Linke Norbert 2001-06-01

Gnat Andrzej

Grupa II

Ćwiczenie

Temat: Stop aluminium

Aluminium (pierwiastek chemiczny glin) jest typowym przedstawicielem rodziny glinowców, o wyraźnych własnościach, metalicznych (tabl. 1). Odznacza się dużą plastycznością, bardzo małym oporem właściwym (najmniejszym spośród metali po Ag, Cu i Au) odpornością na utlenianie dzięki pasywacji. Aluminium otrzymuje się przez elektrolizę roztworu tlenku glinu (produkowanego z boksytu) w stopionym kriolicie.­

Aluminium hutnicze produkowane w kilku gatunkach zawiera 0,2=1 °ó, a aluminium rafinowane - 0,05=0,005 zanieczyszczeń. Zanieczyszczenia aluminium, najczęściej Fe, Si, Cu, Zn, Ti, pogarszają przewodność elektryczną, natomiast polepszają własności wytrzymałościowe i polepszają skrawalność. Zanieczyszczenia, zwłaszcza tworzące nierozpuszczalne wtrącenia (tlenki, krzemiany) wyraźnie zmniejszają plastyczność metalu. Duża plastyczność aluminium zapewnia dobrą podatność do obróbki plastycznej przy bardzo złej skrawalności. Obróbka skrawaniem aluminium wymaga narzędzi o specjalnej geometrii, dobrego odprowadzania. wióra i dużej ilości chłodziwa. Spawanie aluminium, powodu silnego utleniania i wysokiej temperatury topnienia AI203 jest trudne i wymaga specjalnych topników, natomiast zgrzewanie oporowe nie nastręcza trudności. Aluminium rożna zgrzewać przez platerowanie ze stalą, miedzią i jej stopami. Produkowane w ten ,osób rury i blachy mają dobre własności mechaniczne i odporność na korozję atmosferyczną­.

Znaczna jest odporność aluminium na korozję, zwłaszcza w atmosferze powietrza, ponieważ met131 ten bardzo szybko pasywuje się. Utworzona cienka warstewka A1₂O₃ o dużej szczelności i dobrej przyczepności do podłoża stanowi naturalną powłokę ochronną. aluminium jest odporne na działanie powietrza, wody, dwutlenku siarki, licznych kwasów panicznych i związków azotowych. Natomiast jest wrażliwe na działanie zasad, a więc wody morskiej, wodorotlenków sodu i wapnia oraz mało odporne na działanie związków rtęci,

Aluminium i jego stopy dla zwiększenia odporności korozyjnej poddaje się anodowemu utlenianiu - tzw. eloksalacji. Wytworzona warstewka tlenkowa grubości 0,001=0,15 mm, unie od przygotowania powierzchni wyrobu, może być błyszcząca lub matowa, a dodatkiem­ barwników zapewnia, obok zabezpieczenia przed utlenianiem, efekty dekoracyjne. Eloksalacji przeprowadza się w obwodzie, którego anodą są eloksalowane przedmioty, katodą - Pb, Al lub C, a elektrolitem - wodny-roztwór kwasu szczawiowego lub siarko­wego dodatkiem Cr0₃ (utleniacz).

Aluminium silnie utwardza się przez zgniot. Zależnie od stopnia utwardzenia wyróżnia stany: wyżarzony, półtwardy i twardy o wytrzymałości R,.2 (Al°99,5s~) odpowiednio: 98 MPa, 98= 117,5 MPa, 127= - 176 MPa.

Aluminium stosuje się-w metalurgii, głównie żelaza, jako energiczny odtleniacz. Dzięki. plastyczności i odporności korozyjnej jest urywane w postaci folii na opakowania artykułów spożywczych oraz do wyrobu tłoczonych naczyń gospodarstwa domowego, a ponadto wobec dobrej przewodności cieplnej - w postaci blach i rur do produkcji aparatury dla przemysłu spożywczego, włókienniczego i chemicznego. Własności aluminium umożliwiają stosowanie go w budownictwie (blachy, kształtowniki), zwłaszcza jako trwały o dużych walorach estetycznych, materiał na elewacji wystrój wnętrz. Dobra przewodność, elektryczna (ok. 65 % przewodności Cu) umożliwia zastosowanie aluminium na przewody,: elektryczne. Pomimo konieczności stosowania przekrojów 1,65 razy większych, w porównaniu z miedzianymi, ciężar ich jest ok. 2-krotnie mniejszy. Często przewody aluminiowe linowe wykonuje się z rdzeniem stalowym.

W znacznie szerszym stopniu stosowane są jako materiał konstrukcyjny stopy alu­minium. Przy mniejszej, w porównaniu z metalem technicznym, odporności korozyjnej mają znacznie lepsze własności mechaniczne, które w licznych przypadkach można dodatkowo powiększać utwardzeniem dyspersyjnym. Zastępując stal stopem A1 należy stosować większy przekrój, a pomimo to ciężar elementu jest mniejszy. Dlatego stopy aluminium są coraz powszechniej stosowane w produkcji środków transportu: taboru kolejowego. motocykli i samochodów, samolotów i śmigłowców, jednostek pływających oraz kontenerów.

Grupy stopów o największym znaczeniu tworzą z aluminium - Si, Cu, Mg i Mn Obok wymienionych składników podstawowych zawierają one najczęściej niewielkie ilości licznych pierwiastków stopowych. Podstawowe składniki występują w stopach w postaci roztworów stałych, o zmieniającej się wraz z temperaturą rozpuszczalności (rys.1) i w temperaturze otoczenia stosunkowo wąskim zakresie stężeń oraz w postaci faz międzymetalicznych (zwłaszcza w stopach wieloskładnikowych), np. A1₂Cu (faza 9 w układzie Al-Cu), Mg₂Si (w układzie Al-Mg-Si), również o zmiennej rozpuszczalności w podstawowym roztworze stałym. Zmiana rozpuszczalności w stanie stałym umożliwia
utwardzanie dyspersyjne stopów. Pierwiastki praktycznie nie rozpuszczające się w sta­nie stałym w Al, np.. Fe lub Ni, tworzą wtrącenia faz międzymetalicznych: A1₃Fe, A1₅Fe, A1₅FeSi itp.

Stopy o jednofazowej strukturze podstawowego roztworu stałego, dzięki jego plastycz­ności; są używane w stanie przerobionym plastycznie, a stopy wielofazowe z wydzielinami faz międzymetalicznych o mniejszej plastyczności - w stanie lanym. Wpływ szyb­kości krystalizacji na wielkość ziarna sprawia, że odlewy kokilowe mają lepsze własności mechaniczne od odlewów z form piaskowych, których zastosowanie jest ograniczone tylko do odlewów o dużych rozmiarach.

Rola pierwiastków stopowych jest złożona. Po pierwsze większość stopów stanowią stopy wieloskładnikowe, a po drugie te same pierwiastki mają charakter składnika stopo­wego lub zanieczyszczenia (Fe, Cr, Ti, Zn, Si), przy czym w licznych stopach dopuszczalna ich zawartość (np. Fe-lub Si) - jako zanieczyszczenia - jest większa lub tego samego rzędu, co zawartość pierwiastków stopawych. Własności mechaniczne polepszają Cu, Fe, Si, Cr, Ni, przy czym Ni stabilizuje również wlasności w podwyższonych temperaturach. Odporność na korozję powiększa Mn i Cr, a zmnięjsza Cu i Fe, natomiast Mg (w postaci fazy A13Mgz) powoduje korozję międzykrystaliczną. Drobnoziarnistość struktury zapewnia Ti, Ni, Cr i Mn, przy czym Mn hamuje również rozrost ziarna w podwyższonych tempera­turach. Wreszcie Mn, V, Cr utrudniając dyfuzję; zabezpieczają stopy przed starzeniem (wzrostem kruchości). Dla polepszenia skrawalności stopów do :przeróbki plastycznej w niektórych krajach dodaje się < 1,5 % Pb, który praktycznie nie rozpuszcza. się w Al w stanie stałym. Stopy te zastępują mosiądz automatowy (niższa cena).

Siluminy

Stopy Al-Si, tzw. siluminy, reprezentują najważniejszą grupę stopów odlewniczych. Stopy dwuskładnikowe mają najczęściej zawartość 9=13 % Si zbliżoną do składu eutek­tycznego i odznaczają się bardzo dobrymi własnościami odlewniczymi - małym skurczem i najmniejszą ze wszystkich stopów Al skłonnością do pęknięć. Ponadto mają ma­łe wartości współczynnika rozszerzalności cieplnej i są odporne na korozję. Wadą silu­minów jest nietypowa dla stopów eutektycznych skłonność do gruboziarnistości składnika zaeutektycznego w postaci igieł pierwotnego krzemu.

Stopy Al-Cu

Dwuskładnikowe stopy Al-Cu (AICu₄) równie; mają zastosowanie tylko jako odlew­nicze, gdyż odznaczają się dobrą lejnością i skrawalnością, ale mniejszą odpornością korozyjną. Stosowane są na odlewy galanterii metalowej. Dodatki po 0,25% Mg i Ti (A1Cu4TiMg) polepszają własności mechaniczne i umożliwiają zastosowanie na odpowiedzialne odlewy dla przemysłu motoryzacyjnego, lotniczego (koła samochodowe i samolotowe) i maszynowego. Dodatek 5 % Si (A1Cu7Si5) zapewnia żaroodporność i dlatego stopy te stosuje się na odlewy części silników samochodowych pracujące w podwyższonych temperaturach. Stopy Al-Cu podlegają utwardzaniu dyspersyjnemu. Odlewy kokilowe po przesyceniu (5,35°C przez 15 h, woda 50-100°C) i starzeniu (130°C przez 15 h) mają R_m= 244 MPa.

Stopy Al-Mg

Dwuskładnikowe stopy AI-Mg są bardzo odporne na korozję, zwłaszcza w wodzie morskiej pod warunkiem ograniczenia zawartości miedzi do <0,05 %. Przy zawartości 5 % Mg są wrażliwe na korozję naprężeniową. Zabezpiecza przed nią staranne odprężenie odlewów -albo wprowadzenie dodatków Mn, V, C r chroniących także przed starzeniem, a więc i przed korozją.

Stopy Al-Mn

Dwuskładnikowy stop o zawartości ok. 1% Mn (AlMnl) odznacza się dużą odpornością na korozję (jak techniczne AI) i dobrą spawalnością. W postaci blach używany jest na spa­wane zbiorniki cieczy i gazów do urządzeń transportowych i produkcyjnych przemysku spożywczego i chemicznego.

Durale

Spośród stopów A1 największe znaczenie mają durale - stopy na bazie AI-Cu-Mg przeznaczone do przeróbki plastycznej. Zawierają 2=5 % Cu, < 3 % Mg oraz dodatki . < 1 % Mn, Ni, Fe, Si. Wytrzymałość stopów wzrasta z zawartością Cu: stopy o podwyższonej plastyczności mają c 3 % Cu, a o podwyższonej wytrzymałości > 4 % Cu. Odporność stopów na korozję jest niewielka, zwłaszcza przy zawartości Fe. Z tego powodu bardzo często produkowane są blachy duralowe. platerowane jedno- lub dwustronnie aluminium.

---