Politechnika Łódzka

Filia w Bielsku-Białej

Wydział Budowy Maszyn

Studia dzienne inżynierskie

Semestr III grupa II 8¹⁵ - 10⁰⁰

Sprawozdanie z laboratorium metaloznawstwa.

Temat: Stopy aluminium.

1. Wiadomości wstępne.

Czyste aluminium jest około trzykrotnie lżejsze od żelaza. Ta cecha aluminium i jego stopów jest szeroko wykorzystywana w tych gałęziach przemysłu, które wymagają lekkich materiałów konstrukcyjnych, jak: przemysł lotniczy, budowa okrętów, budowa maszyn włókienniczych, budowa silników i karoserii samochodowych. Ciężar właściwy ciekłego aluminium zmniejsza się wyraźnie wraz ze wzrostem temperatury na skutek zwiększania się ilości rozpuszczonych gazów. Przewodnictwo cieplne tego metalu jest dobre, cecha ta wykorzystana jest przy budowie kotłów, grzejników, radiatorów aparatury elektronicznej. Temperatura topnienia aluminium jest znacznie niższa od żelaza, wynosi 660,4 ^oC. Temperatura wrzenia jest wysoka 2450 ^oC istnieje więc małe prawdopodobieństwo ulatniania się aluminium przy sporządzaniu jego stopów. Czystego aluminium nie stosuje się na odlewy ze względu na niskie własności mechaniczne, trudności odlewnicze i trudną obróbkę skrawaniem. Aluminium podczas obróbki mechanicznej rozmazuje się, wymaga dużych ilości emulsji i dobrego odprowadzania wióra. Ponieważ doskonale obrabia się plastycznie, wszystkie wyroby z czystego aluminium wytwarza się: blachy, pręty, druty, kształtowniki lub wyroby tłoczone. Aluminium można znacznie umocnić przez zgniot, obróbkę plastyczną przeprowadza się na gorąco w temperaturze ok. 450 ^oC lub na zimno. Temperatura rekrystalizacji wynosi 100-300^oC, przy czym zależna jest od czystości aluminium i od zgniotu. Najczęściej dla zmiękczenia aluminium po zgniocie przeprowadza się wyżarzanie w temperaturze 400-450^oC.

2. Stopy aluminium.

Wszystkie stopy aluminium mają własności mechaniczne wyższe od czystego aluminium. Są one stosowane jako odlewy i jako materiały obrobione plastycznie. Aluminium tworzy stopy z następującymi pierwiastkami: Cu, Si, Mn, Mg, Ni, Ti, Fe. Większość z tych metali tworzy ograniczone roztwory z aluminium. Rozpuszczalność w.w składników stopowych maleje wraz z obniżaniem temperatury. Rozpuszczalność Cu w Al w stanie stałym zmienia się od 5,65% przy temperaturze eutektycznej (548^oC) do 0,5% w temperaturze otoczenia. Technicznie znaczenie mają tylko stopy podeutektyczne, które są zbudowane a wykrystalizowanego pierwotnie roztworu χ oraz eutektyki krzepnącej na granicach ziaren roztworu χ. Jest to typowy układ fazowy i typowa struktura wielu stopów podwójnych, np. Al-Mg, Al-Si, Al-Zn. Cynk ma rozpuszczalność największą tj. do 31,6%, magnez do 14,9% w temperaturze eutektycznej, miedź do 5,65%, krzem do1,65% i mangan do 1,95% w temp. perytektycznej. Inne składniki jak: Ni i Fe mają zakres roztworu ograniczony do setnych części procentu, czyli są praktycznie nierozpuszczalne w stanie stałym w aluminium.

3. Przebieg ćwiczenia i wyniki obserwacji.

W celu zapoznania się z wyglądem struktur wybranych stopów aluminium, poddaliśmy przygotowaniu trzy próbki o oznaczeniach 6.0, 6.1, 6.2 . Próbki te poddane zostały polerowaniu i trawieniu. Następnie zbadaniu pod mikroskopem.

1. próbka 6.0

Obraz próbki ujawnia duże jasne kryształy roztworu stałego granicznego krzemu w aluminium na tle gruboziarnistej eutektyki złożonej z kryształów roztworu stałego i kryształów krzemu. Widoczne wydzieliny fazy α - roztwór Si w Al. Próbka wykonana z siluminu wyjściowego do modyfikowania Al Si9. Silumin jest to stop aluminium z krzemem o składzie eutektycznym (9-13%Si). Jest to stop używany wyłącznie na odlewy, które mogą być piaskowe, kokilowe i wtryskowe. ma on doskonałe własności odlewnicze, mały skurcz, najmniejszą skłonnością do pęknięć na gorąco ze wszystkich stopów aluminium. Stop ten jest bardziej odporny na korozję od innych stopów aluminium. Silumin odlany w zwykły sposób, pomimo że ma skład zbliżony do eutektycznego, nie krzepnie w dostatecznie drobnoziarnistej postaci. Dlatego wymaga modyfikowania. Silumin niemodyfikowany ma własności mechaniczne: Rm = 14kG/mm² oraz A₅ = 1%.Powyższy stop AlSi9 stosuje się na części o skomplikowanym kształcie, silnie i średnio obciążone dla przemysłu elektrotechnicznego, silników okrętowych, pomp, armaturę okrętową i inne.

2. próbka 6.1

W strukturze widoczne kryształy stałego granicznego krzemu w aluminium na tle drobnej szarej eutektyki składającej się z kryształów roztworu stałego i kryształów krzemu. Próbka odlana z siluminu modyfikowanego. Modyfikowanie to zabieg mający na celu zwiększenie drobnoziarnistości krzepnącego siluminu. Dodatek około 0,01% sodu jako modyfikatora wpływa wybitnie rozdrabniająco na strukturę i podwyższa własności mechaniczne. Obecnie jako modyfikator stosuje się mieszaninę soli NaCl, KCl, NaF w ilości 0,25% w stosunku do kąpieli metalicznej, którą to traktuje się w.w mieszaniną. Silumin modyfikowany ma własności mechaniczne: Rm = 16kG/mm² oraz A₅ = 8%.

3. próbka 6.2

Struktura uwidacznia ciemne wydzielenia związków Al₂Cu, Al₃Mg₂, Al₂CuMg, Al₅Cu, Mg₅Cu na tle jasnym roztworu stałego bogatego w aluminium. Próbka wykonana z duralu w stanie po przeróbce plastycznej i wyżarzaniu. Stopy typu durale są to wieloskładnikowe stopy aluminium. Durale należą do stopów obrabianych plastycznie i cieplnie. głównymi składnikami duralu są Cu, Mg, Mn, względnie w duralu cynkowym Zn. Próbka 6.2 wykonana została z duralu AlCu₂Mg₁Ni₁Fe₁Si ma własności mechaniczne: Rm = 30-45kG/mm² oraz A₅ = 17-10% HB=105 kG/mm².Durale stosuje się na odlewy części samolotów, mocno obciążone części silników... .

4. Wnioski

Stopy aluminium coraz częściej stosowane w technice mają dobre właściwości mechaniczne przy stosunkowo małym ciężarze. Udoskonalenie metod spawania pozwoliło na wykorzystanie właściwości aluminium w motoryzacji. Elementy ze stopów aluminium są odporne na korozję ,lekkie i wytrzymałe, niestety trudno spawalne, drogie. Metale stopowe stopów Al poprawiają własności mechaniczne, ułatwiają obróbkę, nadają korzystne cechy chemiczne.

---