Politechnika Łódzka Bielsko - Biała

Filia w Bielsku - Białej 6 września 2002

WBM kier. Mechanika

Semestr III

Aluminium

Opracował:

Aluminium krystalizuje w układzie płasko centrowanym regularnym; nie posiada odmian alotropowych. Własności aluminium:

• niski ciężar właściwy 2,7 G/cm³

• temperatura topnienia 660⁰C

• wysokie przewodnictwo elektryczne

• wysokie przewodnictwo cieplne 0,53 kal/cm ⁰C

• bardzo wysokie własności plastyczne

• odporność na korozję atmosferyczną

• brak odporności na wodę morską, ług, sodę, wapno, rtęci

Aluminium łatwo łączy się z tlenem; przed dalszym utlenianiem chroni go osłona z Al₂O₃.

Czyste aluminium stosuje się rzadko, jednak stosowane służy ono do wyrobów np.: kotłów, grzejników, aparatury przemysłowej. Zanieczyszczenia aluminium obniżają jego przewodność elektryczną, natomiast ułatwiają obróbkę skrawaniem. Czyste aluminium ciężko poddaje się obróbce skrawaniem, ponieważ się rozmazuje, oraz wymaga dobrego odprowadzania wióra.

Stopy aluminium stosowane są bardzo szeroko. Są one stosowane jako odlewy lub jako materiały obrobione plastycznie. Posiadają niski ciężar właściwy, zaś właściwości wytrzymałościowe wyższe niż czyste aluminium. Stopy aluminium mają mały współczynnik rozszerzalności, wysokie przewodnictwo elektryczne, dobrą lejność i mały skurcz odlewniczy, dobrą udarność w niskich temperaturach.

Stopy Al - Cu

Rozpuszczalność Cu w roztworze stałym jest zmienna w różnych temperaturach. Najwięcej miedzi rozpuszcza się w temperaturze eutektycznej - 5,56%. W temperaturze otoczenia rozpuszczalność Cu wynosi 0,5%. Natomiast stopy techniczne ograniczają się do maksymalnej rozpuszczalności Cu 14%, a więc są podeutektyczne i dlatego stopy te w stanie wyżarzonym składają się z roztworu stałego oraz eutektyki.

Zastosowanie znajdują jedynie AlCu4Ti oraz AlCu10.

AlCu4Ti - o zawartości 4 - 5 % Cu jest stopem o dobrych właściwościach odlewniczych. Odlewany jest w piasku lub w kokilach; odlewy kokilowe zapewniają lepsze własności mechaniczne. Stop ten może być poddawany utwardzaniu dyspersyjnemu i wówczas osiąga jeszcze wyższe własności mechaniczne. Jest odporny na uderzenia ale nie jest na korozję. Cechuje go dobra skrawalność. Stosowany jest jako materiał do produkcji części maszyn oraz samochodów.

AlCu10 - o zawartości ok. 7 - 14% Cu. Poddawany bywa utwardzaniu dyspersyjnemu. Posiada dobre własności odlewnicze, dobrą skrawalność, małą odporność na korozję, gorsze własności mechaniczne niż AlCu4Ti.

Stopy Al - Si

Rozpuszczalność Si w aluminium jest niewielka; w temperaturze eutektycznej wynosi ona 1,6%, a w temperaturze otoczenia około 0,03%. Rozpuszczalność Al w Si jest pomijalnie mała. Układ tworzy eutektykę o zawartości 11,6% Si w temperaturze 577⁰C.

Silumin - stop typowo odlewniczy o zawartości 9 - 14% Si. Struktura odlewu składa się z eutektyki i kryształów roztworu (prawie czystym krzemem). Eutektyka jest gruboziarnista, co obniża jej własności mechaniczne. Po przeprowadzeniu modyfikacji struktura staje się drobnoziarnista o wysokich własnościach mechanicznych. Siluminy modyfikuje się przy pomocy sodu lub fluorku sodu. Obniża się przy tym temperatura eutektyczna i przesuwa się punkt eutektyczny w prawo tak, że stop wyjściowy eutektyczny staje się w rezultacie podeutektyczny. Siluminy mają bardzo wysoką lejność, mały skurcz, małą skłonność do pęknięć na gorąco, wąski zakres temperatury krzepnięcia, odporność na korozję i mały współczynnik rozszerzalności liniowej.

Stopy nadeutektyczne to stopy do których zaliczany Alusil o zawartości 20 - 22% Si albo 18%Si. Są to stopy odlewnicze. Ich struktura to roztwór stały na tle eutektyki. Są one odporne na ścieranie, antykorozyjne, o małym współczynniku rozszerzalności cieplnej. Zachowują własności mechaniczne w podwyższonych temperaturach. Stosowane są głównie do wyrobu tłoków.

Stopy wieloskładnikowe

Durale - stosowane są wyłącznie w stanie przerobionym plastycznie. Skład tych stopów wynosi ok.: 3 - 5% Cu, 0,3 - 2% Mg, 0,3 - 1,5% Mn, 0,2 - 1,5% Si, 0 - 0,8% Fe, reszta - Al. Stopy te poddawane są utwardzaniu dyspersyjnemu. Składnikami utwardzającymi są: Al₅Mg₂Cu₂ lub Mg₂Si i Al₂Cu lub Al₄CuMg₄Si₄. Najlepsze właściwości po starzeniu mają stopy o stosunku Mg do Si mniejszym od 1,73. Stopy typu duraluminium nie są odporne na korozję i wykazują skłonność do korozji międzykrystalicznej; podlegają łatwo tłoczeniu, walcowaniu, kuciu. Durale stosuje się do produkcji silnie obciążonych elementów lotniczych, pojazdach trakcyjnych, elementów konstrukcyjnych w budowie maszyn, a także ze wzglądu na lekkość i wytrzymałość są stosowane jako ramy do rowerów górskich wysokiej klasy.

Durale cynkowe - skład durali to Al., Zn, Mn, Mg, Cr, Cu. Struktura ich jest złożona z ziaren roztworu stałego, na granicach których występuje eutektyka wieloskładnikowa. Są to stopy do przeróbki plastycznej i obróbki cieplnej. Stopy te mają doskonałe własności wytrzymałościowe, jeszcze wyższe aniżeli durale. Nie są one bardzo odporne na korozję, zwłaszcza naprężeniową, dlatego są najczęściej platerowane. Mają skłonność do pękania przy odlewaniu. Dostarczane są jako blachy, pręty, odkuwki, kształtowniki.

WNIOSKI

• Aluminium w postaci czystej jest mało stosowane z powodu niskich wytrzymałości mechanicznych

• Duże zastosowanie mają stopy aluminium

• Zastosowanie odpowiedniego stopu aluminium np.: uchroni części przed korozją, zmniejszy wagę konstrukcji bez wielkiego zmniejszenia wytrzymałości

• Stopy aluminium są bardziej wytrzymałe mechanicznie od czystego aluminium

• Przewodność stopów jest prawie (66%) tak dobra jak miedzi, lecz są dużo lżejsze. Przewód elektryczny o przewodności takiej jak z miedzi jest 1,5 razy grubszy lecz pomimo to 2 razy lżejszy

• Durale ze względu na swoją wytrzymałość i lekkość są powszechnie stosowane tam, gdzie występują wysokie obciążenia oraz jest wymagany jest mały ciężar.

• Siluminy mają małą skłonność do pęknięć na gorąco

• Wpływ modyfikacji siluminu jest ogromny. Bez modyfikacji silumin miałby strukturę gruboziarnistą, co bardzo negatywnie wpływa na własności mechaniczne. Natomiast po modyfikacji silumin uzyskuje strukturę drobnoziarnistą (co wprawdzie wpływa negatywnie na obróbkę), która ma bardzo dobre własności mechaniczne.

---