskiej, którą można zwiększyć poprzez dodatek manganu w ilości około 1%.

Przedmioty od których nie wymaga się bardzo wysokich własności mechanicznych można wykonywać ze stopu aluminium z miedzią o zawartości miedzi 4÷13%. Charakteryzują się niewielkim spadkiem wytrzymałości w podwyższonych temperaturach. Dodatek niklu polepsza lejność i równocześnie stop taki zachowuje prawie stałą wytrzymałość na rozciąganie przy podgrzewaniu do temperatury 200°C.

2. lekkie stopy przerabialne plastycznie:

Własności wytrzymałościowe stopów aluminium zależą nie tylko od gatunku stopu, ale także od rodzaju wyrobu i stopnia utwardzenia. Dlatego są one podane w normach poszczególnych wyrobów.

Z pośród stopów do obróbki plastycznej można wyróżnić kilka charakterystycznych grup:

• stopy aluminium z manganem oraz z magnezem (PA43÷PA1), charakteryzujące się lepszymi własnościami wytrzymałościowymi i większą odpornością na korozję niż czyste aluminium. Mangan jest jedynym składnikiem, który nie pogarsza, ale polepsza własności antykorozyjne.

• stopy aluminium z manganem, magnezem i krzemem (PA38÷PA10), charakteryzujące się dobrą podatnością do obróbki plastycznej. Nadają się dobrze do polerowania mechanicznego oraz do wytwarzania ochronnych, anodowych powłok tlenkowych.

• stopy typu duraluminium (PA6÷PA25) są stopami wieloskładnikowymi. Należą one do stopów o wyższej wytrzymałości. Zawierają trzy podstawowe dodatki: miedź 3÷5,5%, magnez 0,5÷2% i mangan 1%. Wszystkie te stopy podlegają znacznemu umocnieniu w wyniku przesycania i utwardzania naturalnego lub sztucznego. Zwiększenie stężenia miedzi oraz magnezu powoduje podwyższenie własności wytrzymałościowych i obniżenie własności plastycznych. Ich wadą jest mała odporność na korozję, dlatego w celu zwiększenia tej odporności poddaje się go platerowaniu czystym aluminium.

• stopy odporne na podwyższone temperatury (PA29÷PA30). Są to stopy wieloskładnikowe (Al, Cu, Mg, Ni, Fe, Ti) charakteryzujące się dobrą odpornością na korozję i erozję, pracujące w temperaturze do około 300^oC. Własności tych stopów w temperaturze pokojowej są jednak niższe niż durali i dlatego nie należy z nich wykonywać elementów pracujących wyłącznie w temperaturze pokojowej.

• stopy na elementy i konstrukcje wysoko obciążone (PA31÷PA47), które są również stopami wieloskładnikowymi zawierającymi Al, Zn, Cu, Mg, Mn, Zr, Cr, Ti. Wykazują najwyższe własności wytrzymałościowe ze stopów aluminium. . Ich wytrzymałość na rozciąganie w stanie utwardzonym dyspersyjnie R_m = 700 MPa, a granica plastyczności R_0,2 = 600 MPa. Niestety są mało odporne na korozję, szczególnie naprężeniową i dlatego poddaje się procesowi platerowania aluminium.

1

1

Materiałoznawstwo - stopy metali nieżelaznych - Aluminium

Jan Wrona

---