ALUMINIUM I JEGO STOPY

Najbardziej rozpowszechniony pierwiastek metaliczny w skorupie ziemskiej - wyst.

gwnie w postaci licznych skaleni i skaach magmowych itp; jednak techniczne zastos. znalaz boksyt{AlO(OH)}. Al otrzymywuje si met. hydrometalurgiczn, jego wasnoci natomiast zale od stopnia jego czystoci (rafinowany elektrolit. Al-99.995%).

Wasnoci fizyczne i mechaniczne Al

przew.elektr. gsto temp.top. typ

sieci

Rm Re HB A

[MS/m] [g/cm3] [

oC] (12

syst.

plizgu)

[MPa] [MPa] [%]

37.74 2.7 660 A1 70-120 20-40 15-30 30-45

Zastosowanie Al: przewody elektryczne, do produkcji stopw (lekkich- niskie

Rm/),urzdze dla przemysu chemicznego i spoywczego (odporno na dziaanie O2 (Al203),Cl2,CO2,HS ) jako odtleniacz do redukcji rnych met. i stopw;oraz w elektrotechnice.

STOPY ALUMINIUM

Techniczne stopy Al - dwuskadnikowe lub wieloskadnikowe - ze wzgldu na sposb otrzymywania dzielimy na :

- odlewnicze

- do przerbki plastycznej(Rys.1)

Rys.1. Fragment typowego uk. rwnowagii fazowej stopw Al z zaznaczeniem zakresw st stopw do przerbki plastycznej,umacnianych zgniotowo i

wydzieleniowo,oraz stopw odlewniczych.

Niektre z nich mog by stosowane zarwno jako odlewnicze, do p. plastycznej oraz OC - tzn. utwardzania wydzieleniowego.

Stopy odlewnicze Al:

Zaliczamy stopy (dwu-lub wieloskadnikowe) o duej zawartoci dodatkw stopowych-5 do 20%-gwnie z - Si,Cu,Mg lub Ni.

Siluminy

Dominujc grup odlewniczych stopw Al stanowi stopy z Si - stopy te o skadzie zblionym do eutektycznego,nazywamy siluminami.W zalenoci od zawartoci Si i dodatkw siluminy dzielimy na:

dwuskadnikowe:

1.podeutektyczne, zawierajce od 4 do 10% Si 2.eutektyczne, zawierajce od 10 do 13% Si 3.nadeutektyczne, zawierajce od 13 do 30%Si.

wieloskadnikowe

Siluminy, przewanie s wieloskadnikowe - tzn.oprcz Si- zawieraj dodatki Cu, Mg,Mn(Ni); dodatki te umoliwiaj znaczne polepszenie ich wasnoci mechanicznych poprzez OC-utwardzanie wydzieleniowe.

STRUKTURA I MODYFIKACJA SILUMINW

Po odlaniu struktura siluminw zawiera grubokrystaliczn faz - - praktycznie czysty

Si(szczeglnie przy wolnym chodzeniu).Konsekwencj tego jest drastyczny spadek ich plastycznoci.Celem poprawy ich wasnoci , siluminy poddaje si procesowi modyfikacji:

siluminy podeutektyczne i eutektyczne, modyfikuje si sodem ,dodawanym w postaci mieszaniny NaF,NaCl i KCl. Dodatek Na obnia temp. przemiany eutekt. oraz powoduje przesunicie punktu eutektycznego do wikszego stenia ( w prawo) - do ok.13% Si. Struktur

takiego stopu stanowi drobnoziarnista eutektyka ( z wydzieleniami drobnymi fazy

siluminy nadeutektyczne, (due wydzielenia Si modyfikuje si fosforem ,ktry tworzy dyspersyjne czstki AlP-stajce si heterogencznymi zarodkami krystalizacji czstek

fazy {Si}- w wyniku czego otrzymywuje si w temp. otocznia drobnokrystaliczn eutektyk

(orazdrobne wydzielenia czstek fazySio duej dyspersji.

EFEKTEM MODYFIKACJI SILUMINW JEST WZROST ICH WASNOCI

MECHANICZNYCH np: SlLUMIN EUTEKTYCZNY

Wasno

mechaniczna

przed

modyfikacj

po

modyfikacj

i

Rm [MPa] 110 250

A10 [%] 0,1 7

zastosowanie siluminw - siluminy eutektyczne i nadeutektyczne wykazujce wysok arowytrzymao s stosowane na wysokoobcione toki silnikw spalinowych.

Z siluminw podeutektycznych wytwarza si silnie obcione czci dla przemysu okrtowego i elektrycznego, pracujcego w podwyszonej temperaturze i w H2O morskiej.

Wieloskadnikowe stopy Al z Si s stosowane m.in. na gowice silnikw spalinowych oraz inne odlewy w przemyle samochodowym.

STOPY Al PRZERABIALNE PLASTYCZNIE

Mona je podzieli ze wzgldu na podatno do OC na:

1. nie obrabialne cieplnie (wydzieleniowo)

2. obrabialnie cieplnie ( wydzieleniowo)

ad.1Stanowi je stopy Al o nieduej iloci dodatkw stopowych(

Al-Mg(

- wygrzaniu w tej temperaturze

- gwatownym chodzeniu(H2O lub powietrze) zawsze z szybkoci > ni rozpad fazy K (przesunicie obszaru jednofazowego do temp. otoczenia - rwnowaga metastabilna) 4 - starzenie ma na celu :

- wydzielenie przsyconego skadnika(Cu)z roztworu staego K w odpowiednim st. dyspersji

- starzenie moe przebiega samorzutnie (w temp. otoczenia) lub sztucznie (w temp.

ETAPY I MECHANIZM STARZENIA DURALI

( na przyk stopu AlCu4)

w stopie tym wystpuj cztery rnego rodzaju wydzielenia :

Strefy GP

I.etap - wydzielenie :strefy GP1 (Guiner-Prestona) - miejsca wzbogacone w Cu,powstaj jako pierwsze wydzielenie(temp. ok100

0C) w ksztacie dyskw o gruboci 1-2 r. atm. i r. ok.25.

Strefy te s koherentne i do p{100} osnowy (s metastabilne poniewa rozp. si w temp. ok.210

0C)

II.etap - wydzielenie : (dawniej GP2),powstaje jako drugie wydz. w temp ok. 1300C, ma

ksztat pytek (o gr. ok 25 i r. ok. 150 ) koherentne i do p. {100} osnowy.Pod koniec tego etapu starzenia nastpuje utrata idalnej koherentnoci pomidzy wydzieleniami a osnow(tetragpnalne znieksztacenie w kier. c)

III.etap - wydzielenie : powstaje w temp>1300C - zawsze nieco pniej ni - o strukturze

czciowo tetragonalnej i czciowo koherentnej oraz do posnowy

IV.etap - faza : powstaje w temp.>2000C, przez przeksztacenie do rwnowagowej fazy -

CuAl2 - wydzielonej w postaci pytek o budowie tetragonalnej,ktrych paszczyzny {100} s

do paszczyzn {100} osnowy.

Efekt starzenia i odpowiadajce im mechanizmy umocnienia duralu (dla poszczeglnych jego etapw) - przestawiono schematycznie na Rys.5

Rys.5.Wzajemne nakadanie

si mechanizmw utwardzania

wydzieleniowego

prowadzcego do wystpienia

kolejnych stadiw na wykresie

zmian twardoci od czasu

starzenia

Z danych zawartych na tym rysunku wynika,e maksymalne umocnienie duralu ma

miejsce dla poredniego stadium wydz. (lub )utrata koherentnoci - i koniecznoci w zwzku z tym podczas odksztacenia wzrostu naprenia,celem jego cicia przez dyslokacj(tzw. efekt przecinania) lub koniecznoci przejcia dyslokacji na inn paszczyzn,przecinajc p. polizgu. Spadek umocnienia tzw. efekt przestarzenia (dugotrwae starzenie w temp.>2000C IV etap),wynika ze zmiany mechanizmu odksztacenia- tzw. mechanizm Orowana-Rys.6.

Rys.6 Mechanizm Orowana dla dyslokacji przechodzcych przez szereg czstek dyspersyjnych