OBRÓBKA CIEPLNA STOPÓW ALUMINIUM:Stopy Al z Cu są poddawane utwardzaniu wydzieleniowemu. W wyniku przesycania miedzią roztwór stały w znajduje się w stanie metastabilnym, cechującym się nadmiarem energii swobodnej. W pierwszym stadium starzenia w sieci przesyconego roztworu stałego różnowęzłowego ω o przypadkowym rozmieszczeniu atomów Cu w płaszczyznach {100}tworzą się skupiska atomów miedzi, zwane strefami Guiniera-Prestona GP. Strefy GP powstają podczas starzenia samorzutnego w temperaturze pokojowej i mają postać cienkich płytek o grubości kilkudziesięciu i średnicy kilkuset nm, całkowicie koherentnych z osnową roztworu ω. Różnice średnic atomów A1 i Cu powodują znaczne odkształcenia sprężyste i naprężenia sieci i w wyniku tego umocnienie stopu. Zakończenie procesu jest związane z ustabilizowaniem się twardości . Wówczas ok. 50% atomów Cu znajduje się w strefach GP. Podczas starzenia w temperaturze wyższej od ok. 100°C, w płaszczyznach {100} roztworu ω następuje wydzielanie fazy przejściowej Θ" o sieci tetragonalnej, koherentnej z osnową, powodujące umocnienie stopu mniejsze od wywołanego strefami GP. W temperaturze ok. 200°C, po rozpuszczeniu się w osnowie fazy Θ", następuje wydzielenie fazy Θ' dyspersyjne wydzielenia silnie umacniają stop, z czym jest związane zwiększenie jego twardości. Długotrwałe wygrzewanie w temperaturze ok. 200°C lub podwyższenie temperatury starzenia powoduje spadek twardości, zwany przestarzeniem stopu. Jest to spowodowane przemianą fazy Θ' w fazę Θ(CuAlz) o składzie równowagowym, strukturze tetragonalnej i sieci niekoherentnej z osnową roztworu ω. Odlewnicze stopy A1 z Cu w stanie utwardzonym wydzieleniowo wykazują wytrzymałość na rozciąganie Rm = 210 MPa, twardość 60 HB i wydłużenie A₅ = 6% .Oprócz przesycania i utwardzania stopy aluminium poddaje się jeszcze wyżarza­niu: - zmiękczającemu w zakresie temp. 280 =400°C, - rekrystalizującemu w zakresie temp. 270=350°C, - odprężającemu w zakresie temp. 150=170°C. Wysokość temperatury zależy od ro­dzaju stopu.

STOPY Al Z Cu DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ - DURALE MIEDZIOWE +OBRÓBKA CIEPLNA +ZASTOSOWANIE

Stopy aluminium z Cu i Mg oraz niewielkim dodatkiem Mn albo Fe, lub Si są nazywane duraluminium lub duralami miedziowymi. Zwiększenie stężenia Cu oraz Mg powoduje podwyższenie własności wytrzymałościowych i zmniejszenie własności plastycznych oraz podatności durali na obróbkę plastyczną. Skład chemiczny durali miedziowych jest dobierany tak, aby w stanie równowagi w temperaturze pokojowej wykazywały strukturę jednofazową roztworu α(ω). Podczas krystalizacji w warunkach technicznych tworzą się jednak podwójne lub potrójne eutektyki, zwłaszcza w stopach o większym stężeniu Cu i Mg. Durale miedziowe są poddawane obróbce cieplnej polegającej na wyżarzaniu ujednorodniającym, rekrystalizującym i przede wszystkim na utwardzaniu wydzieleniowym. Przesycanie odbywa się w wodzie po wygrzewaniu w temperaturze ok. 490÷510°C przez 4÷6 h. W czasie starzenia samorzutnego w temperaturze pokojowej przez kilka dni, lub sztucznego w temperaturze 170÷190°C przez kilka do kilkudziesięciu godzin, w zależności od stężenia Cu i Mg, następuje kilkuetapowe wydzielanie, przebiegające tak samo, jak to przedstawiono na Mogą tworzyć się jednak strefy Guiniera-Prestona dwojakiego rodzaju. Gdy stosunek liczby atomów Cu i Mg wynosi w przybliżeniu 3:1, strefy GP I są podobne do występujących w dwuskładnikowych stopach A1 z Cu. Strefy GP II w postaci iglastej powstają wtedy, gdy stosunek liczby atomów Cu i Mg jest zbliżony do 1. W wyniku starzenia wydzielają się stabilne fazy Θ(CuAIZ) oraz S(Al₂CuMg), umacniające stop. Własności wytrzymałościowe durali miedziowych można ponadto nieco zwiększyć przez obróbkę plastyczną na zimno ze stopniem gniotu 3÷5%, wykonywaną zwykle po starzeniu samorzutnym.

Durale miedziowe są stosowane na części maszyn, pojazdów mechanicznych, taboru kolejowego, samolotów, a także w budownictwie. Ich zastosowanie jest jednak ograniczone z powodu braku odporności na korozję.

ODLEWNICZE STOPY A1 Z Cu: Odlewnicze stopy A1 z Cu zawierają do ok. 5 % Cu, niekiedy dodatek Ti, wpływający na rozdrobnienie ziarn. Są stosowane rzadziej niż siluminy ze względu na trudności technologiczne związane z wytwarzaniem odlewów. Wykazują

bowiem podatność na mikropęknięcia podczas odlewania. Dodatek Cu zwiększa żaroodporność, pogarsza jednak odporność na korozję - w szczególności międzykrystaliczną, związaną z wydzielaniem fazy Θ na granicach ziarn roztworu ω.

WŁASNOŚCI ODLEWNIOCZYCH STOPÓW ALUMINIUM:

Dobra lejność, mały skurcz, dokładnie wypełniają formę, tworzą skoncentrowaną jamą usadową, nie wykazują skłonności do pękania na gorąco, Rm=160÷300 MPa, A₅=0,2÷4%, twardość 50÷100HB

ZASTOSOWANIE ODLEWNIOCZYCH STOPÓW ALUMINIUM:

Siluminy eutektyczne i nadeutektyczne wykazujące znaczną żarowytrzymałość są stosowane na wysoko obciążone tłoki silników spalinowych. Z siluminów podeutektycznych wytwarza się silnie obciążone części dla przemysłu okrętowego i elektrycznego, pracujące w podwyższonej temperaturze i w wodzie morskiej. Wieloskładnikowe stopy A1 z Si są stosowane m.in. na głowice silników spalinowych oraz inne odlewy w przemyśle

ZASTOSOWANIE STOPÓW ALUMINIUM DO OBRÓBKI PLASTYCZNEJ W PRZEMYŚLE:Elementy konstrukcji lotniczych, samochodowych, okrętowych, elementy budowlane, w urządzeniach przemysłu chemicznego i spożywczego, na przewody elektryczne

Obr. cieplna stopów Al. Do obróbki plastycznej.

Głównym składnikiem stopów Al. Przeznaczonych do obróbki plastycznej na zimno ina gorąco są miedź, magnez, cynk, mangan, od niedawna także lit. W mniejszych ilosciach mogą wystepowć tez żelazo, nikiel, krzem, chrom, tytan. Dodatki takie jak miedź, magnez, cynk, mangan, krzem rozpuszcza się w Al. tworząc organiczny roztwór stały, wraz ze spadkiem temp zmniejsza się rozpuszczalnosć danego pierwiastka, często od kilku% do setnych części % w temp pokojowej, a pierwiastek ten wydziela się w postaci fazy międzymetalicznej.

Obr. cieplna stopów Al. do odlewania.

Stopami odlewniczymi aluminium poza siluminami są stopy z miedzią i magnezem. Zawartość miedzi wtych stopach wynosi od 4 do kilkanaście %. Struktura stopów o zaw miedzi pow 5,7% składa się z eutektyki α+CuAl₂ na tle roztworu stałego α miedzi w Al. Stopy te mają dobra lejność, można zwiekszyc ich własnosci wytrzymałościowe przez utwardzanie wydzieleniowe. Rozpuszczalność Mg w Al.sięga 19% w temp 450C i maleje do 2% w temp pokojowej, coprowadzi do wydzilenia się fazy Al8Mg5. dzieki tak dużej róznicy rozpuszczalnosci uzyskuje się silny efekt umocnienia dyspersyjnego.

Zgrzewanie

Zgrzewanie oporowe -Przy zgrzewaniu oporowym zgrzewane części są włączone obwód wtórny transformatora, przez zetknięcie ich ze sobą zamyka się obwód prądu, a miejsce styku ulega silnemu rozgrzaniu wskutek oporu, które stawia ono przepływowi prądu elektrycznego. W większości sposobów zgrzewania oporowego metal w strefie zgrzeiny nagrzewa się do nadtopienia, a jedynie w niektórych sposobach zgrzewania do stanu ciastowatości.

Zgrzewanie punktowe - Przy zgrzewaniu punktowym łączone części zgrzewa się w różnych miejscach, zwanych umownie punktami. Wielkość i struktura punktu decyduje o wytrzymałości złącza, zależą od kształtów i wymiarów powierzchni roboczej elektrod, natężenia prądu zgrzewania, czasu przepływu prądu przez elementy łączone oraz siły docisku i stanu powierzchni elementów. Zgrzewany punkt dobrej jakości ma wspólne dla obu części jądro o określonych wymiarach. Łączone części umieszczone między elektrodami zgrzewarki dociska się mocno do siebie. Po włączeniu prądu stałego części zgrzewane szybko się nagrzewają. W momencie utworzenia w obszarze zgrzewania ciekłego jądra o wymaganych wymiarach wyłącza się prąd. Za pomocą zgrzewania punktowego można łączyć blachy jednakowej lub różnej grubości, krzyżujące się pręty, blachy z prętami lub kształtownikami, także stosowane do łączenia części z różnych gatunków stali, a także metali nieżelaznych ich stopów.

Zgrzewanie doczołowe -Zgrzewanie doczołowe przeznaczone jest do zgrzewania części, łączy się na całej płaszczyźnie zetknięcia. Zależnie od rodzaju metalu, powierzchnia zgrzewanych części i wymagań w stosunku do jakości złącza, zgrzewanie doczołowe może odbywać się metodą zwarciową lub iskrową.

Zgrzewane doczołowe zwarciowe. -Części przeznaczone do zgrzewania ustawione i umocowane w zgrzewarce dociska się do siebie, po czy przepuszcza się przez nie prąd. Po nagrzaniu metalu i osiągnięcia stanu ciastowatości docisk działający na łączone części powoduje spęczenie. Prąd wyłącza się automatycznie w połowie drogi spęczenia.

Zgrzewanie doczołowe iskrowe -Zgrzewanie doczołowe iskrowe z wyiskrzaniem ciągłym odbywa się w dwóch etapach: pierwszym jest wyciskanie, drugim spęczanie. Zgrzewane części mocuje się w szczękach maszyny, następnie włącza się prąd i powoli zbliża się obie części do siebie. Na skutek tak dużej gęstości przepływającego prądu w punktach tych powstają tzw. wrzenia. W procesie tym następuje skurczenie elementu o założony z góry naddatek. Początek spęczania odbywa się przy włączonym prądzie, a zakończenie bez prądu.

Zgrzewanie doczołowe z podgrzewaniem różni się od zgrzewania iskrowego z wyciskaniem ciągłym tym, że przed rozpoczęciem etapu iskrzenia łączone części zamocowane w szczękach maszyny podgrzewa się prze wielokrotne stykani i odsuwanie od ich od siebie przy stale włączonym prądzie.

Zgrzewanie garbowe -Zgrzewanie garbowe polega na tym, że na jednej z łączonych części wytłacza się przed zgrzewaniem garby określające z góry wielkość i rozmieszczenie punktów zgrzewania. Wszystkie punkty zgrzewa się jednocześnie, dzięki czemu uzyskuje się wydajność procesu.

Zgrzewanie liniowe -Elementy łączy się ze sobą za pomocą zgrzeiny składającej się z szeregu punktów, w których każdy następny punkt częściowo zachodzi na poprzedni. Łączone części umieszcza się między krążkiem, a trzpieniem. Spełniają one poza tym analogiczne zadanie jak elektrody kołowe przy zgrzewaniu punktowym, tj. wywierają nacisk na zgrzewane części oraz doprowadzają do nich prąd elektryczny. Grubość każdego z łączonych elementów zazwyczaj nie przekracza 2 mm.

Budowa zgrzewarek -Wszystkie urządzenia do elektrycznego zgrzewania oporowego składają się z 3 zasadniczych układów: mechanicznego, energetycznego i sterowania.Układ mechaniczny służy do mocowania łączonych części oraz do wywierania na nie nacisku. Układ energetyczny służy do przetwarzania energii elektrycznej pobieranej z sieci zasilającej, doprowadzenie jej, do zgrzewanych części. Źródłem prądu przy zgrzewaniu oporowym jest transformator, za pomocą którego dostarczany z sieci prąd przemienny można łatwo i tanio przetwarzać na prąd o niskim napięciu (0,5-25V) i bardzo wielkim natężeniu (ok. 100 000A). Układ sterowania służy do odmierzania czasu poszczególnych czynności w procesie zgrzewania.

Zgrzewanie tarciowe -Przy zgrzewaniu tarciowym przeznaczone do łączenia części mocuje się współosiowo w uchwytach specjalnej maszyny podobnej do tokarki, a następnie dociska się ich powierzchnie czołowe z określoną siłą.Jednej z łączonych części mającej ograniczoną długość nadaje się ruch obrotowy wokół osi z prędkością obrotową n = 460 obr/min. W tym czasie odbywa się dotarcie powierzchni czołowych, usunięcie zanieczyszczeń i intensywne wydzielanie ciepła. W ciągu kilku sekund na powierzchniach czołowych rozgrzewają się cienkie warstewki metalu. Po uzyskaniu wystarczająco wysokiej temp. Zatrzymuje się wirującą część albo odblokowuje się część nieruchomą, która w końcowym stadium procesu obraca się razem z częścią wirująca. W tym momencie wywiera się docisk spęczający, pod którego wpływem ustaje ruch obrotowy i powstaje zgrzeina. Zgrzewanie tarciowe znalazło zastosowanie do łączenia różnoimiennych materiałów, np. stali niskowęglowej i stopowej przy produkcji narzędzi, części silnie obciążonych, pracujących w bardzo trudnych warunkach.

---